片麻岩机制砂石粉对预拌砂浆性能的影响

片麻岩机制砂石粉对预拌砂浆性能的影响

宋少民，杨俊，周浩

北京建筑大学

 

摘要

本文选取吸附性高的片麻岩机制砂石粉作为研究对象，采用片麻岩机制砂石粉替代湿拌砂浆中粉煤灰的用量，开展保水性、强度及收缩性等一系列实验，研究片麻岩石粉对湿拌砂浆性能的影响。结果表明：片麻岩石粉替代粉煤灰，能够保证湿拌砂浆对保水率的要求，湿拌砂浆的抗压强度有所提高，砂浆收缩没有增大。

关键词：片麻岩；机制砂石粉；预拌砂浆；保水率；强度；收缩

0 引言

随着我国建筑业的蓬勃发展，对混凝土的需求量也越来大。近年来，机制砂迅速成为建筑用砂的主要砂源，多种岩石都用来加工机制砂，其中片麻岩机制砂在西部地区较为普遍。作为二氧化硅为主要化学成分的硅质机制砂，有些岩石加工的机制砂，尤其是 150μm 以下颗粒具有较高吸附性，石粉亚甲蓝值大于 1.4，导致混凝土制备过程中外加剂用量显著增大，拌合物和易性不良，这种硅质机制砂被称为高吸附性机制砂。片麻岩机制砂就是高吸附性机制砂。石粉又是机制砂生产过程中的必然产物，大量石粉的堆放，不仅占用场地，破坏环境，而且造成资源的浪费。由于吸附性高，在混凝土中应用时应控制机制砂细颗粒和石粉含量。为开发高吸附性机制砂石粉的应用技术，本文研究片麻岩石粉对预拌砂浆性能的影响，明确其在预拌砂浆中应用的技术效果和可行性。

目前，机制砂石粉的应用主要集中在用作混凝土和砂浆的矿物掺合料，刘桂凤[1] 等人通过石粉部分替代水泥，发现石粉替代水泥达到 30% 时，砂浆密度达到最大值，同时抗压强度出现了明显的下降。鞠丽艳的研究结果显示，石粉含量是影响混凝土强度的重要因素，石粉含量增加，导致用水量增加，从而降低混凝土强度。英丕杰的研究结果表明，将石粉部分替代水泥应用于混凝土中，混凝土黏聚性变差，泌水率升高，凝结时间也随之增加。这些研究存在的问题是没有明确或强调是什么石粉，物理性质如何，因此结论的价值和参考价值受到影响。本文研究的片麻岩机制砂石粉由于吸附性较高，在混凝土中的应用技术效果相对较差，但在湿拌砂浆中的应用还是一个未知的领域，值得我们去探索，因此对高吸附性片麻岩石粉在湿拌砂浆中的应用研究具有重要意义。本文采用石粉取代粉煤灰，取代率分别为 0%、20%、40%、60%、80%、100%，通过对比各项性能研究高吸附性石粉在湿拌砂浆中应用的合理掺量及对砂浆性能的影响，以确定实际生产中应用的技术途径和方法。

1 实验材料与方法

1.1原材料

1.1.1 水泥

试验所用水泥为北京金隅 P·O42.5 普通硅酸盐水泥，其主要性能指标见表1。

表1 水泥主要性能指标

 

1.1.2 粉煤灰

试验所用粉煤灰为金泰成建材公司Ⅰ级粉煤灰，其主要性能指标见表2。

表2 粉煤灰主要性能指标

 

1.1.3 石粉

试验所用石粉为瑞德保尔机制砂中颗粒75μm 以下的粉体，其性能指标和主要成份见表3和表4。

表3 石粉主要性能指标

 

表4 石粉主要化学成分 wt%

 

1.1.4 机制砂

试验所用砂为瑞德宝尔机制砂，细度模数为 2.81，石粉含量为 16%，其级配结果如表5。

表5 机制砂级配

 

1.1.5 外加剂

试验所用减水剂是西卡公司生产的保坍型聚羧酸减水剂，减水率 33%，固含量 45%。

1.2 砂浆配合比

试验砂浆的配合比如表6所示。

表6 不同强度等级湿拌砂浆的配合比 kg/m3

 

1.3 试验方法

湿拌砂浆立方体抗压强度参照 JGJ/T 70—2009《建筑砂浆基本性能试验方法》进行测试，砂浆试件尺寸为70.7mm×70.7mm×70.7mm。砂浆保水率试验、收缩试验参照 JGJ/T 70—2009《建筑砂浆基本性能试验方法》进行测试。

2 结果与分析

不同强度等级砂浆各性能检测结果见表7。

表7 不同强度等级砂浆性能结果

▲ 注：收缩率只选取强度数据有规律的几组检测。
 

2.1 片麻岩机制砂石粉对湿拌砂浆保水率的影响

石粉取代率对砂浆保水率的影响见图1。由图1可知，不同强度等级，在不同替代率情况下，砂浆保水率都保持在 88% 以上，符合预拌砂浆对保水率的要求。

随着石粉掺量的增加，不同强度等级的砂浆保水率均呈现上升趋势。砂浆中石粉含量的增大使砂浆中水泥浆体的含量增多，参与水化的水分较多，所以增大了预拌砂浆的保水率。

▲ 图 1 石粉取代率对砂浆保水率的影响
 

2.2 片麻岩机制砂石粉对湿拌砂浆立方体抗压强度及其发展规律影响

石粉取代率对各等级砂浆强度的发展规律见图2。

▲ 图2 石粉取代率对各等级砂浆的强度发展规律图
 

由图2 可知，各强度等级砂浆 60d 的抗压强度明显高于 28d 的抗压强度和 7d 的抗压强度。各强度等级砂浆 7d 的抗压强度随着石粉替代率的增加，强度均呈现先增加后下降趋势；M5 和 M10 的拐点在 60%，M7.5和 M15 的拐点在 40%。各强度等级砂浆 60d 和 28d 的抗压强度随石粉掺量也几乎是呈先增大后降低的趋势，最大值在 60%～80% 之间。这可能是由于，石粉替代率在 60%～80% 时，其微集料的填充作用增强了砂浆的密实性，因而强度较高。但当石粉替代率过大时，水泥和石粉所组成的粉体量比较多，在用水量一定时，需水量较多，砂浆和易性降低，难以振捣密实，因而强度降低。

2.3 片麻岩机制砂石粉对湿拌砂浆收缩性能及其发展规律影响

▲ 图3 石粉不同取代率时砂浆的收缩发展规律
 

由图3总体来看，石粉替代粉煤灰的M5 和 M10砂浆收缩并未大于未加掺石粉的收缩。原因可能是，石粉主要表现为惰性材料，在砂浆中起到填充效应，可以填充并细化砂浆内的孔隙，尤其是将连通外部环境的有害孔改善为间断、非连通的少害或无害小细孔，从而切断了砂浆孔隙内自由水分的蒸发散失通道，起到了减小砂浆收缩的作用。

3 结论

（1）高吸附性机制砂石粉作为掺合料替代粉煤灰应用于建筑砂浆，可以满足预拌砂浆和易性要求，改善保水性，而且是替代率越高，保水性越好。

（2）预拌砂浆中用片麻岩机制砂石粉替代粉煤灰不会降低砂浆强度，在替代率为 20%～80% 时还略有提高。

（3）片麻岩机制砂石粉替代部分粉煤灰不仅没有增大收缩，在片麻岩机制砂石粉替代粉煤灰 60% 时砂浆收缩还有减少，尤其是后期收缩更显著。