谢汝朋,李秋义,曹瑜斌
(青岛理工大学土木工程学院土木工程学院,山东青岛266033)
摘 要:由于施工现场拌制砂浆的缺点及局限性越来越突出,干混砂浆在技术性能、社会效益等方面的优势得到越来越多人的认可。当利用再生砂制备干混砂浆时,人们普遍采用旧的规范和试验操作过程,导致再生砂制备的干混砂浆泌水现象严重,不能满足砂浆的保水率要求。针对再生砂本身粒径级配较差、内部裂缝较多的弱点,本试验通过改变保水增稠剂的用量、调整胶凝材料比例和改变细骨料粗细程度来研究再生砂所制备干混砂浆的保水性能。试验结果表明:增加保水剂的用量可以显著的提高砂浆保水率;固定水泥用量,通过增加粉煤灰的掺量在一定范围内可以较好的提高砂浆保水率,并且还可以减少砂浆的稠度损失;细度模数小的再生砂可以适当提高砂浆的保水率。
关键词:干混砌筑砂浆;保水率;粉煤灰掺量;保水剂;砂的细度模数
引言
长期以来,由于砂石骨料来源广泛,价格较低廉而被人们随意开采,导致资源枯竭,生态环境恶化,同时大量的建筑垃圾未经处理,只进行简单填埋和露天堆放造成了资源的浪费和环境的污染,因此生产和利用建筑垃圾再生骨料对节约资源、保护环境和实现建筑业的可持续发展具有重要意义[1-3]。随着我国经济建设的快速发展,环境压力越来越大,传统的砂浆现场拌制方式已经不适应社会发展的需要,必须要尽早结束这种落后的施工方式,发展预拌砂浆成为业内人士的共识[4]。
砂浆保水率是衡量砂浆保水性能的指标,保水性是指新拌砂浆各组成材料之间不易发生分离的能力,砌筑砂浆的保水性用保水率来表示。保水性好的砂浆在与基层接触时能保持大部分水分,提高与基层的粘结力以及自身的抗压强度[5]。通过简单破碎和筛分工艺制备的细骨料颗粒棱角多、表面粗糙、组分中含有破碎的岩石、硬化水泥石和部分天然砂,混凝土块在破碎过程中因损伤累积在内部造成大量微裂缝,导致再生骨料自身孔隙率大、吸水率大、堆积密度小、压碎指标高等不利性能。将再生砂应用于建筑砂浆中,其吸水量大的缺陷不能不提及,砂浆用水量大,其泌水现象就会严重,降低了砂浆的保水率,并且再生砂后期吸水能力强,会导致砂浆的2h稠度损失加大,砂浆更容易变干、变硬,不利于砂浆长时间的操作[6]。
在实际使用过程中,现场拌制砂浆虽然满足《预拌砂浆》(GB/T25181-2010)中干混砌筑砂浆保水率不低于88%的要求,但在与新型墙体材料一起使用时,容易出现开裂、空鼓等问题。这说明现行砂浆保水率的要求并未能完全满足现场施工的实际需要,因此考虑到实际工程应用,建议砂浆的保水率不低于90%[7]。
1试验原材料与方法
1.1试验材料
水泥:青岛水泥厂产山水P·O42.5级水泥;
粉煤灰:青岛某发电厂产Ⅱ级粉煤灰,粉煤灰性能指标见表1;
2.2 试验方法
(1)砂浆制备:参照《建筑砂浆基本性能试验方法标准》(JGJ 70-2009)中规定的方法进行,将干料放入砂浆搅拌锅中搅拌1min使其充分混合,然后加水搅拌,持续5min,在搅拌过程中根据砂浆的稠度来控制用水量,使稠度控制在70-80mm之间,砂浆搅拌如图1(b)所示。
(2)保水率试验:参照《建筑砂浆基本性能试验方法标准》JGJ 70-2009中的保水率试验方法进行,称量干燥试模质量m1和15片中速定性滤纸质量m2;将砂浆拌合物一次性装入试模,并用抹刀插捣数次,当填充砂浆略高于试模边缘时,用抹刀以45°夹角方向一次性将试模表面多余的砂浆刮去,然后在用抹刀以较平的角度在试模表面反方向将砂浆刮平;抹掉试模边的砂浆,称量试模与砂浆总质量m3;用孔径0.045mm的铁丝网覆盖在砂浆表面,再在铁丝网表面放15片滤纸,上部用不透水片覆盖,再以2kg的重物把上部不透水片压住;静止2min后移走重物及上部不透水片,取出滤纸,迅速称量滤纸质量m4;从砂浆的配比及加水量计算砂浆含水率α。
保水率计算公式:
2.3配合比设计
本文通过改变保水剂用量、粉煤灰掺量和砂的细度模数来研究砂浆的保水性能规律,试验中每m3砂浆需干料的质量按1700kg计量,三组试验中粉末状减水剂的掺量均占胶凝材料总量的0.5%,砂浆的稠度控制在70~80mm之间。
(1)调整保水增稠剂的掺量:保水剂可改善薄层结构,当掺量超过一定范围时对保水率的提升效果会减小,保水剂掺量的多少应重点考虑保水率提高效果及砂浆的黏稠度情况[8]。试验中选取砂胶比为5:1,保水增稠剂掺量分别占胶凝材料的0、0.1%、0.2%、0.3%、0.5%和1.0%,不同保水剂用量的配合比和试验结果见表3。
(2)增加胶凝材料的总量:固定水泥用量为243kg/m3,保水剂掺量占胶凝总量的0.3%。按照一定的比例掺加粉煤灰,每次增加的量为水泥用量的20%,不同胶凝材料用量的配合比和试验结果见表4。
(3)改变细骨料的细度模数:保水剂掺量占胶凝总量的0.3%,通过往细骨料中掺入一定比例的细砂和石粉,三组砂的细度模数分别为2.8、2.6、2.2,然后分析其在不同砂胶比下(3:1、4:1、5:1、6:1)的保水率变化规律,不同细度模数下的配合比和试验结果见表5。
2.1不同的因素改变对砂浆保水率的影响
由图2(a)可以看出,保水增稠剂用量的改变对砂浆保水率的影响十分显著,砂胶比为5:1时,未掺加保水剂的砂浆保水率仅为87%,保水剂掺量为0.3%时砂浆的保水率接近89%,而当保水剂掺量为1%时砂浆的保水率高达93%。保水剂为纤维素醚,他的甲氧基和羟丙氧基基团沿着纤维素分子链均匀分布,能提高羟基和醚键上的氧原子与水缔合形成氢键的能力,使游离水变成结合水,从而有效控制水分流失,起到保水的作用[9]。但随着保水剂掺量的增大,其对砂浆的保水作用将会接近极限,掺量继续增加,砂浆保水率的增大幅度也很小。由于保水剂的市场价格较高,采用较大的保水剂掺量不利于控制干混砌筑砂浆的成本;同时,保水剂用量的增加会提高砂浆的粘稠度,保水剂用量过高会使砂浆过于黏稠,容易粘刀,不利于砌筑砂浆的现场施工。因此,一般建议保水剂用量为胶凝材料的0.2%~0.3%。
图2(b)可以看出,固定水泥和减水剂的用量,随着粉煤灰用量的增加砂浆的保水率有较明显的提高,当粉煤灰用量接近水泥用量时,保水率提高幅度减缓。由于粉煤灰为无机类亲水粉体,粉煤灰颗粒能“裹附”部分水分,使砂浆中的水分更难流失,从而导致砂浆保水率提升[10]。胶凝材料用量的增加会改善砂浆的施工性能,并可以减小砂浆的2h稠度损失,不过粉煤灰用量超过一定范围时,对保水率的提高不明显,继续增加粉煤灰的用量会造成资源的浪费。
图2(c)可以看出,再生砂的细度模数也会对砂浆的保水率造成影响,在不同的砂胶比下,细骨料细度模数的降低可以提高砂浆的保水率,三组试验中砂的细度模数为2.2时制备砂浆的保水率最高。由于细度模数小的再生砂粒径更小,并且骨料中含有较多的石粉,石粉对水的吸附能力更强,会使砂浆的保水率有一定的提高。不过,随着骨料细度模数的减小,石粉的含量会增加,这样会导致砂浆的2h稠度损失变大,再生砂本身的吸水率较大,石粉含量过多会导致砂浆的2h稠度损失达不到规范要求。
2.2 不同的因素改变对砂浆强度的影响
由图3可以看出:保水剂用量的增加会导致砂浆的立方体抗压强度有一定的减小,不过减小幅度并不明显;水泥用量不变的前提下,随着粉煤灰用量的增加砂浆的强度有较大幅度的增加,后期趋于平缓;细度模数较低的细骨料会降低砂浆的强度。
分析其原因:保水剂的纤维素乳胶颗粒吸附在水泥颗粒表面,形成乳胶膜,减少了水泥的水化,从而降低了干混砌筑砂浆的抗压强度[9];粉煤灰用量的增加会增大胶凝材料的总量,必然会导致砂浆强度的提高;当砂的细度模数降低,会增大砂浆的用水量,降低水泥的水化作用,从而减小砂浆的强度。
3结论
利用再生砂制备干混砌筑砂浆时,为了最好的满足保水性能要求及经济效益,根据砂浆不同的强度等级建议使用配合比:砂胶比在3:1~4:1之间,粉煤灰用量占胶凝材料总量的35%~60%,减水剂掺量占胶凝材料的0.5%,保水增稠剂约为胶凝材料总量的0.3%,砂的细度模数控制在2.6~2.8之间,细骨料含粉量为1%~2%。以上配合比制备的砂浆同样可以满足2h稠度损失的要求。
(1)外加剂对砂浆的保水率影响较大,增加外加剂的掺量,保水率显著增大。
(2)水泥用量不变的情况下,随着粉煤灰用量的增加,砂浆的保水率不断增加。
(3)当细骨料的细度模数减小、含粉量增加时,可以适当提高砂浆的保水率。
参考文献:
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