原材料對水泥基高流態(tài)砂漿性能的影響研究

劉一芳

（廣西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530007）

粉煤灰具有生產(chǎn)成本低，無污染，可循環(huán)利用等優(yōu)點(diǎn)，因此，在我國的工業(yè)上得到了大量的使用；而粉煤灰則是用石灰石礦渣為主要原料，經(jīng)篩分后，再以水泥代替天然的石膏骨料，制備出的人工石片，它不僅可以用于澆筑基礎(chǔ)的鋼筋網(wǎng)架，而且還能用作其他用途的砌筑材料。水泥基復(fù)合墻體的出現(xiàn)極大地推動了科學(xué)技術(shù)的前進(jìn)步伐。

一、原材料對水泥基材料性能影響機(jī)理分析

水泥基材料是由水泥和砂石組成的一種復(fù)合材料，其中砂石的含量在一定范圍內(nèi)，其比表面積越大，其水化反應(yīng)就越快，水化產(chǎn)物越多，所以說，在水泥基材料中砂和石的比例不宜過大，如果超過的話，就會導(dǎo)致硬化過程中產(chǎn)生大量的孔隙，從而使水泥顆粒間的結(jié)合力下降，強(qiáng)度降低，甚至發(fā)生開裂。當(dāng)骨料的比重增大時，水泥漿體的黏度也會增加，同時，骨料之間的作用力也會隨之加大，這樣混凝土的抗壓能力就增強(qiáng)，抗折強(qiáng)度也相應(yīng)提高。

影響水泥基材料的強(qiáng)度和耐久性能的主要因素有：第一，水泥的水化熱。當(dāng)水化物的含量越多，水泥基材料的抗壓、抗折強(qiáng)度就越高，硬化后的混凝土內(nèi)部會產(chǎn)生的孔隙就越少，其密實(shí)度也會提高。第二，外加劑的摻量。在一定的配比下，隨著外加劑的添加量的增加而增大，但當(dāng)外加劑的摻量超過20%時，其吸水量將會降低，吸水性也隨之減小，所以水泥砂漿的含水率與抗壓、抗折強(qiáng)度成正比。第三，粉煤灰的密度。粉煤灰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的多少是決定了粉煤灰的細(xì)度的重要參數(shù)，細(xì)度越大，吸水力強(qiáng)越低，但卻對集料的干縮率有較大的影響；水化硬化過程中，水泥漿的水化反應(yīng)是一個動態(tài)的變化過程，水泥漿的水化產(chǎn)物與初始溫度、外加劑等條件都會影響其凝結(jié)時間。在一定的常溫下，水泥砂和粉煤灰的混合液的凝固速度和強(qiáng)度以及其自身的密度有關(guān)，但當(dāng)外界的環(huán)境因素發(fā)生變化時，就會導(dǎo)致兩者的結(jié)合力發(fā)生改變。

二、水泥基高流態(tài)砂的基本性質(zhì)

第一，水泥基高流態(tài)砂漿的組成。水泥基高流態(tài)砂漿的主要組成部分是由粗骨料、細(xì)顆粒和粉煤灰構(gòu)成的骨架結(jié)構(gòu)，在一定的條件下，骨料的體積分?jǐn)?shù)與水的質(zhì)量比會產(chǎn)生變化，而細(xì)骨料的粒徑大小又決定了水泥基的用水量，因此，在試驗(yàn)過程中，我們要控制水的用量，使水泥的用量達(dá)到最大。第二，水泥基配比的影響。水泥的強(qiáng)度和穩(wěn)定性是通過配比來反映的，同時，混凝土也受原材料的影響，當(dāng)膠凝材料的比例合適時，可以提高抗?jié)B能力，減少滲透性，降低干縮率，從而增加抗凍性，當(dāng)膠凝材料的比重過大時，會出現(xiàn)大量的孔隙，導(dǎo)致硬化后的收縮增大。所以說，適當(dāng)?shù)剡x擇膠凝材料的種類、數(shù)量以及摻入密度，都對混凝土的抗壓性能有很大的幫助作用。

三、原材料對水泥基高流態(tài)砂漿性能影響研究

水穩(wěn)砂漿的主要作用是使水泥顆粒與基料之間的自由表面能得以充分的潤滑和消除，從而提高水泥砂漿的流變性能。在水泥基材料中，水泥和水的質(zhì)量對凝結(jié)硬化后的水泥石的強(qiáng)度有很大的影響；而當(dāng)水泥石的黏度較低時，骨料間的摩擦系數(shù)會降低，同時，由于骨料間的相互排斥力，骨料間的碰撞會更加劇烈，所以在一定的溫度范圍內(nèi)，相同體積的原料中的水越少，那么它的黏聚指數(shù)也就越小，因此，可以用較多的水量來代替這些物料，這樣就能使水泥混凝土的整體粘聚性大大增加，而且也有利于防止產(chǎn)生離析，但這又勢必增大施工量。

1.高流態(tài)砂漿的養(yǎng)護(hù)

高流態(tài)砂漿的成型工藝是指將水泥、沙、石子混合均勻后，通過破碎機(jī)將骨料和細(xì)粉塵等物料與水拌合，攪拌成一定顆粒的混凝土后，經(jīng)養(yǎng)護(hù)并澆筑封閉于干燥的密實(shí)模具內(nèi)，在密實(shí)模中養(yǎng)護(hù)，形成硬化體，然后進(jìn)行凝結(jié)和壓濾，使骨料與沙石之間的空隙得以排除，從而得到密實(shí)的水泥基復(fù)合材料。

養(yǎng)護(hù)方法：在水泥砂漿的表面噴灑水，使其保持一定的濕度并及時進(jìn)行澆水，使其濕潤后形成薄膜，然后再將覆蓋材料撒入其中，從而達(dá)到密實(shí)保水性的目的。養(yǎng)護(hù)時間：在水泥砂漿的表層噴灑，使之充分潤濕，并緩慢降溫，以保證水泥基保水性的混凝土具有足夠的強(qiáng)度和耐久性，一般情況下，當(dāng)水泥砂漿的溫度低于28°C時，可以采用慢速降溫和快速降溫的方式來維持。養(yǎng)護(hù)的部位：水泥砂漿的拌制、運(yùn)輸、攤鋪及振搗等均要按照標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定和要求，并且要注意防止漏振或過振。同時，還要對拌合物的含水量進(jìn)行控制避免拌合物的泌水現(xiàn)象。此外，還應(yīng)做好對骨料的攪拌工作，確保骨料的含水量符合規(guī)范的設(shè)計(jì)值。養(yǎng)縫區(qū)：在水泥的硬化過程中，由于外界因素的影響會出現(xiàn)大量的泌水，所以為了減少這些原因，可利用碎石等粗細(xì)骨料來填充裂縫。

2.原材料的成型

當(dāng)漿液中的水泥砂、粉煤灰等物料與水泥砂、粉煤灰混合后，在攪拌作用下，將其拌和成塊狀，然后加入適量的水和外加劑，使其拌合物均勻，形成了一種新的混凝土材料，這種新的骨料被稱為“兩相復(fù)合”?！皟上鄰?fù)合”是指兩種或多種成分的膠凝物質(zhì)，它們之間的相互黏結(jié)，組成一個新的骨料體系。在水泥粉塵的作用下，將水泥加入砂中，并利用振動壓輥的旋轉(zhuǎn)使其產(chǎn)生摩擦，把磨機(jī)的主軸向右移動，同時帶動砂輥轉(zhuǎn)動，使其壓入水中，以防止其黏結(jié)在一起。

試驗(yàn)用量：水泥漿的成型用量為每立方米水泥體積比換算下來，并記錄。第一，加入水泥：在配制混凝土?xí)r，應(yīng)先將所需的各種材料混合均勻，然后將各部分的材料分別裝入模具中，在裝入的時候要注意把各個部分的材料放在一起，并且要保證每個部位的材料都能全部裝滿。第二，攪拌：在 進(jìn)行配料時，應(yīng)先把需要加水的塊材放入到規(guī)定的位置后，再把其放到指定的地方上，同時，也要控制好攪拌時間。第三，整理：將所需的原材料按照順擺放整齊，并做好標(biāo)記，以便于觀察。第四，壓實(shí)：壓實(shí)完成后，應(yīng)該及時對其表面的松散物和其他雜質(zhì)清掃干凈，以備下一步檢查。如果有的顆粒比較粘稠，就可以放平，否則會影響后面的檢測工作。第五，干燥：為了使水泥與砂漿之間的黏結(jié)更加牢固，還必須對其充分地通風(fēng)處理。

3.原材料的性能評價

在試驗(yàn)前，需要對水泥基配比進(jìn)行分析，以確定水泥漿的最佳用量和配比，并為后期強(qiáng)度的測定提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)依據(jù)。

第一，粉煤灰：粉煤灰是由煤炭工業(yè)提煉出來的一種固體廢棄物，它是由多種礦物組成的混合物經(jīng)高溫燃燒所產(chǎn)生的產(chǎn)物。第二，硅酸鈣：硅酸鹽的主要成分是Si-OH，其性質(zhì)為熱穩(wěn)定性差，但其物理化學(xué)性能穩(wěn)定，在常溫下可作為水泥的添加劑使用。第三，細(xì)砂：細(xì)砂的質(zhì)量好壞直接影響到混凝土的施工速度和工程造價。一般情況下，細(xì)沙的密度應(yīng)控制在25～30g/m3，但也不能太大，否則會嚴(yán)重影響到工的效率與經(jīng)濟(jì)效益。第四，粗骨料：粗骨料的力學(xué)性能較好，但是不適合用于離析實(shí)驗(yàn)。因?yàn)樗念w粒級配不均，離析時間較長，離析后的試樣的抗壓、抗拉強(qiáng)度、斷裂伸長率等都會有所差異。

4.水泥基高流態(tài)砂漿抗壓強(qiáng)度

由水泥基材料組成的砂漿體，是一種由水泥和水拌和而成的復(fù)合結(jié)構(gòu)。由于水在砂漿中的分散性大，因此，在一定條件下，水泥顆粒之間會形成較大的空隙層，而這些縫隙層的存在會使水泥與集料黏結(jié)，使其失去粘聚性，從而導(dǎo)致強(qiáng)度降低。

當(dāng)骨料的化學(xué)成分較多，混合后，骨料的抗壓強(qiáng)度也比較低時，即出現(xiàn)的裂縫就很少，此時就可以使用粉煤灰來作為混凝土的原料了。但是當(dāng)骨料的粒度較小，比表面積大的情況下，其抗壓強(qiáng)度的下降是非常明顯的；當(dāng)粒徑小于1mm的時候（如碎石），抗剪強(qiáng)度的上升趨勢與粉煤灰摻量、細(xì)度有關(guān)。所以，我們一般用粉煤灰代替石渣，這樣不僅能減少成本，還能提高集材的綜合性能。

5.高流態(tài)砂漿的滲透率

滲透率是衡量水泥漿配制的重要指標(biāo)，它與水泥漿的流變學(xué)性質(zhì)有關(guān)，在一定范圍內(nèi)，其滲透率越大，說明水泥砂漿的流變性就越好，水化反應(yīng)就越快。

水泥砂漿的滲透性隨著空隙比的增大而減小，但當(dāng)達(dá)到了一個臨界點(diǎn)時，其滲透系數(shù)反而降低了，這是因?yàn)楫?dāng)高流態(tài)砂漿的總含水量大于凝結(jié)前的自由水的含量時，會使水泥顆粒表面形成一層膠結(jié)物，使水泥與集料之間的黏結(jié)強(qiáng)度下降，導(dǎo)致硬化體的抗剪切屈服量減少，從而出現(xiàn)抗壓能力不足的現(xiàn)象；當(dāng)高流體處于較低的含水狀態(tài)中時，由于集料內(nèi)部的孔隙壓力的消失以及孔隙的逐漸增多，使得混凝土的密實(shí)度和密實(shí)性變差，此時，骨料間的作用力也隨之減弱，因此，會產(chǎn)生裂縫，這時我們需要增加水泥的摻量來抵消這種收縮應(yīng)力，以提高水泥的綜合性能。

6.試驗(yàn)原材料的檢測

實(shí)驗(yàn)原材料的質(zhì)量是水泥漿體與水拌合物組成成分的基礎(chǔ)和保證，是水泥砂漿設(shè)計(jì)的基本條件。試驗(yàn)所用的水樣應(yīng)符合下列要求。

第一，所選E材料必須具有代表性，且所含的水泥用量要均勻。第二，所選的原材料應(yīng)無毒害，無腐蝕性。第三，所選的原料及用量的確定應(yīng)以水泥凈度、孔容飽滿為標(biāo)準(zhǔn)，并在試驗(yàn)中進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。本課題選用的粉煤灰和河沙作為制備混凝土的主要來源，因?yàn)榉勖夯业念w粒較大，比表面積較小，所以可以將粉煤，灰用于水泥基配制硬化的試樣，可使試樣的強(qiáng)度得到提高，而且還能減少拌合物的自干性，降低成本。由于粉煤灰的價格低廉，且對環(huán)境污染小，因此，也可用作水泥基配制的膠結(jié)劑。而河沙的摻入則會對砂率產(chǎn)生影響，使其自重增大，同時，也會使其密實(shí)度下降。

結(jié)語

綜上所述，水泥砂漿的主要功能是用來降低水泥的水化熱，從而使水泥的流動性加強(qiáng)，防止其發(fā)生水化反應(yīng)，提高混凝土的密實(shí)性，增強(qiáng)抗壓強(qiáng)度。水泥砂漿的細(xì)度對其密實(shí)性有很大的影響，在相同的配比下，細(xì)度越大，水泥顆粒越容易下沉，越有利于水泥的凝結(jié)硬化，但當(dāng)摻量過大時，會導(dǎo)致空隙率增大，進(jìn)一步會使骨料離析，同時，也增加了施工的困難程度。