于春輝 郜進(jìn)良 魏 群 李固華 徐大幀

（1西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，四川 成都610031；2四川省巴南高速公路有限責(zé)任公司，四川 成都610041）

1 前言

《GBT_14684-2011》中規(guī)定的機(jī)制砂的定義：經(jīng)除土處理，由機(jī)械破碎、篩分制成的，粒徑小于4.75mm的巖石、礦山尾礦或工業(yè)廢渣顆粒，但不包括軟質(zhì)風(fēng)化的顆粒，俗稱人工砂。膨潤(rùn)土又名斑脫巖，是一種以蒙脫石為主要組分的粘土類礦物。膨潤(rùn)土具有強(qiáng)烈的吸水性、膨脹性、膠結(jié)性、分散性、觸變性及陽(yáng)離子交換性等特性，素有“萬能粘土礦物”美譽(yù)，已經(jīng)在石油、化工、建材、礦業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)保等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用[1]。我國(guó)的膨潤(rùn)土資源豐富,大部分省市均有膨潤(rùn)土礦產(chǎn)出,大部分為鈣基膨潤(rùn)土,且原礦價(jià)較為低廉。膨潤(rùn)土是一種無機(jī)非金屬礦物,顆粒一般較細(xì),摻入砂漿中具有良好的增稠效果。目前天然砂資源缺乏,機(jī)制砂和天然砂相比，空隙率小,但是粒形和級(jí)配較差, 砂漿及低強(qiáng)度等級(jí)混凝土拌和物和易性均顯著降低,甚至影響混凝土拌合物的可泵性能，降低混凝土結(jié)構(gòu)的表觀質(zhì)量。為了改善機(jī)制砂的這種性能，本文以砂漿為主題，試驗(yàn)研究膨潤(rùn)土改善機(jī)制砂砂漿的和易性,同時(shí)測(cè)試了對(duì)砂漿強(qiáng)度的影響。

1.1 試驗(yàn)材料

1)水泥。水泥采用都江堰拉法基水泥有限公司生產(chǎn)的拉法基P.O42.5水泥，其性能指標(biāo)滿足GB175-2007《通用硅酸鹽水泥》規(guī)范要求。

2)機(jī)制砂種類：花崗巖機(jī)制砂。花崗巖機(jī)制砂滿足《建設(shè)用砂》（GB/T14684-2011)中Ⅱ類砂要求。各項(xiàng)性能指標(biāo)如表1、表2、圖1所示。

各項(xiàng)性能指標(biāo)如表1所示，細(xì)度模數(shù)及顆粒級(jí)配如表2、圖1所示。

表1 機(jī)制砂的各項(xiàng)性能指標(biāo)

由表1可知花崗巖機(jī)制砂滿足《建設(shè)用砂》（GB/T14684-2011)中對(duì)機(jī)制砂的表觀密度大于2500kg/m3；松散堆積密度不小于1400kg/m3；緊致空隙率不大于44%的要求。

表2 細(xì)度模數(shù)

圖1 機(jī)制砂級(jí)配曲線

根據(jù)《建筑用砂》（GB/T146848-2001)中把砂按細(xì)度模數(shù)分為粗、中、細(xì)三種規(guī)格，花崗巖機(jī)制砂均屬于中砂，根據(jù)技術(shù)要求可判斷花崗巖機(jī)制砂屬于Ⅱ類砂。

3)膨潤(rùn)土

試驗(yàn)中膨潤(rùn)土采用馬貝廣州公司生產(chǎn)的鈉基膨潤(rùn)土。

本項(xiàng)目由巴南高速公路有限公司資助。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

試驗(yàn)思路：采用固定的膠砂比（B（膠凝材料）:S（砂）=1:2.5），采用不同的水膠比，分別加入不同量的膨潤(rùn)土，研究膨潤(rùn)土對(duì)花崗巖機(jī)制砂砂漿流動(dòng)度、稠度、分層度以及對(duì)砂漿抗壓、抗折強(qiáng)度的影響。

試驗(yàn)方法：水泥砂漿流動(dòng)度測(cè)定依據(jù)《水泥膠砂流動(dòng)度測(cè)定方法》（GB/T2419-2005）;砂漿的稠度、分層度，測(cè)定方法依據(jù)《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T70-2009）。砂漿試塊抗壓、抗折強(qiáng)度的測(cè)定方法依據(jù)《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）》（GB／T 17671—1999）。本方法為40mm×40mm×l60mm棱柱試體的水泥抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度測(cè)定，到試驗(yàn)齡期時(shí)將試體從水中取出，先進(jìn)行抗折強(qiáng)度試驗(yàn)，折斷后每截再進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)果分析

不同膨潤(rùn)土摻量對(duì)砂漿流動(dòng)性的影響，分別采用高摻量（2%、4%、6%）和低摻量（0%、0.5%、0.7%、0.9%、1.0%、2%）兩種不同的摻量方法，來研究膨潤(rùn)土對(duì)砂漿流動(dòng)度的影響，如圖2、圖3所示：

圖2 高膨潤(rùn)土含量對(duì)花崗巖機(jī)制砂砂漿流動(dòng)度的影響

當(dāng)膨潤(rùn)土摻量比較高，分別為2%、4%、6%時(shí)，水膠比分別為0.6、0.7時(shí)，隨著膨潤(rùn)土含量的增加，花崗巖機(jī)制砂砂漿的流動(dòng)度逐漸減小，水膠比為0.8時(shí)，由于水膠比較大，膨潤(rùn)土增稠效果不是很明顯。隨膨潤(rùn)土摻量的增加，砂漿需水量增大；膨潤(rùn)土的吸水作用，對(duì)水泥的水化過程非常有利，膨潤(rùn)土的增稠效果非常明顯。

如圖3，當(dāng)膨潤(rùn)土含量比較低，水膠比分別為0.5、0.6時(shí)，如圖所示，含量從0.0%到0.5%時(shí)，砂漿的流動(dòng)度是降低的，之后開始增大，到0.9%之后流動(dòng)度又開始降低。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)水膠比比較小，為0.5、0.6時(shí)，膨潤(rùn)土含量為0.9%時(shí)流動(dòng)度最大。

圖3 低膨潤(rùn)土含量對(duì)花崗巖機(jī)制砂砂漿流動(dòng)度的影響

2)不同膨潤(rùn)土摻量對(duì)砂漿稠度的影響分別采用高摻量（2%、4%、6%）和低摻量（0%、0.5%、0.7%、0.9%、1.0%、2%）兩種不同的摻量方法，來研究膨潤(rùn)土對(duì)砂漿流動(dòng)度的影響，如圖4、圖5所示。

圖4 高膨潤(rùn)土含量對(duì)花崗巖機(jī)制砂砂漿稠度的影響

如圖4所示，當(dāng)膨潤(rùn)土含量比較高，分別為2%、4%、6%時(shí)，當(dāng)水膠比分別為0.6、0.7、0.8時(shí)，花崗巖機(jī)巖砂漿的稠度，隨著膨潤(rùn)土含量的增加有大幅度的減小，效果十分明顯。可以推斷，如果用于低強(qiáng)度等級(jí)機(jī)制砂混凝土，膨潤(rùn)土將可以增加混凝土的稠度，很好的改善低強(qiáng)度等級(jí)機(jī)制砂混凝土泌水、粘聚性差問題[2]。

圖5 低膨潤(rùn)土含量對(duì)花崗巖機(jī)制砂砂漿稠度的影響

如圖5所示，當(dāng)膨潤(rùn)土含量相對(duì)較低時(shí)，水膠比為0.5時(shí)，隨著膨潤(rùn)土含量的增加，稠度逐漸減??；水膠比為0.6時(shí)，膨潤(rùn)土含量在0.5%時(shí)減小，之后增加，含量在0.9%最大，之后稠度又有所降低。由實(shí)驗(yàn)得出，當(dāng)水膠比為0.6時(shí)，膨潤(rùn)土含量為0.6%時(shí)稠度最大。

3)不同膨潤(rùn)土摻量對(duì)砂漿分層度的影響

圖6 膨潤(rùn)土含量對(duì) 砂漿分層度的影響(水膠比0.6)

如圖6所示，試驗(yàn)采用水膠比較低的0.60進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試。試驗(yàn)結(jié)果見圖6，一般來講砂漿的分層度不宜過高也不宜過低，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求分層度不應(yīng)高于30mm。但分層度太低，砂漿易開裂。一般需要砂漿分層度為10~20mm。當(dāng)水膠比為0.6時(shí)，膨潤(rùn)土含量對(duì)砂漿分層度的影響規(guī)律性不明顯，但是花崗巖機(jī)制砂砂漿的分層度都在膨潤(rùn)土含量為0.9%時(shí)在10~20mm間，比較適合。

4)不同膨潤(rùn)土摻量對(duì)砂漿試塊抗壓強(qiáng)度影響

如圖7所示，水膠比為0.6時(shí)，花崗巖機(jī)制砂砂漿試塊的3d、7d、21d、28d的抗壓強(qiáng)度，都在膨潤(rùn)土含量為0.9%時(shí)達(dá)到最大。超過0.9%時(shí)，隨著膨潤(rùn)土含量的增加，抗壓強(qiáng)度減小。

圖7 膨潤(rùn)土含量對(duì)花崗巖機(jī)制砂砂漿試塊抗壓強(qiáng)度的影響(水膠比0.6)

隨著水泥水化進(jìn)行，水化熱使體系溫度不斷升高，膨潤(rùn)土層間水逐漸放出，水泥水化繼續(xù)進(jìn)行 Ca(OH)2濃度增加，各種水化產(chǎn)物構(gòu)成了強(qiáng)度； 同時(shí)，膨潤(rùn)土中殘留的層間使硅氧鏈構(gòu)成了“皂纖維”增加了水泥的韌性；膨潤(rùn)土中粘土微粒吸水后形成的膠體又可填充在水化產(chǎn)生的各種孔隙中以增加密實(shí)度，因此在水化后期強(qiáng)度不斷上升。另外，也說明摻量在0.3%-0.9%之間范圍內(nèi)，膨潤(rùn)土對(duì)提高試塊強(qiáng)度有理想貢獻(xiàn)值。產(chǎn)生這樣的增韌效果主要是來自于膨潤(rùn)土的層狀與鏈狀結(jié)構(gòu)吸水后形成的“皂纖維”的影響；同時(shí)由于膨潤(rùn)土晶體結(jié)構(gòu)與水泥水化產(chǎn)物雪硅鈣石的結(jié)構(gòu)一致，在受外力沖擊時(shí)，纖維的層間滑動(dòng)吸收了外來的沖擊能量，阻止了裂縫的擴(kuò)展，當(dāng)然這與膨潤(rùn)土膠體增加水泥膠漿的粘結(jié)力及增加密實(shí)度的作用是分不開的[3]。

2.5 不同膨潤(rùn)土摻量對(duì)砂漿抗折強(qiáng)度的影響

圖8 膨潤(rùn)土含量對(duì)花崗巖機(jī)制砂砂漿試塊抗折強(qiáng)度的影響

如圖8所示，水膠比為0.6時(shí)，花崗巖機(jī)制砂砂漿試塊的3d、7d、21d、28d的抗折強(qiáng)度，都在膨潤(rùn)土含量為0.9%時(shí)達(dá)到最大。超過0.9%時(shí)，隨著膨潤(rùn)土含量的增加，抗折強(qiáng)度減小。

3 結(jié)語(yǔ)

1）當(dāng)膨潤(rùn)土摻量比較高，隨著膨潤(rùn)土含量的增加，花崗巖機(jī)制砂砂漿的流動(dòng)度逐漸減小，砂漿的稠度，隨著膨潤(rùn)土含量的增加有大幅度的增加，效果十分明顯。在低強(qiáng)度等級(jí)的機(jī)制砂混凝土中摻入膨潤(rùn)土，也是改善混凝土拌合物泌水、粘聚性差的有效措施。

2）當(dāng)水膠比為0.6時(shí)，膨潤(rùn)土含量對(duì)砂漿分層度的影響規(guī)律性不明顯，花崗巖機(jī)制砂砂漿的分層度都在膨潤(rùn)土含量為0.9%時(shí)在10~20mm間，比較適合。

3）花崗巖機(jī)制砂砂漿試塊的抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度，都在膨潤(rùn)土含量為0.9%時(shí)達(dá)到最大。超過0.9%時(shí)，隨著膨潤(rùn)土含量的增加，抗折、抗壓強(qiáng)度減小。

[1]蔣正武.膨潤(rùn)土在建材工業(yè)中的應(yīng)用研究進(jìn)展［J］.中國(guó)非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊，2004，38（1）：16-18.

[2]王軍,徐芬蓮,孫克平,陳景,吳雄. 膨潤(rùn)土與纖維素醚復(fù)摻在預(yù)拌砂漿中的試驗(yàn)研究[A].第三屆全國(guó)商品砂漿學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C].2009

[3]李方賢,龍世宗等.膨潤(rùn)土對(duì)砂漿性能的調(diào)控作用[C].第三屆全國(guó)商品砂漿學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集,2009:45-48