謝慧東，張?jiān)骑w，董全文，顏世濤，

（1. 山東華森混凝土有限公司，山東 濟(jì)南 250101；2. 濟(jì)南市建筑工程質(zhì)量與安全生產(chǎn)監(jiān)督站，山東 濟(jì)南 250013）

0 前言

應(yīng)用人工砂生產(chǎn)普通干混砂漿，符合國(guó)家資源綜合利用政策要求，是普通干混砂漿節(jié)約資源和能源、保護(hù)環(huán)境的重要途徑。人工砂是經(jīng)機(jī)械破碎篩分而成，其顆粒尖銳粗糙且?guī)в欣饨?，同時(shí)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(qū)別所在。由于人工砂的特點(diǎn)區(qū)別于傳統(tǒng)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(yīng)用研究還比較欠缺[1-2]。外墻、室內(nèi)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(fā)霉、涂料起皮、粉層脫落等。雨水浸濕了墻面，增大了屋內(nèi)的濕度，降低了保溫隔熱效果，給居民的工作和生活帶來(lái)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(yīng)用人工砂生產(chǎn)干混普通防水砂漿的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。

本文全部利用人工砂取代天然砂生產(chǎn)干混普通防水砂漿，針對(duì)人工砂中的石粉含量、增稠保水材料和膨脹劑對(duì)干混普通防水砂漿性能的影響進(jìn)行了比較系統(tǒng)的研究，并通過(guò)SEM和孔結(jié)構(gòu)技術(shù)分析了其作用機(jī)理。

1 原材料、試驗(yàn)方法和試驗(yàn)方案

1.1 原材料

水泥為山水P·O42.5水泥（性能指標(biāo)如表1）；粉煤灰為山東濟(jì)南黃臺(tái)電廠產(chǎn)Ⅱ級(jí)粉煤灰（性能指標(biāo)如表2）；人工砂S為石灰?guī)r碎石經(jīng)機(jī)械破碎篩分制得（S性能指標(biāo)如表3）；砂漿增稠保水材料HT，自配，為無(wú)機(jī)、有機(jī)保水材料復(fù)配而成；膨脹劑F，為硫鋁酸鹽型膨脹劑；飲用自來(lái)水。

表1 水泥物理力學(xué)性能

表2 粉煤灰基本性能

表3 人工砂S的技術(shù)指標(biāo)

表4 試驗(yàn)方案

1.2 試驗(yàn)方法

砂漿的拌制、試件的成型及其稠度、保水性、凝結(jié)時(shí)間、抗壓強(qiáng)度、拉伸粘結(jié)強(qiáng)度和抗?jié)B性試驗(yàn)的測(cè)定均按照《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ70-2009）進(jìn)行。采用砂漿攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，攪拌時(shí)間不少于3min，采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)。

1.3 試驗(yàn)方案

通過(guò)試驗(yàn)檢測(cè)砂漿稠度、保水性、凝結(jié)時(shí)間、抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B壓力和拉伸粘結(jié)強(qiáng)度，綜合確定干混普通防水砂漿的配合比。

參照住建部《預(yù)拌砂漿》（JG/T230-2007）和《砌筑砂漿配合比設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ 98-2000），設(shè)計(jì)干混普通防水砂漿強(qiáng)度等級(jí)為M15，稠度控制值為70～80mm。將人工砂S通過(guò)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(duì)干混普通防水砂漿各種性能的影響。其試驗(yàn)方案見(jiàn)表4所示。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

不同編號(hào)砂漿配合比試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

(1) 從表5中1～4試驗(yàn)中可以看出：干混普通防水砂漿在達(dá)到規(guī)定稠度(70～80mm)時(shí)，由于石粉的存在，人工砂防水砂漿的各種性能發(fā)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(shí)，其砂漿保水性最高；凝結(jié)時(shí)間逐漸縮短；抗壓強(qiáng)度先增加后有所下降，但石粉含量在12%～18%之間時(shí)，對(duì)抗壓強(qiáng)度影響不大；拉伸粘結(jié)強(qiáng)度先增加后降低，石粉含量為12%時(shí)，其砂漿拉伸粘結(jié)強(qiáng)度最大，達(dá)0.23MPa，再增加石粉含量將會(huì)影響其粘結(jié)強(qiáng)度；28d抗?jié)B壓力先增大后降低，石粉含量為12%時(shí)，其28d抗?jié)B壓力最大。

(2) 從表5中3、5、6、7試驗(yàn)中可以看出：干混普通防水砂漿在達(dá)到規(guī)定稠度(70～80mm)時(shí)，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(fā)生變化，保水性和拉伸粘結(jié)強(qiáng)度逐漸增大；凝結(jié)時(shí)間逐漸延長(zhǎng)；抗壓強(qiáng)度和28d抗?jié)B壓力逐漸降低。綜合考慮增稠保水材料HT對(duì)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(hào)砂漿配合比試驗(yàn)結(jié)果

(3) 從表5中3、8、9、10試驗(yàn)中可以看出：干混普通防水砂漿在達(dá)到規(guī)定稠度(70～80mm)時(shí)，隨著膨脹劑F摻量的增加，干混普通防水砂漿各種性能發(fā)生變化，保水性和拉伸粘結(jié)強(qiáng)度逐漸降低；凝結(jié)時(shí)間和抗壓強(qiáng)度變化不大；但28d抗?jié)B壓力逐漸增加，當(dāng)膨脹劑F摻量為12%時(shí)，其28d抗?jié)B壓力可達(dá)1.4MPa。綜合考慮膨脹劑F對(duì)干混普通防水砂漿各種性能的影響，應(yīng)根據(jù)砂漿抗?jié)B等級(jí)要求摻加不同摻量的膨脹劑，并適當(dāng)調(diào)整增稠保水材料HT的摻量。

3 機(jī)理分析

為了探討石粉含量、增稠保水材料HT和膨脹劑F對(duì)干混普通防水砂漿微觀結(jié)構(gòu)的影響，根據(jù)表4配合比，選擇1、3、6、7、9、10號(hào)配合比進(jìn)行試配，拌制砂漿，制作砂漿試件，養(yǎng)護(hù)至28d齡期后，從距離砂漿試件表面5mm以內(nèi)的部位取樣，進(jìn)行SEM和孔結(jié)構(gòu)分析，不同配合比的干混普通防水砂漿SEM和孔結(jié)構(gòu)分析試驗(yàn)結(jié)果如圖1和表6。

表6 孔結(jié)構(gòu)試驗(yàn)結(jié)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(qiáng)度的發(fā)揮以及水化反應(yīng)的進(jìn)一步發(fā)展，并使砂漿內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加致密化，這從表5中7d、 28d強(qiáng)度和28d抗?jié)B等級(jí)的宏觀數(shù)據(jù)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(xì)長(zhǎng)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(jié)在一起，而7試樣很難看到細(xì)長(zhǎng)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(duì)漿體顆粒起到很好的分散均化的作用，但摻量過(guò)高，由于引起氣泡較多和大泡增多，且易出現(xiàn)分散不均或結(jié)團(tuán)現(xiàn)象而起負(fù)面作用，降低其砂漿漿體結(jié)構(gòu)的致密度[7]，這從表5中7d、 28d強(qiáng)度和28d抗?jié)B等級(jí)的宏觀數(shù)據(jù)上得到證實(shí)。

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(jié)在一起，且水化產(chǎn)物豐富均勻，結(jié)構(gòu)非常致密，無(wú)明顯孔隙出現(xiàn)。出現(xiàn)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(jié)果，特別是膨脹劑的作用；主要表現(xiàn)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(kāi)來(lái)，而不至于出現(xiàn)成團(tuán)現(xiàn)象，有利于漿體水化的進(jìn)行和水化產(chǎn)物的形成和伸展；且由于膨脹劑與漿體水化產(chǎn)物Ca(OH)2反應(yīng)生成具有膨脹作用的鈣礬石，使鈣礬石數(shù)量增多而填充更多空隙，從而降低孔隙率，使?jié){體結(jié)構(gòu)致密度提高。這從表5中28d抗?jié)B等級(jí)的宏觀數(shù)據(jù)上得到證實(shí)。

3.2 孔結(jié)構(gòu)分析

砂漿的性能與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系。Mehta教授指出：孔徑d<20nm為無(wú)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(duì)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(shí)性越差，性能越低。

從表6中1、3試樣可以看出：當(dāng)人工砂砂漿中加入石粉后，砂漿硬化體中無(wú)害孔和少害孔數(shù)量明顯增多，特別是無(wú)害孔增加比較明顯，多害孔數(shù)量明顯降低；且總孔隙率明顯降低。這說(shuō)明石粉的加入明顯改善硬化漿體孔徑分布，即細(xì)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(fā)生明顯變化，即砂漿硬化體中無(wú)害孔和少害孔數(shù)量逐漸減少，特別是無(wú)害孔減少比較明顯，而多害孔數(shù)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(huì)引入部分氣泡，當(dāng)其摻量較少（≤3%）時(shí)，此氣泡將會(huì)均勻地分布在漿體中，使水化產(chǎn)物顆粒分布均勻，孔徑尺寸適當(dāng)，結(jié)構(gòu)致密；當(dāng)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(jié)力，但由于氣泡較多，使水化產(chǎn)物顆粒間隙增大，分散性較差，且易會(huì)出現(xiàn)連續(xù)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(fā)生明顯變化，即無(wú)害孔和少害孔數(shù)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(chǎn)物Ca(OH)2反應(yīng)生成具有微膨脹性的鈣礬石，可以隔斷毛細(xì)孔滲水通道，減少有害孔和多害孔數(shù)量，補(bǔ)償了砂漿的收縮，增強(qiáng)砂漿的密實(shí)度；另外，加上與石粉和增稠保水材料的復(fù)合作用，水化產(chǎn)物的分布更加均勻化，砂漿內(nèi)部形成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，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(jié)強(qiáng)度和抗?jié)B性。

4 結(jié)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(qiáng)度的發(fā)揮以及水化反應(yīng)的進(jìn)一步發(fā)展，并使砂漿內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加致密化，從而提高砂漿的保水性、強(qiáng)度、拉伸粘結(jié)強(qiáng)度和抗?jié)B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(shí)對(duì)提高砂漿抗壓強(qiáng)度和粘結(jié)強(qiáng)度也有較好的效果，且在一定摻量?jī)?nèi)，能提高抗?jié)B能力，但摻量過(guò)高，會(huì)降低抗?jié)B等級(jí)，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(qiáng)度、拉伸粘結(jié)強(qiáng)度基本不變情況下，可以使砂漿的抗?jié)B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(yīng)用，可以獲得各項(xiàng)性能較優(yōu)良的干混普通防水砂漿，能夠達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)干混普通防水砂漿的性能要求。

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