人工砂中的石粉含量对普通干混抹灰砂浆性能的影响.docx

doi：10.3969/j.issn.1002-3550.2011.02.033人工砂中的石粉含量对普通干混抹灰砂浆性能的影响颜世涛，李增高，谢慧东，张云飞（山东华森混凝土有限公司，山东 济南 250101）摘 要： 随着天然河砂资源的日益枯竭，以及国家对环境及自然资源保护的加强，天然河砂的开采受到越来越多的限制，人工砂在建筑工程中的应用将越来越广泛。全部利用人工砂生产普通干混抹灰砂浆，就石粉含量对人工砂普通干混抹灰砂浆性能的影响进行了比较系统的研究，并通过 sem 和孔结构技术分析了其作用机理。结果表明：石粉的填充效应、形态效应、吸水效应和晶核效应的共同作用，改善了人工砂普通干混抹灰砂浆的性能。关键词： 人工砂；石粉含量；普通干混抹灰砂浆；保水性；拉伸黏结强度；抗压强度中图分类号： tu528.041文献标志码： a文章编号： 1002-3550（2011）02-0108-05influence of t he perform ance of pow der cont ent in ordinary dry- m ixed plast ering m ort ar w it h m anufact ured sandyan shi-tao，li zeng-gao，xie hui-dong，zhang yun-fei（shandong huasen concrete co.，ltd.，jinan 250101，china）abst ract : with the strengthening of the protection on the environment and natural resources，the exploitation of natural sand is limited.then theuse of manufactured sand in the civil engineering will be wider and wider.it plasters ordinary dry-mixed mortar with manufactured sand.the ef- fects of powder content on ordinary dry-mixed plastering mortar with manufactured sand are studied systematically.furthermore，the acting mech- anism was researched by sem and pore structure analyzing.the results showed that the effects of filling，shape，sopping up and nuclei of powderwould improve the performances of ordinary dry-mixed plastering mortar with manufactured sand.key w ords: manufactured sand；powder content；ordinary dry-mixed plastering mortar；water retentivity；tensile bond strength；compressive strength了其作用机理。0引言普通干混砂浆所用细集料一般为天然砂，天然砂的使用必 须经干燥、筛分、分级，河砂的干燥、筛分本身需要大量的能源， 且筛分出不能利用的 5 mm 以上颗粒也在一定程度上造成了浪 费。随着国家对环境及自然资源保护的加强，考虑到天然砂正在 枯竭的现状，以及天然砂干燥消耗大量能源的现实，人工砂的 生产及在普通干混砂浆中的应用势在必行。人工砂是经机械破碎筛分而成，其颗粒尖锐粗糙且带有棱 角，同时在其中不可避免地要含有一定量的石粉，这是人工砂 与天然河砂最明显的区别所在。目前，人工砂在普通干混砂浆中 的应用研究比较欠缺1-3，本试验全部利用人工砂取代天然砂生 产普通干混抹灰砂浆，针对人工砂中的石粉含量对普通抹灰砂 浆性能的影响进行了比较系统的研究，并通过孔结构情况分析1原材料水泥为山水 po 42.5 级水泥（性能指标如表 1）；粉煤灰为 山东济南黄台电厂产 ii 级粉煤灰（性能指标如表 2）；天然砂取 本地河砂 s1，人工砂 s2 为石灰岩碎石机械破碎（s1、s2 性能指 标如表 3）；砂浆增稠保水材料 ht，自配；饮用自来水。2试验方法及试验结果2.1试验方法所有试验均参照 jgj/t 702009 建筑砂浆基本性能试验 方 法 标 准，采 用 砂 浆 搅 拌 机 进 行 搅 拌 ，搅 拌 时 间 180 s， 砂浆立方体抗压强度测试试件的成型采用有底试模，养护为 标准养护。表 1水泥物理力学性能密度（/ g/cm3）安定性（雷氏夹法）细度 /%（75 m 筛筛余）凝结时间 /min抗压强度 /mpa抗折强度 /mpa初凝终凝3 d28 d3 d28 d3.2合格3.616026521.848.74.57.8表 2 粉煤灰基本性能项目细度（45 m 筛筛余）/%烧失量 /%含水量 /%安定性（雷氏夹法）/mm需水量比 /%ii 级灰指标测试值2520.45.02.61.00.35.01.2105102收稿日期：2010-09-01108表 3 天然砂 s1 和人工砂 s2 的技术指标累计筛余 /%级配区测定值方筛孔尺寸项目单位 /mm s1 s2 1 2 3 s1 s2 kg/m3kg/m3kg/m3-%9.504.752.361.180.600.300.15筛底02224358789410000935597687100010035565358571958010090-010025050107041927010090-01001502504016855510090-松散密度紧密密度表观密度 细度模数 亚甲蓝试验石粉含量含泥量泥块含量吸水率坚固性1 4001 6202 6002.9-2.60.20.86.41500179025802.7mb 值 0.8513.5-00.48.46%、9%、12%、15%、18%、21%的 石 粉 等 量 取 代 通 过 0.075 mm筛筛除石粉后的的人工砂 s2，研究石粉含量对普通抹灰砂浆各种性能的影响，并与用天然砂 s1 普通抹灰砂浆各种性能进行对比。其试验方案见表 4 所示。2.2试验方案及试验结果设计砂浆配合比为胶凝材料砂 =154，粉煤灰等量 取 代20%水泥，砂浆稠度取 90100 mm，拌制砂浆。将人工砂 s2通过0.075 mm 筛，筛除人工砂 s2 中的石粉备用，然后分别用 0、3%、表 4试验方案及结果配合比 （/ kg/m3）试验结果序号保水性/%凝结时间/min黏结强度/mpa抗压强度 /mpa人工砂水泥粉煤灰石粉（含量）ht水固比7 d28 d1 500（天然砂）1 5001 4551 4101 3651 3201 2751 2301234567824024024024024024024024060606060606060600（0）0（0）45（3%）90（6%）135（9%）180（12%）225（15%）270（18%）15151515151515150.1750.1700.1750.1800.1850.1880.1900.19284.587.090.792.995.696.196.591.83803903603303203002902800.350.100.160.190.230.220.200.184.24.96.07.37.87.46.65.97.89.511.013.414.314.012.610.5 9 240 60 1 185 315（21%） 15 0.195 89.0 265 0.17 4.7 8.4 3试验结果分析3.1石粉含量对普通抹灰砂浆用水量的影响从图 1 中可以看出，砂浆达到规定稠度（90100 mm）时，人 工砂中无石粉时，其砂浆需水量相对较低，低于天然砂；当人工 砂中掺入石粉后，随着石粉掺量的增加，其砂浆需水量逐渐增加， 当石粉含量为 3%时，其砂浆需水量与天然砂基本相同，当石粉含量高于 3%时，其砂浆需水量明显增高，高于天然砂。图 2 石粉含量对普通抹灰砂浆保水性的影响水性较好，达 95%以上。3.3石粉含量对普通抹灰砂浆凝结时间的影响凝结时间也是砂浆施工性性能的一方面，凝结时间的长短 影响到新拌砂浆的相应性能，因此，研究石粉含量对普通抹灰 砂浆凝结时间的影响是不可缺少的一方面。从图 3 中可以看 出：无石粉的人工砂普通抹灰砂浆的凝结时间与天然砂普通抹 灰砂浆的凝结时间相差不大，但当人工砂中含石粉时，其砂浆凝结时间相应地缩短，且石粉含量越高，其相应的砂浆凝结时间越短；与无石粉的人工砂普通抹灰砂浆相比 ，当 石 粉 含 量 为21%时，其砂浆凝结时间缩短了 2 h 左右。图 1 石粉含量对普通抹灰砂浆水固比的影响3.2 石粉含量对普通抹灰砂浆保水性的影响保水性是新拌砂浆的重要性能指标，是 指 砂 浆 混 合 物 保持水分的能力，也指砂浆中各项组成材料不易分离的性质。它 的好坏直接决定了新拌砂浆的工作性及施工性能。从图 2 中 可 以 看 出 ：在 增 稠 保 水 材 料 相 同 掺 量 下 ，天 然 砂 普 通 抹 灰 砂 浆 的 保 水 性 仅 84.5% ，达 不 到 标 准 规 定 要 求（88%）；人 工 砂 普 通 抹 灰 砂 浆 的 保 水 性 都 高 于 天 然 砂 普 通 抹 灰 砂 浆 的 保 水性。从表 5 中还可以看出：随着石粉含量的增加，其普通抹 灰 砂 浆 保 水 性 先 增 加 后 降 低 ，且 掺 量 为 12%和 15%时 ，其 保图 3 石粉含量对普通抹灰砂浆凝结时间的影响1093.4石粉含量对普通抹灰砂浆拉伸黏结强度的影响拉伸黏结强度反应抹灰砂浆与基体的黏结性能，它的好坏直 接影响到抹灰砂浆的质量，特别是黏结力，砂浆黏结力越低，越易出现空鼓、开裂和脱落等现象。从图 4 中可以看出：当人工砂中无石粉时，人工砂普通抹灰砂浆的拉伸黏结强度远远低于天然砂，1 试样的拉伸黏结强度为 0.35 mpa，而 2 试样仅 0.10 mpa；当人工砂中含有部分石粉时，其砂浆拉伸黏结强度将有所提高；另 外，随着石粉含量的增加，其砂浆拉伸黏结强度先增大后降低，石粉含量为 9%的拉伸黏结强度增大。图 4 石粉含量对普通抹灰砂浆拉伸黏结强度的影响3.5石粉含量对普通抹灰砂浆立方体抗压强度的影响砂浆立方体抗压强度的大小直接反应其砂浆的强度等级， 即强度越高其等级越高，因而研究人工砂中石粉含量对其强度 的影响是极其重要的。从图 5 中可以看出：无论是 7 d，还是 28 d，人工砂普通抹灰砂浆的抗压强度都高于天然砂普通抹灰砂浆；随着石粉含量的增加，其砂浆抗压强度先增大后降低，且石粉含量为 9%的抗压强度最大；另外，石粉含量在 6%15%之间时，其强度变化不大，即石粉掺量在 6%15%之间时，对其砂浆抗 压强度影响不大。图 5 石粉含量对普通抹灰砂浆抗压强度的影响4不同石粉含量的普通干混抹灰砂浆微观结构分析4.1石粉含量对普通抹灰砂浆孔结构分析根据表 4 配合比，选择 1、2、4、6、8 配合比进行试配，拌制砂浆，制作砂浆试件，养护至规定龄期后，从距离砂浆试件表面5 mm 以内的部位取样，进行孔结构分析试验，不同石粉含量的普通抹灰砂浆孔结构分析试验结果如表 5，试样孔径分布见图 6。表 5 孔结构试验结果%试样100 nm总孔隙率1246822.3619.6629.5535.3932.1021.3218.7922.2324.6924.0611.6214.8114.6312.8514.3844.7146.7433.5927.0629.4014.7418.1812.4113.9316.51砂浆的性能与其内部结构有直接关系。mehta 教授认为：孔径 d100 nm 为多害孔5。砂浆硬化体中孔径 d100 nm 的孔对砂浆的性能有较大的危害，即砂浆中孔径大于 100 nm 的 多害孔越多，砂浆的密实性越差，性能越低。110图 6 1、2、4、6 和 8 试样孔径分布图从表 5 和图 6 中可知：天然砂砂浆（1 试样）的总孔隙率较 低，但多害孔较多，占 45%左右；相对于天然砂砂浆，无石粉人 工砂砂浆（2 试样）的总孔隙率明显高，且无害孔和少害孔较少，而有害孔和多害孔较多；当人工砂砂浆中加入石粉后，随着石粉掺量的增加，人工砂砂浆中无害孔和少害孔数量明显增多，特别是无害孔增加比较明显，多害孔数量明显降低，且掺石粉人工砂砂浆内部结构优于天然砂砂浆内部结构。另外，随着石粉掺 量的增加，其砂浆总孔隙率先降低后增大；石粉掺量在 6%12% 时，虽然其总孔隙率变化不大，但孔径分布有明显差别，如石粉12%的 6 试样的无害孔和少害孔数量明显高于石粉 6%的 4 试样；石粉掺量在 12%18%时，虽然其总孔隙率相差较大，如石粉18%的 8 试样的总孔隙率较高，但两试样的孔径分布差别不大。4.2石粉含量对普通抹灰砂浆 se m 分析与孔结构分析相同，选择 1、2、4、6、8 配合比进行试配，拌制砂浆，制作砂浆试件，养护至规定龄期后，从距离砂浆试件表面5 mm 以内的部位取样，进行 sem 分析试验，不同石粉含量的普通抹灰砂浆 sem 分析试验结果见图 7。从 图 7 中 可 以 看 出 ：1、2、4、6 和 8 试 样 均 可 以 看 到 板 状ca（oh）2 晶体，但 1 试样看不到 csa 纤维状和针状钙矾石晶体， 而其他试样都能看到 csa 纤维状和针状钙矾石晶体。从图中还可 以看出，天然砂砂浆（1 试样）内部孔隙虽然较低，但水化产物颗粒较大、分布不均匀；相对于天然砂砂浆，无石粉人工砂砂浆（2 试样）内部孔隙较高，但水化产物颗粒较小、颗粒分布上均匀且堆积紧密；当人工砂砂浆中加入石粉后，随着石粉掺量的增加，人工砂 砂浆中孔径得到细化，大孔逐渐降低，小孔逐渐增多，且掺石粉人工砂砂浆内部结构优于天然砂砂浆内部结构，这是由于石粉起到 了很好的分散均化浆体颗粒的作用，有利于砂浆强度的发挥以及水化反应的进一步发展，并使砂浆内部结构更加致密化。5机理分析由于人工砂是机械破碎而成的，其颗粒尖锐带有棱角，同时 在碎石在破碎过程中不可避免地要含有一定量的石粉，这是人 工砂与天然砂最明显的区别所在。人工砂粒径小于 75 m 的部分称之为石粉，通过筛分试验， 石粉通过 45 m 筛筛余为 20%24%，细度与普通水泥细度相当。石粉与天然砂中的泥比较，其成分不同、粒径分布不同，所以所起的作用也不同。天然砂中的泥对混凝土和砂浆是有害的，必须严格控制其含量。而人工砂中石粉是与母岩完全相同的材质， 人工砂中适量的石粉存在是有益处的。当有适量石粉存在时，石粉可改变人工砂砂浆的各种性能，其作用机理表现如下：（1）填充效应。由于石粉颗粒与水泥颗粒粒度相当，因此， 石粉会填充于砂浆水泥水化硬化过程中产生的孔隙中，使砂浆体密实。从孔结构分析可以看出，当人工砂中掺入石粉后，砂浆的孔结构得到改善，孔隙率减小，孔结构得到改善，其主要原因是石粉发挥了填充效应。（2）形态效应。由于石粉的存在，使得新拌砂浆的浆体量增加，使砂浆的保水性增强、泌水率减小，减少了自由水在界面上聚集，因而有利于浆-集料界面的改善。（3）吸水效应。当人工砂中含有较多的石粉时，由于石粉的需水量大，使得在水灰比和单位用水量相同的情况下，人工砂 砂浆的实际水灰比要小于普通砂浆，并使砂浆凝结时间缩短。（4）晶核效应。石粉在水泥水化过程中起到了晶核效应，当 水泥中 c3s 开始水化时，大量释放出 ca2+，ca2+ 具有比sio44-离 子团高得多的迁移能力，根据吸附理论，首先发生 caco3 微粒表面对 ca2+ 的吸附作用，由于 c-s-h 和 ca（oh）2 在 caco3 表图 7 1、2、4、6 和 8 试样 sem 图111面上大量生长，导致 c3s 颗粒周围 ca2+ 浓度降低，使 c3s 水化加速6-9，从而加速了水泥的水化，并使水化产物增多，避免晶体的集中生长，且早期比后期更为明显。6结论（1）当人工砂中无石粉时，与天然砂普通抹灰砂浆相比，人 工砂普通抹灰砂浆需水量低，保水性略高，抗压强度提高，但拉 伸黏结强度明显降低，。（2）当人工砂中掺入一定量石粉时，与无石粉人工砂普通 抹灰砂浆相比，其砂浆的保水性提高，泌水少，黏聚性强，凝结 时间缩短；抗压强度和拉伸黏结强度提高。（3）由于石粉的填充效应、形态效应、吸水效应、晶核效应 的共同作用，使得掺适量石粉人工砂砂浆的物理力学性能得到 改善和提高，砂浆的密实度提高，保水性增强，抗压强度、拉伸 黏结强度提高。（4）石粉对人工砂砂浆的性能有着非常重要的影响，应根 据砂浆的不同技术要求合理控制人工砂中石粉的含量。本试验 宜选用石粉含量为 9%12%的人工砂较佳。参考文献：1 侯云芬，蔡光汀，陈家珑，等.人工砂在抹灰砂浆中的应用研究j.混凝土，2004（2）：31-33.2 薛秉钧，李松林.人工砂在混凝土和砂浆中的应用研究j.中州煤炭，2003（6）：3-4.3 常江，蒋元海，柳刚，等.人工砂是配制优质混凝土和砂浆的理想材料j.混凝土与水泥制品，2005（3）：14-17.4 jc/t 1642004，砌筑砂浆增塑剂s.5 唐咸燕，肖佳，陈烽，等.矿渣微粉、粉煤灰水泥基材料的性能试验研究j.粉煤灰，2006（5）：21-23.6 胡曙光，李悦，丁庆军.石灰石混合材改善高铝水泥后期强度的研究j.建筑材料学报，1998，1（1）：49-53.7 侯宪钦，高培伟，方闯烈，等.石灰石作水泥混合材的研究j.山东建材，1998（1）：16-20.8 胡曙光，李悦，陈卫军，等.石灰石混合材掺量对水泥性能的影响j.水泥工程，1996（21）：22-24.9 章 春 梅 . 硅 酸 钙 微 集 料 对 硅 酸 三 钙 水 化 的 影 响 j. 硅 酸 盐 学 报 ，1988，16（2）：110-116.作者简介： 颜世涛（1978-），男，工程师，主要从事混凝土及外加剂和预拌砂浆的研究和应用。单位地址： 山东济南高新区凤山路 山东华森混凝土有限公司（250101）联系电话：上接第 96 页要求。但在实际生产中，3# 砂的现行配合比仅靠调整外加剂掺量并不能满足施工和质量要求。因为当砂含泥量较大时，聚羧 酸外加剂掺量增大，混凝土黏度很大，流动性很差，且坍落度经时损失较大。现代工程中，钢筋密集部位较多，而且相当多的工地操作人员质量意识淡漠，大黏度低流动性混凝土增加了施工难度，大大增加现场二次加水的可能性，很难保证顺利浇筑和结构实体的强度，造成工程质量的隐患。现对含泥量超过 5%的 3# 砂的配合比进行调整，增加用水 量降低混凝土黏度，并同时降低砂率，使其满足可施工性，进行强度的验证。结果见表 6。表 6 3# 砂子调整配合比编号水胶比砂率 /%水水泥砂石粉煤灰矿粉外加剂 /%1230.4500.3910.34040.438.437.01801801807206606101 0601 0601 0408080806060502603204002.02.22.4 4 0.327 36.2 180 420 590 1 040 80 50 2.6 表 7 各配合比试验结果 4结论（1）砂含泥量增加对应用聚羧酸高性能减水剂生产的混凝 土的新拌性能和强度的影响很大。因此，搅拌站应重视砂的质 量状况，采购质量较好的砂用于混凝土的生产。（2）搅拌站生产 c50 及以上混凝土时，必要时可单独采购 含泥量低的优质砂以满足混凝土质量要求。如砂含泥量超标， 则必须停产。（3）使