人工砂干混普通防水砂漿抗滲性能的試驗研究

謝慧東，張云飛，董全文，顏世濤，

（1. 山東華森混凝土有限公司，山東 濟南 250101；2. 濟南市建筑工程質量與安全生產監督站，山東 濟南 250013）

0 前言

應用人工砂生產普通干混砂漿，符合國家資源綜合利用政策要求，是普通干混砂漿節約資源和能源、保護環境的重要途徑。人工砂是經機械破碎篩分而成，其顆粒尖銳粗糙且帶有棱角，同時在其中不可避免地要含有一定量的石粉，這是人工砂與天然河砂最明顯的區別所在。由于人工砂的特點區別于傳統天然砂，人工砂在普通干混砂漿尤其是干混普通防水砂漿中的應用研究還比較欠缺[1-2]。外墻、室內廚房和地下室的滲漏不但影響了建筑物的使用壽命和安全，而且直接損害建筑物的裝飾效果，造成墻壁變色、發霉、涂料起皮、粉層脫落等。雨水浸濕了墻面，增大了屋內的濕度，降低了保溫隔熱效果，給居民的工作和生活帶來極大的不便，特別是高層建筑的成片滲漏危害更大[3-6]。因此，如何提高干混普通防水砂漿的防水性能，是應用人工砂生產干混普通防水砂漿的重點研究內容。

本文全部利用人工砂取代天然砂生產干混普通防水砂漿，針對人工砂中的石粉含量、增稠保水材料和膨脹劑對干混普通防水砂漿性能的影響進行了比較系統的研究，并通過SEM和孔結構技術分析了其作用機理。

1 原材料、試驗方法和試驗方案

1.1 原材料

水泥為山水P·O42.5水泥（性能指標如表1）；粉煤灰為山東濟南黃臺電廠產Ⅱ級粉煤灰（性能指標如表2）；人工砂S為石灰巖碎石經機械破碎篩分制得（S性能指標如表3）；砂漿增稠保水材料HT，自配，為無機、有機保水材料復配而成；膨脹劑F，為硫鋁酸鹽型膨脹劑；飲用自來水。

表1 水泥物理力學性能

表2 粉煤灰基本性能

表3 人工砂S的技術指標

表4 試驗方案

1.2 試驗方法

砂漿的拌制、試件的成型及其稠度、保水性、凝結時間、抗壓強度、拉伸粘結強度和抗滲性試驗的測定均按照《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》（JGJ70-2009）進行。采用砂漿攪拌機進行攪拌，攪拌時間不少于3min，采用標準養護。

1.3 試驗方案

通過試驗檢測砂漿稠度、保水性、凝結時間、抗壓強度、抗滲壓力和拉伸粘結強度，綜合確定干混普通防水砂漿的配合比。

參照住建部《預拌砂漿》（JG/T230-2007）和《砌筑砂漿配合比設計規范標準》（JGJ 98-2000），設計干混普通防水砂漿強度等級為M15，稠度控制值為70～80mm。將人工砂S通過75μm篩，篩除人工砂S中的石粉備用，并得人工砂S1，分別研究石粉含量、增稠保水材料和膨脹劑對干混普通防水砂漿各種性能的影響。其試驗方案見表4所示。

2 試驗結果與分析

2.1 試驗結果

不同編號砂漿配合比試驗結果見表5。

2.2 試驗結果分析

(1) 從表5中1～4試驗中可以看出：干混普通防水砂漿在達到規定稠度(70～80mm)時，由于石粉的存在，人工砂防水砂漿的各種性能發生改變，隨著石粉含量的逐漸增加，保水性先增加后降低，石粉含量為12%時，其砂漿保水性最高；凝結時間逐漸縮短；抗壓強度先增加后有所下降，但石粉含量在12%～18%之間時，對抗壓強度影響不大；拉伸粘結強度先增加后降低，石粉含量為12%時，其砂漿拉伸粘結強度最大，達0.23MPa，再增加石粉含量將會影響其粘結強度；28d抗滲壓力先增大后降低，石粉含量為12%時，其28d抗滲壓力最大。

(2) 從表5中3、5、6、7試驗中可以看出：干混普通防水砂漿在達到規定稠度(70～80mm)時，隨著增稠保水材料HT摻量的增加，其普通防水砂漿各種性能發生變化，保水性和拉伸粘結強度逐漸增大；凝結時間逐漸延長；抗壓強度和28d抗滲壓力逐漸降低。綜合考慮增稠保水材料HT對普通防水砂漿各種性能的影響，摻量為3%比較適合。

表5 不同編號砂漿配合比試驗結果

(3) 從表5中3、8、9、10試驗中可以看出：干混普通防水砂漿在達到規定稠度(70～80mm)時，隨著膨脹劑F摻量的增加，干混普通防水砂漿各種性能發生變化，保水性和拉伸粘結強度逐漸降低；凝結時間和抗壓強度變化不大；但28d抗滲壓力逐漸增加，當膨脹劑F摻量為12%時，其28d抗滲壓力可達1.4MPa。綜合考慮膨脹劑F對干混普通防水砂漿各種性能的影響，應根據砂漿抗滲等級要求摻加不同摻量的膨脹劑，并適當調整增稠保水材料HT的摻量。

3 機理分析

為了探討石粉含量、增稠保水材料HT和膨脹劑F對干混普通防水砂漿微觀結構的影響，根據表4配合比，選擇1、3、6、7、9、10號配合比進行試配，拌制砂漿，制作砂漿試件，養護至28d齡期后，從距離砂漿試件表面5mm以內的部位取樣，進行SEM和孔結構分析，不同配合比的干混普通防水砂漿SEM和孔結構分析試驗結果如圖1和表6。

表6 孔結構試驗結果 %

3.1 SEM分析

從圖1中1、3試樣均可以看到板狀Ca(OH)2晶體，但1試樣看不到CSA纖維和針狀鈣礬石晶體，而3試樣能看到CSA纖維和針狀鈣礬石晶體，且3試樣比1試樣在顆粒分布上均勻且堆積緊密，這是由于石粉起到了很好的分散均化漿體顆粒的作用，有利于砂漿強度的發揮以及水化反應的進一步發展，并使砂漿內部結構更加致密化，這從表5中7d、 28d強度和28d抗滲等級的宏觀數據上得到印證。

從圖1中3、6、7試樣均可以看到板狀Ca(OH)2晶體，但3、6試樣可以清楚的看到細長的纖維狀C-S-H凝膠和針棒狀鈣礬石晶體，且3試樣圖中纖維狀C-S-H凝膠和針棒狀鈣礬石晶體能交結在一起，而7試樣很難看到細長的纖維狀C-S-H凝膠和針棒狀鈣礬石晶體，且大孔明顯增多，顆粒分布較差；這是由于雖然增稠保水材料HT的加入對漿體顆粒起到很好的分散均化的作用，但摻量過高，由于引起氣泡較多和大泡增多，且易出現分散不均或結團現象而起負面作用，降低其砂漿漿體結構的致密度[7]，這從表5中7d、 28d強度和28d抗滲等級的宏觀數據上得到證實。

從圖1中3、9、10試樣均可以看到板狀Ca(OH)2晶體、纖維狀C-S-H、CSA凝膠和針棒狀鈣礬石晶體，但9、10試樣圖中纖維狀凝膠和針棒狀鈣礬石晶體能很好地交結在一起，且水化產物豐富均勻，結構非常致密，無明顯孔隙出現。出現此種情況是由于石粉、增稠保水材料HT和膨脹劑F三種材料共同作用的結果，特別是膨脹劑的作用；主要表現為：三種材料吸附于水泥漿體顆粒表面，具有同種電性，同性相斥原理均勻地將顆粒分散開來，而不至于出現成團現象，有利于漿體水化的進行和水化產物的形成和伸展；且由于膨脹劑與漿體水化產物Ca(OH)2反應生成具有膨脹作用的鈣礬石，使鈣礬石數量增多而填充更多空隙，從而降低孔隙率，使漿體結構致密度提高。這從表5中28d抗滲等級的宏觀數據上得到證實。

3.2 孔結構分析

砂漿的性能與其內部結構有直接關系。Mehta教授指出：孔徑d<20nm為無害孔；d在20～50nm為少害孔；d在50～l00nm為有害孔；d>100nm為多害孔[8]。砂漿硬化體中孔徑d>l00nm的孔對砂漿的性能有較大的危害，即砂漿中孔徑大于100nm的多害孔越多，砂漿的密實性越差，性能越低。

從表6中1、3試樣可以看出：當人工砂砂漿中加入石粉后，砂漿硬化體中無害孔和少害孔數量明顯增多，特別是無害孔增加比較明顯，多害孔數量明顯降低；且總孔隙率明顯降低。這說明石粉的加入明顯改善硬化漿體孔徑分布，即細化孔徑，降低總孔隙率，從而使普通防水砂漿宏觀性能提高。

從表6中3、6、7試樣可以看出：隨著增稠保水材料HT摻量的增加，其孔徑分布和總孔隙率發生明顯變化，即砂漿硬化體中無害孔和少害孔數量逐漸減少，特別是無害孔減少比較明顯，而多害孔數量明顯增多，且總孔隙率逐漸增大。這是由于砂漿中增稠保水材料的加入，將會引入部分氣泡，當其摻量較少（≤3%）時，此氣泡將會均勻地分布在漿體中，使水化產物顆粒分布均勻，孔徑尺寸適當，結構致密；當其摻量較多（>3%）后，雖然可增加新拌砂漿的粘度，增加顆粒之間粘結力，但由于氣泡較多，使水化產物顆粒間隙增大，分散性較差，且易會出現連續孔較多，從而降低砂漿的致密度。

從表6中3、9、10試樣可以看出：隨著膨脹劑F摻量的增加，其孔徑分布和總孔隙率發生明顯變化，即無害孔和少害孔數量逐漸增大，而有害孔和多害孔逐漸降低，且總孔隙率逐漸減少。這是由于膨脹劑的加入，與水化產物Ca(OH)2反應生成具有微膨脹性的鈣礬石，可以隔斷毛細孔滲水通道，減少有害孔和多害孔數量，補償了砂漿的收縮，增強砂漿的密實度；另外，加上與石粉和增稠保水材料的復合作用，水化產物的分布更加均勻化，砂漿內部形成空間網絡結構，因此，三種材料的共同作用，提高了干混普通防水砂漿的拉伸粘結強度和抗滲性。

4 結論

（1）人工砂中含有的一定量的石粉，可起到了很好的分散均化漿體顆粒的作用，有利于砂漿強度的發揮以及水化反應的進一步發展，并使砂漿內部結構更加致密化，從而提高砂漿的保水性、強度、拉伸粘結強度和抗滲性。

（2）增稠保水材料HT在干混普通防水砂漿中可以起到良好的保水作用，同時對提高砂漿抗壓強度和粘結強度也有較好的效果，且在一定摻量內，能提高抗滲能力，但摻量過高，會降低抗滲等級，因此在使用中要合理控制其摻量。

（3）干混普通防水砂漿中摻入一定量的膨脹劑F后，在保持新拌砂漿保水性和硬化砂漿抗壓強度、拉伸粘結強度基本不變情況下，可以使砂漿的抗滲性得到大大提高。

（4）石粉、增稠保水材料HT、膨脹劑F三者合理搭配應用，可以獲得各項性能較優良的干混普通防水砂漿，能夠達到國家標準對干混普通防水砂漿的性能要求。

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