砂粒徑及減水劑對砂漿性能影響研究

何兆晶

（山東省建設發展研究院，山東 濟南 250000）

商品砂漿起源于歐洲[1]，我國從20 世紀80 年代開始研究、引進商品砂漿技術[2]。在國內的眾多研究中，主要都是通過摻入有機聚合物、高效減水劑、復合礦物微粉等來改善水泥砂漿性能。通常是選取不同的減水劑和調整不同的水灰比，通過膠砂強度試驗確定這二兩種因素對水泥砂漿力學性能的影響[3]?；蚴菍⒉煌降纳?，按照不同的質量百分比組合成不同級配的試用砂，研究砂的顆粒級配對水泥砂漿的流動性能和力學性能的影響?；蚴峭ㄟ^研究水膠比，粉煤灰摻量等因素對水泥砂漿影響。但砂的粗細程度及級配對砂漿強度的影響研究較少。本文研究砂粒徑及減水劑對砂漿性能影響，探討分析作用機理，找出減水劑對不同粒徑砂漿的影響規律。

1 試驗

1.1 試驗材料

標準砂：廈門艾思歐標準砂有限公司；水泥：42.5 普通硅酸鹽水泥：山水集團；粉煤灰：山東聊城某電廠；聚羧酸減水劑：濟南拓達建材有限公司；萘系減水劑：濟南海森特化工有限公司；水：自來水。

1.2 試驗儀器及設備

JJ-5 水泥砂漿攪拌機；IMYH-40 恒溫恒濕養護箱；電子天平；微機控制電子式萬能試驗機；40mm×40mm×160mm三聯鋼模；方孔套篩；燒杯、量筒、鋼尺、抹刀等

2 結果與討論

2.1 砂技術指標測定

1） 粒徑對空隙率的影響規律,砂子是不規則球體，砂子的空隙率與其粒徑有很大關系，通過對其表觀密度、堆積密度的測定和空隙率的計算，所得數據如下。

從表1 可以看出，級配較差的砂的空隙率比級配較好的標準砂的空隙率大，空隙率隨著粒徑的增大而逐漸減小。砂粒越小，總的空隙率越大。對于級配好的標準砂來說，粗砂形成骨架，中砂填充粗砂孔隙，細砂填充更小孔隙，填充更加密實空隙率較低[4]。

表1 各粒徑空隙率

表2 砂的平均粒徑和比表面積

2） 比表面積與空隙率的關系

由表2 可看出，砂的空隙率和比表面積與粒徑有關，粒徑越小，空隙率越大，比表面積越大空隙率、比表面積隨粒徑的增大而增大，對于粒徑比較小的砂，空隙率可達47.22%，比表面積可達9534.12mm2/g。

2.2 減水劑的飽和點和經時損失測定

由于不同品種，不同批次的水泥的物理性能和化學特性不同，減水劑的摻量也不一樣，摻量太少，會影響混凝土的強度以及凝結時間，摻量大了會增加成本，并引起混凝土的不良反應。測定減水劑的飽和點，可保證在節約成本的前提下，達到砂漿施工時的最佳要求。

空白樣、添加聚羧酸、萘系減水劑砂漿水膠比隨粒徑變化情況如圖1。

圖1 水膠比隨粒徑變化曲線

從圖1 可看出，添加聚羧酸減水劑的水泥凈漿經時損失很小，是因為聚羧酸減水劑是含聚乙二醇支鏈（PEG） 的丙烯酸型共聚物，含有羧基和磺酸基等基團，它的梳型結構對水泥顆粒有良好分散能力。減水劑加入, 陰離子聚羧基、磺酸基會吸附水泥顆粒， 聚合物主鏈吸附在水泥顆粒表面，相當于使水泥顆粒形成了致密的核，發揮一定的靜電斥力，外層PEG 支鏈與支鏈之間、PEG 支鏈與水分子之間將形成氫鍵，通過這種方式形成聚集體，PEG 支鏈與水分子之間通過氫鍵作用形成一定厚度的水化層，它的空間位阻作用可有效地延緩水化反應，表現為水泥凈漿的流動度經時損失小[5]。添加萘系減水劑的水泥凈漿的流動度隨時間增加而呈降低，水泥凈漿經時損失大，主要是萘系減水劑屬于線型聚合物分子，只含有一種親水基團（-SO3H），容易被水化產物所覆蓋，主要依靠靜電斥力使水泥顆粒分散。綜合比較，聚羧酸減水劑的減水效果要更好一些。

分級砂的水膠比與粒徑有很大關系，水膠比隨粒徑的減小先減小后增大，這主要是由于粒徑越小，比表面積越大，砂漿配制時需要的水泥更多，在水泥用量一定的前提下，則需要添加更多的水來包裹，導致水膠比較大。

2.3 添加聚羧酸減水劑的不同粒徑砂漿的強度

從圖2、圖3 中可以看出添加聚羧酸減水劑后，0.3～0.6mm 的砂漿與0.6～1.18mm 的砂漿強度相差不大，但都比標準砂的強度低，與其他粒徑砂漿強度相比，0.3～0.6mm 的砂漿的強度明顯提高，砂漿的強度隨著粒徑的增大逐漸提高。添加了聚羧酸減水劑，明顯降低了0.3～0.6mm 砂漿的水膠比，使其強度明顯增加。

圖2 各粒徑砂+聚羧酸減水劑抗壓強度

圖3 各粒徑砂+聚羧酸減水劑抗折強度

3 結語

本文以砂和減水劑為研究對象，探索砂和減水劑對砂漿性能的影響。研究萘系、聚羧酸高效減水劑與水泥的適應性問題，測定出在水泥中應用的飽和點；研究了砂的空隙率、比表面積、粒徑與水灰比、砂漿強度等性能的關系，通過試驗可以得出以下結論：

1） 分級砂的空隙率與粒徑有關，空隙率隨粒徑的減小而增大，空隙率最大達到47.22%。分級砂的水膠比與粒徑有關，隨粒徑的減小呈現先減小后增大的趨勢，以0.6mm～1.18mm 的砂漿水膠比最低。

2） 不同的減水劑經時損失不同，聚羧酸減水劑經時損失小，萘系減水劑經時損失較大，對砂漿性能影響不同。聚羧酸減水劑明顯提高了砂漿抗壓強度，粒徑為0.6mm～1.18mm 的砂漿28 天抗壓強度可達11.523MPa。