（材料学专业论文）机制砂在预拌砂浆中的应用研究.pdf

摘要 随着土木工程建设的蓬勃发展和对工程质量的重视，建筑市场对砂的需求数 量越来越大，质量上要求也越来越高，而合格的天然砂资源却越来越少。由于天 然砂资源日益短缺，价格上涨，一些地区出现了超量开采，不仅严重破坏了生态 环境而且也造成了自然能源的危机。因此，采用机械破碎岩石生产机制砂代替天 然砂，既可以节约自然资源，又符合当前可持续发展战略要求。预拌砂浆是一种 用量大、性能优良的建筑材料，是通过专业化厂家生产，用于建设工程中的各种 砂浆拌合物，是我国近年发展起来的一种新型材料。本文主要研究了机制砂特性 对预拌砂浆性能的影响及作用机理，为机制砂在预拌砂浆中的应用提供理论依据。 主要研究内容包括以下几点： 首先，研究了机制砂级配、颗粒形状对预拌砂浆性能影响的变化规律。研究 结果表明，级配良好的机制砂配制的预拌砂浆和易性、力学性能、收缩性能和抗 冻性能都有显著的改善；随着机制砂棱角性指数的增大，新拌砂浆的流动性变差， 但硬化后砂浆的强度和收缩性能得到适当的改善。 其次，研究了机制砂中石粉含量对预拌砂浆性能影响的变化规律。研究结果 表明，机制砂中适量的石粉能够明显改善预拌砂浆的和易性，减小预拌砂浆的收 缩率以及提高抗压强度和抗冻性等多方面性能。并得出了不同水泥用量下，满足 预拌砂浆使用性能的石粉含量的限值。 最后，通过微观分析，研究了机制砂中石粉对水泥水化的促进作用以及对砂 浆中孔结构和界面结构改善的机理。研究结果表明，一方面，机制砂中适量的石 粉能够参与c 3 a 的水化反应，生成水化碳铝酸钙，促进水泥的水化反应；另一方 面，机制砂中的石粉具有“填充效应 ，改善硬化砂浆的孔结构，提高砂浆的密实 度，从而增强预拌砂浆硬化后的性能。 关键词：机制砂；预拌砂浆；石粉；和易性；力学性能；收缩性能；抗冻性能 a bs t r a c t w i t ht h ev i g o r o u sd e v e l o p m e n to fc i v i le n g i n e e r i n ga n dm o r ea t t e n t i o np a i do nt h e p r o j e c tq u a l i t y ，m o r ea n dm o r es a n d 诵t hh i g h e rq u a l i t yi sr e q u i r e d ，b u tt h en a t u r a ls a n d v 访t l lr e g u l a rq u a l i t yi sb e c o m i n gl e s sa n dl e s s b a s e do nt h i sf a c t ，t h en a t u r a ls a n di sr i s e i np r i c ea n dt h ee x c e s s i v ee x p l o r a t i o na p p e a r si ns o m ea r e a t h i sw i l ll e a dt ot h ed e s t r o y o ft h ee n v i r o n m e n ta n dt h en a t u r ee n e r g yc r i s i s t h e r e f o r e ，t h ew a yt oi n t r o d u c e m a n u f a c t u r e ds a n d ，w h i c hi sp r o d u c e db yr o c k , t os u b s t i t u t en a t u r a ls a n dc a nm e e tt h e s t r a t e g i cr e q u i r e m e n to fs u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n ta n ds a v en a t u r a lr e s o u r c e p r e - m i x e d m o r t a ri sak i n do fa r c h i t e c t u r a lm a t e r i a lw i m9 0 0 dp e r f o r m a n c e i ti sp r o d u c e db yt h e p r o f e s s i o n a lf a c t o r y ，c a l lb eu s e da sm o r t a rm i x t u r e n o w , i ti sb e c o m i n ga ni m p o r t a n t n e wt y p em a t e r i a li nc h i n a t h ee f f e c ta n do p e r a t i o nm e c h a n i s mw i t ht h ep r o p e r t yo f m a n u f a c t u r e ds a n df o rp r c - m i x e dm o r t a ri sa n a l y z e di nt h i sp a p e r , w h i c hp r o v i d e st h e t h e o r e t i c a lb a s i sf o rt h ea p p l i c a t i o no fm a n u f a c t u r e ds a n du s e di nt h ep r e - m i x e dm o r t a r t h em a i nc o n t e n ti sa sf o l l o w s ： f i r s t , t h ee f f e c to ft h eg r a d a t i o na n dg r a i ns h a p eo ft h em a n u f a c t u r e ds a n df o r p r e m i x e dm o r t a ri sa n a l y z e d t h er e s u l t ss h o wt h a tm a n u f a c t u r e ds a n dw i t l lg o o d g r a d a t i o nc a ni m p r o v et h ew o r k a b i l i t y ，m e c h a n i c a lp r o p e r t y ，s h r i n k a g ep r o p e r t ya n d f r o s tr e s i s t a n c eo ft h ep r e - m i x e dm o r t a r w i t ht h ei n c r e a s e da n g u l a r i t yi n d e xo ft h e m a n u f a c t u r e ds a n d ，t h ef l u i d i t yo ft h en e wm o r t a ri sb e c o m i n gb a db u tt h ei n t e n s i t ya n d c o n t r a c t i b i l i t yi si m p r o v i n ga f t e rt h eh a r d e n i n gp r o c e s s s e c o n d ，t h ee f f e c to ft h ec o n t e n to ，fs t o n ep o w d e r si nt h em a n u f a c t u r e ds a n df o r p r e - m i x e dm o r t a ri sa n a l y z e d t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ew o r k a b i l i t yo ft h ep r e m i x e d m o r t a rc a nb ei m p r o v e dw i t ht h ep r o p e ra m o u n to ft h es t o n ep o w d e r sa n dt h es h r i n k a g e r a t eo ft h ep r e - m i x e dm o r t a ri sr e d u c e d w h a t sm o r e ，s o m eo t h e rp r o p e r t i e s ，s u c ha st h e c o m p r e s s i v es t r e n g t ha n df r o s tr e s i s t a n c ea r ea l s oi m p r o v e d m o r eo v e r , t h eb o u n d so f t h ec o n t e n to fs t o n ep o w d e r si nt h ep r e m i x e dm o r t a ra r ed e d u c e di nc a s eo fd i f f e r e n t c e m e n td o s a g e i nt h ee n d ，a c c o r d i n gt ot h em i c r oa n a l y s i s ，t h ep r o m o t i o no ft h ec e m e n th y d r a t i o n b r o u g h tb yt h es t o n ep o w d e r si nt h em a n u f a c t u r e ds a n di ss t u d i e d ，a n dt h em e c h a n i s m o fi m p r o v e m e n ti np o r es t r u c t u r ea n di n t e r f a c es t r u c t u r ei sa n a l y z e d o nt h eo n eh a n d ， t h es t o n ep o w d e r si nt h em a n u f a c t u r e ds a n dc a np a r t i c i p a t ei nt h eh y d r a t i o nr e a c t i o n 、i t hc 3 a ，w h i c hw i l lp r o d u c ec a l c i u mc a r b o n i ca l u m i n a t e sh y d r a t et oa c c e l e r a t et h e h y d r a t i o nr e a c t i o no ft h ec e m e n t o nt h eo t h e rh a n d ，t h es t o n ep o w d e r si nt h e m a n u f a c t u r e ds a n dh a st h ep r o p e r t yo ff i l l i n ge f f e c t , w h i c hc a l li m p r o v et h ep o r e s t r u c t u r eo ft h eh a r d e n e dm o r t a ra n dt h ee o m p a c m e s so ft h em o r t a r , c o n s e q u e n t l yt h e p r o p e r t yo f t h ep r e - m i x e dm o r t a rc a nb ei m p r o v e da f t e rh a r d e n i n g k e yw o r d s ：m a n u f a c t u r e ds a n d ；p r e - m i x e dm o r t a r ；s t o n ep o w d e r s ；w o r k a b i l i t y ； m e c h a n i c a lp r o p e r t y ；s h r i n k a g ep r o p e r t y ；f r o s tr e s i s t a n c e 重庆交通大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：彳易删劾侈 日期： 勿矽年幸月夕日 重庆交通大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权重庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本人学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并进行信 息服务( 包括但不限于汇编、复制、发行、信息网络传播等) ，同时本人保留在其 他媒体发表论文的权利。 学位论文作者签名：伽删钐 日期：矽厂。年红月7 日 本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社渊系 列数据库中全文发布，并按中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程规 定享受相关权益。 学位论文作者签名：韶渺 指导撕签名： 日期：加戽月夕日 日期：加f r 霹 争月 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究的目的和意义 1 1 1 机制砂代替天然砂的必然性 随着土木工程建设的蓬勃发展和对工程质量的重视，建筑市场对砂的需求数 量越来越大，质量上要求也越来越高，而合格的天然砂资源却越来越少。天然砂 是一种地方性资源，且短时间内不可再生。近年来，由于天然砂资源短缺，价格 上涨，一些地区出现了超量开采，毁田开挖、破坏河道挖砂的现象。过渡的开采 不但破坏了人类赖以生存的环境，而且由此引发了不少工程事故。为此，国务院 和各地人民政府相继出台了禁采和限采天然砂的规定。 机制砂( m a n u f a c t u r e ds a n d ) 是“由机械破碎、筛分制成的，粒径小于4 7 5 m m 的岩石颗粒 。我国是多山的国家，岩石资源丰富，故机制砂的生产可就地取材， 减少了运输费用，生产成本较天然砂低。而且根据大量国内外对机制砂的研究， 机制砂在混凝土和砂浆中使用，能够满足技术性能指标的要求。因此，承认机制 砂合格的建材地位，并加以规范利用是势在必行的。 重庆地处长江和嘉陵江的交汇处，沿江及其支流的天然砂均为特细砂，在配 制混凝土和砂浆时，不能满足工程施工的需要。因此，用机制砂代替天然砂生产 混凝土和砂浆成为重庆建设发展的当务之急。 1 1 2 对机制砂的使用存在疑虑 机制砂的生产是通过对不同块度的岩石进行破碎，加工成4 7 5 m m 以下颗粒而 制成的。在破碎的过程中，不可避免的要产生一些石粉。石粉是机制砂中粒径小 于0 0 7 5 m m 的细小颗粒。未经处理的机制砂石粉含量一般为1 0 1 5 ，国外生 产的机制砂石粉含量，也基本上在这个范围之内【。但是，从外观上看，含有1 0 石粉的机制砂看上去石粉含量很多。人们为了满足视觉上的要求，通常对机制砂 进行除粉工艺，砂厂除粉的方式分为风选收尘和水洗法两种。这样做不仅除掉了 石粉颗粒，还除掉了含有0 1 5 m m 、0 3 r a m 、0 6 m m 甚至更大的颗粒，严重地破坏 了机制砂的级配，不利于达到集料的最大密度，并且在除粉的过程中浪费了宝贵 的矿产资源和水资源，且被除掉的石粉大量堆积，占用农田，堵塞河道，对环境 产生了严重的污染。另一方面，由于机制砂颗粒表面粗糙、尖锐多棱角、级配不 良等一系列问题，使人们对机制砂的应用存在误解，认为“机制砂质量不如天然 2第一章绪论 砂”，在一些较大型的工程中禁止使用机制砂，严重制约了机制砂的应用。 但是，机制砂中的石粉与天然砂中的泥粉不同，它与机制砂为同一母岩，矿 物成分相同，是机制砂的重要组成部分，能够改善机制砂的级配组成和使用性能。 而机制砂颗粒表面粗糙、尖锐多棱角等基本特性，在一定程度上可以增强砂与水 泥的粘结程度以及增大骨料间的嵌挤锁结力，改善硬化后砂浆的力学性能。因此， 合理利用机制砂，既能改善砂浆的性能，又能节约资源，减少环境污染，符合国 家可持续发展战略的要求。 1 1 3 预拌砂浆替代传统现拌砂浆的必然趋势 在工程建设中，建筑砂浆是一种用量大、用途广泛的建筑材料。然而，目前 应用的传统现拌砂浆计量准确度低、质量不稳定、施工劳动强度大，施工效率低， 特别是在城市中，施工噪声大，污染环境，给人们生活带来了很大的危害。为了 克服传统砂浆的劣势，就必须加快砂浆商品化的进程【2 】。商品化进程的产品，是一 种在工厂将所有原料按配比混合好的作为商品出售的砂浆，主要分为干拌砂浆和 预拌砂浆两种【3 1 。而预拌砂浆作为商品砂浆的主要形式，主要用在大宗的砌筑砂浆 和抹面砂浆，其所有组分均在专业工厂计量、拌合均匀，强度高并且性能稳定， 工作性好，易于施工操作，并且利于文明施工与技术进步，综合效益好。2 0 0 7 年 6 月6 日，商务部、公安部、建设部、交通部、质检总局、环保总局等6 部门联合 颁布了关于在部分城市限期禁止现场搅拌砂浆工作的通知( 商改发 2 0 0 7 2 0 5 号) ，要求在三年时间内，分期分批开展在施工现场禁止使用传统现拌砂浆，建 设工程施工项目中推广使用预拌砂浆。因此，使用预拌砂浆是贯彻落实国务院关 于发展循环经济、建设节约型社会、促进节能减排的一项具体行动，也表明具有 多方面明显优势的预拌砂浆取代传统现拌砂浆已是必然趋势。 预拌砂浆是一种用量大、性能优良的建筑材料。是指由水泥、粉煤灰、细集 料、保水增稠材料、外加剂和水以及根据需要掺入的矿物掺合料等组分按一定比 例在搅拌站经计量、拌制后，采用搅拌运输车运至使用地点，放入专用密封容器 储存，并在规定时间内使用完毕的砂浆拌合物1 4 j 。 预拌砂浆的优势： 预拌砂浆的质量好，能够满足工程施工的需要； 预拌砂浆保水性、和易性好，施工速度快、效率高； 材料损耗、浪费少； 预拌砂浆减少了原材料堆放用地，减小了粉尘污染和噪音，便于文明施工 管理； 第一章绪论3 预拌砂浆有利于机械化施工和技术进步； 推广预拌砂浆可以加速散装水泥的推广和应用。 传统现拌砂浆的局限性： 产品和施工质量难以保证，材料浪费，施工效率低下； 文明施工和环保要求难以满足； 砂浆品种单一，无法满足各新型建材对砂浆的不同要求。 1 1 4 研究的意义 由于天然砂资源短缺、价格上涨，同时出于对环境保护的需要，应用机制砂 代替天然砂已势在必行。从二十世纪六七十年代，云、贵等砂少石多地区开始使 用机制砂，在实际工程中取得了较好的经济效益和社会效益。目前，对于机制砂 在预拌砂浆中的实际应用还缺乏经验积累，基本无参考文献。特别是机制砂的颗 粒形状和级配等基本特性以及机制砂中石粉含量对预拌砂浆性能的影响规律没有 研究。 本文通过大量试验，揭示机制砂基本特性和机制砂中石粉含量对预拌砂浆和 易性、力学性能、收缩和抗冻性能的影响规律。探索机制砂中石粉在预拌砂浆中 的作用机理，使人们正确认识石粉，为机制砂的推广和应用奠定基础。该研究成 果对解决天然砂资源匮乏和机制砂在预拌砂浆中的应用问题，以及支持我国基本 建设持续发展都有重要的现实意义。 1 2 机制砂与机制砂预拌砂浆的研究进展 1 2 1 机制砂的生产状况 机制砂是用岩石经除土开采、机械破碎、筛分而得，粒径小于4 7 5 m m 的岩石 颗粒，但不包括软质岩、风化岩石的颗粒，其形状多为立方体和棱角状，其中 0 0 7 5 r a m 以下颗粒为石粉。机制砂有时也被称为山砂、破碎砂、石屑、规范砂、 人工砂掣5 】【6 】。机制砂的质量很大程度上取决于母岩的物理性能、加工工艺和机械 设备等【7 1 。美国地质勘探局( u s g s ) 1 9 9 6 年对全美国机制砂母岩进行过一次调查， 发现生产原料来源的6 7 是石灰岩、1 9 是花岗岩，另外的1 4 包括暗色岩、白 云岩、砂岩和页岩。我国生产机制砂的主要原料也是石灰岩、白云岩、花岗岩、 玄武岩等，其中石灰岩质机制砂为最多【s j 。 目前国内机制砂的生产主要有三种形式，一种是采用矿石专门生产机制砂或 者开矿产石同时生产机制砂，这多属于大型企业，年产砂石1 0 0 万吨以上，质量 较好；一种是在河道里用乱石生产机制砂，或配以少量天然砂生产混合砂，这多 4 第一章绪论 属于中型企业，年产砂石5 0 万吨左右，质量好坏差别较大；再一种是利用各种尾 矿生产的，其中主要是各地生产石灰石碎石后的石屑或石粉，经过简单加工和筛 分，后直接利用，质量好坏差别较大。 机制砂的生产设备按照破碎原理可分为：颚式、圆锥式、棒磨式、旋回式、 锤式、旋盘式、反击式、对辊式和冲击式等。导致最终产品颗粒形状优劣的排序 方式为：棒磨式、锤式和冲击式等优于反击式、圆锥式和旋盘式，其中，颚式、 辊式和旋回式最差，但前者生产成本较耐9 1 。 为了生产出优质的满足工程需要的机制砂，需要注意两点：首先，注意母岩 的选择。合理选择岩石的岩性，生产出颗粒形状、级配符合要求的机制砂。其次， 注意生产设备的选择。根据所需机制砂的等级，合理选择生产设备。 1 2 2 机制砂的应用历史 在美、英、日等工业发达国家使用机制砂作为细骨料已有4 0 多年的历史，在 各种建筑工程中应用比较普遍，关于机制砂的生产、试验与使用等标准已相当完 善。而我国在建筑方面采用机制砂是从二十世纪六七十年代起步，但河砂、江砂 等天然砂使用还比较普遍。 因各地自然地理条件不同，各地的制砂原料差别也很大。所以各个地区根据 实际情况编制了相应的地方标准。在我国豫北等地，因缺乏中粗砂，为改善集料 级配，很早就用河卵石破碎成机制砂，再与细河砂一起做成混合砂。有些工程利 用矿山、隧道、挖方排出的废石或尾矿生产机制砂，有些采石厂开发利用生产碎 石副产的石屑生产机制砂。 从上世纪7 0 年代起，我国各地陆续出台了一些地方标准和行业标准，如最早 的贵州省地方标准山砂混凝土技术规定( 后来修订为山砂混凝土技术规范 d b j 2 2 0 1 6 9 5 ) ，之后云南省出台了云南省人工砂技术标准及应用规程、河 南省出台了人工砂质量标准及应用技术规程( d b j 4 1 t 0 4 8 2 0 0 3 ，修订) 、北 京出台了人工砂应用技术规程( d b j t 0 1 6 5 2 0 0 2 ) 、上海出台了机制砂在 混凝土中应用技术规程1 1 0 ( d g t j 0 8 5 0 6 2 0 0 2 ) 、天津出台了人工砂应用技 术规程( d b 2 9 7 2 2 0 0 4 ) 、重庆市出台了混凝土用机制砂质量标准及控制方 法( d b 5 0 5 0 1 7 2 0 0 0 ) ，机制砂、混合砂混凝土应用技术规程( d b 5 0 3 0 2 0 0 4 ) 等地方标准。2 0 0 1 年机制砂被列入新的国家标准建筑用砂( g b 厂r 1 4 6 8 4 2 0 0 1 ) 无疑对机制砂的应用起到了推动作用。由于各地生产和应用机制砂的水平相差很 大，对全国来讲机制砂才处于刚刚起步阶段，因此，标准中对机制砂中石粉含量 的要求采用比较谨慎的态度和较严格的指标。对于石粉含量苛刻的规定客观上加 第一章绪论5 剧了人们对石粉在机制砂混凝土中作用的误解，以至于在有些工程中有拒绝石粉 乃至不接受机制砂的现象。 由于试验标准与技术规范的不完善，以及试验材料的滞后性，我国建筑业对 天然砂还存在这较强的依赖性，在许多重要结构工程中对机制砂的使用还存在限 制条件。采用机制砂多数是在天然砂供应不足或经济比选相差悬殊时不得已而为 之的方案。 1 2 3 机制砂在预拌砂浆中的应用现状 预拌砂浆起源于2 0 世纪7 0 年代的法国，1 9 8 2 年起美国也逐步进行了预拌砂 浆的生产与应用【1 1 1 。我国预拌砂浆技术研究始于2 0 世纪8 0 年代，直到9 0 年代末 期，才开始出现具有一定规模的预拌砂浆企业。进入2 1 世纪以来，在市场推动和 政策干预的双重作用下，我国预拌砂浆行业已逐步从市场导入期向快速成长期过 渡。随着国家相关政策的推动，国外先进理念和先进技术的引进，以及各级政府、 生产企业、用户的积极努力下，使我国的预拌砂浆行业取得了稳步的发展。 由于预拌砂浆属于相对新型的产品，故对于机制砂在预拌砂浆中的应用研究 较少。本文通过大量试验得出机制砂基本特性和机制砂中石粉对预拌砂浆性能的 影响规律，提出机制砂棱角性指标、级配、石粉含量对不同强度等级预拌砂浆的 影响规律，为机制砂在预拌砂浆中的应用提供理论依据。 机制砂级配不良，呈现出“两头大中间小”的趋势，即粗颗粒( 2 3 6 m m 以上) 和细颗粒( 0 1 5 m m 以下) 较多，而中间颗粒( 尤其是0 3 - - 一1 1 8 m m ) 较少， 有时还会出现某一粒级断档的现象。机制砂的颗粒级配对预拌砂浆的和易性、力 学性能、收缩性能和抗冻性能都有显著的影响。有研究表明，相比间断分布的混 合物而言，均一分布的混合物具有更好的工作性能【1 2 】【1 3 】。 机制砂颗粒具有表面粗糙，尖锐有棱角，形状不规则的特点。这使得机制 砂颗粒间有嵌挤锁结作用，并且粗糙的颗粒表面易于水泥的粘结，提高了砂浆硬 化后的性能，但是对于砂浆的流动性和保水性有不利影响。 机制砂中通常含有石粉，与天然砂中的泥粉不同，石粉与机制砂为同一母 岩、矿物成分相同、热学性能一致、能够完善机制砂的级配，起到润滑作用和填 充作用，改善砂浆的和易性，增大硬化后砂浆的密实度，同时，对硬化后砂浆的 力学性能、抗冻性和收缩性能都有明显的改善。一些学者认为，相比粒径范围在 4 7 5 m m 与o 1 5 m m 的颗粒而言，粒径小于0 1 5 m m 的颗粒会增大用水量，但是， 如果它们粒径好的话，在拌合物中能起到润滑作用【1 4 】。b e h u d s o n 等人认为，机 制砂中的石粉填充了大颗粒之间的孔隙【l5 1 ，在集料体系内起一定的润滑作用，在 6 第一章绪论 不含泥土的情况下，机制砂中石粉含量介于5 - 1 0 之间时，用水量不必增加很多， 也可保持工作性。 1 3 存在的主要问题 目前国内关于机制砂的研究仅限于在工程中的应用，没有深入系统的研 究。 机制砂在预拌砂浆中的应用，对机制砂中石粉含量的限值问题没有研究。 在使用过程中，缺乏对机制砂的了解，存在不接受石粉的现象。 1 4 研究目标和内容 1 4 1 研究目标 通过对机制砂预拌砂浆宏观性能和微观结构的研究，得出机制砂颗粒形状、 级配以及石粉含量对预拌砂浆的和易性、力学性能、收缩和抗冻性能的影响规律， 为机制砂在预拌砂浆中的使用提供理论基础。 1 4 2 主要研究内容 根据文献资料和当前研究存在的一些问题，本论文研究的主要内容拟定如下： 研究机制砂和石粉的主要特性 研究机制砂的细度模数、表观密度、堆积密度、含泥量、石粉含量以及颗粒 形貌、压碎值等性能；研究石粉的粒度分布、比表面积、表观密度、亚甲蓝m b 值、液塑限、微观结构等物理化学性能。 研究机制砂颗粒形状、级配等基本特性对预拌砂浆性能的影响规律 为了研究机制砂颗粒形状、级配等基本特性对预拌砂浆的影响规律，采用不 同棱角性指标和不同级配的机制砂进行试验。主要研究内容包括：机制砂颗粒棱 角性指标、级配对预拌砂浆和易性、强度、收缩以及抗冻性的影响。 研究机制砂中石粉不同含量对预拌砂浆性能的影响规律 研究机制砂中石粉含量对预拌砂浆性能的影响，确定机制砂中石粉的最佳含 量。主要研究内容包括：机制砂中石粉含量对机制砂堆积密度和空隙率的影响； 机制砂中不同的石粉含量对预拌砂浆和易性、强度、收缩以及抗冻性的影响规律。 并根据试验结果提出不同强度等级的预拌砂浆中机制砂的最佳石粉含量，以及石 粉含量的限值。 研究机制砂在预拌砂浆中的作用机理 第一章绪论 7 主要研究内容包括：压汞试验测试机制砂中石粉含量对孔结构的影响；采用 h o r s f i e l d 模型分析机制砂中石粉颗粒的填充效应；通过s e m 等微观分析，研究石 粉对水化产物、孔结构和界面结构的影响。 预拌砂浆的优化配合比设计及生产质量控制。 8 第二章试验原材料和试验方法 2 1 原材料 2 1 1 水泥 第二章原材料和试验方法 试验中采用重庆拉法基水泥厂生产的p c3 2 5 级散装水泥，其性质参照通用 硅酸盐水泥( g b l 7 5 2 0 0 7 ) 中的有关方法进行检验，各项性能指标见表2 1 。水 泥的各项性能指标均符合公路工程水泥及水泥混凝土试验规程( j t ge 3 0 2 0 0 5 ) 标准。 表2 1 水泥的物理、力学性能指标 t a b l e 2 1p h y s i c a la n dm e c h a n i c a li n d e xo ft h ec e m e n t 标准抗压强度抗折强度 凝结时间 试验密度 稠度 ( m p a )( m p a ) 安定性 用水 指标 ( g e r a 3 )( 雷氏法) 量初凝终凝 3 d2 8 d3 d2 8 d ( ) 实测值 3 12 72 h 1 5 m i n 4 h 3 0 m i nl m m2 1 83 6 84 o6 2 2 1 2 粉煤灰 粉煤灰按其质量品质分为i 、三个等级。各等级粉煤灰的性能指标要 求见表2 2 。 表2 2 拌制混凝土和砂浆用粉煤灰的技术要求 t a b l e 2 2t e c h n i c a lr e q u i r e m e n tf o rm i xt h ec o n c r e t ea n dt h ef l ya s h u s e df o rm o r t a r 等级 序号指标 i 级i i 级i 级 1 细度( 4 5 9 i n 方孔筛筛余) 1 2 0 翌5 09 5 0 2需水比( )夕5 0 1 3 51 6 5 细度模数粗砂：3 7 3 1 2 7 1 中砂：3 0 2 3 1 0 第二章试验原材料和试验方法 细砂：2 2 1 6 i 类 2 0 单级最大压碎指标( )i i 类 2 5 2 1 类 3 0 空隙率( ) 4 7 4 1 1 石粉 1 ) 试验中采用的石粉是石灰质石粉，其主要的化学成分为c a o 。其化学成分 见表2 6 。 表2 6 石粉的主要化学成分( ) t a b l e 2 6t h em a i nc h e m i c a lc o m p o s i t i o no ft h es t o n ep o w d e r s ( ) c a o s i 0 2m g of e 2 0 3a 1 2 0 3 s 0 3t i 0 2 z lt o t a l 4 8 6 66 9 31 3 1o 6 32 1 7o 2 1o 1 83 9 5 69 9 6 5 2 ) 石粉的外部形态和密度 未磨的石粉多数呈块状，稍具棱角，接近水泥或矿渣。粉磨后，部分棱角被 磨掉，轮廓变得稍圆。石粉的表观密度为2 7 5 1k g m 3 。 3 ) 机制砂中石粉含量对m b 值的影响 用亚甲蓝m b 值法检测机制砂中石粉含量。通过对不同石粉含量的机制砂试 验，得出机制砂中石粉含量和m b 值的关系。变化趋势如图2 1 ： o5l o1 52 0 机制砂中石粉含量( ) 图2 1 机制砂中石粉含量对怕值的影响 f i 9 2 1t h ee f f e c to fs t o n ep o w d e r sc o n t e n ti nt h em a n u f a c t u r e ds a n df o rm b 随着机制砂中石粉含量的增加，m b 值逐渐增加，但增加幅度较小，即石粉含 量每增加5 ，其m b 值增加幅度不超过0 0 5 ，因此，从该试验结果可判断石粉对 第二章试验原材料和试验方法 亚甲蓝的吸附量较小，机制砂中石粉含量的变化对m b 值的影响不大。 2 1 4 外加剂 在预拌砂浆中使用的外加剂包括：保水增稠剂、减水剂、缓凝剂、引气剂、 膨胀剂等。根据工程实际需要合理选择外加剂种类，改善预拌砂浆的使用性能。 本试验中采用的外加剂主要有保水增稠剂和缓凝剂，调节预拌砂浆的保水性 和凝结时间。 保水增稠剂 试验中采用的保水增稠外加剂为重庆远吉高新建材科技有限公司生产的 y j 1 砂浆塑化剂，呈粉状颗粒。 缓凝剂 缓凝剂为重庆市江北特种建材有限公司生产。 2 1 5 水 自来水 2 2 试验方法 2 2 1 机制砂 机制砂的筛分试验与细度模数计算 按照国家标准建筑用砂( g b 厂r 1 4 6 8 4 _ - 2 0 0 1 ) 6 3 节规定的方法，取5 0 0 9 试样，用国家标准方孔筛( 4 7 5 m m 、2 3 6 m m 、1 1 8 m m 、0 6 m m 、0 3 m m 、0 1 5 m m 、 0 0 7 5 m m 各一只，并附有筛底和筛盖) 进行筛分试验，称出各号筛的筛余质量， 计算分计筛余百分率和累计筛余百分率，最后计算出机制砂的细度模数m x 。 机制砂亚甲蓝m b 值的测定 按照国家标准公路工程集料试验规程( j t ge 4 2 2 0 0 5 ) 中t 0 3 4 9 2 0 0 5 细集 料亚甲蓝试验规定的方法进行测定，取2 3 6 m m 以下砂样2 0 0 0 9 ，测试试样亚甲蓝 m b 值。 机制砂表观密度的测定 把3 0 0 9 试样装入容量瓶中，注入冷开水接近5 0 0 m l 的刻度静置2 4 h ，按照国 家标准建筑用砂( g b t 1 4 6 8 4 - - 2 0 0 1 ) 6 1 3 节规定的方法进行测定，取两次试 验结果的算术平均值。 机制砂堆积密度与空隙率的测定 1 2 第二章试验原材料和试验方法 按照国家标准建筑用砂( g b t 1 4 6 8 4 - - 2 0 0 1 ) 6 1 4 节规定的方法进行测定。 机制砂压碎指标法坚固性试验 按照国家标准建筑用砂( g b t 1 4 6 8 4 - - - 2 0 0 1 ) 6 3 节规定的方法筛分成o 3 0 6 m m 、o 6 1 1 8 m m 、1 1 8 2 3 6 m m 、2 3 6 - 、, 4 7 5 m m 四个粒级，每粒级取1 0 0 0 9 备用。取单粒级试样3 3 0 9 装入受压钢模后放置加压块，按照规范规定的方法加荷 至2 5 k n 后卸载，用该粒级的下限筛对压过的试样进行筛分，按式z = l 1 0 0 。 + 计算单粒级压碎指标值，取三次试验结果的算术平均值为单粒级压碎指标值，取 大单粒级压碎值为机制砂的压碎值。 机制砂棱角性试验 按照国家标准公路工程集料试验规程( j t ge 4 2 2 0 0 5 ) 中t 0 3 4 5 2 0 0 5 细集 料棱角性试验，制取1 0 0 0 9 的试样，测试试样全部通过标准漏斗所需的时间，精 确到o 1 s 。一种试样需平行测试5 次，以流动时间的平均值作为机制砂的棱角性试 验结果。 2 2 2 石粉 石粉的粒度分布 先对机制砂进行筛分试验，再将小于0 0 7 5 m m 的颗粒进行激光粒度分析试验， 然后加权计算各粒级的百分率。 石粉的表观密度 参照水泥密度测定方法( g b t 2 0 8 9 4 ) 测定。 石粉的比表面积 参照公路工程水泥及水泥混凝土试验规程( j t ge 3 0 2 0 0 5 ) t 0 5 0 4 2 0 0 5 水泥比表面积测定方法( 勃氏法) 测定。 石粉的化学成分和矿物组成 用x 荧光分析( 强) 法测定石粉的化学成分，以x 射线衍射( x r d ) 方法定 性分析石粉的矿物组成。 石粉液塑限的测定 采用公路土工试验规程( j t ge 4 0 2 0 0 7 ) 液塑限联合测定法。 2 2 3 水泥 水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法 按照公路工程水泥及水泥混凝土试验规程( j t ge 3 0 2 0 0 5 ) t 0 5 0 5 2 0 0 5 进行测定。先确定标准用水量，然后分别测定水泥的凝结时间和安定性。 第二章试验原材料和试验方法 1 3 水泥胶砂流动度的测定 按照公路工程水泥及水泥混凝土试验规程( j t ge 3 0 2 0 0 5 ) ，采用高6 0 m m 、 上口内径7 0 m m 和下口内径1 0 0 m m 的试模，将试模放在跳桌上跳动3 0 次，测定 胶砂底面最大扩散直径及与其垂直直径的平均值。 水泥胶砂强度试验方法 按照公路工程水泥及水泥混凝土试验规程( j t ge 3 0 2 0 0 5 ) t 0 5 0 6 2 0 0 5 水泥胶砂强度检验方法( i s o 法) 测定。试模为三联铁模，试件尺寸为4 0 m m 4 0 m m x1 6 0 m m 。每成型三条试件需称量材料的用量为水泥4 5 0 9 、i s o 标准砂为1 3 5 0 9 、 水2 2 5 9 。每组6 条试件，使用两个三联铁模。至3 d 龄期时取出其中一个铁模的两 条试件和另一铁模的一条试件测定胶砂强度，余下三条试件在2 8 d 时测定强度。 三条试件测试抗折强度后，折断成6 个试件用于测定试件的抗压强度。 2 2 4 预拌砂浆 新拌砂浆的工作性试验 预拌砂浆新拌浆体必须满足良好的和易性、足够的保水性和良好的施工性。 新拌砂浆的工作性分别以稠度、分层度和可操作时间来控制。根据建筑砂浆基 本性能试验方法( j g j 7 0 9 0 ) 和预拌砂浆实用检测技术试验方法进行。 1 ) 稠度 所用仪器：砂浆稠度测定仪、钢尺捣棒、秒表和电子天平。 试验步骤：将盛浆容器和试锥表面用湿布擦干净，并用少量润滑油轻擦滑杆， 后将滑杆上多余的油用吸油纸擦净，使滑杆能自由滑动；把砂浆拌合物一次装入 容器，使砂浆表面低于容器口约1 0 m m 左右，用捣棒自容器中心向边缘插捣2 5 次， 然后轻轻地将容器摇动或敲击5 - - 6 下，使砂浆表面平整，随后将容器置于稠度测 定仪的底座上。拧开试锥滑杆的制动螺丝，向下移动滑杆，当试锥尖端与砂浆表 面刚接触时，拧紧制动螺丝，使齿条侧杆下端刚接触滑杆上端，并将指针对准零 点上。拧开制动螺丝，同时计时间，待1 0 s 立即固定螺丝，将齿条测杆下端接触滑 杆上端，从刻度盘上读出下沉深度( 精确至l m m ) ，取两次试验结果的算术平均值作 为砂浆稠度值。 2 ) 分层度 所用仪器：砂浆分层度筒、水泥胶砂震动台和稠度仪等。 试验步骤：首先按稠度试验方法测定砂浆拌合物的稠度；将砂浆拌合物一次 装入分层度筒内，待装满后，用木锤在容器周围距离大致相等的四个不同部位轻 轻敲击1 2 下。如砂浆沉落到低于筒口，则应随时添加砂浆，然后刮去多余的砂 1 4 第二章试验原材料和试验方法 浆并用抹刀抹平；静置3 0 m i n 后，去掉上节2 0 0 m m 砂浆，将剩余的1 0 0 m m 砂浆 倒在拌合锅内搅拌2 m i n ，再按稠度试验方法测定分层度，前后测得的稠度之差即 为该砂浆的分层度值( m m ) ，取两次试验结果的算术平均值作为该砂浆的分层度 值。 3 ) 密度 所用仪器：容量筒、电子天平、捣棒和稠度仪等。 试验步骤：首先测定砂浆拌合物的稠度，当稠度大于5 0 m m 时，采用插捣法， 当砂浆稠度小于5 0 m m 时，采用振动法( 本试验中砂浆稠度均大于5 0 m m ，故采用 插捣法) 。试验前称出容量筒的质量，精确至5 9 ，然后将容量筒漏斗套上，将砂浆 拌合物装满容量筒并略有富余。用捣棒均匀插捣2 5 次，插捣过程中如砂浆沉落到 低于筒口，则应随时添加砂浆，再敲击5 - - 6 下。捣实后将筒口多余的砂浆拌合物 刮去，使表面平整，然后将容量筒表面擦干净，称出砂浆和容量筒的总质量，精 确到5 9 。最后，用两次质量差除以容量筒的体积，得出砂浆的密度，密度由两次 试验结果的平均值确定，精确至1 0k g m 3 。 4 ) 可操作时间 可操作时间按以下三种方式进行评价： a 砂浆拌合物流变性能时间变化特点。应用砂浆流变仪，测定砂浆拌合 物屈服应力f 及塑性粘度t 1 与时间的变化关系。 b 砂浆拌合物扩散度时间变化特点。应用砂浆标准扩散度测定方法，当 其扩散度小于1 3 5 m m 时所经历的时间为可操作时间。 c 砂浆粘结强度放置时间的变化特点。应用拉伸粘结强度的检测方法， 测定砂浆拌合物已经历的放置时间与粘结强度的变化关系，与新拌砂浆即刻粘结 试件相比，粘结强度没有明显损失时所经历的放置时间为可操作时间。 硬化砂浆的性能指标试验 硬化砂浆的性能指标包括抗压强度、抗折强度、收缩性和抗冻性等。 1 ) 砂浆抗压、抗折强度试验 根据水泥胶砂强度检验方法( g b t 1 7 6 7 1 1 9 9 9 ) 和预拌砂浆实用检测技 术进行检测，试件尺寸4 0 m m 4 0 m m 1 6 0 m m 的长方体，标准养护条件下( 温 度2 0 3 ，相对湿度为9 0 以上，养护时试件彼此间隔不小于1 0 m m ) 下养护， 分别测试7 d 和2 8 d 的强度。所用试验机为杠杆式抗折试验机。 2 ) 砂浆立方体抗压强度试验 根据建筑砂浆基本性能试验方法( j g j 7 0 9