楊舜龍，張春成，欒亞紅，謝國(guó)順，王稷良，于詠妍

（1. 廣東龍浩公路橋梁工程有限公司，廣東 廣州 510000；2. 曲靖市交通運(yùn)輸局，云南 曲靖 655000；3. 交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究所，北京 100088）

0 前言

隨著建筑工程等的需要，自密實(shí)混凝土以其自身的優(yōu)勢(shì)正得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，也一直是國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者研究的熱點(diǎn)[1-3]。而自密實(shí)砂漿作為自密實(shí)混凝土的主要組成部分，對(duì)混凝土的性能有著重要的影響。自密實(shí)砂漿的工作性能通常決定著自密實(shí)混凝土的工作性能。因此，研究者為提高自密實(shí)砂漿性能展開(kāi)了多方面研究。劉日鑫[4]等研究了赤泥對(duì)自密實(shí)性能的影響；張?jiān)茋?guó)[5]等研究了不同的砂漿配合比設(shè)計(jì)方法；趙慶新[6]等研究了自密實(shí)砂漿工作性能的測(cè)試方法。

隨著優(yōu)質(zhì)河砂資源減少，機(jī)制砂逐步大規(guī)模應(yīng)用。石粉作為機(jī)制砂生產(chǎn)中一種不可避免的伴生物，其粒徑小于 75μm，化學(xué)成分與母巖相同。石粉作為一種不具備火山灰性質(zhì)的惰性礦物摻合料，它對(duì)于混凝土或砂漿性能的影響一直存在爭(zhēng)議。有的專(zhuān)家[7,8]認(rèn)為，石粉增大了骨料的比表面積，使需水量增大；也有專(zhuān)家[9,10]認(rèn)為，石粉能夠填充骨料之間的空隙，完善骨料級(jí)配，提高混凝土或砂漿性能。Prakkash[11]等利用機(jī)制砂配制出了不同中低強(qiáng)度自密實(shí)混凝土；蔣正武[12]等通過(guò)優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)參數(shù)，設(shè)計(jì)出了高強(qiáng)自密實(shí)混凝土。本文通過(guò)深入研究不同水灰比和不同減水劑摻量砂漿，在不同機(jī)制砂石粉含量下性能的變化規(guī)律，分析了石粉對(duì)機(jī)制砂自密實(shí)砂漿性能的影響機(jī)理，為機(jī)制砂自密實(shí)砂漿的配合比設(shè)計(jì)提供更多的參考依據(jù)。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 原材料

水泥采用 P·O42.5 普通硅酸鹽水泥，其化學(xué)組成和物理性能，分別見(jiàn)表1和表2。機(jī)制砂采用石灰?guī)r質(zhì)機(jī)制砂，其性能指標(biāo)見(jiàn)表3。減水劑為聚羧酸減水劑，性能見(jiàn)表4。石粉為石灰石粉。水為純凈自來(lái)水。

表1 水泥化學(xué)組成 %

表2 水泥的物理性能

表3 機(jī)制砂的物理性能

表4 減水劑物理性能

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 砂漿工作性能試驗(yàn)方法

將機(jī)制砂、水泥和石粉按配合比依次倒入砂漿攪拌機(jī)攪拌桶內(nèi)，慢速攪拌 60s，使三種物料充分?jǐn)嚢杈鶆颍尤胨蜏p水劑，慢攪 30s 后快攪 60s。測(cè)試砂漿拌合物的流動(dòng)擴(kuò)展度，并結(jié)合粘聚性綜合判定自密實(shí)砂漿工作性能。

1.2.2 砂漿力學(xué)性能試驗(yàn)方法

砂漿的力學(xué)性能按 JGJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，測(cè)試成型 40mm×40mm×160mm 膠砂試塊 7d、28d 抗壓強(qiáng)度。

2 結(jié)果與分析

為了研究石粉含量對(duì)自密實(shí)砂漿性能的影響，探究了不同石粉含量（0%、5%、10%、15%、20%、25%）對(duì)不同水灰比（0.3、0.35、0.40、0.45）和不同減水劑摻量（0.2%、0.3%、0.4%）自密實(shí)砂漿工作性能和力學(xué)性能的影響。配合比設(shè)計(jì)如表5所示。

表5 砂漿基本配合比

2.1 石粉對(duì)不同水灰比砂漿性能的影響

2.1.1 工作性能

石粉對(duì)砂漿拌合物流動(dòng)擴(kuò)展度的影響見(jiàn)表6，其中固定砂膠比為 1.5:1，減水劑摻量為膠凝材料質(zhì)量的0.2%，水灰比分別為 0.3、0.35、0.40 和 0.45。從表6可以看出，當(dāng)水灰比為 0.3 時(shí)，流動(dòng)擴(kuò)展度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，石粉含量為 5%～10% 之間時(shí)，擴(kuò)展度達(dá)到最大，且粘聚性也較好；對(duì)于其它水灰比，隨著石粉含量的增加，流動(dòng)擴(kuò)展度均呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)，對(duì)于水灰比 0.35 和 0.40 的，石粉含量在 10%～15% 之間時(shí)，粘聚性較好，對(duì)于水灰比 0.45 的，石粉含量在10%～20% 之間時(shí)，粘聚性較好。說(shuō)明適量的石粉可以改善自密實(shí)砂漿的和易性，且水灰比越大，允許的石粉含量也就越大。

表6 不同水灰比砂漿流動(dòng)擴(kuò)展度

2.1.2 力學(xué)性能

不同水灰比砂漿抗壓強(qiáng)度如表7和圖1所示。從圖1可以發(fā)現(xiàn)，砂漿 7d 和 28d 抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)相同的規(guī)律，即先增大后減小。圖1(a) 中，在水灰比分別為 0.3、0.35、0.4、0.45 時(shí)，砂漿的抗壓強(qiáng)度均在石粉含量為 15% 時(shí)最大，較不含石粉時(shí)強(qiáng)度分別增大了20.5%、16.3%、10.6%、14.6%。這是由于石粉顆粒尺寸較小，能夠填充集料間空隙，完善集料級(jí)配，使砂漿顆粒間堆積更加密實(shí)，提升了砂漿整體密實(shí)度；另一方面，石粉提高了砂漿的和易性，使膠凝材料水化更加充分。圖1(b) 中，28d 的抗壓強(qiáng)度由于養(yǎng)護(hù)齡期增長(zhǎng)，水化程度提高，與 7d 相比有較大提升。

表7 不同水膠比砂漿抗壓強(qiáng)度

2.2 石粉對(duì)不同減水劑摻量砂漿性能的影響

2.2.1 工作性能

不同減水劑摻量砂漿流動(dòng)擴(kuò)展度見(jiàn)表8，砂漿水灰比為 0.3，砂膠比為 1.5:1，減水劑的摻量分別為0.2%、0.3% 和 0.4%。從表8可以看出，綜合砂漿的擴(kuò)展度和粘聚性，在減水劑摻量 0.2% 時(shí)，機(jī)制砂的石粉含量在 5%～10% 之間時(shí)較好；減水劑摻量為 0.3%時(shí)，石粉含量在 10%～20% 之間時(shí)較好；減水劑的摻量為 0.4% 時(shí)，石粉含量在 20%～25% 之間較好。這說(shuō)明石粉具有調(diào)整砂漿和易性的作用，且減水劑摻量越大，允許的石粉含量也越大。其中，在減水劑摻量為0.2% 時(shí)，隨石粉含量增多，擴(kuò)展度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。在減水劑摻量為 0.3% 和 0.4% 時(shí)，砂漿擴(kuò)展度隨石粉含量增多逐漸減小，但砂漿拌合物的離析隨石粉含量的增加逐漸改善。整體而言，砂漿擴(kuò)展度隨減水劑摻量增大急劇增大，這說(shuō)明減水劑對(duì)于砂漿流動(dòng)性影響顯著。相較于水灰比對(duì)砂漿的影響，減水劑摻量對(duì)砂漿流動(dòng)性的影響遠(yuǎn)大于水灰比。減水劑的增加，降低了砂漿顆粒物之間的相互作用力，顆粒相互之間吸附效應(yīng)減弱，砂漿流動(dòng)性增大，粘聚性變差，同時(shí)拌合物出現(xiàn)離析泌水現(xiàn)象的幾率增大，而適量的石粉可以改善砂漿拌合物的粘聚性。

圖1 在不同水灰比時(shí)石粉對(duì)砂漿抗壓強(qiáng)度的影響

2.2.2 力學(xué)性能

不同減水劑摻量砂漿抗壓強(qiáng)度如表9和圖2所示?？梢园l(fā)現(xiàn)，砂漿 7d 和 28d 強(qiáng)度呈現(xiàn)出先增大后減小的規(guī)律。圖2(a) 中，7d 時(shí)砂漿在 0.2%、0.3%、0.4% 減水劑摻量時(shí)，均在石粉含量為 15% 時(shí)強(qiáng)度最大，分別為 70.0MPa、67.8MPa、63.6MPa；與不含石粉時(shí)相比，強(qiáng)度分別提升了 20.5%、15.5%、10.6%。圖2(b)中，28d 砂漿抗壓強(qiáng)度整體高于 7d，但規(guī)律與 7d 時(shí)保持一致。

表8 不同減水劑摻量砂漿流動(dòng)擴(kuò)展度

對(duì)比結(jié)果表明，減水劑摻量為 0.4% 時(shí)，砂漿最佳強(qiáng)度小于減水劑摻量為 0.2% 和 0.3% 時(shí)。這說(shuō)明，減水劑摻量的增多對(duì)自密實(shí)砂漿的影響不僅作用于砂漿的工作性能，砂漿粘聚性變差，離析泌水增大，導(dǎo)致砂漿顆粒排列不能均勻一致，砂漿整體均勻性變差，從而導(dǎo)致砂漿的力學(xué)性能在一定程度上下降。

表9 不同減水劑摻量砂漿抗壓強(qiáng)度

圖2 石粉對(duì)不同減水劑摻量砂漿抗壓強(qiáng)度的影響

3 結(jié)論

為研究石粉對(duì)自密實(shí)機(jī)制砂砂漿性能的影響規(guī)律，以不同水灰比和不同減水劑摻量的機(jī)制砂砂漿為研究對(duì)象，綜合分析了石粉對(duì)砂漿的流動(dòng)性、粘聚性和力學(xué)性能的影響，得到了以下結(jié)論：

（1）適量的石粉能夠改善砂漿的和易性，在保證砂漿流動(dòng)性的同時(shí)，提高砂漿的粘聚性，使砂漿工作性能滿(mǎn)足要求；且水灰比越大，允許的石粉含量就越大，減水劑摻量越大，允許的石粉含量就越大。

（2）砂漿力學(xué)性能隨石粉含量增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)；在石粉含量為 10%～15% 范圍內(nèi)，自密實(shí)砂漿具有較好的力學(xué)性能。