高吸附性机制砂石粉在预拌砂浆中的应用研究

宋少民，杨俊

（北京建筑大学 建筑结构与环境修复功能材料北京市重点实验室，北京 100044）

0 引言

目前，硅质石粉在混凝土中的应用主要集中在矿物掺合料方面的研究。权刘权和李东旭[1]的研究表明，砂浆中掺入纤维可以有效控制砂浆的收缩性；林可和胡红梅[2]发现，有些硅质石粉作为掺合料用于混凝土中，能够有效改善混凝土拌合物和易性；李杨[3]的研究结果显示，石粉含量是影响混凝土强度的重要因素，石粉含量增加，导致用水量增加，从而降低混凝土强度。国内对硅质石粉的研究主要集中在混凝土方面，且研究的重点是作为混凝土矿物掺合料的单掺及复掺[4]的影响。但是硅质机制砂石粉不都是需水行为良好，例如片麻岩、凝灰岩和部分花岗岩机制砂石粉，吸附性很高，MB值较高。本文研究的片麻岩机制砂石粉由于吸附性较高，在混凝土中的应用效果相对较差。但较高的吸附性可能对砂浆和易性有利，目前此领域的研究相对较少，因此，本文采用石粉替代粉煤灰，替代率分别为0、20%、40%、60%、80%、100%，研究高吸附性石粉在预拌砂浆中应用的合理掺量及对砂浆性能的影响，以便确定实际工程应用的最佳配合比和石粉取代粉煤灰的合理掺量。

1 试验

1.1 原材料

（1）水泥：北京金隅 P·O42.5水泥，细度（80 μm 筛筛余）0.3%，安定性（沸煮法）合格，主要性能指标见表1。

表1 水泥的主要性能指标

（2）粉煤灰：金泰成建材公司Ⅰ级粉煤灰，密度2.6 g/cm3，比表面积351 m2/kg，需水量比94%，烧失量2.2%。

（3）石粉：瑞德保尔机制砂中粒径小于75 μm的粉体，其主要性能指标见表2，主要化学成分见表3。

表2 石粉的主要性能指标

表3 石粉的主要化学成分 %

（4）机制砂：瑞德宝尔机制砂，细度模数2.81，石粉含量16%。

（5）减水剂：西卡公司保坍型聚羧酸减水剂，减水率33%，固含量45%。

（6）纤维素醚：河南天盛，黏度 100000 mPa·s。（7）改性剂：叉磷酸和氯化铵溶液。

（8）葡萄糖酸钠溶液：山东西王，浓度6%。

1.2 砂浆配合比

M5、M7.5、M10砂浆的基础配合比见表4，在基准配合比基础上，石粉分别按0、20%、40%、60%、80%、100%的替代率替代粉煤灰，研究其对预拌砂浆性能的影响，确定其合理掺量。

表4 M5、M7.5、M10砂浆的基础配合比

2 结果与分析

2.1 硅质石粉对预拌砂浆工作性的影响

石粉替代率对预拌砂浆稠度及2 h稠度损失率的影响分别如图1、图2所示。

由图1可知，对于M5、M7.5和M10砂浆，在不同石粉替代率下，砂浆的稠度都保持在70～90 mm，符合GB/T 25181—2010《预拌砂浆》的要求。随着石粉掺量的增加，不同强度等级的砂浆稠度均呈现下降趋势，这是由于石粉的存在增加了固体颗粒的比表面积，使需水量增大而引起。

图1 石粉替代率对砂浆稠度的影响

图2 石粉替代率对砂浆2 h稠度损失率的影响

由图2可知，对于M5和M10砂浆，在石粉替代率为0～60%时，随着石粉替代率的增加，2 h稠度呈下降趋势。对于M7.5砂浆，石粉替代率为0～20%时，随着石粉掺量的增加，2 h稠度损失率呈上升趋势；石粉替代率为20%～60%时，随着石粉掺量的增加，2 h稠度损失率呈下降趋势；随着石粉替代率从60%继续增加至100%，各强度等级砂浆2 h稠度损失率均呈上升趋势。由于石粉增加了水泥浆体的含量，参与水化的水分较多，稠度损失有所提高。当掺量持续增大时，石粉可以起到微滚珠的作用，减少了机制砂颗粒间的摩擦力。但当石粉掺量达到一定数量时，吸附性较大，从而使砂浆稠度损失较大。对于各强度等级砂浆，在石粉替代率为0～80%时，砂浆的2 h稠度损失率均小于30%，符合GB/T 25181—2010的要求。

2.2 硅质石粉对预拌砂浆抗压强度的影响（见图3）

由图3可知，各强度等级砂浆28 d抗压强度明显高于7 d的抗压强度。对于M5砂浆，石粉替代率在60%以下时，随替代率的增加，砂浆的7 d抗压强度逐渐提高；当替代率继续增大时，7 d抗压强度呈下降趋势；28 d抗压强度随着石粉替代率的增加快速发展，之后趋于稳定。对于M7.5砂浆，石粉替代率在40%以下时，随替代率的增加，砂浆的7 d抗压强度逐渐提高，当替代率继续增大时，7 d抗压强度呈下降趋势；28 d抗压强度随着石粉替代率的增加快速发展，之后趋于稳定。对于M10砂浆，石粉替代率对7 d强度总体影响不大；28 d抗压强度随着石粉替代率的增加呈先提高后降低趋势，替代率为60%时，抗压强度达到最大值。综合分析可知，石粉替代率小于60%，其微集料的填充作用增强了砂浆的密实性，因而强度较高。但当石粉替代率大于60%时，水泥和石粉所组成的粉体量比较多，在用水量一定时，需水量较多，砂浆和易性降低，难以振捣密实，因而强度降低。

图3 石粉替代率对砂浆抗压强度的影响

2.3 硅质石粉对预拌砂浆收缩性能的影响（见表5）

表5 石粉替代率对砂浆不同龄期收缩值的影响

由表5可知，掺加石粉的砂浆其早期收缩值要小于不掺加石粉的砂浆，石粉替代率为60%时，后期收缩值也没有增大。总体来看，石粉替代粉煤灰的M5、M7.5和M10砂浆收缩并未大于未加掺石粉的收缩。原因可能是，石粉主要表现为惰性材料，在砂浆中起到填充效应[5－6]，可以填充并细化砂浆内的孔隙，尤其是将连通外部环境的有害孔改善为间断、非连通的少害或无害小细孔，从而切断了砂浆孔隙内自由水分的蒸发散失通道，起到了减小砂浆收缩的作用。

3 结论

（1）高吸附性机制砂石粉作为掺合料替代粉煤灰应用于建筑砂浆，可以满足预拌砂浆和易性要求，改善保水性。对于M5、M7.5和M10砂浆，在石粉替代率为0～100%时，砂浆的稠度均保持在70～90 mm，符合GB/T 25181—2010的要求；在石粉替代率为0～80%时，砂浆的2 h稠度损失率均小于30%，符合GB/T 25181—2010的要求。

（2）预拌砂浆中用片麻岩机制砂石粉替代粉煤灰能够提高砂浆的抗压强度。

（3）片麻岩机制砂石粉替代部分粉煤灰能够减小砂浆的收缩。