机制砂和石屑制备干混砂浆浅析

时间：2014-11-28

骨料是砂浆的重要组成部分。长期以来，砂浆中常以**河砂作为骨料，而**河砂是**资源，其资源储备只会越来越少。随着建筑业发展和对建筑工程质量要求越来越高，建筑市场用砂量越来越大，质量要求也越来越高，而合格的**砂资源却越来越少，因此，砂资源问题需引起重视，要尽快寻找适宜的材料来替代**河砂。每生产1 方混凝土，就要消耗1.5 吨以上的砂石，我国每年要开挖大量的山石资源，以满足土木建筑工程的需要。在开采石料做混凝土粗骨料的同时，会伴随着20% 石屑（粒径为0.16mm-5.00mm）的产生，不仅占用场地且污染环境。所以，研究和探索用石屑代替河砂配制混凝土，不仅可以缓解河砂短缺的问题，避免过度开采对环境的破坏，同时也能解决石屑带来的污染问题，还能改善混凝土的某些工作性能，对于**工程质量和降低工程造价有着重要的意义。机制砂是经除土处理，由机械破碎、筛分制成的粒径小于4.75mm 的岩石颗粒，它不包括软质岩和风化岩石的颗粒。机制砂在混凝土中已有应用，国内较大的水利枢纽工程三峡大坝全部采用机制砂、石作为混凝土骨料（包括C50 以上至C100 混凝土骨料），试验结果表明，机制砂级配和细度模数稳定，质量**。
上海巍立路桥设备有限公司通过利用机制砂和石屑替代部分河砂配制预拌砂浆，比较它们性能的差异，并结合各集料理化性质和预拌砂浆性能分析其替代河砂对砂浆性能的影响，为利用机制砂和石屑制备砂浆提供一些帮助。
2 试验用原材料
2.1 水泥
42.5P.O 水泥。
表2.1 42.5 P.O 水泥物理性质
2.2 粉煤灰
粉煤灰：Ⅱ级低钙灰。
2.3 河砂
试验中使用的河砂全部通过5mm筛网，细度模数为2.5，处于*2 级配区域，堆积密度1560kg/m3，
表观密度2640 kg/m3。河砂筛分析结果如下：
2.4 保水增稠材料
试验中砂浆采用稠化粉作为保水增稠材料。稠化粉由上海市建筑科学研究院研制，上海建研建材科技有限公司生产。其性能指标符合《砌筑砂浆增塑剂》（JG/T 164-2004）要求。
2.5 其它集料
根据《建筑用砂》（GB/T 14684）标准对试验所用石屑和机制砂进行基本性能测试，结果如表2.5 和表2.6 所示。
2.6 水
一般饮用水，符合JGJ63 的规定。
3 试验结果和讨论
3.1 砂浆配合比试验
石屑砂浆和机制砂砂浆配合比试验按JGJ70 进行，其硬化前性质如表3.1、表3.3 所示，基本力学性能如表3.2、3.4 所示。
注：抗压试验为有底模试块。
注：抗压试验为有底模试块。
3.2 不同集料对砂浆和易性影响
石屑砂浆和机制砂砂浆均具有良好的保水性能。石屑在15%和30%掺量时，其配制砂浆的保水率保持在90.1%～90.9%；掺入15%～50%机制砂时，砂浆的保水率保持在89.1%～90.2%。石屑和机制砂砂浆均柔软，不离析，具有良好的操作性。
3.3 不同集料对砂浆用水量影响
试验中，石屑取代河砂量增加，砂浆用水量逐渐增加，石屑在15%掺量时砂浆用水量和基准砂浆基本相同，在30%掺量时用水量比基准砂浆增加了20kg/m3；而机制砂取代河砂量增加，砂浆用水量逐渐减少，机制砂在15%掺量时砂浆用水量和基准砂浆基本相同，在50%掺量时用水量比基准砂浆减少了14kg/m3。影响石屑砂浆和机制砂砂浆用水量的主要因素有集料的细度模数和石粉含量，其它因素如泥块含量、颗粒形状等也对砂浆用水量产生影响。首先，集料细度模数越大，砂浆的用水量越少；其次，集料中石粉（0.075mm 以下颗粒）含量越多，用来湿润石粉的水就越多，砂浆的用水量就越大；再者，集料颗粒的形状也会对砂浆的用水量产生影响，颗粒形状不规则，则比表面积大，润湿表面所需要的水量就越多。石屑虽然细度模数大于河砂，但石屑中含有大量的石粉，而且石屑颗粒多有棱角，形状不规则，结果石屑砂浆用水量整体表现为增加。机制砂具有与石屑相近的石粉含量和细度模数，但机制砂均为形状规则均匀圆形颗粒，结果表现为有利于减少砂浆用水量。因此，集料对砂浆用水量的影响是上述多种因素共同作用的结果。考虑到石屑中石粉的性质可能对砂浆的性能产生影响，试验中还对石屑中的石粉性质进行了测试。试验室采用亚甲蓝MB 值对石粉的性质进行判定，判定方法为：当MB值小于1.40 时，石屑中0.075mm 以下颗粒大部分与母岩化学成分一致；当MB 值大于或等于1.40 时，石屑中0.075mm 以下颗粒则大部分为泥土。石屑的MB 值小于1.40，表明石屑中的石粉大部分与母岩的化学成分相同。
3.4 不同集料对砂浆凝结时间影响
从试验结果可知，石屑砂浆的凝结时间比基准砂浆短，而且石屑掺量越大砂浆凝结时间越短，
表明石屑对砂浆的凝结时间具有促进作用。通过对比试验发现，影响石屑砂浆凝结时间的一个主要因素是石粉含量，石粉含量越高，砂浆的凝结时间越短。石粉之所以能加速砂浆的凝结，其主要原因是石粉能加速C3S 的水化，并与C3A、C4AF 反应生成一些结晶水化物[3]。该结果在机制砂砂浆中也有体现，机制砂与石屑相似，具有较高的粉含量，因而机制砂砂浆的凝结时间也随着机制砂掺量增加而有所减少。
3.5 不同集料对砂浆基本力学性能影响
根据石屑砂浆和机制砂砂浆抗压强度结果，同时比较各石屑和机制砂的基本性质，认为影响石屑砂浆和机制砂砂浆抗压强度的主要因素是集料颗粒形状和粉含量。本试验参照《建筑用卵石、碎石》标准中针片状颗粒的定义，测试了两种集料的针片状含量，结果如表3.5 所示。石屑针片状含量多，石屑颗粒形状不规则；机制砂中颗粒均为规则圆形颗粒。首先，集料颗粒形状会对砂浆用水量产生影响，颗粒规则则砂浆用水量减少，水灰比降低，抗压强度提升；其次，集料颗粒形状还会直接影响砂浆强度。集料形状不规则，颗粒多呈针状或者片状，因此颗粒易断裂破碎，砂浆强度降低。石粉含量对砂浆抗压强度的影响主要体现在石粉含量对砂浆致密度的提高和对砂浆用水量的增加。研究报道，石粉能够改善水泥石的孔隙结构，提高砂浆的密实度，进而提高砂浆的抗压强度。但另一方面，石粉含量高将增大砂浆用水量，砂浆水灰比变大，砂浆抗压强度进而降低。因此，石粉对砂浆抗压强度的影响是上述两方面综合作用的结果。石屑石粉含量多，砂浆用水量增加，砂浆强度理应降低，但石粉又增加了石屑砂浆的密实度，对提高砂浆的抗压强度有利，因此，在上述各因素的综合影响下，石屑砂浆抗压强度相比基准砂浆变化不大；机制砂与石屑石粉含量相近，但机制砂颗粒规则，对砂浆用水量整体影响表现为减少，砂浆强度提升。
试验中，石屑砂浆的拉伸粘结强度相比基准砂浆有所降低，但仍能达到0.35MPa；机制砂砂浆的拉伸粘结强度相比较基准稍有增加。石屑砂浆和机制砂砂浆拉伸粘结强度均满足《预拌砂浆》（JG/T230-2007）标准要求。石屑砂浆的拉伸粘结强度降低可能与石屑的颗粒形状不规则有关。
通过对石屑砂浆和机制砂砂浆进行试验研究，得到如下结论：
1、石屑砂浆和机制砂砂浆均具有良好的保水性和操作性。石屑和机制砂中的石粉对砂浆具有促凝作用。
2、石屑和机制砂中颗粒形状和对砂浆用水量具有明显影响。石屑颗粒规则不规则，砂浆用水量相对增加；机制砂颗粒形状规则，减少砂浆用水量效果明显。
3、石屑和机制砂中石粉含量、颗粒形状对砂浆的力学性能具有重要影响。机制砂颗粒圆滑，形状规整，减少用水量减少，且颗粒不易破碎，因而提高砂浆抗压强度效果明显；石屑则由于颗粒形状不规则，对砂浆强度的提升不明显，反而有可能会降低砂浆强度。
4、机制砂砂浆的拉伸粘结强度相比较基准稍有增加，石屑替代部分河砂将使砂浆拉伸粘结强度降低。
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