矿物掺合料对预拌砂浆性能的影响研究

段瑞斌 顾建文 王洪飞

预拌砂浆又称湿拌砂浆，是指在专业生产厂家将水泥、细集料、外加剂和水以及根据性能要求确定的各种组分，按一定比例在搅拌站经计量、拌制后，采用搅拌运输车运至使用地点，放入专用容器储存，并在规定时间内使用完毕的湿拌拌合物［1］，具有和易性好、质量稳定、施工速度快、环保等优点，适用于砌筑、抹灰、地面等各类砂浆，是商品砂浆的主要形式，有着很大的市场潜力。

以工业废渣为主的矿物掺合料掺入砂浆中，不仅可以节约能源和资源，减轻环境负荷，更重要的是它们能起到降低水化热、提高耐硫酸盐侵蚀能力、抑制碱—集料反应、改善耐久性等作用，满足绿色建材的发展方向和要求。

1 试验

1.1 原材料

1)水泥：采用重庆市小南海水泥厂生产的南海牌42.5级普通硅酸盐水泥，其性能指标见表1。2)集料：人工砂与天然砂按一定比例混合，粒径小于2.5 mm，细度模数为2.2。3)粉煤灰：重庆珞璜电厂生产的Ⅱ级粉煤灰，其基本性能指标见表2。4)矿渣：重庆拉法基水泥厂生产的S95级矿渣粉，比表面积为470 m2/kg;活性指标：7 d为80%，28 d为97%。5)水：自来水。

表1 水泥的基本性能

表2 粉煤灰的基本性能 %

1.2 测试方法

工作性能按JGJ/T 70-2009建筑砂浆基本性能试验方法标准进行测试。

1.3 试验配合比

试验中选取粉煤灰和矿渣作为掺合料部分替代水泥，采用单掺和双掺两种方式，在对预拌砂浆砂混合比、灰集比和水胶比大量试验研究的基础上，选取如表3所示的配合比作为试验基准配合比。

表3 预拌砂浆基准配合比 kg/m3

2 试验结果及分析

2.1 粉煤灰对预拌砂浆工作性的影响

以粉煤灰部分替代水泥，选取0%～60%之间的九个掺量进行试验，对砂浆的初始稠度和30 min，60 min的稠度进行测试，结果如图1所示。

从图1中可以看出，单掺粉煤灰的砂浆初始稠度值和30 min，60 min稠度值的走势曲线基本一致，与净水泥浆稠度值相比均有增大。粉煤灰替代水泥量在20%以下时，砂浆初始稠度无明显变化。当掺量超过20%时，砂浆稠度增大较快，掺量在25%，30%，40%时，初始稠度值分别增大了3.3%，6.7%，13.3%;30 min稠度值分别增大了9.8%，12.2%，20.7%;60 min稠度值分别增大了10.5%，14.5%，22.4%。可以看出，在这一掺量范围内，粉煤灰显著增大了砂浆初始稠度，且明显改善了砂浆稠度经时损失，可以说增大了砂浆流动性，并改善了砂浆保持工作性的能力。当粉煤灰掺量大于40%时，砂浆稠度趋于稳定，对工作性改善作用与40%的相比无明显提高。

粉煤灰颗粒多呈球形，粒径细小，表面较光滑，这种球形小颗粒通称微珠，能产生“粉煤灰形态效应”，掺入砂浆后能够起到类似滚珠轴承的作用，另外粒子表面因吸附而出现的双电层结构加强了润滑作用;光滑球形粒子在砂浆中起到润滑、滚珠作用，可改善混凝土的和易性，减少用水量，改善拌合物浆体的流变性。

2.2 矿渣对预拌砂浆工作性的影响

试验同样选取了0%～60%之间的九个掺量以矿渣部分替代水泥对砂浆的初始稠度和30 min，60 min的稠度进行测试，结果如图2所示。

从试验结果中可以看出矿渣替代水泥量在25%以下时，砂浆稠度稳中有降，0%，10%，15%三种掺量的砂浆稠度随掺量的增加而降低，15%时达到最低;当掺量为15%，20%，25%时，砂浆的稠度随掺量的增加而升高，25%时达到最大。掺量大于25%时，稠度均比未掺加矿渣的大，但不是连续增大，如掺量30%，50%时的砂浆稠度就小于25%。这是由于矿渣形状不规则，属于多角形状，不具备粉煤灰的滚珠效应，所以当掺量过高时，会使砂浆的流动度下降，同时引起砂浆较为严重的泌水现象。由于颗粒形态原因，掺加矿渣的砂浆在流动性和保水性方面较掺加粉煤灰的性能要差的多。

2.3 双掺粉煤灰和矿渣对预拌砂浆工作性的影响

试验选取粉煤灰和矿渣以30%，50%双掺替代水泥，然后在替代量中调节粉煤灰和矿渣的比例。从图1～图3可以看出，当单掺粉煤灰和矿渣以30%替代时的初始稠度分别是96 mm和90 mm，而粉煤灰和矿渣双掺时的稠度在82 mm～94 mm之间变化，且随着粉煤灰掺量的增加而不断增大。当单掺粉煤灰和矿渣以50%替代时，初始稠度分别是100 mm和93 mm，而粉煤灰和矿渣双掺时砂浆稠度在92 mm～100 mm之间变化，同样是随着粉煤灰掺量的增加砂浆的稠度稳中有升。

粉煤灰和矿渣混合双掺能改善水泥砂浆的流变性能，其作用机理主要是形态效应和填充分散作用［2］。矿物掺合料填充在水泥粒子之间，由于其表面光滑，降低了粒子之间的摩擦。玻璃态材料填充于水泥粒子之间，使水泥颗粒的絮凝结构和颗粒扩散使内部结构降低粘度，同时原来絮凝结构中的水被释放出来，使浆液进一步稀化。另外，玻璃态混合材料填充于水泥颗粒之间，使浆液的体积增大，因而显著增加了润滑作用，改善了流变性。矿渣粉球形度稍差于粉煤灰，但优于水泥颗粒，替代部分水泥掺入砂浆中，除了其形态效应外，早期与水反应较慢，可减少这部分水化反应水，而且矿渣粉颗粒填充于水泥颗粒之间，亦减少了颗粒空隙用水，因而可提高拌和物的流动性。由于矿渣表面致密光滑，不容易吸附水分子，在浆体中容易产生光滑的滑动面，从而改善其流动性，但易引起泌水增加;而粉煤灰则不易引起泌水，因而两种材料复合能使泌水、离析现象得到改善，使性能上的优势互补。

3 结语

1)粉煤灰单掺0%～60%的情况下，随着掺量的增大，砂浆稠度逐渐增大，保持工作性能力有所增强。2)矿渣单掺0%～60%情况下，随掺量增大，稠度有所增大，但幅度比同掺量的粉煤灰小，保持工作性能力亦有所增强，但掺量大时出现泌水情况。3)粉煤灰和矿渣复掺，可以改善砂浆的流变性能，改善泌水离析现象;同时还具有复合增强效果，使两种矿物掺合料性能上的优势得以互补。

［1］ JG/T 230-2007，中华人民共和国建筑工业行业标准［S］.

［2］ 王 冲，蒲心诚.超细矿物掺合料对新拌混凝土的增塑减水机理分析［J］.混凝土，2001(8)：51-54.

［3］ 杨华全，覃理利.掺矿渣微粉和粉煤灰的水泥胶砂性能试验研究［J］.长江科学院院报，2001(7)：21-24.