機制砂在普通干混砂漿中的應用研究

1、. 機制砂在普通干混砂漿中的應用研究 摘要:試驗研究了不同比例機制砂替代河砂對干混砌筑砂漿的抗折和抗壓強度的影響，采用機制砂制備出不同強度等級的干混砌筑砂漿和干混抹面砂漿，并進一步研究了機制砂替代石英砂對抗裂抹面砂漿工作性能、強度與收縮性能的影響。研究認為，合理工藝制備出的機制砂可以完全代替河砂制備不同強度等級的干混砌筑砂漿與干混抹面砂漿;機制砂替代量為50%時不僅能提高普通干混砂漿的抗折性能，且能改善抹面砂漿收縮性能。關鍵詞:生產(chǎn)工藝;機制砂;干混;砌筑砂漿;抹面砂漿1前言 目前混凝土一直是人類最大宗的建筑構造材料。作為混凝土主要組成局部之一的砂，包括天然砂和人工砂兩種，后者又分為機制砂和由

2、機制砂與天然砂混合而成的混合砂。目前，我國砂的年產(chǎn)量高達7億多噸，大多數(shù)是天然砂。天然砂是一種地方性資源，它具有分布不均勻、短時間不可再生、不適宜長距離運輸?shù)忍攸c。在我國的很多地區(qū)由于開采過度等原因已導致天然砂資源接近枯竭，還有很多地方已經(jīng)開場禁采或限采天然砂，這樣一來，工程建立用砂的供需矛盾便日漸凸現(xiàn)出來。隨著混凝土技術的迅速開展，現(xiàn)代混凝土對的技術要求越來越高，能滿足其要求的天然砂越來越少，甚至沒有。這樣，人工砂在工程中的地位越來越重，成為建立用砂的重要來源。使用機制砂替代河砂在國外已成為混凝土行業(yè)可持續(xù)開展的一種趨勢。 干混砂漿屬于商品砂漿，最初國稱其為預混(干)砂漿，后來又稱為干粉料、

3、干混料、干粉砂漿或干拌砂漿。干混砂漿的主要組成成分包括膠凝材料、細骨料、外加劑等固體材料。干混砂漿具有保水性適當、和易性優(yōu)異以及使用方便等優(yōu)點。相比擬而言，興旺國家在砂漿商品化的進程方面起步較早，并且已取得十分成功的開發(fā)、生產(chǎn)和應用經(jīng)歷。早在19世紀，奧地利就創(chuàng)造了預混(于)砂漿，到20世紀60年代，歐洲的預混(干)砂漿得到迅速開展。我國直到20世紀90年代末才開場加大宣傳力度和采用政府政策引導、干預的措施，積極灌輸商品砂漿的觀念，通過投人一定的人力、物力進展開發(fā)研究，以科研單位牽頭制定了一些相關規(guī)程，取得了一定的成績。 目前，國許多學者已經(jīng)對干粉砂漿展開了相關研究，研究容主要集中在根據(jù)本地原

4、料的特點研制最正確配料方案、開發(fā)滿足客戶不同需要的新品種、開發(fā)國產(chǎn)的生產(chǎn)設備及相關檢測設備和降低設備投資本錢等幾個方面。 干混砂漿在中國經(jīng)過短短幾年的開展，已經(jīng)逐漸顯示出其在品質(zhì)、效率、經(jīng)濟和環(huán)保等方面的優(yōu)越性。干混砂漿的用途必將越來越廣泛，另一方面，天然河砂供給越來越緊缺，價格增長加快。本文主要研究機制砂干混砂漿的配制技術和對其局部性能產(chǎn)生的影響，探討機制砂代替河砂與石英砂配制干混砂漿產(chǎn)生的相關影響，對機制砂在干混砂漿中的工程應用和相關研究起到一定指導意義。2試驗原材料與方法2. 1試驗原材料試驗中所采用的水泥為江南小野田P.II52.5硅酸鹽水泥;粉煤灰(FA):二級粉煤灰。水泥和粉煤灰的

5、化學組成見表1。增稠劑采用中維生產(chǎn)的纖維素醚，黏度15000MPa .s ., 試驗中采用的機制砂由鹿山塢礦業(yè)提供。2. 2機制砂生產(chǎn)工藝 目前，國機制砂的一般生產(chǎn)工藝流程可簡單地分為以下幾個階段:塊石粗碎中碎細碎篩分除塵機制砂。但是傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法由于破碎過程簡單，缺少機制砂顆粒整形工藝步驟，濕法除粉效果可控性不高，這樣的機制砂產(chǎn)品存在粒型棱角鋒利、方角體過多、顆粒外表孔縫較多以及石粉含量過高等問題，再加上不同產(chǎn)地原料之間的差異，導致目前機制砂品質(zhì)不高，性能不穩(wěn)定。 實驗所用機制砂的生產(chǎn)原料為鹿山塢礦業(yè)加工精品石料過程中產(chǎn)生的3 5mm尾礦廢石顆粒。由于石料在加工為精品石料顆粒的過程中已經(jīng)歷了

6、粗碎、中碎和細碎等過程，因此其后續(xù)生產(chǎn)過程主要特點在于屢次回籠篩分整形和除粉。流程圖如圖1所示。尾礦石料通過國際先進的VI8000型立式?jīng)_擊破碎機進展細破，之后根據(jù)實際需要，通過振動篩別離大粒徑顆粒，屢次回籠通過VI8000型立式?jīng)_擊破碎機整形。整形后的機制砂還要通過新型石粉別離機進展除粉處理。 采用干法除粉對機制砂石粉含量進展控制。目前國廣泛采用的分選設備為C*FL系列高效粗細粉別離機，該設備雖然利用了重力作用，通過風力將鐵礦粉與雜質(zhì)別離，但物料在風選筒所做運動為自由落體運動，歷時短，別離效果不夠理想，而且除粉量不能根據(jù)實際需要進展控制。鹿山塢礦業(yè)研制出一種新型砂粉別離機，這種新型砂粉別離機

7、提供15個不同級別的風擋，通過調(diào)節(jié)進風量對機制砂的石粉含量進展有效控制。該設備已申請國家專利。通過VI8000型立式?jīng)_擊破碎機的屢次整形破碎，增加了機制砂中間粒徑顆粒的數(shù)量，改善了級配和顆粒形貌，大大改善外表粗糙程度，使其更加接近天然河砂的品質(zhì);通過新型石粉別離機的處理，機制砂石粉含量更加合理并且便于使用。2. 3試驗方案 首先在保證干混砌筑砂漿的稠度在(80士10)mm圍的前提下，貓聚性和強度到達有關標準要求為目標，確定等級為M10的干混砌筑砂漿根本配合比;在此根底上研究機制砂按照不同比例取代天然砂對干混砌筑砂漿工作性和強度的影響，以期找到機制砂對干混砌筑砂漿強度的影響規(guī)律。接著，參考上述規(guī)

8、律，完全利用機制砂制備不同強度等級的干混砌筑砂漿(M5.0, M10, M30)與干混抹面砂漿(M5. 0, M10, M20) o 其次，針對已有的抗裂抹面砂漿配方，使用機制砂替代其中的細骨料(石英砂)成分，研究機制砂對其工作性、強度以及收縮性能產(chǎn)生的影響，探討利用機制砂改良抗裂抹面砂漿配方的可行性。2. 4試驗方法 砂漿抗壓與抗折強度測試按照“水泥膠砂強度檢驗方法“(GB/T 17671-1999)進展，試件為40mm * 40mm * 160mm三聯(lián)模。砂漿稠度與收縮測試參照“建筑砂漿根本性能試驗方法標準“(JGJ/T 70-2009)，收縮試塊尺寸為40mm *40mm * 160mm

9、，兩端使用502快干膠粘接金屬測頭，測長采用量程為0.01mm千分尺。3結果與討論3. 1不同比例機制砂替代河砂對干混砌筑砂漿性能的影響 首先使用河砂配制M10干混砌筑砂漿的目標為稠度在(80士10)mm圍，保水性和戮聚性良好，強度到達設計強度，選定基準配合比為:水膠比為0. 7，膠砂比為1：4，礦物摻合料為粉煤灰，最正確摻量為膠凝材料用量的20%，纖維素醚摻量0.05%。在根本配合比的根底上，研究機制砂取代河砂對M10干混砌筑砂漿工作性和強度的影響規(guī)律，為下一步使用機制砂制備不同強度等級的干混砌筑砂漿與干混抹面砂漿打好根底。 選擇0、30%、50%、 70%及100%這五個取代量來研究機制砂

10、取代河砂量的變化對M10干混砌筑砂漿強度的影響規(guī)律。制備過程中保證稠度在要求圍。3.1.1工作性砂漿在機制砂摻量較小的情況下對其工作性沒有顯著影響，當摻量增加到50%時就可以明顯感覺到，砂漿漿體變干，流動性減弱，外觀顆粒感較強，砂漿外表不平滑。摻量為5000, 7000以及完全由機制砂拌合的砂漿在成型振動后均出現(xiàn)不同程度的泌水現(xiàn)象，說明隨著機制砂摻量的增大，漿體保水性能逐漸變差。不同比例機制砂取代河砂對砌筑砂漿工作性的影響見表20 從表2中可以看出，隨著機制砂替代河砂比例的增加，砂漿稠度數(shù)值呈現(xiàn)下降趨勢。分析這一現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，應與機制砂形貌和級配有關。機制砂顆粒外形為多棱邊、角方體，砂漿流動

11、時部阻力較大，導致砂漿流動赫滯性變大;另一方面，機制砂級配與天然河砂相比呈現(xiàn)“兩端大，中間小的分布，一樣流動性要求下機制砂用水量更大。因此，機制砂砂漿流動性相比擬河砂砂漿會減小很多，稠度數(shù)值也會相應下降。當砂漿全部由機制砂拌制時，在水膠比為0. 7的情況下稠度為68mm，與要求的稠度指標尚有很小差異，因此想到增加用水量進展調(diào)節(jié)。后來補充一組水膠比為0. 75的砂漿，此時稠度可到達71mm。3.1.2強度 不同比例機制砂取代河砂對砂漿砌筑強度的影響見表30比照完全使用河砂與機制砂制備的砂漿試塊，在配比完全一樣的情況下河砂試塊的28d抗折與抗壓強度均低于機制砂試塊，其中，機制砂試塊抗折強度比河砂試

12、塊約高4200，抗壓強度約高4800?？梢?，在一樣配比的情況下，利用機制砂制備的砂漿試塊強度更優(yōu)。在取代摻量為30%與70%時砂漿抗壓強度數(shù)值較為接近，可能是混合砂級配的變化引起的。摻量為SO腸時抗折強度和抗壓強度值均為最高值，與機制砂級配被河砂改善有關。不同摻量機制砂取代河砂對砌筑砂漿抗折與抗壓強度的影響如圖2所示。 機制砂砂漿的強度明顯高于天然河砂配制的砂漿。原因分析如下:一方面由于機制砂顆粒形貌粗糙，有利于增大砂漿體系膠凝材料與細骨料之間的粘接性能，增大摩擦力從而提高強度;另一方面，機制砂中含有的石粉起到了微集料的填充作用，有利于提高強度。除此以外，有的學者提出石粉起到了晶核的作用，誘導

13、水泥水化產(chǎn)物結晶，加速水化產(chǎn)物的生產(chǎn)，從而提高了強度。3. 2制備不同強度等級的機制砂砌筑砂漿與抹面砂漿 通過之前的研究可以確定機制砂對干混砌筑砂漿的工作性能有一定影響，但是通過用水量和增稠劑的使用可以將其控制在要求的圍;另一方面，完全使用機制砂配制的干混砌筑砂漿28d抗折強度和抗壓強度都比使用河砂的高。在此根底上，嘗試使用機制砂制備假設干組不同強度等級的干混砌筑和抹面砂漿，繪制水膠比、膠砂比對強度的關系曲線，對使用機制砂制備不同需求的、各個強度等級的干混砂漿起到參考作用。3. 2. 1制備不同強度等級的機制砂砌筑砂漿 按照“商品砂漿生產(chǎn)與應用技術規(guī)程“(DGTJ 08-502-2006)中的

14、規(guī)定，干混砌筑砂漿按其強度等級可劃分為M5.0, M7.5, M10, M15, M20, M25和M30七個等級。本次實驗使用機制砂試制了M5. 0, M10和M30三個等級的干混砌筑砂漿。詳細配比情況見表4。 從實驗結果來看，三個等級的砂漿28d抗壓強度均到達設計標準，稠度變化控制在(80士10)mm圍。 圖3是機制砂干混砌筑砂漿的水膠比、膠砂比與強度的關系。通過水膠比與強度的關系可以擬合出二次回歸公式: Y=71. 333*z一146. 60*+85. 467(1) 式中，Y代表抗壓強度，*代表水膠比?；貧w系數(shù)影=1. 0000，較好地擬合了抗壓強度與水膠比的關系。 通過膠砂比與強度的關

15、系可以擬合出另一個回歸公式: Y=18.2641n*+42.781 (2) 式中，Y代表抗壓強度，*代表膠砂比?；貧w系數(shù)R2= 0. 9991，擬合趨勢線較好地符合實測曲線。 通過上面兩式，理論上可以根據(jù)需要確定任意強度等級的機制砂干混砌筑砂漿的水膠比與膠砂比。3. 2. 2制備不同強度等級的機制砂抹面砂裝“商品砂漿生產(chǎn)與應用技術規(guī)程“(DGTJ 08-502-2006)中規(guī)定，干混抹面砂漿按其強度等級可劃分為M5.0, M10, M15和M20四個等級。本次實驗使用機制砂試制了M5. 0,M10和M20三個等級的干混抹面砂漿。干混抹面砂漿與干混砌筑砂漿相比擬，主要控制稠度在(90士10) m

16、m圍，為了保證砂漿流動性與保水性，干混抹面砂漿中加人了少量的引氣劑。詳細配比情況見表5。 通過實驗結果可以看到，三個等級的干混抹面砂漿28d抗壓強度均到達設計強度，稠度控制在要求圍。 圖4是機制砂干混抹灰砂漿的水膠比、膠砂比與強度的關系。通過水膠比與強度的關系可以擬合出一個回歸公式: Y=47. 019*2一113. 29*+75. 938 3式中，Y代表抗壓強度，*代表水膠比。圖4機制砂干混抹灰砂漿水膠比、膠砂比與強度的關系 通過膠砂比與強度的關系可以擬合出另一個關聯(lián)公式: Y=14.2941n(*)+33.884 ( 4 ) 式中，Y代表抗壓強度，*代表膠砂比。 通過上面兩式，理論上可以根

17、據(jù)需要確定任意強度等級的機制砂干混抹灰砂漿的水膠比與膠砂比。3. 3機制砂對抗裂抹面砂漿性能的影晌 干混砂漿具有品種多的特點，根據(jù)其不同用途可以劃分為數(shù)十種以上，例如自流平地面砂漿、防水砂漿、外墻外保溫砂漿等。如果能夠經(jīng)過一定探索研究，將機制砂適當?shù)赜糜诓煌猛镜母苫焐皾{中，則這將給機制砂的利用提供更廣闊的空間，同時也有時機對特種干混砂漿的性能產(chǎn)生有益影響。 經(jīng)過前期實驗研究驗證機制砂作為干混砌筑砂漿和干混抹面砂漿細骨料的可行性，接著針對已有的抗裂抹面砂漿配方，使用機制砂替代原配方中的石英砂0%、30%、50%、70%、100%，研究機制砂對抗裂抹面砂漿強度以及收縮性能產(chǎn)生的影響。抗裂抹面砂漿

18、配方采用常用生產(chǎn)配方。3. 3. 1機制砂對抗裂抹面砂裝工作性能的影響使用機制砂替代配方中石英砂0%、30%、50%、70%、100%多，研究其對砂漿工作性能的影響，見表6。 從上表的實驗結果可以看出，隨著機制砂替代石英砂的量逐漸增大，砂漿稠度呈現(xiàn)先降低再升高的趨勢。砂漿流動性隨著摻量的增大逐漸降低，但是對豁聚性沒有很大影響。保水性能逐漸減弱，其中50%和70%兩組砂漿在成型以后靜置一段時間，漿體外表出現(xiàn)輕微泌水，這與機制砂粗顆粒相比擬石英砂多、顆粒粒徑分布不如石英砂均勻有關，可以考慮增大纖維素醚摻量加以改善。機制砂砂漿外表外觀比石英砂砂漿的顆粒感強，這會對實際應用的美觀性產(chǎn)生一定影響，主要原

19、因在于機制砂的大穎粒較多、粒型棱角突出，可以通過機制砂生產(chǎn)工藝的改良，如屢次回籠整形等加以改善。所有砂漿組稠度均控制在要求圍之。3. 3. 2機制砂對抗裂抹面砂裝強度的影響機制砂對抗裂抹面砂漿抗折強度的影響如圖5所示。從圖5中可以看出，在28d齡期時，隨著機制砂摻量的不斷增加，其對砂漿試塊的抗折強度沒有產(chǎn)生顯著影響，變化圍不超過500(以。為基準);從砂漿抗折試件斷面看，用機制砂配制的砂漿，骨料與膠凝材料之間連接得更密實，增強了其間的機械嚙合力;許多纖維被從中拉斷而不是抽出，這也與機制砂顆粒形貌多為角方體、顆粒邊緣不平滑有直接關系。機制砂摻量為ioo%(即完全使用機制砂)，7d和28d抗折強度

20、均高于完全使用石英砂的組別，由此可知使用機制砂制備抗裂砂漿在抗折能力方面優(yōu)于石英砂配方。機制砂對抗裂抹面砂漿抗壓強度的影響如圖6所示。 從圖6中可以看出，不管7d還是28d，抗壓強度的變化趨勢均是在7000摻量圍隨著機制砂摻量的增大而逐漸減小，減小幅度約為7d: 600 28d: 200;機制砂摻人對其抗壓強度的影響不大;完全使用機制砂與完全使用石英砂相比擬，7d抗壓強度要小，28d抗壓強度則相差不大。 強度變化的原因可以從吳中偉院士的“中心質(zhì)效應中尋找。在級配呈現(xiàn)“兩頭大、中間小的機制砂與單一級配的石英砂體系中，機制砂顆粒是大中心質(zhì)，它與水泥漿等周圍介質(zhì)所產(chǎn)生的吸附、機械咬合、粘接、稠化等物

21、理、化學的效應稱為大中心質(zhì)效應。級配良好機制砂所產(chǎn)生的效應有利于改善過渡層的大小和構造，使過渡層更密實，從而抗壓強度較高。而級配不好的機制砂會產(chǎn)生不利的效應，甚至劣化了過渡層構造，從而強度偏低。 石英砂和機制砂的混合劣化了原本不甚理想的機制砂級配，導致強度在摻量為70%之前逐漸降低;另一方面，完全使用機制砂的砂漿由于機制砂顆粒的機械嚙合性能優(yōu)于石英砂，但密實度不如完全使用石英砂的砂漿，引起其28d強度沒有很大差異。3. 3. 3機制砂對抗裂抹面砂漿收縮性能的影響 使用機制砂取代石英砂，摻入量為0%、30%、50%、70%和，研究其1d, 3d,7d, 14d, 21d, 28d, 56d和go

22、d收縮性能。測試結果如圖7所示。 從圖7中可以看出，在機制砂摻量小于30%時，砂漿試塊在1d和3d均出現(xiàn)微膨脹現(xiàn)象，摻量大于30%時這一現(xiàn)象消失。文獻【11】中提到砂巖機制砂砂漿在1d和3d齡期出現(xiàn)微小膨脹的現(xiàn)象，但未對這一現(xiàn)象進展解釋。 機制砂摻人為0，即完全使用石英砂作為細骨料的砂漿，收縮率從7d齡期后就比其他組別高，說明石英砂在砂漿試塊后期持續(xù)收縮產(chǎn)生了很大作用。摻加了機制砂的試塊整體收縮性能都比不摻加的要好，其中高機制砂摻量70%和100%的試塊在后期收縮效果相差不多。需要特別注意的是摻量為50%的試塊，該組在測試全程中的收縮程度均最小，在整個測試階段最大收縮率也僅為36 * 10-6，表達出很好的體積穩(wěn)定性能。另外，通過比照之前機制砂替代河砂的對強度的影響結論可以發(fā)現(xiàn)，機制砂替代河砂量也為50%時，其抗折和抗壓強度取得最大值。出現(xiàn)上述現(xiàn)象的主要原因，一方面可能在于石英砂與機制砂的混合導致混合砂級配的變化;另一方面，機制砂的顆粒形貌粗糙多棱角，起到了很好的支撐骨架作用。由此可得，通過選擇級配適宜的機制砂，配合石英砂混合使用作為抗裂砂漿的細骨料，