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机制砂湿拌砂浆的配合比研究及应用

时间:2018-01-18 18:20来源:www.e-lunwen.com 作者:lgg 点击:
本文是建筑工程论文,本文选出湿拌砂浆抹灰和砌筑的较优配合比,在较优的砂浆配合比条件下,研究Ⅱ区的机制砂其细度模数对湿拌砂浆物理性能和力学性能的影响。
第 1 章 绪论
 
1.1 研究背景
砂浆在建筑行业中用量较大,同现场搅拌的砂浆来讲,预拌砂浆具有污染小、噪音少、稳定性好等特点,因此在 2007 年[1]我国政府的相关部门颁发了禁现令,禁现令的实施限制了现场进行砂浆搅拌的施工,推动了我国预拌砂浆在建筑行业的快速发展。预拌砂浆分干混和湿拌两种。干混砂浆是将各种经过烘干的材料先按照合理的配合比进行混合,然后运到施工地点再进行加水搅拌的一种干粉混合物;湿拌砂浆所用的材料无需烘干,直接将所用拌制的原材料进行称量,加水搅拌,然后由搅拌车运送到施工场地,在开放时间内用完的一种拌合物。在我国干混砂浆已推广了很多年,而湿拌砂浆则多年来却缺少行业的关注,最近在技术上突破之后,近三年来其优越性已经让干混砂浆无法抗衡,在我国广州地区目前已经形成“干湿并存”的预拌砂浆发展模式[2]。据有关部门的数据统计显示 2015 年我国预拌砂浆的年产量约为 7091 万吨,干混砂浆所占比例较大,湿拌砂浆约占总量的 19%,14.9 万吨,约为 8.5m3。截至 2016 年 6 月,北京市 2016 年累计生产湿拌砂浆 8.5 万立方米,约 14.9 万 t。北京周边地区,已有部分混凝土搅拌站开始生产湿拌砂浆,如天津金隅混凝土公司 2016 年约生产了 12 万 m3湿拌砂浆,石家庄旭成混凝土公司 2016 年约生产了 3.5 万 m3湿拌砂浆。通过对干混和湿拌两种砂浆进行对比发现湿拌砂浆具有以下优点:(1)生产设备方面 湿拌砂浆无需再购买生产设备[3],只需要在原有的商品混凝土搅拌站进行稍微的改造;而干混砂浆需要专门的生产设备,并且生产设备和技术都需要从国外引进,资金投入较大。(2)原材料方面 湿拌砂浆对砂子等原料的含水率没有太多的要求,混凝土搅拌站所用的材料除大粒径骨料不可用之外,其他原材料都可以生产应用;而干混砂浆对原材料的含水率有较高的要求,对于含水率高的砂子,称量前一般需要对砂子进行烘干处理,到施工拌合时还需要加水,这无形中增加了生产成本,造成了能源的浪费,并且干混砂浆在外加剂选择上只能采用粉料,湿拌砂浆既可以选择粉体也可以用液体。(3)运输工具方面 湿拌砂浆可以用混凝土搅拌站自有的混凝土搅拌车运送,在运输过程中不易出现离析、泌水现象;而散装的干混砂浆一般会用专门的气罐车或者是普通的货车进行运送,在运输过程中易出现砂子和粉料分离的现象。
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1.2 国内外的研究现状
湿拌砂浆最早起源于 19 世纪的欧洲国家奥地利[8],1950 年后,由于第二次世界大战的爆发,湿拌砂浆在欧洲得到了快速的发展和应用。同期欧洲的有关政府部门为了促进建筑砂浆的快速发展,提出了一系列对建筑行业有利的政策措施,进一步推动了湿拌砂浆在西方发达国家的广泛应用。到目前为止,许多西方国家对湿拌砂浆的应用技术都比较熟练。此外,湿拌砂浆最近在亚洲地区也开始推广使用,像日本、韩国[9]等国家推广应用湿拌砂浆都取得了很好的效果。Wittaman [10]研究了水胶比对砂浆收缩的影响,发现当水胶比在 0.5 左右时, 水泥基材料的塑性收缩应力最大,最易出现裂缝。原因是随着水胶比的增大,砂浆越密实,其塑性抗拉强度减小,容易出现塑性收缩裂缝;此外水量的增多又可以使可蒸发的水量也增多,从而缓降低了砂浆的塑性收缩应力, 减小了砂浆的塑性收缩开裂。Se Jin Choi 等人[11]研究了粉煤灰细度和水泥的替代率和细度对砂浆性能的影响。研究发现用粉煤灰替代水泥,会使砂浆反应中灰浆的最大温度降低,而细度对最大上升温度无影响。当用粉煤灰替代15%的水泥时,砂浆最大温度降低的最多。粉煤灰的细度越细,越有利于砂浆抗压强度的提高。J.Pourchez 等人[12-13]发现纤维素醚的作用效果受温度和 PH 值的影响。大多数纤维素醚的水溶液温度在凝胶点以下时,溶液温度越低,其粘度越高,保水性和粘接性越好。一些品种不存在凝胶点,羧甲基纤维素醚和羟乙基纤维素醚在冷水和热水中都溶解。当 pH 值在 3~11 的范围内,纤维素醚由于其非离子特性,其粘度随 pH 值的变化波动不大,当在强酸或强碱中,纤维素醚容易脱水而导致其粘度下降。J Chai[14-15]等人研究了细砂粒的填充作用对砂浆抗压强度的影响,研究发现随着河砂细度的增加,砂子对砂浆的填充作用较好,抗压强度也增加。 国外对机制砂的研究比较早,其对石粉的掺量值具体见表 1.1[16]。从图中可以看到澳大利亚国家已将石粉的掺量放宽到 25%,欧盟国家石粉的掺量限值也大于 20%。Koehler[17]等学者通过激光粒度分析法发现不同石粉的粒径跨度和中位径都存在较大的差异。Cnanasaravanan[18]等人用傅里叶红外光谱分析法测定不同品种的机制砂和天然砂的矿物组成,实验发现砂主要的矿物组成是石英,且随着粒度的分离,机制砂和天然砂的矿物组成都会增加。
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第 2 章 试验原料、设备及试验方法
 
2.1 试验原材料
试验所用砂为北京金隅平谷制砂厂生产的机制砂,按照粒径所占百分比最大分为 4种,分别命名为 M1、M2、M3 和 M4,M1 中 2.36mm~4.75mm 粒径区间的砂子最多,M2 中 1.18mm~2.36mm 中粒径区间的砂子最多,M3 中 0.6mm~1.18mm 中粒径区间的砂子最多,M4 中主要是粒径 0.6mm 以下的砂子较多,其颗粒级配见表 2.2。试验中所用粉煤灰为北京电力粉煤灰公司生产的Ⅱ级粉煤灰,微观形貌见图 2.1,采用 XRF 荧光分析图谱得到粉煤灰的化学组分见表 2.3,其性能参数见表 2.4。
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2.2 试验方法
试验环境:温度 20±3℃,相对湿度 60%~70%。砂浆的稠度、湿容重、保水率、凝结时间、14 天粘接强度、7 天抗压强度和 28 天抗压强度的检测方法都根据 JGJ70-2009《建筑砂浆基本性能的试验方法》操作。砂子细度模数的测定方法参照《建筑用砂》(GB/T14684-2001)中的方法先进行筛分然后计算。
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第 3 章 机制砂湿拌砂浆中粉煤灰及外加剂用量的试验研究.....14
3.1 机制砂湿拌抹灰砂浆中的最佳用量 ........... 14
3.2 机制砂湿拌砂浆砌筑砂浆中的最佳用量 ................ 20
3.2.1 试验方案........ 20
3.2.2 试验结果与分析 ......... 21
3.3 萘系减水剂和葡萄糖酸钠的作用机理分析 ........... 24
3.4 本章小结............... 25
第 4 章 机制砂湿拌砂浆中机制砂有关参数的研究........27
4.1 细度模数对机制砂湿拌砂浆性能的影响 ............... 27
4.1.1 试验方案........ 27
4.1.2 试验结果与分析 ......... 28
4.2 细度模数相同,颗粒级配不同对湿拌砂浆性能的影响 .... 31
4.2.1 试验方案...... 31
4.2.2 试验结果与分析 ......... 32
4.3 本章小结............... 35
第 5 章 机制砂石粉对湿拌砂浆性能的影响.......37
5.1 实验方案............... 37
5.2 试验结果与分析................ 37
5.3 本章小结............... 43
 
第 5 章 机制砂石粉对湿拌砂浆性能的影响
 
机制砂在生产过程中除了会生产一些大粒径的颗粒外也会伴随着一些粉状颗粒如石粉[58]。起初人们对石粉的研究不够,觉得将石粉掺到砂浆或者混凝土中对砂浆和混凝土的性能有不良的影响,结果导致人们在使用机制砂时进行除粉,结果导致机制砂石粉到处大量堆积,不仅是对资源的浪费而且还会对环境造成一定的污染。我国标准要求生产的机制砂所携石粉含量较低,这对许多制砂企业提高了生产难度。在一些研究中学者们发现少量的石粉在机制砂中可以起到填充的作用,使砂浆或者混凝土的孔隙率降低,提高他们的抗离子渗透性。此外,机制砂石粉还具有吸水效应、形态效应和微晶核效应[59],对改善砂浆中的一些性能有良好的作用。因此, 如果能够合理地利用机制砂中的石粉,不仅有助于建筑材料性能的改善,而且还能够解决资源短缺的问题。学者们对机制砂石粉的研究较多的是作为集料替代机制砂或者是作为惰性材料替代水泥。在实际生产中,用适量石粉替代粉煤灰,可以有助于缓解粉煤灰资源紧缺的情况。本章研究的机制砂生产中产生的粒径<0.075 mm 的石粉内掺取代等量的粉煤灰,研究其对湿拌砂浆的和易性、强度、凝结时间等性能的影响。
 
5.1 实验方案
本试验所用机制砂细度模数为 2.4,W(胶凝材料):W(砂)=1:4,羟丙基甲基纤维素醚的掺量占胶砂总量的 0.4‰,萘系减水剂的掺量占胶砂总量的 0.2‰,有机糖类缓凝剂占胶砂总量的 0.3‰。石粉的掺量从 0 以占粉煤灰质量的 20%的量递增。测定其对机制砂湿拌砂浆物理性能和力学性能的影响。其砂浆配合比见表 5.1。从图 5.1 中可以看出在随着石粉掺量的增加,稠度为(95±3)mm 和稠度为(75±3)mm 砂浆的用水量逐渐减小。稠度为(95±3)mm 的砂浆,当石粉掺量为 20%时,其用水量为 389.2g,当石粉掺量为 100%时,其用水量为 374.4g,降低了 3.8%。稠度为(75±3)mm 的砂浆,当石粉掺量为 20%时,其用水量为 367.8g,当石粉掺量为为 100%时,其用水量为 361.2g,降低了 1.8%。掺入石粉后砂浆的用水量都比没有石粉掺入时的用水量少,从数据可以看出石粉具有一定的减水效果。这是因为石粉为球状粒子,表面比较光滑,由于其形态效应,可以起到分散剂作用,使用水量减少。从图中我们还可以看出当石粉替代粉煤灰的量相同时,稠度为(95±3)mm 的砂浆用水量比稠度为(75±3)mm 的砂浆用水量多。当石粉掺量为 20%时,稠度由(75±3)mm 增大到(95±3)mm 需水量由 368g 增加到 405g,增长了 10%,当石粉掺量为 100%时,稠度由(75±3)mm 增大到(95±3)mm 需水量由 361.2g 增长到 374.4g,增长了 3%。这是因为当石粉掺量相同时,砂浆稠度越大,表面需要填充和润滑的水量也大,所以需水量增大,石粉掺量越大,其形态作用的量也多,减水越多,当稠度增加时,用水量增量减少。从图中还可以看出石粉全部替代粉煤灰时,稠度为(95±3)mm 的砂浆用水量由 405g 减到374.4g,降低了 7.6%,稠度为(75±3)mm 的砂浆用水量由 368g 减少到 361.2g,降低了1.8%,变化量较小。
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结论
 
(1)粉煤灰掺量的增加,湿拌抹灰砂浆的用水量增大,保水率减小,当粉煤灰掺量为 60%时砂浆的湿容重最大,粉煤灰掺量为 80%时,凝结时间可达 15.58h,2h 稠度损失率只有 4.3%。粉煤灰对 7 天和 28 天抗压强度值的作用较大,7d 抗压强度最小值比最大值低 69%;28 天抗压强度最小值比最大值低 63%。粉煤灰掺量由 20%增加到 80%,湿拌砂浆的 14d 粘接强度降低了 47.7%。
(2)HPMC4 万在湿拌抹灰砂浆中对用水量、湿容重、凝结时间和 14d 粘接强度的影响相对较小,随着掺量由 0.1‰到 0.4‰,保水率增大了 12%。HPMC4 万会降低砂浆的抗压强度,HPMC4 万掺量为 0.1‰比掺量为 0.4‰的抹灰砂浆 7d 抗压强度平均值低43.6%,28d 抗压强度值低 27.3%,
(3)KS-2 由于受葡萄糖酸钠竞争吸附的作用,在砂浆中减水效果不明显。当掺量为 0.2‰时,2h 稠度损失率最小。葡萄糖酸钠由于吸附力较强,当掺量为 0.3‰时,砂浆的用水量最少。葡萄糖酸钠掺量的增加会使砂浆的凝结时间越长,当葡萄糖酸钠掺量为0.4‰,砂浆的凝结时间最长 22.83h,稠度损失率为 17.7%。对强度的影响较小。
(4)湿拌砌筑砂浆的用水量和其他性能的随掺量变化的规律基本同湿拌抹灰砂浆相似。
(5)Ⅱ区的机制砂随着细度模数的增加,会使湿拌砂浆的用水量整体上呈减小的趋势,当细度模数小于 2.5 或者 2.6 时,砂浆用水量和细度模数呈线性关系,细度模数 2.5和 2.6 的砂浆用水量几乎相同。随着细度模数的增加,湿容重、28 天抗压强度整体上呈增大的趋势, 2h 稠度损失率先减小后增大,湿拌抹灰砂浆 2h 的稠度损失率为 9.8%,湿拌砌筑砂浆的稠度损失率为 5.6%。细度模数相同时,湿拌抹灰砂浆比湿拌砌筑砂浆的用水量多,2h 稠度损失率越大,保水性差,28 天抗压强度小。
(6)固定机制砂的细度模数为 2.4,颗粒级配曲线越靠近Ⅱ区下限曲线的砂浆其用水量越多。0.6mm 以上的砂浆中砂子的含量越多,其湿容重越大,颗粒级配对保水率影响较少,1.18mm 以上砂子含量在砂子中的比例与砂浆 28 天抗压强度值成正相关。对于颗粒级配相同的砂浆,强度等级高是砂浆用水量和 28 天抗压强度大于强度等级低的砂浆,湿容重和保水率都比强度等级低的小。
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参考文献(略)
 
(责任编辑:工程论文)
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