干混砂漿原材料對砂漿性能的影響

史 彥 鑫

(沈陽工業大學建筑與土木工程學院，遼寧 沈陽 110870)

1 概述

干混砂漿是指由專業生產廠家生產的、經干燥篩分處理的細骨料與無機增稠材料、礦物摻合料和添加劑按一定比例混合而成的一種顆粒狀或粉狀混合物，用袋裝或散裝的形式運到建筑工地，加水拌和后就可直接使用的砂漿類建筑材料[1]，而砂漿的性能與干混砂漿的外加劑有密切的關系。

2 試驗部分

2.1 試驗材料

本實驗采用遼寧山水工源水泥有限公司P.O42.5的普通硅酸鹽水泥、Ⅰ級粉煤灰、過1.18 mm篩網的河砂、過0.6 mm篩網的尾礦砂、20萬粘度的羥丙基甲基纖維素纖維素醚(HPMC)、聚羧酸鹽高效減水劑、可再分散乳膠粉、膨脹劑及普通自來水。

2.2 試驗方法

試驗膠砂比為1∶3，粉煤灰等量取代水泥20%，減水劑為水泥,粉煤灰總質量的0.3%，纖維素醚(X)添加量為水泥,粉煤灰總質量的0.15%,0.18%,0.2%,0.23%,膠粉(J)添加量為水泥、粉煤灰總質量的1%,1.5%,2%,2.5%,尾礦砂(W)等量取代河砂的百分比40%,50%,60%,70%、膨脹劑(P)添加量為水泥,粉煤灰總質量的6%,8%,10%,12%，以W,X,J,P為基礎設計五因素(包含誤差列)四水平的正交試驗，通過調節加水量控制砂漿稠度在90 mm～100 mm，分別測定砂漿保水率、28 d抗壓強度、28 d抗折強度、14 d拉伸粘結強度、28 d干縮，分析實驗數據得到各因素對砂漿性能的影響，為之后的配制干混砂漿提供建議和指導。水泥膠砂稠度、抗壓強度、保水率、干縮、粘結強度測試依據中華人民共和國行業標準JGJ/T 70—2009建筑砂漿基本性能試驗方法標準，流動度測定依據中華人民共和國國家標準GB/T 2419—2005水泥膠砂流動度測定方法，抗折強度測定依據中華人民共和國國家標準GB/T 17671—1999水泥膠砂強度檢查方法。

3 結果分析

3.1 保水率分析

由表1可知，尾礦砂、纖維素醚、膠粉、膨脹劑的極差值分別為0.045,0.2,0.112,0.047，其中X對砂漿保水率影響最大，其次為J,P,W，膠粉和膨脹劑對保水率影響較小，隨著纖維素醚的摻量的增加保水率呈逐漸上升趨勢，然而在纖維素醚摻量為0.15%的時候，砂漿保水率就達到99.35%以上，滿足砂漿保水率要求，隨著纖維素醚摻量的增加，保水率上升幅度較小。

表1 保水率極差分析表

一般認為纖維素醚的保水機理有以下兩種：一是纖維素醚分子上羥基和醚鍵上的氧原子與水分子結合成氫鍵，使游離水變為結合水，從而起到保水作用；二是水分子與纖維素醚分子鏈間的相互擴散使水分子進入纖維素醚大分子鏈內部，并受到較強約束力，從而提高砂漿的保水性。

3.2 粘結強度分析

表2 14 d粘結強度極差分析表

由表2可知，尾礦砂、纖維素醚、膠粉、膨脹劑的極差值分別為0.123,0.335,0.157,0.043，J摻量對砂漿粘結強度影響最大，其次為W,P,X。隨著膠粉摻量的增加，粘結強度近似呈線性增加。研究表明，可再分散乳膠粉產品為水溶性可再分散粉末，以聚乙烯醇作為保護膠體。聚合物以粉末形式摻入到水泥基材料中，加水重新分散為乳液，隨著水化反應的進行，水分不斷消耗，水化產物增多，聚合物顆粒逐漸聚集在毛細孔中，并在膠凝體表面和未水化的水泥顆粒上形成緊密的堆積層，由于水化是水分的減少，凝膠體上和在空隙中緊密堆積的聚合物顆粒便凝聚成連續的薄膜，形成與水化水泥漿體互穿基質的混合物，并且是水化產物之間及骨料相互膠結，而這種薄膜的拉伸強度高于水硬性材料一個數量級以上，故使得砂漿拉伸粘結強度得以增加，內聚力得以提高[2,3]。然而隨著砂漿粘結性的增強，嚴重影響著砂漿的工作性能。尾礦砂、膨脹劑和纖維素醚對粘結強度影響較小。

3.3 干縮分析

表3 28 d干縮極差分析表 10-4 mm

由表3可知，尾礦砂、纖維素醚、膠粉、膨脹劑的極差值分別為1.215,1.44,1.66,2.2，P對砂漿干縮影響最大，砂漿干縮值先減小后增大，在膨脹劑摻量為8%時，砂漿的干縮值最小。膨脹劑與水泥加水拌和后經水化過程形成鈣礬石晶體，使體積膨脹，起到補償收縮的功能。隨著摻量的增加，膨脹劑水化使得砂漿中的自由水含量降低，導致砂漿表面泌水速率降低，而且膨脹劑水化會消耗毛細管中的水分，導致毛細管收縮應力增大，再加上水化產生顯著的放熱量，使砂漿溫度升高，加速了砂漿的失水，導致砂漿補償收縮的能力減低[4]。尾礦砂、纖維素醚和膠粉對干縮影響較小。

3.4 抗壓強度、抗折強度分析

表4 28 d抗壓強度極差分析表 MPa

表5 28 d抗折強度極差分析表 MPa

由表4可知，尾礦砂、纖維素醚、膠粉、膨脹劑的極差值分別為2.625,1.742,2.526,1.601，影響砂漿28 d抗壓強度的因素依次為J,W,P,X，由表5可知，尾礦砂、纖維素醚、膠粉、膨脹劑的極差值分別為0.603,0.430,0.868,0.278，影響砂漿28 d抗折強度的因素依次為J,W,X,P，膠粉對砂漿28 d抗壓抗折強度影響明顯，膠粉在摻量為1.5%時，抗壓強度、抗折強度達到極大值，繼續增加膠粉摻量，抗壓抗折強度均有一定程度減小。膠粉有一定程度的減水和引氣作用，減水使砂漿硬化后致密度提高，改善了骨料與水泥機體的粘性，減少了縫隙的形成，聚合物與水泥漿體互穿基質，在應力作用下產生裂縫時，聚合物能跨越微裂縫紋并抑制裂縫的擴展，從而使砂漿的斷裂韌性、變形能力得以提高[7]，從而能有效提高砂漿的抗壓抗折強度；而引氣作用會增加砂漿的空隙率，導致砂漿缺陷增多，而降低砂漿強度。

尾礦砂摻量對砂漿抗壓強度、抗折強度也有著一定的影響作用。隨著尾礦砂摻量由40%～70%增加，抗壓抗折強度呈先上升后下降的趨勢，且在尾礦砂摻量為50%時，砂漿的抗壓抗折強度達到極大值。尾礦砂表面粗糙、棱角多，不規則的顆粒具有更大的比表面積，增加了包裹顆粒的漿體體積，增加了水泥漿體界面的機械咬合力，而且尾礦砂中含有大量的細小顆粒粉料，較低摻量時可以填充空隙，改善顆粒級配，增加砂漿密實度。過高摻量會增加砂漿需水量，增加水膠比，從而影響砂漿強度[5]。纖維素醚、膨脹劑對砂漿的抗壓抗折均有一定的影響，但影響較小。

4 結語

1)纖維素醚對砂漿保水率有顯著影響，隨著纖維素醚摻量的增加，保水率逐漸提高。在纖維素摻量為0.15%時，保水率就達到99.35%以上，繼續增加纖維素醚摻量保水率提高空間較小。綜合經濟性分析，纖維素醚摻量不宜過多，約為0.15%較為合適。

2)膠粉可以顯著改善砂漿的粘結性能，在摻量為1%～2.5%范圍內，隨著膠粉的摻量的增加，粘結性能逐漸提高，而且，在膠粉摻量為1.5%時，砂漿抗壓抗折強度達到最大值，但是隨著膠粉摻量的增加，砂漿粘度也越來越大，不利于施工，故膠粉摻量為1.5%較為合適。

3)膨脹劑對補償砂漿干縮較為顯著，且摻量為10%時，干縮最小。

4)尾礦砂等量取代河沙起到節能環保的作用，在滿足需求的情況下，應盡可能多的利用。且尾礦砂對砂漿干縮、粘結強度、抗壓抗折均有一定的影響，綜合分析尾礦砂摻量為50%較為合適。