砂粒径及减水剂对砂浆性能影响研究

何兆晶

（山东省建设发展研究院，山东 济南 250000）

商品砂浆起源于欧洲[1]，我国从20 世纪80 年代开始研究、引进商品砂浆技术[2]。在国内的众多研究中，主要都是通过掺入有机聚合物、高效减水剂、复合矿物微粉等来改善水泥砂浆性能。通常是选取不同的减水剂和调整不同的水灰比，通过胶砂强度试验确定这二两种因素对水泥砂浆力学性能的影响[3]。或是将不同粒径的砂，按照不同的质量百分比组合成不同级配的试用砂，研究砂的颗粒级配对水泥砂浆的流动性能和力学性能的影响。或是通过研究水胶比，粉煤灰掺量等因素对水泥砂浆影响。但砂的粗细程度及级配对砂浆强度的影响研究较少。本文研究砂粒径及减水剂对砂浆性能影响，探讨分析作用机理，找出减水剂对不同粒径砂浆的影响规律。

1 试验

1.1 试验材料

标准砂：厦门艾思欧标准砂有限公司；水泥：42.5 普通硅酸盐水泥：山水集团；粉煤灰：山东聊城某电厂；聚羧酸减水剂：济南拓达建材有限公司；萘系减水剂：济南海森特化工有限公司；水：自来水。

1.2 试验仪器及设备

JJ-5 水泥砂浆搅拌机；IMYH-40 恒温恒湿养护箱；电子天平；微机控制电子式万能试验机；40mm×40mm×160mm三联钢模；方孔套筛；烧杯、量筒、钢尺、抹刀等

2 结果与讨论

2.1 砂技术指标测定

1） 粒径对空隙率的影响规律,砂子是不规则球体，砂子的空隙率与其粒径有很大关系，通过对其表观密度、堆积密度的测定和空隙率的计算，所得数据如下。

从表1 可以看出，级配较差的砂的空隙率比级配较好的标准砂的空隙率大，空隙率随着粒径的增大而逐渐减小。砂粒越小，总的空隙率越大。对于级配好的标准砂来说，粗砂形成骨架，中砂填充粗砂孔隙，细砂填充更小孔隙，填充更加密实空隙率较低[4]。

表1 各粒径空隙率

表2 砂的平均粒径和比表面积

2） 比表面积与空隙率的关系

由表2 可看出，砂的空隙率和比表面积与粒径有关，粒径越小，空隙率越大，比表面积越大空隙率、比表面积随粒径的增大而增大，对于粒径比较小的砂，空隙率可达47.22%，比表面积可达9534.12mm2/g。

2.2 减水剂的饱和点和经时损失测定

由于不同品种，不同批次的水泥的物理性能和化学特性不同，减水剂的掺量也不一样，掺量太少，会影响混凝土的强度以及凝结时间，掺量大了会增加成本，并引起混凝土的不良反应。测定减水剂的饱和点，可保证在节约成本的前提下，达到砂浆施工时的最佳要求。

空白样、添加聚羧酸、萘系减水剂砂浆水胶比随粒径变化情况如图1。

图1 水胶比随粒径变化曲线

从图1 可看出，添加聚羧酸减水剂的水泥净浆经时损失很小，是因为聚羧酸减水剂是含聚乙二醇支链（PEG） 的丙烯酸型共聚物，含有羧基和磺酸基等基团，它的梳型结构对水泥颗粒有良好分散能力。减水剂加入, 阴离子聚羧基、磺酸基会吸附水泥颗粒， 聚合物主链吸附在水泥颗粒表面，相当于使水泥颗粒形成了致密的核，发挥一定的静电斥力，外层PEG 支链与支链之间、PEG 支链与水分子之间将形成氢键，通过这种方式形成聚集体，PEG 支链与水分子之间通过氢键作用形成一定厚度的水化层，它的空间位阻作用可有效地延缓水化反应，表现为水泥净浆的流动度经时损失小[5]。添加萘系减水剂的水泥净浆的流动度随时间增加而呈降低，水泥净浆经时损失大，主要是萘系减水剂属于线型聚合物分子，只含有一种亲水基团（-SO3H），容易被水化产物所覆盖，主要依靠静电斥力使水泥颗粒分散。综合比较，聚羧酸减水剂的减水效果要更好一些。

分级砂的水胶比与粒径有很大关系，水胶比随粒径的减小先减小后增大，这主要是由于粒径越小，比表面积越大，砂浆配制时需要的水泥更多，在水泥用量一定的前提下，则需要添加更多的水来包裹，导致水胶比较大。

2.3 添加聚羧酸减水剂的不同粒径砂浆的强度

从图2、图3 中可以看出添加聚羧酸减水剂后，0.3～0.6mm 的砂浆与0.6～1.18mm 的砂浆强度相差不大，但都比标准砂的强度低，与其他粒径砂浆强度相比，0.3～0.6mm 的砂浆的强度明显提高，砂浆的强度随着粒径的增大逐渐提高。添加了聚羧酸减水剂，明显降低了0.3～0.6mm 砂浆的水胶比，使其强度明显增加。

图2 各粒径砂+聚羧酸减水剂抗压强度

图3 各粒径砂+聚羧酸减水剂抗折强度

3 结语

本文以砂和减水剂为研究对象，探索砂和减水剂对砂浆性能的影响。研究萘系、聚羧酸高效减水剂与水泥的适应性问题，测定出在水泥中应用的饱和点；研究了砂的空隙率、比表面积、粒径与水灰比、砂浆强度等性能的关系，通过试验可以得出以下结论：

1） 分级砂的空隙率与粒径有关，空隙率随粒径的减小而增大，空隙率最大达到47.22%。分级砂的水胶比与粒径有关，随粒径的减小呈现先减小后增大的趋势，以0.6mm～1.18mm 的砂浆水胶比最低。

2） 不同的减水剂经时损失不同，聚羧酸减水剂经时损失小，萘系减水剂经时损失较大，对砂浆性能影响不同。聚羧酸减水剂明显提高了砂浆抗压强度，粒径为0.6mm～1.18mm 的砂浆28 天抗压强度可达11.523MPa。