石灰?guī)r機制砂砂漿的干縮與耐磨性能

崔強，高超，陳富強，孔令才，楊大田，卿麗雅

(1.重慶交通大學土木工程學院，重慶 400074；2.廣西壯族自治區(qū)公路管理局，廣西南寧 530001)

石灰?guī)r機制砂砂漿的干縮與耐磨性能

崔強1，高超1，陳富強2，孔令才2，楊大田1，卿麗雅1

(1.重慶交通大學土木工程學院，重慶 400074；2.廣西壯族自治區(qū)公路管理局，廣西南寧 530001)

為研究石灰?guī)r機制砂中石粉的質量分數和亞甲藍值對砂漿干縮、耐磨性能的影響，通過亞甲藍試驗對黏土與亞甲藍值之間的關系進行回歸分析，并配制不同石粉的質量分數和亞甲藍值的機制砂水泥砂漿，對其進行干縮、磨耗試驗。研究結果表明:石粉的質量分數為10%時砂漿耐磨性能最好，干縮率最?。粊喖姿{值越大，干縮率越大，耐磨性越差；砂漿干縮率與磨耗值呈正相關，工程應用中可以通過控制砂漿的干縮來提高其耐磨性能。

機制砂；石粉；亞甲藍值；干縮；耐磨性

水泥混凝土路面表面磨耗損壞首先從面層砂漿開始，砂漿的磨損導致路面粗集料外露，砂漿的耐磨性能對水泥混凝土路面的路用性能影響較大[1-3]。良好的水泥砂漿耐磨性能是水泥混凝土路面擁有良好路用性能的先決條件，尤其是機制砂水泥混凝土路面，耐磨性能不足嚴重限制其推廣使用。石灰?guī)r機制砂水泥砂漿的組成材料中，砂占有較大的比例，由于生產工藝及條件等方面的原因，砂漿組成材料中不可避免地摻入了少量的石粉及黏土。石粉主要以與機制砂巖性相同的母巖研磨成的粉末，與母巖物理性質相似，是機制砂生產過程中必然產生的成分；黏土主要是由于母巖表面裹覆的泥質及摻雜的風化巖在研磨過程中無法徹底清除而摻入到砂中?，F(xiàn)有研究表明：石粉及黏土的質量分數對水泥混凝土的收縮、耐磨等性能有不可忽略的影響[4-12]。本文通過亞甲藍試驗、水泥砂漿干縮試驗以及耐磨耗試驗研究石粉、黏土對石灰?guī)r機制砂水泥砂漿的干縮和耐磨性能的影響。

1 試驗設計

1.1原材料

本文試驗采用拉法基水泥，強度等級為42.5，比表面積為333 m2/kg，密度為2.996 g/cm3；試驗用砂為石灰?guī)r機制砂，細度模數為2.51，級配見表1；石粉采用石灰?guī)r磨制的石粉，密度為2.680 g/cm3。

表1 石灰?guī)r機制砂級配

1.2試驗方法

為了研究機制砂中黏土的質量分數與亞甲藍值的關系，首先采用水洗法除去機制砂中小于0.075 mm的石粉，烘干備用。按照文獻[13]中細集料亞甲藍試驗方法，對不同黏土的質量分數的機制砂進行亞甲藍值測定，確定黏土的質量分數與亞甲藍值之間的關系，為后續(xù)試驗做準備。

在洗凈的機制砂中摻加不同質量分數的黏土和石粉，根據文獻[14]中水泥膠砂干縮試驗方法，對不同黏土、石粉的質量分數的水泥砂漿進行干縮試驗。按水灰比0.38、灰砂比0.5，成型尺寸為25 mm×25 mm×280 mm的砂漿試件。放入溫度為20±1 ℃、相對濕度為95%的養(yǎng)護箱中養(yǎng)護。用比長儀測量4、11、18、25 d試件的長度，由長度變化來確定水泥砂漿的干縮性能。

在洗凈的機制砂中摻加不同質量分數的黏土和石粉，根據文獻[14]中水泥膠砂耐磨性試驗方法進行水泥砂漿的耐磨性試驗，研究黏土、石粉的質量分數對水泥砂漿的耐磨性的影響。

2 結果與討論

圖1 亞甲藍值與黏土含量關系

2.1黏土的質量分數與亞甲藍值的相關性試驗

根據相關研究[9-12]，混凝土的工作性能隨細集料黏土的質量分數的增加而變差，當黏土的質量分數超過3%時，混凝土的干縮率將大幅增加，強度顯著降低。為探求黏土的質量分數與亞甲藍值的關系，本文配制了黏土的質量分數分別0、1%、2%、3%、4%的水泥砂漿進行亞甲藍試驗。不同黏土含量與亞甲藍值的關系如圖1所示。由圖1可知，隨著黏土的質量分數增大，亞甲藍值隨之增大，且具有良好的線性相關性。

2.2亞甲藍值對水泥砂漿干縮性的影響

根據圖1中得到的亞甲藍值隨黏土質量分數的變化曲線，算得亞甲藍值分別為1和2時對應的黏土的質量分數，并以此分別配制石粉質量分數不同的水泥砂漿，測量其在不同齡期的干縮率見表2。

表2 不同石粉的質量分數和亞甲藍值砂漿各齡期干縮率

由表2可以看出：隨著黏土質量分數增加，各齡期水泥砂漿的干縮率都增大，說明黏土的存在會增加水泥砂漿的干縮。這是由于黏土包裹在機制砂顆粒表面，阻礙水泥水化，且降低水泥砂漿的和易性，拌合不均勻[12,15]，從而使水泥漿體存在更多的游離水。隨著齡期增加，游離水的揮發(fā)使得水泥砂漿干縮增大。3種石粉的質量分數下，不同亞甲藍值水泥砂漿干縮率見圖2。

a) 石粉的質量分數為0 b) 石粉的質量分數為10% c) 石粉的質量分數為20%圖2 不同亞甲藍值水泥砂漿的干縮率

由圖2可知，不同亞甲藍值水泥砂漿的干縮率早期變化較大，隨著齡期的增長則趨于平緩。隨著齡期的增加，水泥砂漿的干縮率逐漸增大。這是因為水泥水化程度隨齡期增大而提高，水分散失增加，干縮增大。

水泥砂漿早期的干縮率隨亞甲藍值變化的差別不大，隨著齡期增加，不同亞甲藍值的干縮率差異越來越明顯，這可能是因為水泥砂漿的干縮主要是漿體失水造成的。在早期，水泥首先與漿體中的游離水接觸而發(fā)生水化，由于形成的水化產物的體積小于水泥和水的總體積，水泥砂漿呈現(xiàn)一定的體積收縮[16-17]；黏土吸附部分游離水[18]，盡管黏土的質量分數不同，但總體較小，漿體中仍有較充足的游離水，砂漿內部水分的蒸發(fā)散失以漿體中的游離水為主，因此相同石粉的質量分數、不同黏土的質量分數水泥砂漿的干縮值及總體收縮值相近，亞甲藍值對砂漿早期干縮率的影響不大。隨著漿體中游離水因為水化作用逐漸散失，黏土吸附水分的散失成為水泥砂漿干縮的主要來源，亞甲藍值差異對干縮率的影響逐漸明顯，亞甲藍值越大，黏土的質量分數越高，水泥砂漿的干縮率相應增大。

2.3石粉的質量分數對水泥砂漿干縮性的影響

3種亞甲藍值下，不同石粉的質量分數的水泥砂漿在不同齡期的干縮率如圖3所示。

a) 亞甲藍值為0 b) 亞甲藍值為1 c) 亞甲藍值為2圖3 不同石粉的水泥砂漿的干縮率

從圖3中可以看出，當石粉的質量分數為10%時，25 d砂漿干縮率最小，石粉的質量分數為20%時25 d砂漿干縮率最大，說明摻加一定量的石粉有助于減少水泥砂漿的干縮，而過量的石粉反而會加大砂漿的干縮率。這是因為石粉可以有效改善水泥砂漿的和易性，減少離析和泌水現(xiàn)象，使得水泥砂漿能充分拌合均勻。同時，石粉以微集料的形式存在于水泥砂漿中，改善了水泥砂漿中的孔結構，使孔徑得以細化和均化，從而減少水泥砂漿的干縮。但是，當石粉的質量分數過大、水灰比不變時，水化作用和水化產物減少，水泥漿體結構密實度降低且富余水量增多，導致后期干縮增大。因此，對于機制砂水泥砂漿的干縮性而言，石粉的最佳質量分數為10%左右，在最佳質量分數范圍內，有助于減少水泥砂漿的干縮，超過最佳質量分數，則會加大干縮。

2.4石粉的質量分數、亞甲藍值對水泥砂漿耐磨性的影響

不同石粉的質量分數、亞甲藍值水泥砂漿的單位面積磨損量見表3。

表3 不同石粉質量分數、亞甲藍值水泥砂漿的25 d磨損量

從表3中可以看出，同一石粉的質量分數下，隨著亞甲藍值的增大，黏土的質量分數越高，單位面積磨損量增加，即耐磨性降低。這是因為砂表面被黏土泥包裹，阻礙了砂與水泥基的粘結，形成強度薄弱區(qū)，降低了水泥基與砂的粘結力，同時黏土雜質會對水泥的水化產生影響，增加了腐蝕破壞作用，黏土在拌合時遇水粘結成團，不易散開，同時降低水泥砂漿的和易性，從而降低了水泥砂漿的強度和耐磨性。

表3還表明：加入少量石粉，可有效減少水泥砂漿的磨損量，但當石粉的質量分數超過10%時，磨損量反而增加。這是因為適量石粉改善了膠凝材料物理級配和水泥砂漿界面結構，減少了水化初期水化物的相互粘結，提高了水泥砂漿的和易性，減少了離析和泌水，使水泥砂漿形成密實充填結構和細觀層次的自緊密規(guī)程堆積體系，改善了水泥砂漿的孔結構，降低孔隙率并減少了最大孔徑尺寸[19]。石粉的此種微集料效應，使得水泥水化產物分布均勻，從而提高混凝土密實度。同時石粉抑制了堿骨料反應，降低了水化熱，減少了混凝土結構早期溫度裂縫。其活性在水泥水化時亦能發(fā)揮，進而提高水泥砂漿的強度，耐磨性與強度硬度息息相關，強度增加，耐磨性增加[20-21]。但當石粉的質量分數超過10%時，過多的石粉包裹在集料表面，減弱了機制砂間的機械嚙合力。同時石粉較大的表面積會吸收本應提供于水泥水化的游離水，減弱了水泥水化作用，導致水泥砂漿的強度降低，耐磨性能減弱；水泥水化消耗的水量減少，石粉吸附的游離水較多，散失后留下了大量分散的空隙，這些空隙也會降低砂漿的耐磨性能。

2.5砂漿干縮率與磨耗值相關性分析

圖4 砂漿25 d干縮率與磨耗值關系曲線

對3組砂漿的25 d干縮率與磨損值進行回歸分析，繪制成曲線如圖4所示。

由圖4可知，砂漿干縮率與磨損值呈正相關，當干縮率減小時其磨損值減小，干縮率增加時其磨損值增大。說明砂漿干縮減小其耐磨性能增強，砂漿干縮增大其耐磨性能減弱。這是因為砂漿失水收縮受到粗顆粒的阻礙，干縮率越大，在砂漿表面形成微裂縫越多，這些微裂縫降低了砂漿表面抗磨耗損失的能力。

3 結論

1)亞甲藍值對砂漿早期干縮率的影響不大，干縮率隨亞甲藍值增大而增大，且隨齡期增大，增大趨勢越來越明顯。

2)隨著石粉的質量分數增加，砂漿各個齡期的干縮率先減小后增大。在石粉的質量分數為10%左右時干縮率達到最小。

3)隨著黏土的質量分數增加，亞甲藍值增大，砂漿的耐磨性能降低。

4)石粉的質量分數為10%左右有利于增強砂漿抵抗磨耗損失的能力，石粉的質量分數過大反而會降低砂漿的耐磨性能。

5)當砂漿的干縮率增大時，其耐磨性能隨之減弱，實際工程應用中控制砂漿的耐磨性能可以從控制其干縮性能入手。

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(責任編輯：郎偉鋒)

DryShrinkageandWearResistanceofMortarwithLimestoneManufacturedSand

CUIQiang1,GAOChao1,CHENFuqiang2,KONGLingcai2,YANGDatian1,QINGLiya1

(1.SchoolofCivilEngineering,ChongqingJiaotongUniversity,Chongqing400074,China; 2.HighwayManagementBureauofGuangxiZhuangAutonomousRegion,Nanning530001,China)

In order to study the influence of the limestone powder content and methylene blue value of the limestone manufactured sand on mortar′s dry shrinkage and wear resistance, the relationship between the clay content and methylene blue value is analyzed by the methylene blue tests and then the mortar with different limestone powder content and methylene blue value is prepared, and drying shrinkage tests and wear tests are carried out. The results show that the mortar with 10% limestone power has the best wear resistance properties and the minimal drying shrinkage ratio; the greater the methylene blue value is, the greater drying shrinkage is, and the worse wear resistance is; the drying shrinkage ratio of mortar is in positive correlation to the wear value, so the wear resistance of mortar can be improved by controlling its dry shrinkage in engineering applications.

manufactured sand; limestone powder; methylene blue value; drying shrinkage; wear resistance

2017-01-07

廣西交通科技項目(20152615)

崔強(1992—)，男，重慶人，碩士研究生，主要研究方向為路基路面結構與材料，E-mail:cuiq791@163.com.

10.3969/j.issn.1672-0032.2017.02.010

TU528

：A

：1672-0032(2017)02-0061-05