礦物摻合料對(duì)預(yù)拌砂漿性能的影響研究

段瑞斌 顧建文 王洪飛

預(yù)拌砂漿又稱濕拌砂漿，是指在專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)廠家將水泥、細(xì)集料、外加劑和水以及根據(jù)性能要求確定的各種組分，按一定比例在攪拌站經(jīng)計(jì)量、拌制后，采用攪拌運(yùn)輸車(chē)運(yùn)至使用地點(diǎn)，放入專(zhuān)用容器儲(chǔ)存，并在規(guī)定時(shí)間內(nèi)使用完畢的濕拌拌合物［1］，具有和易性好、質(zhì)量穩(wěn)定、施工速度快、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，適用于砌筑、抹灰、地面等各類(lèi)砂漿，是商品砂漿的主要形式，有著很大的市場(chǎng)潛力。

以工業(yè)廢渣為主的礦物摻合料摻入砂漿中，不僅可以節(jié)約能源和資源，減輕環(huán)境負(fù)荷，更重要的是它們能起到降低水化熱、提高耐硫酸鹽侵蝕能力、抑制堿—集料反應(yīng)、改善耐久性等作用，滿足綠色建材的發(fā)展方向和要求。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

1)水泥：采用重慶市小南海水泥廠生產(chǎn)的南海牌42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，其性能指標(biāo)見(jiàn)表1。2)集料：人工砂與天然砂按一定比例混合，粒徑小于2.5 mm，細(xì)度模數(shù)為2.2。3)粉煤灰：重慶珞璜電廠生產(chǎn)的Ⅱ級(jí)粉煤灰，其基本性能指標(biāo)見(jiàn)表2。4)礦渣：重慶拉法基水泥廠生產(chǎn)的S95級(jí)礦渣粉，比表面積為470 m2/kg;活性指標(biāo)：7 d為80%，28 d為97%。5)水：自來(lái)水。

表1 水泥的基本性能

表2 粉煤灰的基本性能 %

1.2 測(cè)試方法

工作性能按JGJ/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。

1.3 試驗(yàn)配合比

試驗(yàn)中選取粉煤灰和礦渣作為摻合料部分替代水泥，采用單摻和雙摻兩種方式，在對(duì)預(yù)拌砂漿砂混合比、灰集比和水膠比大量試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，選取如表3所示的配合比作為試驗(yàn)基準(zhǔn)配合比。

表3 預(yù)拌砂漿基準(zhǔn)配合比 kg/m3

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 粉煤灰對(duì)預(yù)拌砂漿工作性的影響

以粉煤灰部分替代水泥，選取0%～60%之間的九個(gè)摻量進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)砂漿的初始稠度和30 min，60 min的稠度進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如圖1所示。

從圖1中可以看出，單摻粉煤灰的砂漿初始稠度值和30 min，60 min稠度值的走勢(shì)曲線基本一致，與凈水泥漿稠度值相比均有增大。粉煤灰替代水泥量在20%以下時(shí)，砂漿初始稠度無(wú)明顯變化。當(dāng)摻量超過(guò)20%時(shí)，砂漿稠度增大較快，摻量在25%，30%，40%時(shí)，初始稠度值分別增大了3.3%，6.7%，13.3%;30 min稠度值分別增大了9.8%，12.2%，20.7%;60 min稠度值分別增大了10.5%，14.5%，22.4%。可以看出，在這一摻量范圍內(nèi)，粉煤灰顯著增大了砂漿初始稠度，且明顯改善了砂漿稠度經(jīng)時(shí)損失，可以說(shuō)增大了砂漿流動(dòng)性，并改善了砂漿保持工作性的能力。當(dāng)粉煤灰摻量大于40%時(shí)，砂漿稠度趨于穩(wěn)定，對(duì)工作性改善作用與40%的相比無(wú)明顯提高。

粉煤灰顆粒多呈球形，粒徑細(xì)小，表面較光滑，這種球形小顆粒通稱微珠，能產(chǎn)生“粉煤灰形態(tài)效應(yīng)”，摻入砂漿后能夠起到類(lèi)似滾珠軸承的作用，另外粒子表面因吸附而出現(xiàn)的雙電層結(jié)構(gòu)加強(qiáng)了潤(rùn)滑作用;光滑球形粒子在砂漿中起到潤(rùn)滑、滾珠作用，可改善混凝土的和易性，減少用水量，改善拌合物漿體的流變性。

2.2 礦渣對(duì)預(yù)拌砂漿工作性的影響

試驗(yàn)同樣選取了0%～60%之間的九個(gè)摻量以礦渣部分替代水泥對(duì)砂漿的初始稠度和30 min，60 min的稠度進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如圖2所示。

從試驗(yàn)結(jié)果中可以看出礦渣替代水泥量在25%以下時(shí)，砂漿稠度穩(wěn)中有降，0%，10%，15%三種摻量的砂漿稠度隨摻量的增加而降低，15%時(shí)達(dá)到最低;當(dāng)摻量為15%，20%，25%時(shí)，砂漿的稠度隨摻量的增加而升高，25%時(shí)達(dá)到最大。摻量大于25%時(shí)，稠度均比未摻加礦渣的大，但不是連續(xù)增大，如摻量30%，50%時(shí)的砂漿稠度就小于25%。這是由于礦渣形狀不規(guī)則，屬于多角形狀，不具備粉煤灰的滾珠效應(yīng)，所以當(dāng)摻量過(guò)高時(shí)，會(huì)使砂漿的流動(dòng)度下降，同時(shí)引起砂漿較為嚴(yán)重的泌水現(xiàn)象。由于顆粒形態(tài)原因，摻加礦渣的砂漿在流動(dòng)性和保水性方面較摻加粉煤灰的性能要差的多。

2.3 雙摻粉煤灰和礦渣對(duì)預(yù)拌砂漿工作性的影響

試驗(yàn)選取粉煤灰和礦渣以30%，50%雙摻替代水泥，然后在替代量中調(diào)節(jié)粉煤灰和礦渣的比例。從圖1～圖3可以看出，當(dāng)單摻粉煤灰和礦渣以30%替代時(shí)的初始稠度分別是96 mm和90 mm，而粉煤灰和礦渣雙摻時(shí)的稠度在82 mm～94 mm之間變化，且隨著粉煤灰摻量的增加而不斷增大。當(dāng)單摻粉煤灰和礦渣以50%替代時(shí)，初始稠度分別是100 mm和93 mm，而粉煤灰和礦渣雙摻時(shí)砂漿稠度在92 mm～100 mm之間變化，同樣是隨著粉煤灰摻量的增加砂漿的稠度穩(wěn)中有升。

粉煤灰和礦渣混合雙摻能改善水泥砂漿的流變性能，其作用機(jī)理主要是形態(tài)效應(yīng)和填充分散作用［2］。礦物摻合料填充在水泥粒子之間，由于其表面光滑，降低了粒子之間的摩擦。玻璃態(tài)材料填充于水泥粒子之間，使水泥顆粒的絮凝結(jié)構(gòu)和顆粒擴(kuò)散使內(nèi)部結(jié)構(gòu)降低粘度，同時(shí)原來(lái)絮凝結(jié)構(gòu)中的水被釋放出來(lái)，使?jié){液進(jìn)一步稀化。另外，玻璃態(tài)混合材料填充于水泥顆粒之間，使?jié){液的體積增大，因而顯著增加了潤(rùn)滑作用，改善了流變性。礦渣粉球形度稍差于粉煤灰，但優(yōu)于水泥顆粒，替代部分水泥摻入砂漿中，除了其形態(tài)效應(yīng)外，早期與水反應(yīng)較慢，可減少這部分水化反應(yīng)水，而且礦渣粉顆粒填充于水泥顆粒之間，亦減少了顆粒空隙用水，因而可提高拌和物的流動(dòng)性。由于礦渣表面致密光滑，不容易吸附水分子，在漿體中容易產(chǎn)生光滑的滑動(dòng)面，從而改善其流動(dòng)性，但易引起泌水增加;而粉煤灰則不易引起泌水，因而兩種材料復(fù)合能使泌水、離析現(xiàn)象得到改善，使性能上的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。

3 結(jié)語(yǔ)

1)粉煤灰單摻0%～60%的情況下，隨著摻量的增大，砂漿稠度逐漸增大，保持工作性能力有所增強(qiáng)。2)礦渣單摻0%～60%情況下，隨摻量增大，稠度有所增大，但幅度比同摻量的粉煤灰小，保持工作性能力亦有所增強(qiáng)，但摻量大時(shí)出現(xiàn)泌水情況。3)粉煤灰和礦渣復(fù)摻，可以改善砂漿的流變性能，改善泌水離析現(xiàn)象;同時(shí)還具有復(fù)合增強(qiáng)效果，使兩種礦物摻合料性能上的優(yōu)勢(shì)得以互補(bǔ)。

［1］ JG/T 230-2007，中華人民共和國(guó)建筑工業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［2］ 王 沖，蒲心誠(chéng).超細(xì)礦物摻合料對(duì)新拌混凝土的增塑減水機(jī)理分析［J］.混凝土，2001(8)：51-54.

［3］ 楊華全，覃理利.摻礦渣微粉和粉煤灰的水泥膠砂性能試驗(yàn)研究［J］.長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，2001(7)：21-24.