纤维素醚对混合骨料砌筑砂浆性能的影响
王磊
［摘 要］本文主要研究纤维素醚掺量对混合骨料砌筑砂浆性能的影响。结果表明：纤维素醚可改善砌筑砂浆稠度损失率；随纤维素醚掺量增加，其砂浆保水率增加，其砂浆凝结时间延长，其砂浆表观密度逐渐减小；混合骨料砂浆强度随纤维素醚掺量增加而降低。
［关键词］纤维素醚；混合骨料；砌筑砂浆；性能
前言
随着干混砂浆行业的发展，优质砂资源日益短缺， 寻找可以取代干混砂浆中人工砂、河砂的资源是非常有意义的。普通干混砂浆生产中，砂和石是最重要、且用量最多的原材料，对砂浆配制和性能产生巨大影响。如果砂浆的生产区域位于天然砂比较短缺的地区，例如山东济南地区，那么就需要采用异地运输的方式获取天然砂，从而导致混凝土原材料成本不断地增加[1-3]。干混砂浆的发展可推动利用尾矿废石、钢渣、矿渣等固体废弃物制成的人工砂代替天然砂[3]，会带动良好社会经济效应[4]。
本文研究了纤维素醚对混合骨料砌筑砂浆性能，包括表观密度、保水率、稠度损失率、凝结时间、强度等的影响。
01试验原材料、仪器及试验方法
1.1试验原材料
水泥： P·O42.5 水泥，其物理性能见表 1；粉煤灰：F 类Ⅱ级，需水量比 103%，比表面积为 334kg/m2，45µm 筛筛余为 8.2%，济南黄台电厂产， 粉煤灰性能指标见表 2；干混砂浆用河砂和机制砂、铁尾矿砂的细度模数及累计筛余如表 3 所示；纤维素醚为：10 万 MPa·s 羟丙基甲基纤维素醚；水：为饮用自来水。
表 1 水泥物理性能
表2粉煤灰技术指标
表 3 砂累计筛余及细度模数
1.2试验仪器
砂浆搅拌机，压力试验机，振动台，稠度仪，数显砂浆凝结时间测定仪，电热鼓风干燥箱，AL204 电子天平和 DJ 系列电子天平，两套砂浆保水性试验仪器等。
1.3试验方法
砂浆强度、流动度、试件制作与养护等试验测试按照 JGJ/T 70—2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》进行。
02纤维素醚掺量对混合骨料砌筑砂浆性能的影响
根据铁尾矿砂、粉煤灰对砌筑砂浆工作性及力学性能的影响试验，确定了铁尾矿砂、粉煤灰在人工砂或河砂配制砂浆中的应用比例。但是，为保证砂浆工作性， 保水增稠剂作为砂浆必不可少的组分，会对砂浆性能有显著的影响，因此本节试验主要研究不同掺量纤维素醚（HPMC）对铁尾矿砂与人工砂的混合砂或铁尾矿砂与河砂的混合砂配制砌筑砂浆性能的影响。
本节试验分别以 20% 和 40% 铁尾矿砂取代人工砂和河砂为骨料，30% 的粉煤灰取代水泥，研究不同掺量纤维素醚对砂浆工作性及力学性能影响，并确定纤维素醚在铁尾矿砂与人工砂或河砂的混合砂配制砂浆中的最佳取代比例。试验具体配比及结果如表4 所示。
表 4 纤维素醚砌筑砂浆配合比及试验结果
图1 HPMC 对砂浆2h稠度率损失率影响曲线
图 2 HPMC 对砂浆保水率影响曲线
纤维素醚掺加比例对砌筑砂浆 2h 稠度损失率影响曲线如图 1 所示。由图 1 可以看出：由铁尾矿砂与人工砂或河砂混合配制的砌筑砂浆 2h 稠度损失率随纤维素醚掺加比例增加而逐渐降低，纤维素醚掺量相同时，铁尾矿砂、河砂混合骨料砂浆稠度损失低于铁尾矿砂、人工砂混合骨料砂浆稠度损失率。未添加纤维素醚的两种混合骨料砂浆稠度损失率分别为 30.6%、27.8%， 纤维素醚掺量增加至 0.1% 时，稠度损失分别降低至17.5%、16.1%。掺量为 0.15% 时，稠度损失率均降低至 15% 以下。纤维素醚对改善两种砌筑砂浆稠度损失率均有良好效果。
纤维素醚对铁尾矿砂砌筑砂浆保水率影响曲线如图2 所示。由图 2 可以看出：铁尾矿砂与人工砂或河砂混合骨料配制砌筑砂浆保水率均随纤维素醚掺量增加而增加，纤维素醚比例相同时，铁尾矿砂与人工砂混合砂浆保水率高于铁尾矿砂与河砂混合砂浆。未添加纤维素醚的两种混合骨料砂浆保水率分别为 86.9% 和 85.3%，纤维素醚掺量分别为 0.1%、0.125% 时，铁尾矿砂与人工砂、河砂混合骨料砂浆保水率均大于 92%。在保证砂浆相同保水率前提下，铁尾矿砂与人工砂混合骨料砂浆纤维素醚掺量略低于铁尾矿砂与河砂混合骨料砂浆。
纤维素醚对砌筑砂浆表观密度影响曲线如图3所示。由图3可以看出，铁尾矿砂与人工砂或河砂混合骨料配制砌筑砂浆随纤维素醚掺量增加，混合骨料砂浆表观密度逐渐减小。未添加纤维素醚混合骨料砂浆表观密度分别为 2290kg/m3、2180kg/m3，掺量增至 0.1% 时，表观密度分别降至 2150 kg/m3、2000 kg/m3。相同纤维素醚掺量情况下，铁尾矿砂与人工砂混合骨料砂浆表观密度大于铁尾矿砂与河砂混合骨料砂浆表观密度。
纤维素醚对砌筑砂浆凝结时间影响曲线如图4所示。从图4可以看出，铁尾矿砂与人工砂或河砂混合骨料配制砌筑砂浆随纤维素醚掺量增加，混合骨料砂浆凝结时间逐渐增加，纤维素醚在砌筑砂浆中具有引气缓凝作用。未添加纤维素醚混合骨料砂浆凝结时间分别为205min、270min，纤维素醚掺量增加至 0.1% 时，凝结时间分别延长至 245min、450min。相同掺量情况下， 铁尾矿砂与河砂混合配制砌筑砂浆凝结时间要大于铁尾矿砂与人工砂混合配制砂浆凝结时间。
图3 HPMC 对砌筑砂浆表观密度影响曲线
图4 HPMC 对砌筑砂浆凝结时间影响曲线
图5 HPMC 掺量对铁尾矿砂砌筑砂浆强度影响曲线
纤维素醚掺量对铁尾矿砂砌筑砂浆强度影响曲线如图 5 所示。由图 5 可知：铁尾矿砂与人工砂或河砂混合配制砌筑砂浆强度随纤维素醚掺量增加而降低。在相同纤维素醚掺量情况下，铁尾矿砂与人工砂混合骨料砂浆 7d、28d 强度要远远大于铁尾矿砂与河砂混合配制砂浆强度。未添加纤维素醚铁尾矿砂与人工砂混合配制砂浆 7d、28d 强度分别为 17.8MPa、27.2MPa，纤维素醚掺量为 0.1% 时，7d、28d 强度分别降至 12.7 MPa、17.7 MPa；未添加纤维素醚铁尾矿砂与河砂按比例混合后配制的砂浆 7d、28d 强度分别为 5.0MPa、10.4MPa， 纤维素醚掺量增至 0.1% 时，7d、28d 强度分别降至3.1MPa、7.1MPa，说明纤维素醚因分子结构中有大量羟基和醚键，从而抑制水泥水化，大掺量的纤维素醚会很大程度上降低砂浆强度。用铁尾矿砂与人工砂混合按比例配制的砂浆强度大幅度高于铁尾矿砂与河砂混合配制的砂浆强度，说明铁尾矿砂与人工砂混合配制砂浆需水量低，使得砂浆硬化体结构更为致密。
03结论
（1） 纤维素醚对改善两种砌筑砂浆稠度损失均有良好效果。
（2） 保水率均随纤维素醚掺量增加而增加，纤维素醚比例相同时，铁尾矿砂与人工砂混合砂浆保水率高于铁尾矿砂与河砂混合砂浆；在保水率相同下，铁尾矿砂与人工砂混合骨料砂浆纤维素醚掺量略低于铁尾矿砂与河砂混合骨料砂浆。
（3） 随纤维素醚掺量增加，混合骨料砂浆表观密度逐渐减小，而凝结时间逐渐增加，纤维素醚在砌筑砂浆中具有引气缓凝作用。相同纤维素醚掺量情况下，铁尾矿砂与人工砂混合骨料砂浆表观密度大于铁尾矿砂与河砂混合骨料砂浆表观密度。
（4） 混合骨料砂浆强度随纤维素醚掺量增加而降低；用铁尾矿砂与人工砂混合按比例配制砂浆强度大幅度高于铁尾矿砂与河砂混合配制砂浆强度，说明铁尾矿砂与人工砂混合配制砂浆需水量低，使得砂浆硬化体结构更为致密。
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