人工砂在普通干混砂漿中的應(yīng)用研究

朱久玉

（天津聯(lián)創(chuàng)混凝土有限公司，天津 301714）

干混砂漿經(jīng)過最近幾年的快速發(fā)展，已經(jīng)逐漸顯示出在品質(zhì)、效率、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保等方面的優(yōu)越性。干混砂漿的用途越來越廣，應(yīng)用量將會(huì)越來越大。但在我國(guó)的很多地區(qū)由于開采過度等原因已導(dǎo)致天然砂資源接近枯竭，還有很多地方已經(jīng)開始禁采或限采天然砂，天然砂供應(yīng)越來越緊缺，價(jià)格增長(zhǎng)加快，工程建設(shè)用砂的供需矛盾便日漸凸顯出來，人工砂在工程中的地位越來越重，成為建設(shè)用砂的重要來源。使用人工砂替代天然砂已成為混凝土和砂漿行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一種趨勢(shì)。

1 原材料、儀器設(shè)備

1.1 原材料

（1）水泥：本項(xiàng)目采用天津冀東水泥廠生產(chǎn)的 PSA32.5 礦渣硅酸鹽水泥，其基本性能測(cè)試結(jié)果見表 1，符合 GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》中的相關(guān)指標(biāo)要求。

表1 水泥性能測(cè)試結(jié)果

（2）粉煤灰：本項(xiàng)目采用天津市軍糧城電廠生產(chǎn)的 F 類Ⅱ級(jí)粉煤灰，其基本性能測(cè)試結(jié)果見表 2，符合 GB/T 1596—2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中相關(guān)性能指標(biāo)的要求。

表2 粉煤灰性能測(cè)試結(jié)果 %

（3）細(xì)骨料：本項(xiàng)目采用的天然砂為河砂，全部通過 4.75mm 篩網(wǎng)，細(xì)度模數(shù) 2.43，屬于Ⅱ區(qū)中砂。對(duì)比試驗(yàn)用鐵尾礦機(jī)制砂（以下簡(jiǎn)稱鐵尾礦砂）產(chǎn)自天津薊縣，機(jī)制砂產(chǎn)自河北盧龍。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 14684—2011《建設(shè)用砂》試驗(yàn)所用鐵尾礦砂和機(jī)制砂的基本性能進(jìn)行測(cè)試測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見表 3。三種細(xì)骨料外觀見圖 1，兩種機(jī)制砂篩分后的顆粒狀態(tài)見圖 2。

圖1 三種細(xì)骨料外觀照片

圖2 機(jī)制砂篩分后的不同顆粒狀態(tài)

表3 細(xì)骨料性能測(cè)試結(jié)果

（4）外加劑：本項(xiàng)目采用的外加劑為羥丙基甲基纖維素醚（HPMC），由河北晉州富強(qiáng)化工有限公司生產(chǎn)，粘度 10 萬。

（5）水：本項(xiàng)目采用自來水。

1.2 儀器設(shè)備

本項(xiàng)目干混砂漿相關(guān)試驗(yàn)所用儀器設(shè)備見表 4。

表4 干混砂漿試驗(yàn)用儀器設(shè)備

1.3 試驗(yàn)方案

在不同規(guī)格型號(hào)砂漿基準(zhǔn)配比中，將人工砂按不同比例等量取代天然砂配制砂漿，按照 JGJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的試驗(yàn)方法進(jìn)行砂漿的稠度、保水性、凝結(jié)時(shí)間、抗壓強(qiáng)度、拉伸粘結(jié)強(qiáng)度等試驗(yàn)，不同規(guī)格型號(hào)的基準(zhǔn)砂漿配合比見表 5。采用機(jī)制砂配制的干粉砂漿見圖 3，攪拌、成型過程見圖 4～6。

圖3 機(jī)制砂干粉砂漿

圖4 砂漿攪拌過程

表5 不同規(guī)格型號(hào)的基準(zhǔn)砂漿配合比

2 結(jié)果與討論

2.1 不同摻量人工砂對(duì)砂漿標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量的影響

采用不同摻量人工砂配制三種規(guī)格型號(hào)砂漿標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量試驗(yàn)結(jié)果見表 6。

表6 不同摻量人工砂砂漿的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量 %

從試驗(yàn)結(jié)果可知，砂漿標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量隨著人工砂摻量的增加而增大，細(xì)骨料的細(xì)度模數(shù)越小，砂漿的需水量越多。這主要是因?yàn)槿斯ど霸诮怏w、破碎過程中，砂子顆粒內(nèi)部存在大量微裂紋，使得人工砂的吸水率和吸水速率大大提高；還與壓碎指標(biāo)有密切聯(lián)系，機(jī)制砂壓碎指標(biāo)越大，微裂紋越多，細(xì)骨料的吸水率變大，因此摻人工砂的砂漿需水量增大。

圖5 砂漿拌合物狀態(tài)

圖6 砂漿成型試件

2.2 不同摻量人工砂對(duì)砂漿凝結(jié)時(shí)間的影響

不同摻量人工砂對(duì)三種規(guī)格型號(hào)砂漿凝結(jié)時(shí)間的試驗(yàn)結(jié)果見表 7。

表7 不同摻量人工砂砂漿的凝結(jié)時(shí)間 h:min

從試驗(yàn)結(jié)果可知，人工砂的摻量越多，砂漿的凝結(jié)時(shí)間越快。影響砂漿凝結(jié)時(shí)間的一個(gè)主要因素是人工砂中的石粉含量，導(dǎo)致砂漿的凝結(jié)時(shí)間短。石粉之所以能加速砂漿的凝結(jié)，主要原因是石粉能加速 C3S 的水化，并于 C3A、C4AF 反應(yīng)生成一些結(jié)晶水化物。

2.3 不同摻量人工砂對(duì)砂漿保水率的影響

采用不同摻量人工砂配制三種規(guī)格型號(hào)砂漿保水率的試驗(yàn)結(jié)果見表 8。

表8 不同摻量人工砂砂漿的保水率 %

從試驗(yàn)結(jié)果可知，人工砂的摻量較低時(shí)，砂漿的保水性有所提高，這是因?yàn)闄C(jī)制砂中含有石粉，石粉的顆粒較小，比表面積較大，能夠吸附較多的自由水，使砂漿中的水分不易泌出，起到一定的保水作用，且石粉含量越多，保水性越好。但是當(dāng)人工砂的摻量達(dá)到 70% 時(shí)，砂漿有輕微泌水現(xiàn)象。

2.4 不同摻量人工砂對(duì)砂漿抗壓強(qiáng)度的影響

采用不同摻量人工砂配制三種規(guī)格型號(hào)砂漿凝結(jié)時(shí)間的試驗(yàn)結(jié)果見表 9。

表9 不同摻量人工砂砂漿抗壓強(qiáng)度 MPa

從試驗(yàn)結(jié)果可知，摻加一定比例的人工砂可以提高砂漿的抗壓強(qiáng)度，但超過一定的摻量，砂漿的抗壓強(qiáng)度有所降低。當(dāng)摻量為 30%～50% 時(shí)，不僅能夠提高砂漿的早期強(qiáng)度，并且 28d 抗壓強(qiáng)度也得到增強(qiáng)。這是因?yàn)楫?dāng)人工砂取代率較小時(shí)，骨料的級(jí)配較好，能夠提高砂漿整體的密實(shí)性，使其抗壓強(qiáng)度增加；而當(dāng)人工砂取代率較大時(shí)，骨料中細(xì)顆粒較多，吸附大量的自由水，了砂漿中的實(shí)際水灰比，水泥水化所用的水減少，因此砂漿的抗壓強(qiáng)度所降低。

2.5 不同摻量人工砂對(duì)砂漿拉伸粘接強(qiáng)度的影響

不同摻量人工砂抹灰砂漿拉伸粘接強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見表 10。

表10 不同摻量人工砂砂漿 14d 拉伸粘結(jié)強(qiáng)度 MPa

從試驗(yàn)結(jié)果可知，人工砂摻量超過 50% 后，抹灰砂漿的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度明顯降低，這是因?yàn)槿斯ど暗念w粒不均勻，顆粒間間隙未能完全填充密實(shí)，從而容易產(chǎn)生孔隙，降低了砂漿的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度，甚至導(dǎo)致砂漿與基材界面脫落。

3 結(jié)論

（1）當(dāng)人工砂取代天然砂的摻量增加時(shí)，砂漿標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量增大，細(xì)骨料的細(xì)度模數(shù)越小，砂漿的需水量越多；砂漿凝結(jié)時(shí)間逐漸變短；砂漿的保水性有所提高，但是當(dāng)人工砂的摻量達(dá)到 70% 時(shí)，砂漿有輕微泌水現(xiàn)象。

（2）采用一定比例的人工砂取代天然砂可以提高砂漿的抗壓強(qiáng)度，當(dāng)摻量為 30%～50% 時(shí)，不僅能夠提高砂漿的早期強(qiáng)度，28d 抗壓強(qiáng)度也得到增強(qiáng)。但隨摻量的增加，砂漿的抗壓強(qiáng)度有所降低。

（3）當(dāng)人工砂取代量超過 50% 后，抹灰砂漿的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度明顯降低，甚至導(dǎo)致砂漿與基材界面脫落。

（4）只要人工砂的物理化學(xué)性能指標(biāo)符合相關(guān)國(guó)家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，采用人工砂取代天然河砂，可以配制符合要求的砂漿。當(dāng)人工砂取代量為 30%～50%時(shí)，能夠改善砂漿保水性、和易性，提高砂漿的早期強(qiáng)度，改善施工性能砂漿，砂漿各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。