砂級(jí)配和含泥量對(duì)機(jī)噴抹灰砂漿性能的影響研究

陳友治，王云，陳洪濤，徐明

（1.武漢理工大學(xué) 硅酸鹽建筑材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430070；2.上海宇砼建筑科技股份有限公司，上海 201900；3.中建五局第三建設(shè)有限公司，湖南 長沙 410116；4.青州中聯(lián)水泥有限公司，山東 濰坊 262500）

濕拌砂漿與商品混凝土類似，是由膠凝材料、集料、礦物摻合料、化學(xué)外加劑、水按照一定配合比在砂漿拌合站攪拌而成，然后運(yùn)送至工地使用[1]。其優(yōu)點(diǎn)有：工業(yè)化的批量生產(chǎn)使砂漿的質(zhì)量得到有力保證；出貨效率高；無需現(xiàn)場(chǎng)拌制；可節(jié)省下干燥設(shè)備以及包裝設(shè)備等成本；避免造成粉塵污染等。

近十幾年來預(yù)拌砂漿的逐步發(fā)展以及我國工業(yè)化的騰飛，人工成本的上漲以及對(duì)施工效率需求的提高，使得砂漿機(jī)械化施工再次成為預(yù)拌砂漿當(dāng)前的推廣方向。特別是針對(duì)抹灰砂漿而言，采用機(jī)械化噴涂工藝能夠大幅度提高施工效率。機(jī)械化施工對(duì)砂漿提出了更高的技術(shù)要求：更好的可泵送性能、可噴涂性能、抗流掛性能，以及更長的開放時(shí)間等[2]。砂對(duì)機(jī)噴抹灰砂漿性能的影響較大，適宜的砂能夠較大程度地改善砂漿性能，更加適應(yīng)工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用[3]。本實(shí)驗(yàn)研究砂的級(jí)配和含泥量對(duì)機(jī)噴抹灰砂漿力學(xué)性能和可施工性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原材料

（1）水泥：華新P·O42.5水泥，物理力學(xué)性能見表1。

表1 水泥的物理力學(xué)性能

（2）粉煤灰：Ⅱ級(jí)，主要技術(shù)性能見表2。

表2 粉煤灰的主要技術(shù)性能

（3）石灰石粉：密度2823 kg/m3，比表面積422 m2/kg，主要化學(xué)成分見表3。

表3 石灰石粉的主要化學(xué)成分 %

（4）砂：河砂A、河砂B，均水洗晾曬至飽和面干，排除含泥量的影響。河砂A、B的細(xì)度模數(shù)分別為2.79、1.37，篩分試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 河砂的篩分試驗(yàn)結(jié)果

（5）水：自來水。

（6）機(jī)噴抹灰砂漿專用外加劑：上海宇砼建筑科技股份有限公司，由復(fù)合型保水增稠劑、減水劑、開放時(shí)間調(diào)節(jié)劑復(fù)配而成，主要技術(shù)性能見表5。

表5 機(jī)噴抹灰砂漿專用外加劑的主要技術(shù)性能

1.2 測(cè)試方法

機(jī)噴抹灰砂漿的稠度、分層度、保水性、凝結(jié)時(shí)間、抗壓強(qiáng)度等均參照J(rèn)GJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行測(cè)試；拉伸粘結(jié)強(qiáng)度參考文獻(xiàn)[4]中的8字模法進(jìn)行測(cè)試；抗流掛性能參照文獻(xiàn)[5]進(jìn)行測(cè)試。

1.3 試驗(yàn)方法

（1）研究砂級(jí)配對(duì)機(jī)噴抹灰砂漿的影響，根據(jù)河砂A和河砂B的顆粒級(jí)配配制出不同細(xì)度模數(shù)的砂漿用砂，混合砂的細(xì)度模數(shù)見表6。

表6 混合砂的細(xì)度模數(shù)

設(shè)計(jì)配制強(qiáng)度等級(jí)M10的機(jī)噴抹灰砂漿，具體配合比為：固定膠集比為0.24，其中集料為15%石灰石粉+85%混合砂；膠凝材料為80%水泥+20%粉煤灰；機(jī)噴抹灰砂漿專用外加劑摻量為膠凝材料質(zhì)量的2%。通過控制用水量來控制砂漿的稠度為（100±2）mm，測(cè)試在該稠度范圍內(nèi)機(jī)噴抹灰砂漿的性能。試驗(yàn)配合比如表7所示。

表7 機(jī)噴抹灰砂漿的試驗(yàn)配合比

（2）研究砂含泥量對(duì)機(jī)噴抹灰砂漿的影響，配制強(qiáng)度等級(jí)為M10的機(jī)噴抹灰砂漿，具體配合比為：固定膠集比為0.24，其中集料為15%石灰石粉+85%混合砂（細(xì)度模數(shù)為2.3）；膠凝材料為80%水泥+20%粉煤灰；機(jī)噴抹灰砂漿專用外加劑摻量為膠凝材料質(zhì)量的2%；泥粉摻量（等質(zhì)量取代混合砂）分別為0、2%、4%、6%、8%，通過控制用水量調(diào)節(jié)砂漿稠度為（100±2）mm，測(cè)試在該稠度范圍內(nèi)機(jī)噴抹灰砂漿的性能。所用泥粉為河砂經(jīng)過水洗后殘余的泥漿經(jīng)過干燥后得到。試驗(yàn)配合比如表8所示。

表8 含泥量對(duì)機(jī)噴抹灰砂漿性能影響的試驗(yàn)配合比

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 砂細(xì)度模數(shù)對(duì)機(jī)噴抹灰砂漿工作性能的影響（見表9）

表9 砂細(xì)度模數(shù)對(duì)砂漿工作性能的影響

由表9可見，在稠度為（100±2）mm條件下，隨著砂細(xì)度模數(shù)的增大，砂漿的用水量減少，當(dāng)砂的細(xì)度模數(shù)由1.9增大至2.7時(shí)，用水量減少了7.8%。主要原因在于隨著砂細(xì)度模數(shù)的減小，砂的比表面積增大，用水量也相應(yīng)增多，導(dǎo)致保水率也隨之增大，而且砂細(xì)度對(duì)砂漿分層度也有較大的影響。當(dāng)砂細(xì)度模數(shù)為2.1時(shí)，砂漿分層度最小，為8 mm，利于儲(chǔ)存。砂細(xì)度模數(shù)過大或者過小都會(huì)使砂漿分層度增大，不利于砂漿在施工前穩(wěn)定儲(chǔ)存。

2.2 砂細(xì)度模數(shù)對(duì)機(jī)噴抹灰砂漿力學(xué)性能的影響（見表10）

表10 砂細(xì)度模數(shù)對(duì)砂漿力學(xué)性能的影響

由表10可見，砂的細(xì)度模數(shù)對(duì)機(jī)噴抹灰砂漿的抗壓、抗折強(qiáng)度均有較大的影響，但對(duì)壓折比影響并不明顯，對(duì)拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的影響顯著。隨著砂細(xì)度模數(shù)的增大，砂漿的抗壓、抗折強(qiáng)度先提高后降低，細(xì)度模數(shù)為2.3時(shí)，抗壓、抗折強(qiáng)度均達(dá)到最高，其中28 d抗壓強(qiáng)度可達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度的157%。

主要原因在于：（1）細(xì)度模數(shù)的增大使得用水量增多，水灰比增大，強(qiáng)度降低；（2）細(xì)度模數(shù)越小的砂子越加符合緊密堆積原則，成型后的砂漿密實(shí)度更高，孔隙率更低，更有利于強(qiáng)度的提高；（3）細(xì)度模數(shù)越大，總表面積更大，則膠凝材料與砂子之間的粘結(jié)面積更大，粘結(jié)性能更好，宏觀表現(xiàn)出抗折強(qiáng)度更高。砂漿力學(xué)性能受這3個(gè)因素的綜合作用。

由于抗壓、抗折強(qiáng)度的變化波動(dòng)范圍不大，因此其壓折比變化也很小。但是砂漿的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度與細(xì)度模數(shù)有很大的關(guān)聯(lián)性。砂細(xì)度模數(shù)的增大使砂漿的14 d拉伸粘結(jié)強(qiáng)度逐漸降低，這是由于砂的細(xì)度模數(shù)越小，其比表面積越大，砂漿與基體的粘結(jié)界面的面積增大，則拉伸粘結(jié)強(qiáng)度更高。

2.3 砂含泥量對(duì)機(jī)噴抹灰砂漿工作性能的影響（見表11）

表11 砂含泥量對(duì)機(jī)噴抹灰砂漿工作性能的影響

由表11可見，含泥量的增加使砂漿在達(dá)到相同稠度時(shí)的用水量增加，但密度略微減小，對(duì)砂漿的保水率和分層度無明顯影響。相關(guān)研究表明[6]，泥中的蒙脫土成分對(duì)聚羧酸減水劑具有很強(qiáng)的優(yōu)先吸附作用，因此在上述試驗(yàn)中，含泥量越大，能夠發(fā)揮減水效應(yīng)的機(jī)噴抹灰砂漿專用外加劑的量越小，因此達(dá)到相同稠度砂漿的需水量更大。

2.4 砂含泥量對(duì)機(jī)噴抹灰砂漿力學(xué)性能的影響（見表12）

表12 砂含泥量對(duì)機(jī)噴抹灰砂漿力學(xué)性能的影響

由表12可見，砂漿的7 d、28 d抗壓強(qiáng)度在含泥量從0增加到2%時(shí)稍有提高；當(dāng)摻量大于2%時(shí)，抗壓強(qiáng)度明顯下降；含泥量為8%時(shí)，砂漿的28 d抗壓強(qiáng)度較含泥量為0時(shí)降低了14.2%。隨砂含泥量的增大，拉伸粘結(jié)強(qiáng)度逐漸降低。含泥量從0到2%時(shí)，砂漿的7 d抗折強(qiáng)度從3.3 MPa提高到3.6 MPa，除此之外，砂漿的早期、后期抗折強(qiáng)度均隨著含泥量的增加而有不同程度的降低。特別是含泥量在超過4%時(shí)變化比較明顯。

砂含泥量的變化對(duì)砂漿28 d壓折比影響不大，但7 d壓折比則有下降的趨勢(shì)。主要是因?yàn)殡S著含泥量的增大，相應(yīng)的砂漿用水量增多，水灰比增大，致使強(qiáng)度降低，且水灰比增大也使砂漿黏度減小，相應(yīng)的抗折強(qiáng)度有著影響。微量的泥粉在砂漿中能夠與石灰石粉共同起著微集料的作用對(duì)砂漿進(jìn)行填充潤滑[7]，因此砂子含泥量在摻量小于2%時(shí)砂漿的壓折比變化不明顯。含泥量對(duì)砂漿的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度影響比較大，且隨著含泥量的增加，14 d拉伸粘結(jié)強(qiáng)度下降速率增大，含泥量為0時(shí)的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度為0.53 MPa，含泥量為8%時(shí)拉伸粘結(jié)強(qiáng)度降至0.37 MPa，下降幅度達(dá)到30.2%。一方面，用水量的增大使膠集料間的粘結(jié)強(qiáng)度降低；另一方面，泥土也降低了纖維素醚等保水增稠劑的效應(yīng)，因而含泥量對(duì)砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度影響較大[8]。

3結(jié)論

（1）砂細(xì)度模數(shù)的增大會(huì)使砂漿達(dá)到相同稠度的用水量減少。當(dāng)砂細(xì)度模數(shù)為2.1時(shí)，砂漿分層度最小，為8 mm，利于儲(chǔ)存。砂細(xì)度模數(shù)過大或者過小都會(huì)使砂漿分層度增大，不利于砂漿在施工前穩(wěn)定儲(chǔ)存。

（2）在砂漿中砂占據(jù)了絕大部分的比重，起到了骨架填充作用，適宜的細(xì)度模數(shù)有助于機(jī)噴抹灰砂漿工作性能和力學(xué)性能的提高。隨著砂細(xì)度模數(shù)的增大，抗壓、抗折強(qiáng)度先提高后降低，當(dāng)砂細(xì)度模數(shù)為2.3時(shí)，28 d抗壓強(qiáng)度可達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度的157%。

（3）砂細(xì)度模數(shù)對(duì)砂漿的壓折比影響不明顯，但對(duì)砂漿的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度影響較大，，隨細(xì)度模數(shù)的增大，砂漿的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度逐漸降低。砂的細(xì)度模數(shù)應(yīng)控制在2.1~2.5。

（4）泥中蒙脫土成分對(duì)機(jī)噴抹灰砂漿專用外加劑中減水組分的吸附較大，含泥量過大對(duì)砂漿的工作性能和力學(xué)性能均具有較大的負(fù)面影響，當(dāng)含泥量為8%時(shí)，砂漿拉伸粘結(jié)強(qiáng)度較含泥量為0時(shí)降低了30.2%，建議機(jī)噴抹灰砂漿制備時(shí)宜控制砂含泥量不高于4%。