石粉對機制砂自密實砂漿性能的影響

楊舜龍，張春成，欒亞紅，謝國順，王稷良，于詠妍

（1. 廣東龍浩公路橋梁工程有限公司，廣東 廣州 510000；2. 曲靖市交通運輸局，云南 曲靖 655000；3. 交通運輸部公路科學研究所，北京 100088）

0 前言

隨著建筑工程等的需要，自密實混凝土以其自身的優勢正得到越來越廣泛的應用，也一直是國內外眾多學者研究的熱點[1-3]。而自密實砂漿作為自密實混凝土的主要組成部分，對混凝土的性能有著重要的影響。自密實砂漿的工作性能通常決定著自密實混凝土的工作性能。因此，研究者為提高自密實砂漿性能展開了多方面研究。劉日鑫[4]等研究了赤泥對自密實性能的影響；張云國[5]等研究了不同的砂漿配合比設計方法；趙慶新[6]等研究了自密實砂漿工作性能的測試方法。

隨著優質河砂資源減少，機制砂逐步大規模應用。石粉作為機制砂生產中一種不可避免的伴生物，其粒徑小于 75μm，化學成分與母巖相同。石粉作為一種不具備火山灰性質的惰性礦物摻合料，它對于混凝土或砂漿性能的影響一直存在爭議。有的專家[7,8]認為，石粉增大了骨料的比表面積，使需水量增大；也有專家[9,10]認為，石粉能夠填充骨料之間的空隙，完善骨料級配，提高混凝土或砂漿性能。Prakkash[11]等利用機制砂配制出了不同中低強度自密實混凝土；蔣正武[12]等通過優化配合比設計參數，設計出了高強自密實混凝土。本文通過深入研究不同水灰比和不同減水劑摻量砂漿，在不同機制砂石粉含量下性能的變化規律，分析了石粉對機制砂自密實砂漿性能的影響機理，為機制砂自密實砂漿的配合比設計提供更多的參考依據。

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料

水泥采用 P·O42.5 普通硅酸鹽水泥，其化學組成和物理性能，分別見表1和表2。機制砂采用石灰巖質機制砂，其性能指標見表3。減水劑為聚羧酸減水劑，性能見表4。石粉為石灰石粉。水為純凈自來水。

表1 水泥化學組成 %

表2 水泥的物理性能

表3 機制砂的物理性能

表4 減水劑物理性能

1.2 試驗方法

1.2.1 砂漿工作性能試驗方法

將機制砂、水泥和石粉按配合比依次倒入砂漿攪拌機攪拌桶內，慢速攪拌 60s，使三種物料充分攪拌均勻，加入水和減水劑，慢攪 30s 后快攪 60s。測試砂漿拌合物的流動擴展度，并結合粘聚性綜合判定自密實砂漿工作性能。

1.2.2 砂漿力學性能試驗方法

砂漿的力學性能按 JGJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》，測試成型 40mm×40mm×160mm 膠砂試塊 7d、28d 抗壓強度。

2 結果與分析

為了研究石粉含量對自密實砂漿性能的影響，探究了不同石粉含量（0%、5%、10%、15%、20%、25%）對不同水灰比（0.3、0.35、0.40、0.45）和不同減水劑摻量（0.2%、0.3%、0.4%）自密實砂漿工作性能和力學性能的影響。配合比設計如表5所示。

表5 砂漿基本配合比

2.1 石粉對不同水灰比砂漿性能的影響

2.1.1 工作性能

石粉對砂漿拌合物流動擴展度的影響見表6，其中固定砂膠比為 1.5:1，減水劑摻量為膠凝材料質量的0.2%，水灰比分別為 0.3、0.35、0.40 和 0.45。從表6可以看出，當水灰比為 0.3 時，流動擴展度呈現先增大后減小的趨勢，石粉含量為 5%～10% 之間時，擴展度達到最大，且粘聚性也較好；對于其它水灰比，隨著石粉含量的增加，流動擴展度均呈現逐漸減小的趨勢，對于水灰比 0.35 和 0.40 的，石粉含量在 10%～15% 之間時，粘聚性較好，對于水灰比 0.45 的，石粉含量在10%～20% 之間時，粘聚性較好。說明適量的石粉可以改善自密實砂漿的和易性，且水灰比越大，允許的石粉含量也就越大。

表6 不同水灰比砂漿流動擴展度

2.1.2 力學性能

不同水灰比砂漿抗壓強度如表7和圖1所示。從圖1可以發現，砂漿 7d 和 28d 抗壓強度呈現相同的規律，即先增大后減小。圖1(a) 中，在水灰比分別為 0.3、0.35、0.4、0.45 時，砂漿的抗壓強度均在石粉含量為 15% 時最大，較不含石粉時強度分別增大了20.5%、16.3%、10.6%、14.6%。這是由于石粉顆粒尺寸較小，能夠填充集料間空隙，完善集料級配，使砂漿顆粒間堆積更加密實，提升了砂漿整體密實度；另一方面，石粉提高了砂漿的和易性，使膠凝材料水化更加充分。圖1(b) 中，28d 的抗壓強度由于養護齡期增長，水化程度提高，與 7d 相比有較大提升。

表7 不同水膠比砂漿抗壓強度

2.2 石粉對不同減水劑摻量砂漿性能的影響

2.2.1 工作性能

不同減水劑摻量砂漿流動擴展度見表8，砂漿水灰比為 0.3，砂膠比為 1.5:1，減水劑的摻量分別為0.2%、0.3% 和 0.4%。從表8可以看出，綜合砂漿的擴展度和粘聚性，在減水劑摻量 0.2% 時，機制砂的石粉含量在 5%～10% 之間時較好；減水劑摻量為 0.3%時，石粉含量在 10%～20% 之間時較好；減水劑的摻量為 0.4% 時，石粉含量在 20%～25% 之間較好。這說明石粉具有調整砂漿和易性的作用，且減水劑摻量越大，允許的石粉含量也越大。其中，在減水劑摻量為0.2% 時，隨石粉含量增多，擴展度呈現先增大后減小的趨勢。在減水劑摻量為 0.3% 和 0.4% 時，砂漿擴展度隨石粉含量增多逐漸減小，但砂漿拌合物的離析隨石粉含量的增加逐漸改善。整體而言，砂漿擴展度隨減水劑摻量增大急劇增大，這說明減水劑對于砂漿流動性影響顯著。相較于水灰比對砂漿的影響，減水劑摻量對砂漿流動性的影響遠大于水灰比。減水劑的增加，降低了砂漿顆粒物之間的相互作用力，顆粒相互之間吸附效應減弱，砂漿流動性增大，粘聚性變差，同時拌合物出現離析泌水現象的幾率增大，而適量的石粉可以改善砂漿拌合物的粘聚性。

圖1 在不同水灰比時石粉對砂漿抗壓強度的影響

2.2.2 力學性能

不同減水劑摻量砂漿抗壓強度如表9和圖2所示。可以發現，砂漿 7d 和 28d 強度呈現出先增大后減小的規律。圖2(a) 中，7d 時砂漿在 0.2%、0.3%、0.4% 減水劑摻量時，均在石粉含量為 15% 時強度最大，分別為 70.0MPa、67.8MPa、63.6MPa；與不含石粉時相比，強度分別提升了 20.5%、15.5%、10.6%。圖2(b)中，28d 砂漿抗壓強度整體高于 7d，但規律與 7d 時保持一致。

表8 不同減水劑摻量砂漿流動擴展度

對比結果表明，減水劑摻量為 0.4% 時，砂漿最佳強度小于減水劑摻量為 0.2% 和 0.3% 時。這說明，減水劑摻量的增多對自密實砂漿的影響不僅作用于砂漿的工作性能，砂漿粘聚性變差，離析泌水增大，導致砂漿顆粒排列不能均勻一致，砂漿整體均勻性變差，從而導致砂漿的力學性能在一定程度上下降。

表9 不同減水劑摻量砂漿抗壓強度

圖2 石粉對不同減水劑摻量砂漿抗壓強度的影響

3 結論

為研究石粉對自密實機制砂砂漿性能的影響規律，以不同水灰比和不同減水劑摻量的機制砂砂漿為研究對象，綜合分析了石粉對砂漿的流動性、粘聚性和力學性能的影響，得到了以下結論：

（1）適量的石粉能夠改善砂漿的和易性，在保證砂漿流動性的同時，提高砂漿的粘聚性，使砂漿工作性能滿足要求；且水灰比越大，允許的石粉含量就越大，減水劑摻量越大，允許的石粉含量就越大。

（2）砂漿力學性能隨石粉含量增加呈現先增大后減小的趨勢；在石粉含量為 10%～15% 范圍內，自密實砂漿具有較好的力學性能。