石粉对机制砂自密实砂浆性能的影响
杨舜龙1，张春成1，栾亚红2，谢国顺1，王稷良3，于咏妍3
（1. 广东龙浩公路桥梁工程有限公司，广东 广州 510000；2. 曲靖市交通运输局，云南 曲靖 655000；3. 交通运输部公路科学研究所，北京 100088）
［摘 要］本文以机制砂自密实砂浆为研究对象，在不同水灰比和不同减水剂掺量时，对比分析了石粉含量对砂浆和易性和力学性能的影响。结果表明：石粉可以较好地改善自密实砂浆拌合物的和易性，且水灰比越大，允许的石粉含量越大，减水剂掺量越大，允许的石粉含量越大；石粉含量在10%～15% 范围内，砂浆的力学性能较好。这对砂浆石粉含量的确定具有较好的参考价值。
［关键词］石粉；机制砂；自密实砂浆；流动扩展度；力学性能
0 前言
随着建筑工程等的需要，自密实混凝土以其自身的优势正得到越来越广泛的应用，也一直是国内外众多学者研究的热点[1-3]。而自密实砂浆作为自密实混凝土的主要组成部分，对混凝土的性能有着重要的影响。自密实砂浆的工作性能通常决定着自密实混凝土的工作性能。因此，研究者为提高自密实砂浆性能展开了多方面研究。刘日鑫[4]等研究了赤泥对自密实性能的影响；张云国[5] 等研究了不同的砂浆配合比设计方法；赵庆新[6]等研究了自密实砂浆工作性能的测试方法。随着优质河砂资源减少，机制砂逐步大规模应用。石粉作为机制砂生产中一种不可避免的伴生物，其粒径小于 75μm，化学成分与母岩相同。石粉作为一种不具备火山灰性质的惰性矿物掺合料，它对于混凝土或砂浆性能的影响一直存在争议。有的专家[7,8] 认为，石粉增大了骨料的比表面积，使需水量增大；也有专家[9,10]认为，石粉能够填充骨料之间的空隙，完善骨料级配，提高混凝土或砂浆性能。Prakkash[11]等利用机制砂配制出了不同中低强度自密实混凝土；蒋正武[12] 等通过优化配合比设计参数，设计出了高强自密实混凝土。本文通过深入研究不同水灰比和不同减水剂掺量砂浆，在不同机制砂石粉含量下性能的变化规律，分析了石粉对机制砂自密实砂浆性能的影响机理，为机制砂自密实砂浆的配合比设计提供更多的参考依据。
1 原材料及试验方法
1.1 原材料
水泥采用 P·O42.5 普通硅酸盐水泥，其化学组成和物理性能，分别见表 1 和表 2。机制砂采用石灰岩质机制砂，其性能指标见表 3。减水剂为聚羧酸减水剂，性能见表 4。石粉为石灰石粉。水为纯净自来水。
1.2 试验方法
1.2.1 砂浆工作性能试验方法
将机制砂、水泥和石粉按配合比依次倒入砂浆搅拌机搅拌桶内，慢速搅拌 60s，使三种物料充分搅拌均匀，加入水和减水剂，慢搅 30s 后快搅 60s。测试砂浆拌合物的流动扩展度，并结合粘聚性综合判定自密实砂浆工作性能。
1.2.2 砂浆力学性能试验方法
砂浆的力学性能按JGJ/T 70—《建筑砂浆基本性能试验方法标准》，测试成型 40mm×40mm× 160mm 胶砂试块 7d、28d抗压强度。
2 结果与分析
为了研究石粉含量对自密实砂浆性能的影响，探究了不同石粉含量（0%、5%、10%、15%、20%、25%）对不同水灰比（0.3、0.35、0.40、0.45）和不同减水剂掺量（0.2%、0.3%、0.4%）自密实砂浆工作性能和力学性能的影响。配合比设计如表 5 所示。
2.1 石粉对不同水灰比砂浆性能的影响
2.1.1 工作性能
石粉对砂浆拌合物流动扩展度的影响见表 6，其中固定砂胶比为1.5:1，减水剂掺量为胶凝材料质量的0.2%，水灰比分别为 0.3、0.35、0.40 和 0.45。从表 6 可以看出，当水灰比为 0.3 时，流动扩展度呈现先增大后减小的趋势，石粉含量为 5%～10% 之间时，扩展度达到最大，且粘聚性也较好；对于其它水灰比，随着石粉含量的增加，流动扩展度均呈现逐渐减小的趋势，对于水灰比 0.35 和 0.40 的，石粉含量在 10%～15% 之间时，粘聚性较好，对于水灰比 0.45 的，石粉含量在10%～20% 之间时，粘聚性较好。说明适量的石粉可以改善自密实砂浆的和易性，且水灰比越大，允许的石粉含量也就越大。
2.1.2 力学性能
不同水灰比砂浆抗压强度如表 7 和图 1 所示。从图 1 可以发现，砂浆7d 和 28d 抗压强度呈现相同的规律，即先增大后减小。图 1(a) 中，在水灰比分别为 0.3、0.35、0.4、0.45 时，砂浆的抗压强度均在石粉含量为 15% 时最大，较不含石粉时强度分别增大了 20.5%、16.3%、10.6%、14.6%。这是由于石粉颗粒尺寸较小，能够填充集料间空隙，完善集料级配，使砂浆颗粒间堆积更加密实，提升了砂浆整体密实度；另一方面，石粉提高了砂浆的和易性，使胶凝材料水化更加充分。图 1(b) 中，28d 的抗压强度由于养护龄期增长，水化程度提高，与 7d 相比有较大提升。
2.2 石粉对不同减水剂掺量砂浆性能的影响
2.2.1 工作性能
不同减水剂掺量砂浆流动扩展度见表 8，砂浆水灰比为 0.3，砂胶比为 1.5:1，减水剂的掺量分别为 0.2%、0.3% 和 0.4%。从表 8 可以看出，综合砂浆的扩展度和粘聚性，在减水剂掺量 0.2% 时，机制砂的石粉含量在 5%～10% 之间时较好；减水剂掺量为 0.3% 时，石粉含量在 10%～20% 之间时较好；减水剂的掺量为0.4% 时，石粉含量在 20%～25% 之间较好。这说明石粉具有调整砂浆和易性的作用，且减水剂掺量越大，允许的石粉含量也越大。其中，在减水剂掺量为 0.2% 时，随石粉含量增多，扩展度呈现先增大后减小的趋势。在减水剂掺量为 0.3% 和 0.4% 时，砂浆扩展度随石粉含量增多逐渐减小，但砂浆拌合物的离析随石粉含量的增加逐渐改善。整体而言，砂浆扩展度随减水剂掺量增大急剧增大，这说明减水剂对于砂浆流动性影响显着。相较于水灰比对砂浆的影响，减水剂掺量对砂浆流动性的影响远大于水灰比。减水剂的增加，降低了砂浆颗粒物之间的相互作用力，颗粒相互之间吸附效应减弱，砂浆流动性增大，粘聚性变差，同时拌合物出现离析泌水现象的几率增大，而适量的石粉可以改善砂浆拌合物的粘聚性。
2.2.2 力学性能
不同减水剂掺量砂浆抗压强度如表 9 和图 2 所示。可以发现，砂浆 7d和 28d 强度呈现出先增大后减小的规律。图2(a) 中，7d 时砂浆在 0.2%、0.3%、0.4% 减水剂掺量时，均在石粉含量为 15% 时强度最大，分别为 70.0MPa、67.8MPa、63.6MPa；与不含石粉时相比，强度分别提升了 20.5%、15.5%、10.6%。图 2(b) 中，28d 砂浆抗压强度整体高于 7d，但规律与 7d 时保持一致。对比结果表明，减水剂掺量为0.4% 时，砂浆最佳强度小于减水剂掺量为0.2% 和 0.3% 时。这说明，减水剂掺量的增多对自密实砂浆的影响不仅作用于砂浆的工作性能，砂浆粘聚性变差，离析泌水增大，导致砂浆颗粒排列不能均匀一致，砂浆整体均匀性变差，从而导致砂浆的力学性能在一定程度上下降。
3 结论
为研究石粉对自密实机制砂砂浆性能的影响规律，以不同水灰比和不同减水剂掺量的机制砂砂浆为研究对象，综合分析了石粉对砂浆的流动性、粘聚性和力学性能的影响，得到了以下结论：（1）适量的石粉能够改善砂浆的和易性，在保证砂浆流动性的同时，提高砂浆的粘聚性，使砂浆工作性能满足要求；且水灰比越大，允许的石粉含量就越大，减水剂掺量越大，允许的石粉含量就越大。（2）砂浆力学性能随石粉含量增加呈现先增大后减小的趋势；在石粉含量为 10%～15% 范围内，自密实砂浆具有较好的力学性能。
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