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机制砂对湿拌砂浆性能的影响研究
摘要:通过设计不同粗细和级配的机制砂,研究了机制砂细度模数和级配对湿拌砂浆性能的影响。结果表明,当机制砂细度模数在1.2~3.0时,随着机制砂细度模数的增大,湿拌砂浆单方用水量减小,保水性下降,和易性和抗压强度呈先提高后降低,干缩率呈先减小后增大的变化规律当机制砂公称粒径在0.315mm以上颗粒的分计师余相同时,随着机制砂中小于0.315mm颗粒含量的增加,湿拌砂力学性能先提高后降低,干缩率先减小后增大。控制机制砂中小于0.315mm细颗粒含量为30%,机制砂中大于1.25mm颗粒含量超过30%时,湿拌砂浆拉伸黏结强度明显降低,干缩率显著增大。
前言
湿拌砂浆是一种新型的绿色建筑材料,与传统现场搅拌砂浆相比具有保护环境、节约资源、确保工程质量、降低劳动强度、推动散装水泥发展等优点。随着预拌砂浆的全面推广,在我国已经形成了“干湿并存”的发展模式,特别是在南方经济发达地区,湿拌砂浆已经具有一定规模,有些地区湿拌砂浆的发展速度甚至已经超过了干混砂浆。日前,湿拌砂浆的骨料多采用天然砂,然而随着我国建筑业的快速发展,作为短期不可再生资源的天然砂被大量开采,使得我国多数地区已面临无砂可采、优质天然砂匮乏的资源现状2-3。因此,在湿拌砂浆中采用机制砂代替天然砂作为细骨料将成必然趋势。
日前,国内就机制砂砂浆的研究较多,主要集中在矿物掺合料、聚丙烯纤维、石粉含量和机制砂种类对机制砂砂浆工作性能、力学性能、抗裂性能、耐久性能以及干缩性能的影响。而在国外,研究更多的集中在机制砂的破碎工艺、类型、水灰比、集灰比对机制砂砂浆耐久性能、力学性能和流动性的影响砂是砂浆中用量最大的组分,其粗细程度和级配对砂浆性能影响显著。目前,就机制砂细度模数和级配对机制砂砂浆性能影响研究较少，而机制砂具有在生产过程中就可对其粗细程度及级配进行控制的优势,因此,有必要针对机制砂细度模数和级配对湿拌砂浆性能的影响进行试验研究。
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GAOKAO
原材料与试验方法
1.1原材料
水泥:42.5R普通硅酸盐水泥,主要性能见表1
细集料:机制砂,细度模数3.0,石粉含量13.0%,MB值1.0,其筛分结果见表2。
调节剂:LD-10N砂浆开放时间调节剂,掺量2~4kg/m3
减水剂:LD-203醚化聚羧酸减水剂,掺量8~12kg/m3
1.2机制砂细度模数和级配设计
设计了7组不同细度模数的机制砂,主要分布在Ⅱ区和Ⅲ区,研究机制砂细度模数对湿拌砂浆性能的影响。机制砂筛分以后去除公称粒径5mm以上颗粒,通过人工调配,控制公称粒径为80μm以下颗粒含量为10%,其分计筛余见表3。
设计了7组不同级配的机制砂,其细度模数为2.0~2.6,主要分布在Ⅱ区。其中,J1~5组大于0.315mm颗粒的分计筛余相同,小于0.315mm颗粒含量以15%、20%、25%、30%、35%依次增大,重点研究机制砂中小于0.315mm颗粒的含量对湿拌砂浆性能的影响;J4、J6、J7组小于0.315mm颗粒含量相同,重点研究大于0.315mm粗颗粒的分计筛余对湿拌砂浆性能的影响。机制砂筛分后去除公称粒径2.50mm以上的颗粒,通过人工调配,其分计筛余见表4。
1.3试验方法
机制砂的筛分和细度模数的计算按JGJ52—2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》的规定进行;湿拌砂浆的稠度、表观密度、保水率、14d拉伸黏结强度、抗压强度和收缩率的测试按JGJ/T为4%,调节剂掺量为1%。加水时控制湿拌砂浆的稠度为(90±5)mm,在该稠度范围测试湿拌砂浆的性能。机制砂细度模数对湿拌砂浆性能影响的试验结果见表5和图1~图2。
从表5可以看出,湿拌砂浆的单方用水量随机制砂细度模数的增大而减小,机制砂细度模数增大到3.0时,用水量减小了60kg/m3。这主要是由于随着机制砂细度模数的增加,体系比表面积增加,润湿其表面所需的用水量增加。机制砂细度模数小于1.8时,湿拌砂浆保水性很好,但其黏度大,不易抹开,对施工不利;机制砂细度模数在2.1~2.4时,湿拌砂浆和易性良好,手感爽滑;机制砂细度模数大于2.4时,湿拌砂浆黏聚性差,出现泌水且手感粗糙。主要原因是机制砂细度模数小于1.8时,细粉所占比例偏大,砂浆体系变稠,新拌砂浆保水性好但黏度大;机制砂细度模数大于2.4时,砂中粗颗粒含量增大,细粉含量减小,新拌砂浆保水性差且手感粗糙。
由图1可以看出,随着机制砂细度模数的增大,湿拌砂浆的7d、28d、56d抗压强度均先增大后减小。其中,机制砂细度模数为2.4时,砂浆的7d、28d抗压强度达到峰值,分别为7.9MPa和8.5MPa;机制砂细度模数为2.1时,砂浆56d抗压强度达到峰值,为9.2MPa;机制砂细度模数小于2.1时,由于细颗粒较多,在硬化砂浆中没能形成骨架结构,且体系总比面积增大,部分颗粒呈游离松散状态,因而降低了颗粒之间的黏结强度,砂浆强度降低。机制砂细度模数为2.1~2.4时,粗细颗粒含量均匀,颗粒之间空隙被有效填充,砂浆抗压强度增大。当机制砂细度模数大于2.4时,粗颗粒含量增大,细颗粒含量减小,骨架之间的空隙不能被有效填充,而且浆体保水性差,水分散失过快,影响后期强度发展,因此,砂浆各龄期抗压强度均显著下降。此外,在同一细度模数下,随着养护龄期增长,水泥水化更充分,硬化砂浆块中孔隙减少,密实度增大,抗压强度增大。
由图2可以看出,随着机制砂细度模数的增大,湿拌砂浆的干缩率先减小后增大,其中,机制砂细度模数2.1时砂浆的干缩率最小,56d千缩率
为0.11%;机制砂细度模数为1.2时,砂浆干缩率最大,56d干缩率为0.2%。原因是机制砂细度模数小于1.8时,细粉含量较高,浆体总量相对较多,抑制砂浆收缩的砂相对较少,从而使砂浆干缩率增大。机制砂细度模数为2.1~2.4时,砂的粗细颗粒含量均匀,形成了良好的孔结构,干缩率减小。机制砂细度模数大于2.4时,机制砂中细颗粒含量少,内部孔隙率大,砂浆干缩率增大。
2.2机制砂级配对湿拌砂浆性能的影响
以湿拌抹灰砂浆为研究对象,砂浆配合比中集灰比为4.67,减水剂掺量为4%,调节剂掺量为1%加水时控制湿拌砂浆的稠度为(90±5)mm,在该稠度范围测试湿拌砂浆的各项性能。机制砂级配对湿拌砂浆性能影响的试验结果如表6以及图3、图4和图5所示。
由表6可以看出,J1~5组随着机制砂中小于0.315mm颗粒含量的增加,湿拌砂浆用水量和表观密度逐渐增大。J4、J6、J7组小于0.315mm颗粒含量相同,随着粗颗粒中大于1.25mm颗粒含量的增加,湿拌砂浆用水量和表观密度略有增大。7组湿拌砂浆的保水性均较好,略有波动但变化很小。主要是因为虽然机制砂细颗粒含量不同,但水泥用量较大,改善了湿拌砂浆的保水性。
由图3可以看出,J~组随着机制砂中小于0.315mm颗粒含量的增加,砂浆7d、28d、56d的抗压强度总体呈现先增大后减小的变化规律。J2组(小于0.315mm颗粒含量为20%)的7d和28d抗压强度达到了峰值,分别为12.1MPa、17.8MPa,J3组(小于0.315mm颗粒含量为25%)的56d抗压强度达到最大值,为20.2MPa。综合三个龄期,J1组(小于0.315mm颗粒含量为15%,细度模数为2.60)、J5组(小于0.315mm颗粒含量为35%,细度模数为2.05)的抗压强度较低;J2~J4组(小于0.315mm颗粒含量为20%~30%,细度模数在2.19~2.47)的抗压强度较高。主要原因是机制砂中小于0.315mm颗粒含量为15%时,细颗粒偏少,大颗粒之间的空隙不能被有效填充,各得砂浆的抗压强度降低;机制砂小于0.315mm颗粒含量为35%时,细颗粒偏多,使得体系总比面积增大,部分颗粒呈游离松散状态,从而降低了颗粒之间黏结强度,砂浆强度较低;机制砂小于0.315mm颗粒含量为20%~30%时,级配良好,达到了紧密堆积状态,砂浆抗压强度提高15。J4、J6、J7组小于0.315mm颗粒含量相同,粗颗粒中大于1.25mm颗粒含量超过30%时,砂浆三个龄期抗压强度略有增长。
由图4可以看出,J1~J5组随着机制砂中小于0.315mm颗粒含量的增加,拉伸黏结强度先增大后减小J1组(小于0.315mm颗粒含量为15%,细度模数为2.60)和J5组(小于0.315mm颗粒含量为35%,细度模数为2.05)的拉伸黏结强度均较小,分别为0.18MPa和0.20MPaJ2-J4组(小于0.315mm颗粒含量为20%~30%,细度模数在2.19~2.47)的拉伸黏结强度较大,其中,J4组的拉伸黏结强度达到峰值,为0.33MPaJ4、J6、J7组小于0.315mm颗粒含量相同,粗颗粒中大于1.25mm颗粒含量超过30%时,砂浆拉伸黏结强度明显降低。由图5可以看出,~5组随着机制砂中小于0.315mm颗粒含量的增加,机制砂砂浆的干缩率先明显减小,后逐渐增大,其中J2组(小于0.315mm颗粒含量为20%)的干缩率最小。J1组(小于0.315mm颗粒含量为15%,细度模数为2.60)和J5组(小于0.315mm颗粒含量为35%,细度模数为2.05)的干缩率明显高于J2~J4组(小于0.315mm颗粒含量为20%~30%,细度模数在2.19~2.47)。J4、J6、J7组小于0.315mm颗粒含量相同,随着粗颗粒中大于1.25mm颗粒含量的增加,砂浆干缩率有增大的趋势。
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结论
(1)当机制砂细度模数在1.2~3.0时,随着机制砂细度模数的增大,湿拌砂浆单方用水量减小,保水性下降,和易性和抗压强度呈先提高后降低,干缩率呈先减小后增大的变化规律。机制砂细度模数为2.1~2.4时,湿拌砂浆的和易性良好,抗压强度较高,干缩率较小。
(2)当机制砂公称粒径在0.315mm以上颗粒的分计筛余相同时,随着机制砂中小于0.315mm细颗粒含量的增加,湿拌砂浆的各项力学性能先提高后降低,干缩率先减小后增大。控制机制砂中小于0.315mm细颗粒含量为30%,机制砂中大于1.25mm颗粒含量超过30%时,湿拌砂浆各龄期的抗压强度都略有增长,但拉伸黏结强度明显降低,干缩率显著增大。
(3)选用细颗粒(公称粒径小于0.315mm)含量在20%~30%,各级粗颗粒(公称粒径大于0.315mm)分计筛余在25%左右,细度模数在2.1~2.4范围左右的机制砂可以配制出工作性能、力学性能和收缩性能较好的湿拌抹灰砂浆。
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