石粉含量对水泥砂浆性能影响的试验研究

石粉含量对水泥砂浆性能影响的试验研究

刘亮

摘要：随着我国相关部门对生态环境及自然资源管理的加强，河道可开采天然砂资源日益减少。使用天然砂配制砂浆的传统方式面临成本增加、天然砂质量差，甚至无砂可用等困境，建筑用砂供需矛盾日益凸显，系统地研究石粉含量对水泥砂浆性能的影响，确定不同强度等级砂浆的最适宜石粉含量，为我国制定及机制砂的应用提供重要的数据支撑。

关键词：石粉含量；水泥砂浆性能；实验研究；影响分析

1.原材料及试验

1.1.原材料

水泥为42.5级普通硅酸盐水泥；机制砂主要成分为石灰岩，细度模数3.1，Ⅱ区级配砂，堆积密度1463kg/m³，石粉含量8.2%，泥块含量2.2%，压碎值指标23.4%，MB值0.7；将机制砂置于孔径0.075mm的圆形筛上，通过圆形筛且粒级大于75μm的颗粒即为试验用石粉；粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰，需水量比104%，细度24.55%，含水量0.1%，烧失量2.1%；用水为实验室自来水。

1.2.试验方案

在保证砂浆工作性能不变的情况下，通过外掺石粉改变水洗机制砂中的石粉含量，研究石粉含量对M5、M10、M15、M20四种强度等级水泥砂浆性能的影响规律。试验砂浆配比设计参照JGJ/T98-2010《砌筑砂浆配合比设计规程》和JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》，石粉含量确定为0、5%、10%、15%、20%、25%，分别进行机制砂砂浆标准稠度用水量、保水性及力学性能的试验研究。设计的四种强度水泥砂浆基础配比见图表1。

图表1

2.结果与分析

2.1.石粉含量对砂浆标准稠度用水量的影响

为满足设计和施工需要，对于机制砂砂浆的配制过程，最关键的一步是确定砂浆标准稠度用水量。试验中通过调整配比中的用水量，使得砂浆稠度达到砂浆标准稠度（80±3）mm。由图表2可得，对于M5、M10、M15、M20四种强度等级砂浆，石粉含量为0时，砂浆用水量最低，之后随着石粉含量的增加，砂浆的标准稠度用水量不断提高，说明石粉具有较明显的吸水效应。且在拌制过程中发现，使用不掺石粉的机制砂配制砂浆时，易出现明显的泌水现象，而掺用5%、10%、15%、20%和25%的石粉时，砂浆泌水现象逐渐减弱；当石粉含量在适宜范围内时，甚至表现出较好的和易性。

2.2.石粉含量对砂浆保水性的影响

由图3可得，随着机制砂石粉含量提高，砂浆保水率逐级递增。当石粉含量小于20%时，砂浆保水率的上升幅度较大，相较于粒径大于75μm的砂粒，石粉粒径小、比表面积大，能吸附较多的水。且高强度等级机制砂砂浆的保水率普遍高于低强度等级机制砂砂浆，这是由于砂浆强度等级越高，其水化体系中的毛细孔越少，能较好减少水分流失。总体上看，不论机制砂中是否掺有石粉，砂浆的保水性均满足JG/T230-2007《预拌砂浆》中不小于88%的规定。

图2 石粉含量对砂浆标准稠度用水量的影响 图3石粉含量对砂浆保水性的影响

2.3.石粉含量对砂浆抗压强度的影响

由图4可得，四种强度等级机砂浆的抗压强度均随着石粉含量的提高呈现先增后降的趋势。M5砂浆在石粉含量为5%时抗压强度达到最大值，M10砂浆在石粉含量为10%时抗压强度达到最大值，M15和M20砂浆在石粉含量为15%时抗压强度达到最大值，说明砂浆强度等级的不同，石粉的最适宜含量也有差异。适宜的石粉含量有利于提高砂浆的力学性能。

图4 石粉含量对砂浆7d及28d抗压强度的影响

2.4.石粉含量对砂浆抗折强度的影响

由图5可得，四种强度等级砂浆7d及28d抗折强度随石粉含量的变化整体上呈现先升后降的趋势。其中，M5砂浆在石粉含量为10%时抗折强度达到最大值，M10和M15砂浆在石粉含量为5%时达到最大值，M20砂浆随石粉含量的增加变化并不显著。M5砂浆由于胶砂比较小，水灰比较大，内部骨料间隙及凝胶孔较多，适量的石粉可较大程度地填充砂浆孔隙，促进砂浆体系密实性的提高，因此在宏观上表现为石粉含量为10%时，机制砂砂浆抗折强度达到最优值。M10、M15、M20机制砂砂浆的胶砂比较大，砂浆内部孔隙率相较于M5砂浆明显降低，其抗折强度达到最大值时的石粉含量低于M5机制砂砂浆，这进一步说明石粉对低强度等级机制砂砂浆的填充效应更为显著。

图表5 石粉含量对砂浆7d及28d抗折强度的影响

3.结论

1）随着石粉含量的提高，砂浆标准稠度用水量不断增加，适宜石粉含量可有效改善机制砂砂浆的泌水问题。2）适宜石粉含量可提高机制砂砂浆保水率，高强度等级砂浆的保水率普遍大于低强度等级砂浆，不同石粉含量砂浆的保水率均不小于88%。3）适宜石粉含量有利于提高砂浆的抗压强度。对于抗压强度，M5砂浆的最适宜石粉含量为5%，M10砂浆的最适宜石粉含量为10%，M15和M20砂浆的最适宜石粉含量为15%。4）适宜石粉含量有利于提高砂浆的抗折强度。对于抗折强度，M5砂浆的最适宜石粉含量为10%，M10和M15砂浆的最适宜石粉含量为5%，M20砂浆抗折强度变化并不显著。

5结语

以机制砂石粉含量为变化因素，研究不同强度水泥砂浆的标准稠度用水量、保水率及力学性能随机制砂石粉含量提高的变化情况。结果表明，砂浆标准稠度用水量随石粉含量的提高而增加；适宜石粉含量可提高砂浆的保水率，不同石粉含量砂浆的保水率均高于88%；适宜石粉含量有利于提高砂浆的抗压强度和抗折强度，不同强度等级砂浆的最适宜石粉含量有一定差异。

参考文献

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