干拌砂浆物理力学性能研究与应用

时间：2024-06-19

谢秋柏，姜皓，杨军

（1.长春工程学院土木工程学院；2.后勤处，长春 130012）

0 引言

干拌砂浆，是指由专门的厂家生产的一种新型建筑砂浆品种，它是由细骨料砂子，胶凝材料（水泥、石膏、石灰等），在加以掺合料和化学添加剂经计算机计量控制，经干燥、计量混合物后袋装或散装至施工现场，加水直接使用的砂浆产品。干拌砂浆替代现场拌制的传统砂浆，就像商品混凝土一样得到推广和应用。在国外，干拌砂浆在20世纪50年代末就大量地应用。在欧洲，如德国早已将干拌砂浆作为砂浆类建筑材料，全国有75个干拌砂浆工厂。国外干拌砂浆生产年产量一般都在2千万t左右，在欧洲，大约有85%的建筑砂浆属于干拌砂浆。

1 干拌砂浆在国内发展状况及课题的提出

干拌砂浆在我国发展的历史不长，才近20年，但随着建筑业突飞猛进的发展，建筑科技的进步，干拌砂浆有利环境保护，减少污染，提高建筑质量，受到建筑施工企业的青睐，国内各个大城市已相继出台一些政策，大力推广干拌砂浆的使用。如今干拌砂浆厂也在一些城市，如北京、上海、广州等周边地区建立，多达300余家，产量在上百万吨以上。我省及长春市也下发很多文件，禁止在现场搅拌混凝土及砂浆。一些小型的干拌砂浆企业也应运而生，但这些干拌砂浆厂只生产特种砂浆、黏贴苯板、保温砂浆等。建筑业所用的干拌砌筑砂浆很少有人生产，甚至根本无人问津，究其原因是成本较高，现场搅拌的砂浆较干拌的砌筑砂浆成本低得多，十分不利于建筑业的发展和环境保护。为此，利用工业的废料——粉煤灰，采用高掺量，部分取代水泥，再配置一定数量的外加剂，使其成本降低，达到施工企业能承受的成本，这样，就可以使干拌砌筑砂浆得以推广应用。

2 干拌砂浆试验研究情况

2.1 采用高掺量粉煤灰配制干拌水泥砌筑砂浆

采用水泥、工业废料——粉煤灰，选择适当的激活剂及外加剂来研究砌筑水泥砂浆，使其生产的干拌砂浆与传统的水泥砌筑砂浆成本相当，其物理力学性能皆优于传统的水泥砌筑砂浆。粉煤灰的加入可以改善砂浆的物理性能，其加入量适当，不影响其力学性能。首先控制粉煤灰加入量，粉煤灰掺量达65%～75%，配制 M2.5～M5.0水泥砂浆；掺入粉煤灰55%～60%，配制M10.0～M15.0的水泥砌筑砂浆；掺入粉煤灰45%～50%，配制M20.0以上等级的水泥砌筑砂浆，配以适当的激活剂及外加剂，即可配制出所要求的强度等级砂浆。经多次试验研究表明，高掺量粉煤灰的加入，使其价格与传统水泥砌筑砂浆相同，性能皆优于传统水泥砌筑砂浆。

2.2 干拌水泥砌筑砂浆物理力学性能

2.2.1 干拌水泥砌筑砂浆的配合比及力学性能

研制时采用超量代换法，加入粉煤灰，其分层度、保水性均符合国家标准，密度较大，采用不同的灰砂比可得出不同等级的水泥砌筑砂浆。这样的配合比，能够达到早期强度略低，中后期强度较高的效果。

研制过程中按等量取代法加入粉煤灰，实验表明其密度在1 800kg/m3左右，较超量取代法密度小，其早期强度降低得明显，虽然后期强度也能达到设计的水泥砌筑砂浆的要求，但尚不能满足施工现场的要求。从表1中可以看出超量取代法加入粉煤灰完全可以满足其物理力学性能要求。

表1 砂浆配合比及力学性能

2.2.2 干拌水泥砌筑砂浆的干缩值

表2 干拌水泥砌筑砂浆干缩值

试件制备参照水泥胶砂强度成型，按灰砂比成型，在水泥砂浆养护箱中进行标准养护，7d开始，测定初长，此后每隔7d测试试件长度，直到56d为止。测定仪器为比长仪（见图1），千分表经过计量标定。测定干拌水泥砌筑砂浆干缩值试件尺寸为40mm×40mm×160mm。经过试验证明，28d之后，干拌水泥砂浆的干缩值变化不大。7～14d干缩值最大，主要由于失水所引起，与一般普通水泥砂浆的干缩值比较，干拌水泥砌筑砂浆的干缩值要小得多。一般普通水泥砌筑砂浆的干缩值0.06%～0.09%。表2中所列干缩值为最大值，实际上，一般还要比这小。经过数十次不同配合比试验。其粉煤灰等量取代的水泥砌筑砂浆的干缩值与一般普通的水泥砌筑砂浆干缩值一样。加入不同的激活剂、外加剂，其干缩值变化不是太大，经试验证明其干缩值与其加水量、保水率有着直接关系。干拌水泥砌筑砂浆和易性好，保水性好，其干缩值就小，特别早期不失水，这尤为重要。

图1 比长仪

2.2.3 干拌水泥砌筑砂浆抗渗性能检测

干拌水泥砌筑砂浆的抗渗性能主要测定其抗渗压力，采用的仪器为砂浆渗透试验仪（见图2）。

图2 砂浆渗透试验仪

将试验用的材料用砂浆搅拌机搅拌好后，装入截头圆锥砂浆抗渗试模中，上口径70mm，下口直径80mm，高30mm，用捣棒插捣。

试件成型24h后脱模，放于温度（20±1）℃条件下，在湿度100%养护至14d后，进行抗渗试验之前，应将抗渗试件自然风干2h，等其试件表面干燥后，即可进行砂浆抗渗压力试验。按照试验方法规定，每组试件成型6个，安放到抗渗试验仪上，从0.2MPa开始加压，保持2h，增加到0.3MPa后，每间隔1h增加0.1MPa，直至6个试件有3个试件端面出现渗水情况，即停止试验，并记下此刻的压力值Pi，若试验压力值达1.5MPa，6个试件中仍没有出现3个试件渗水，也应停止试验，此时抗渗压力应记为1.6MPa。通过多次试验，等量代换的试件，密度小的试件，其抗渗性能不好，超量代换的试件，密度大的试件如表1，所列的配合比进行抗渗试验，其抗渗性能都较好，达到1.6MPa，满足抗渗设计要求。

2.2.4 干拌水泥砌筑砂浆抗冻性能。

采用GOW－010L系全自动冻融试验机进行干拌水泥砌筑砂浆抗冻性能试验，该试验机为自动冻融循环（见图3）。

将制作好的试件，放入冻融试验机工作室，设置到－15℃，15次冻融循环，直至冻融循环结束，将试件取出分别测定其质量损失百分率，抗压强度损失率。按照干拌砂浆的标准规定抗压强度的损失率不大于25%，质量损失率不大于5%。

每个配合比制作3组试件，试件按立方体抗压试件制作，其中一组测定干拌砌筑砂浆抗压强度，其余的用作抗冻对比抗压强度实验，通过实验表明，干拌水泥砌筑砂浆抗冻性能较好，均符合标准要求。

图3 GOW－010L系全自动冻融试验机

表3 干拌水泥砌筑砂浆的抗冻性能

试验表明，干拌水泥砌筑砂浆的抗冻性能很好，均满足了标准要求。