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石粉部分替代水泥對機制砂干混砂漿力學性能的影響

來源:劉桂鳳-山東理工大學
時間:2015-09-19
摘要:干混砂漿,可利用礦山尾礦作原料讓尾礦石變廢為寶,有效解決尾礦環境污染問題;用機制砂中的石粉部分代替水泥不僅可以改善砂漿的性能,而且石粉部分替代水泥可以減少成本、節約資源。因此,研究石粉部分替代水泥對機制砂干混砂漿力學性能的影響具有重要意義。本文通過試驗,研究了在不同替代率下石粉代替水泥對不同強度等級(M5,M10,M15,M30)砌筑干混砂漿的7d和28d的抗壓強度和抗折強度等力學性能影響。

  關鍵詞:機制砂;石粉;干混砂漿;抗壓強度;抗折強度

前言

  隨著現代建筑工業的發展和人們對居住環境的日益關注,以及建筑工業對建筑工藝要求的不斷提高,建筑工程對建筑砂漿的強度、功能性等提出了更高的要求,傳統砂漿由于種種缺陷而無法滿足 代建筑的要求。干混砂漿作為一種新型綠色建筑材料,由于其具有節約資源、保護環境、確保建筑工程質量、實現資源再利用等方面的優良性能,克服了傳統砂漿現場攪拌揚塵多、噪音大、施工質量難以保證的缺點[1~2],已逐步被人們認知和重視。干混砂漿的發展不僅體現了國家實現節能減排的戰略方針,而且也是促進發展循環經濟的重要舉措。20077月商務部發布了全國127個城市分三批強制實行砂漿禁止現場攪拌的規定;200871日起又在全國35個重點城市的城區禁止現場攪拌砂漿;2009年在更大的范圍強制推行干粉砂漿[3];這對推廣干混砂漿的廣泛應用起到了積極作用。目前,我國經濟發展較快的長三角、珠三角和環渤海地區也是干混砂漿發展最快的地區,80%以上的預拌砂漿企業集中于此[4]。由于干混砂漿在種類、品質、效率、經濟、節能減排和環保利廢等諸多方面的優越性,其應用范圍逐漸擴展,相應研究也逐步擴大,包括:砌筑砂漿[5]、瓷磚粘結劑[6-8]、勾縫劑[9]、膩子[10-11]、自流平砂漿[12|、混凝土修補砂漿[13]、保溫砂漿[14]、外保溫系統專用砂漿[15-16]、裝飾砂漿[17]等等。但以上研究均是對天然砂干混砂漿而言的,對機制砂干混砂漿的研究還鮮有報道。由于開采天然砂不僅消耗了大量的資源,而且嚴重地破壞了生態環境,機制砂可以利用礦山尾礦作原料讓尾礦石變廢為寶,不但保護地方資源和環境,還可有效解決尾礦污染問題。

 

  由于機制砂在生產過程中級配可控,可以很好的控制其石粉含量,而石粉部分代替水泥可改善砂漿的和易性,使砂漿的性能得到一定程度的改善;同時,石粉部分替代水泥可以降低成本、保護環境、節約資源。因此,研究石粉部分替代水泥對機制砂干混砂漿強度的影響具有重要的經濟價值和良好的社會效益。

1. 試驗方案

1.1 原材料性能測試

  試驗選用的機制砂為山東某公司生產的機制砂,機制砂為2區級配,MB值為0.9(<1.4),機制砂主要性能指標如表1所示。試驗選用的水泥為山東某公司生產的P_O 42.5級普通硅酸鹽水泥,水泥的主要性能指標見表2。

1.2 砂漿的性能試驗

  試驗的總體方案為,用上述機制砂配制M5、M10、M15M304個強度等級的砌筑干混砂漿,每個強度等級的干混砂漿分別做5組不同替代率的石粉替代水泥的試驗,這5組替代率分別為0、15%、30%、45%、60%。每個強度等級的每組替代率試驗分別做4組試塊,其中2組用于測定7d的抗折強度和抗壓強度,2組用于測定28d的抗折強度 和抗壓強度。

 

  試驗的大體步驟為,先對各設計強度等級下各組替代率的機制砂砌筑干混砂漿進行配合比試驗,確定最終配合比;然后對砂漿的密度進行測試;最后是對標準養護條件下達到7d28d的砂漿試塊進行抗折強度和抗壓強度試驗。各強度等級及各替代率下,砂漿各組成材料的質量及配比如表3所示。本試驗方案依據JGJ/T70-2009《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》[18]進行。

 

2. 試驗結果及分析

2.1 試驗結果

  根據上述試驗方案及試驗步驟,機制砂砌筑干混砂漿7d28d的抗折和抗壓強度的測試結果和各物理性能指標的測試結果列于表4。


2.2 試驗結果分析

2.2.1 對密度的影響

  由上述實驗結果,可繪出各強度等級的機制砂砌筑干混砂漿在石粉部分替代水泥的不同替代率下的密度變化曲線圖如圖1所示。

 

  由圖1密度隨石粉替代率的變化曲線可以明顯看出,相同替代率下,強度等級越大的砌筑干混砂漿的密度越大,這一點和普通干混砂漿的密度的變化規律相同。從圖1還可以看出,各強度等級的砌筑干混砂漿隨替代率的變化趨勢,即先增大后減小,各強度等級的砲筑干混砂漿都是在石粉替代水泥的替代率達到30%的情況下,密度達到峰值,隨后開始下降。究其原因,主要是由于石粉含量的增加,增大了水泥漿體的含量,提高了砂漿的流動性;同時,石粉還可以起到微滾珠的作用,減少了機制砂顆粒間的摩擦力,因而導致砂漿的稠度增加,于 是砂漿的密度增加[19]。但是,當機制砂中石粉含量達 到一定的數量時,需水量明顯增加,水泥的相對含量減小,水泥漿體的含量不再增加,而隨著石粉含量的進一步增加,水泥漿體的含量減小因而稠度減小、密度降低。

2.2.2 對抗折強度的影響

  各強度等級的機制砂砌筑干混砂漿在石粉部分替代水泥的情況下,抗折強度隨替代率的變化曲線如圖2所示。


  由圖2干混砂漿的抗折強度隨石粉替代率的變化曲線可以看出,相同石粉替代率下,機制砂砌筑干混砂漿28d的抗折強度明顯高于7d的抗折強度;在相同石粉替代率和標準養護天數相同的情況下,高強度等級砂漿的抗折強度高于低強度等級砂漿的抗折強度,這和普通干混砂漿抗折強度的變化規律相同。從圖2還可以看出,機制砂砌筑干混砂漿無論是7d還是28d的抗折強度都隨石粉替代水泥的替代率的增加而降低;同時還可以看出,當替代率達到30%時,各強度等級的干混砂漿的抗折強度都出現了明顯的變化,即替代率超過30%時,抗折強度降低的最為明顯。這說明由于石粉替代水泥的作用導致了砂漿集料的粘聚力降低,因而抗折強度減小,當石粉替代率超過30%時,砂漿粘聚力的降低尤為明顯,因而抗折強度的降低越加明顯。

 

2.2.3 對抗壓強度的影響

  各強度等級的機制砂砌筑干混砂漿在石粉部分替代水泥的情況下,抗壓強度隨替代率的變化曲線如圖3所示。

 

  由圖3機制砂干棍砂漿的抗壓強度隨石粉替代率的變化曲線可以看出,相同石粉替代率下,機制砂砌筑干混砂漿28d的抗壓強度明顯高于7d的抗壓強度;在相同石粉替代率和標準養護天數相同的情況下,高強度等級砂漿的抗壓強度高于低強度等級砂漿的抗壓強度,這和普通干混砂漿抗壓強度的變化規律相同。從圖3還可以看出,機制砂砌筑干混砂漿尤論是7d還是28d的抗壓強度都隨石粉替代水泥的替代率的增加而降低;同時還可以看出,當替代率達到3 0%時,各強度等級的干混砂漿 的抗壓強度都出現了明顯的降低,即替代率超過 30%時,無論是標準養護7d還是28d,砂漿的抗壓強度降低的最為明顯。這和機制砂混凝土中石粉的存在(含量在一定范圍)可以部分提高混凝土的抗壓強度的結論冇所不同,原因可能是砂漿中水泥用量相對混凝土而言較少,而本研究采用的方法是直接用石粉轉代水泥,這樣就直接降低了砂漿集料之間的粘聚力,使得砂漿的抗壓強度降低。但從表中數據和圖中曲線可以看出,當石粉替代水泥的替代率小于30%時,干混砂漿的抗壓強度基本滿足要求。

3. 結論

(1)    各強度等級的機制砂砌筑干混砂漿的密度隨石粉替代水泥的替代率的變化趨勢為先增大后減小,各強度等級的機制砂砌筑干混砂漿都是在石粉替代水泥的替代率達到30%的情況下,密度達到峰值,隨后開始下降。

(2)    機制砂砌筑干混砂漿,無論是標準養護7d還是28d,其抗折強度都隨石粉替代水泥的替代率的增加而降低,當替代率達到30%時,砂漿的抗折強度降低的最為明顯。

(3)    機制砂砌筑干混砂漿,無論是標準養護7d還是28d,其抗壓強度都隨石粉替代水泥的替代率的增加而降低,當鋅代率超過30%時,各強度等級的干混砂漿的抗壓強度都出現了明顯的降低,而在石粉替代水泥的替代率小于30%時,各強度等級的干混砂漿的抗壓強度基本滿足要求。

 


參考文獻:

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[19]  蔡基偉石粉對機制砂混凝土性能的影響及機理研究 [D].武漢理工大學,2006.


詳細作者信息:

山東理工大學建筑工程學院---劉桂鳳,陳正發,泰彥龍。

山東凝易固砂漿科技有限公司---徐建民。


整理編輯:David

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