机制砂颗粒级配对砌筑干混砂浆力学性能的影响

刘桂凤;李世超;秦彦龙

【摘 要】目前,对干混砂浆的研究主要集中在天然砂配制的干混砂浆的品种和性能上,对机制砂干混砂浆的研究还很少.针对机制砂在生产过程中颗粒级配的可控优势,研究了8种不同粒组含量的机制砂对干混砂浆力学性能的影响.试验结果表明,砂浆的稠度值随石粉含量的减小呈现逐渐增大的趋势,其中石粉含量小于20％时砂浆的稠度值较好.砂浆的抗压和抗折强度值随石粉含量的减小及较大颗粒含量的增加呈现逐渐减小的趋势.砂浆的压折比总体上呈下降趋势,石粉含量小于20％时砂浆的压折比小于等于3,说明砂浆的柔韧性较好.砂浆与聚苯板和瓷砖的黏结强度随石粉含量的减小总体上呈先增大后减小趋势,石粉含量为5％到20％时砂浆的黏结强度值较高.因此,机制砂颗粒级配在石粉含量为15％ ～ 20％时,粒组所配砂浆的总体性能优良.

【期刊名称】《河南理工大学学报（自然科学版）》 【年(卷),期】2013(032)006 【总页数】6页(P745-750)

【关键词】机制砂;颗粒级配;干混砂浆;力学性能 【作 者】刘桂凤;李世超;秦彦龙

【作者单位】山东理工大学建筑工程学院,山东淄博255049;山东理工大学建筑工程学院,山东淄博255049;山东理工大学建筑工程学院,山东淄博255049 【正文语种】中 文

【中图分类】TU501 0 引言

干混砂浆作为一种新型绿色建筑材料，克服了传统砂浆现场搅拌扬尘多、噪音大、施工质量难以保证的缺点［1］，其具有的节约资源、保护环境、确保建筑工程质量、实现资源再利用等方面的优良性能，已逐步被人们认知和重视.它的发展不仅体现了国家实现节能减排的战略方针，而且也是促进发展循环经济的重要举措.2007年7月，商务部、住建部联合发布了全国127个城市分3批强制实行砂浆禁止现场搅拌的规定，这对推广干混砂浆的广泛应用起到了积极作用.

目前，国内的研究主要集中在砂浆的品种和性能上，包括砌筑砂浆、瓷砖黏结剂、勾缝剂、腻子、自流平砂浆、混凝土修补砂浆、干混保温砂浆、装饰砂浆等等［2-10］.而在西方国家，研究工作除了对新产品的开发外［11-13］，更多地集中在添加剂对水泥基砂浆的力学行为和耐久性能的影响上［14-17］，也有部分研究是针对环境变化［18］和生产方法［19］对砂浆性能的影响.尽管文献［20］研究了3组不同级配天然砂对干混砂浆性能的影响，但仅是个例研究.以上研究均是对天然砂干混砂浆而言的，对机制砂干混砂浆的研究还很少.

由于开采天然砂不仅消耗了大量的资源，而且严重地破坏了生态环境，同时，机制砂可以利用矿山尾矿作原料让尾矿石变废为宝，不但保护了地方资源和环境，而且还可有效解决尾矿污染问题.与天然砂相比，机制砂具有在生产过程中就可对其颗粒级配进行控制的优势，因此，有必要针对机制砂的颗粒级配分布对干混砂浆性能的影响问题展开研究.本文对8组不同颗粒级配的机制砂对干混砂浆力学性能的影响进行了试验研究，得到了一些有益的结果. 1 试验 1.1 原材料性能

试验选用的机制砂为山东凝易固砂浆科技有限公司生产的机制砂，根据《建筑用砂》(GB/T14684—2001)对机制砂的颗粒级配、表观密度、堆积密度、泥含量及含水率等进行了测试.机制砂为2区级配，MB值为0.9(＜1.4)，机制砂主要性能指标如表1所示.试验选用的水泥为山东山铝水泥有限公司生产的P.O 42.5普通硅酸盐水泥，符合《通用硅酸盐水泥》(GB175—2007)的要求.试验选用的添加剂分别是北京名昂瑞祥科技有限公司生产的可在分散乳胶粉(SR3210)和纤维素醚(HPMC)，其物理性质分别见表2和表3，均符合《混凝土外加剂应用技术规范》(GB50119—2003)的要求.试验用水取自日常用自来水，符合《混凝土用水标准》(JGJ63—2006).试验选用的所有原材料均符合《砌筑砂浆配合比设计规程》(JGJ/T98—2010)中对材料的要求.

表1 机制砂的主要性能指标Tab.1 Main properties of manufactured-sand 表2 可再分散乳胶粉的物理性质Tab.2 Physical properties of redispersible powderg/℃白色粉末 ≥98.0 10±2 400～500 聚乙烯醇 ≤外观 固体物/% 灰分/%(1000℃)体积密度/(g·L－1) 保护胶体 颗粒尺寸(＞400 μm) pH 值 玻璃化转变温度(DSC)T 4% 5～8 0±5

表3 纤维素醚的物理性质Tab.3 Physical properties of cellulose ether外观 粒度(通过率)碳化温度T/℃表观密度/(g·cm －3)色变温度T/℃表面张力(dyn·cm －1)密度/(kg·cm －3)白色或亚白色(类白色)粉末100 目≥98.5%80目≥100% 280～300 0.25～0.70 190～200 42～56(2%水溶解度)1.26 ～1.31 1.2 砂浆的配合比设计 1.2.1 灰砂比和用水量

砂浆的配合比设计参照《砌筑砂浆配合比设计规程》(JGJ/T98—2010)进行.经过实验室的反复测试，当灰砂比(质量比)为3∶7时，砂浆的流动度合理，保水率较高，黏聚性好，砂浆的黏结强度达到2.56 MPa，同时折压比和抗折强度较高.根据

实验室所做的大量用水量试验并考虑现场施工的要求，砂浆用水量最终确定为m(水):m(干粉)=1∶4. 1.2.2 外加剂含量

保持上述试验确定的灰砂比和用水量不变，分别测定不同掺量的纤维素醚和可再分散乳胶粉对干混砂浆性能的影响，以确定合理的纤维素醚和可再分散乳胶粉的掺量(外加剂的掺量按占整个干混砂浆质量比计).表4和表5分别是不同掺量的纤维素醚和可再分散乳胶粉对干混砂浆性能的影响的测试结果.由表4可知，随着纤维素醚用量的增加，黏聚性明显提高，当用量为0.3%时，施工和易性较好，黏结强度大;当用量为0.5%以上时，砂浆很黏稠，在没有外力的情况下砂浆几乎不流动.故确定纤维素醚的用量为0.3%.由表5可知，随着可再分散乳胶粉含量的增加，砂浆的流动性递增，保水率提高;28 d抗压强度递减，但减幅不大，而28 d抗折强度逐渐增大.当可再分散乳胶粉的用量为2%时，黏聚性好，不析水，故确定可再分散乳胶粉的用量为2%.

表4 不同掺量的纤维素醚对干混砂浆性能的影响Tab.4 Influence of different contents of cellulose ether on properties of dry-mixed mortar含量/% 流动性/mm保水率/%28 d抗压强度/MPa 28d抗折强度/MPa抗折/抗压14 d fat/MPa 工作性严重沁水0.1 176 96 40.4 7.8 0.19 2.11 好的黏聚性，轻微沁水0.3 170 98 36.0 7.6 0.21 2.53 非常好的黏聚性，几乎没有沁水0.5 120 99 30.3 6.7 0.22 3.08 黏性，0 180 83 49.7 8.5 0.17 0.61 松软无黏聚性，没有沁水 表5 不同掺量的可再分散乳胶粉对干混砂浆性能的影响Tab.5 Influence of different contents of redispersible powder on properties of dry-mixed mortar含量/% 流动性/mm保水率/%28 d抗压强度/MPa 28d抗折强度/MPa抗折/抗压14 d fat/MPa 工作性严重沁水2.0 185 91 49.2 8.6 0.18 2.34 好的黏聚性，轻微沁水4.0 188 94 48.4 9.0 0.19 2.64 润滑性能佳，0 180 83 49.7 8.5

0.17 0.61 松软无黏聚性，无沁水 1.3 砂浆的性能试验

用孔径为 1.18，0.6，0.15，0.075 mm 的筛子，把试验用机制砂筛成4种不同粒径的砂粒组.然后把各粒组的筛余量按占总质量的百分比配制成如表6所示的8组颗粒级配的试验用砂.按照上述确定的砂浆配合比，分别取这8组颗粒级配用砂，配制成8组干混砂浆，然后依据《建筑砂浆基本性能试验方法标准》(JGJ/T70—2009)(以下简称《标准》)及相关实验规定对每组干混砂浆分别进行了稠度，以及28 d抗压强度和28 d抗折强度的试验;最后分别对砂浆在14 d标准养护和浸水养护条件下与聚苯板和瓷砖的黏结强度，以及28d标准养护和浸水养护条件下与聚苯板和瓷砖的黏结强度进行了测试.

表6 不同粒径组机制砂含量Tab.6 Groups of different grain grading of manufactured-sand %组别 1.18 ～0.6 mm 0.6 ～0.15 mm 0.15 ～0.075 mm ＜0.075 mm 1 5 10 35 502 10 20 30 403 20 30 20 304 25 40 15 205 25 50 10 156 30 60 5 57 20 70 5 58 15 80 5 0 2 结果与分析

2.1 颗粒级配对砂浆稠度的影响

根据上述试验方案及试验步骤，各组干混砂浆所测得的稠度算术平均值如图1所示.由图1可以看出，随着石粉含量(0.075 mm以下)的减小和各粒组含量的变化，干混砂浆的稠度值由1组到8组呈现逐渐增加的趋势.1，2组由于石粉含量较高(分别为50%，40%)，石粉的粒径小，比表面积大，故表面润湿需用水量较大，降低了砂浆流动度，导致砂浆的稠度值偏小.在用水量不变的情况下，由于小粒径颗粒的减少，骨料的需水量减少，故稠度值呈现逐渐增大的趋势.4～6组颗粒级配时砂浆的稠度值较好.

2.2 颗粒级配对砂浆压折强度的影响

根据《标准》所述制样方法和试验步骤，测定砂浆立方体的抗压强度.各组干混砂浆的立方体抗压强度值的变化如图2所示.由图2可知，随着石粉含量的减小和各粒组含量的变化，干混砂浆的抗压强度值由1组到8组呈现逐渐减小的趋势.前5组颗粒级配下的砂浆强度变化不大，第6组到第8组颗粒级配下的砂浆强度降低较多.

根据上述试验方案及试验步骤，参照《钢丝网水泥用砂浆力学性能试验方法》(GBT 7897—2008)测定砂浆的抗折强度.各组干混砂浆的抗折强度值如图2所示.由图2可知，前5组颗粒级配的砂浆抗折强度变化不大，6～8组的抗折强度相对较低，总体上呈整体下降趋势.

究其原因，可能是由于6～8组颗粒级配中的细颗粒含量较少，对粗颗粒所形成的空隙填充不够密实，使得砂浆的密实度较前5组降低较多，导致砂浆的强度降低较多.

根据试验测得的砂浆的抗压强度和抗折强度值，把各组砂浆的压折比值绘于图3所示.由图3可知，砂浆的压折比总体上呈下降趋势，5～8组颗粒级配所配砂浆的压折比小于3，而第4组砂浆的压折比接近3，说明4～8组颗粒级配所配干混砂浆的柔韧性较好.

2.3 颗粒级配对砂浆黏结强度的影响

根据上述试验方案和《标准》所述试验步骤，测定砂浆的黏结强度.为综合考虑砂浆的黏结强度性能，试验中测定了干混砂浆分别与聚苯板和瓷砖在标准养护和浸水养护两种环境下的14 d黏结强度和28 d黏结强度.各组干混砂浆与聚苯板和瓷砖的黏结强度值，分别如图4和图5所示.由图4可以看出，随着石粉含量的减小和

各粒组含量的变化，干混砂浆与聚苯板的黏结强度值由1组到8组均呈现先增大后逐渐减小的趋势.无论是标准养护还是浸水养护条件，14 d和28 d的黏结强度值均是在第4，5组颗粒级配时达到最大值.由图5可以看出，随着石粉含量的减小和各粒组含量的变化，干混砂浆与瓷砖的黏结强度值由1组到8组也均呈现出先增大后逐渐减小的基本趋势.无论是标准养护还是浸水养护条件，14 d和28 d的黏结强度值均是在第4组颗粒级配时达到最大值，5，6组级配时砂浆的黏结强度较高. 3 结论

(1)随着石粉含量(0.075 mm以下)的减小和各粒组含量的变化，干混砂浆的稠度值随石粉含量的减小呈现逐渐增加的趋势.石粉含量大于40%的颗粒级配时，砂浆的稠度值偏小;石粉含量为5%到20%的颗粒级配时，砂浆的稠度值较好.

(2)随着石粉含量的减小和各粒组含量的变化，干混砂浆的抗压强度和抗折强度值总体上随石粉含量的减小呈现逐渐减小的趋势.石粉含量大于15%的颗粒级配时，砂浆的强度值变化不大;石粉含量小于5%的颗粒级配时，砂浆的强度降低较多.砂浆的压折比总体上呈下降趋势，石粉含量小于15%的颗粒级配所配砂浆的压折比小于3，而石粉含量为20%时砂浆的压折比接近3，说明石粉含量小于20%的颗粒级配时干混砂浆的柔韧性较好，但石粉含量小于5%且细粒含量较少的颗粒级配时砂浆的强度较低.

(3)随着石粉含量的减小和各粒组含量的变化，干混砂浆与聚苯板的黏结强度值随石粉含量的减小均呈现先增大后逐渐减小的趋势.无论是标准养护还是浸水养护条件，14 d和28 d的粘结强度值均是在石粉含量为15%到20%的颗粒级配时达到最大值.干混砂浆与瓷砖的黏结强度值随石粉含量减小也均呈现出先增大后逐渐减

小的基本趋势.两种养护条件下，14 d和28 d的黏结强度值均是在石粉含量为20%的颗粒级配时达到最大值.

(4)由试验结果分析可知，本研究所配的8组颗粒级配中，石粉含量为5%到20%且粗细颗粒级配均匀时，干混砂浆的性能整体较好.

尽管把机制砂的颗粒级配分为8组，进行了稠度、抗压强度、抗折强度和黏结强度等较为详细的研究，但依然不够充分.要得到更合理的机制砂颗粒级配的最佳分布范围，还需对机制砂的颗粒级配进行更为详细的分组，进行更多组别、更为深入的研究. 参考文献:

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