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纖維素醚對混合骨料砌筑砂漿性能的影響
王磊
［摘 要］本文主要研究纖維素醚摻量對混合骨料砌筑砂漿性能的影響。結果表明：纖維素醚可改善砌筑砂漿稠度損失率；隨纖維素醚摻量增加，其砂漿保水率增加，其砂漿凝結時間延長，其砂漿表觀密度逐漸減??；混合骨料砂漿強度隨纖維素醚摻量增加而降低。
［關鍵詞］纖維素醚；混合骨料；砌筑砂漿；性能
前言
隨著干混砂漿行業的發展，優質砂資源日益短缺， 尋找可以取代干混砂漿中人工砂、河砂的資源是非常有意義的。普通干混砂漿生產中，砂和石是最重要、且用量最多的原材料，對砂漿配制和性能產生巨大影響。如果砂漿的生產區域位于天然砂比較短缺的地區，例如山東濟南地區，那么就需要采用異地運輸的方式獲取天然砂，從而導致混凝土原材料成本不斷地增加[1-3]。干混砂漿的發展可推動利用尾礦廢石、鋼渣、礦渣等固體廢棄物制成的人工砂代替天然砂[3]，會帶動良好社會經濟效應[4]。
本文研究了纖維素醚對混合骨料砌筑砂漿性能，包括表觀密度、保水率、稠度損失率、凝結時間、強度等的影響。
01試驗原材料、儀器及試驗方法
1.1試驗原材料
水泥： P·O42.5 水泥，其物理性能見表 1；粉煤灰：F 類Ⅱ級，需水量比 103%，比表面積為 334kg/m2，45µm 篩篩余為 8.2%，濟南黃臺電廠產， 粉煤灰性能指標見表 2；干混砂漿用河砂和機制砂、鐵尾礦砂的細度模數及累計篩余如表 3 所示；纖維素醚為：10 萬 MPa·s 羥丙基甲基纖維素醚；水：為飲用自來水。
表 1 水泥物理性能
表2粉煤灰技術指標
表 3 砂累計篩余及細度模數
1.2試驗儀器
砂漿攪拌機，壓力試驗機，振動臺，稠度儀，數顯砂漿凝結時間測定儀，電熱鼓風干燥箱，AL204 電子天平和 DJ 系列電子天平，兩套砂漿保水性試驗儀器等。
1.3試驗方法
砂漿強度、流動度、試件制作與養護等試驗測試按照 JGJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》進行。
02纖維素醚摻量對混合骨料砌筑砂漿性能的影響
根據鐵尾礦砂、粉煤灰對砌筑砂漿工作性及力學性能的影響試驗，確定了鐵尾礦砂、粉煤灰在人工砂或河砂配制砂漿中的應用比例。但是，為保證砂漿工作性， 保水增稠劑作為砂漿必不可少的組分，會對砂漿性能有顯著的影響，因此本節試驗主要研究不同摻量纖維素醚（HPMC）對鐵尾礦砂與人工砂的混合砂或鐵尾礦砂與河砂的混合砂配制砌筑砂漿性能的影響。
本節試驗分別以 20% 和 40% 鐵尾礦砂取代人工砂和河砂為骨料，30% 的粉煤灰取代水泥，研究不同摻量纖維素醚對砂漿工作性及力學性能影響，并確定纖維素醚在鐵尾礦砂與人工砂或河砂的混合砂配制砂漿中的最佳取代比例。試驗具體配比及結果如表4 所示。
表 4 纖維素醚砌筑砂漿配合比及試驗結果
圖1 HPMC 對砂漿2h稠度率損失率影響曲線
圖 2 HPMC 對砂漿保水率影響曲線
纖維素醚摻加比例對砌筑砂漿 2h 稠度損失率影響曲線如圖 1 所示。由圖 1 可以看出：由鐵尾礦砂與人工砂或河砂混合配制的砌筑砂漿 2h 稠度損失率隨纖維素醚摻加比例增加而逐漸降低，纖維素醚摻量相同時，鐵尾礦砂、河砂混合骨料砂漿稠度損失低于鐵尾礦砂、人工砂混合骨料砂漿稠度損失率。未添加纖維素醚的兩種混合骨料砂漿稠度損失率分別為 30.6%、27.8%， 纖維素醚摻量增加至 0.1% 時，稠度損失分別降低至17.5%、16.1%。摻量為 0.15% 時，稠度損失率均降低至 15% 以下。纖維素醚對改善兩種砌筑砂漿稠度損失率均有良好效果。
纖維素醚對鐵尾礦砂砌筑砂漿保水率影響曲線如圖2 所示。由圖 2 可以看出：鐵尾礦砂與人工砂或河砂混合骨料配制砌筑砂漿保水率均隨纖維素醚摻量增加而增加，纖維素醚比例相同時，鐵尾礦砂與人工砂混合砂漿保水率高于鐵尾礦砂與河砂混合砂漿。未添加纖維素醚的兩種混合骨料砂漿保水率分別為 86.9% 和 85.3%，纖維素醚摻量分別為 0.1%、0.125% 時，鐵尾礦砂與人工砂、河砂混合骨料砂漿保水率均大于 92%。在保證砂漿相同保水率前提下，鐵尾礦砂與人工砂混合骨料砂漿纖維素醚摻量略低于鐵尾礦砂與河砂混合骨料砂漿。
纖維素醚對砌筑砂漿表觀密度影響曲線如圖3所示。由圖3可以看出，鐵尾礦砂與人工砂或河砂混合骨料配制砌筑砂漿隨纖維素醚摻量增加，混合骨料砂漿表觀密度逐漸減小。未添加纖維素醚混合骨料砂漿表觀密度分別為 2290kg/m3、2180kg/m3，摻量增至 0.1% 時，表觀密度分別降至 2150 kg/m3、2000 kg/m3。相同纖維素醚摻量情況下，鐵尾礦砂與人工砂混合骨料砂漿表觀密度大于鐵尾礦砂與河砂混合骨料砂漿表觀密度。
纖維素醚對砌筑砂漿凝結時間影響曲線如圖4所示。從圖4可以看出，鐵尾礦砂與人工砂或河砂混合骨料配制砌筑砂漿隨纖維素醚摻量增加，混合骨料砂漿凝結時間逐漸增加，纖維素醚在砌筑砂漿中具有引氣緩凝作用。未添加纖維素醚混合骨料砂漿凝結時間分別為205min、270min，纖維素醚摻量增加至 0.1% 時，凝結時間分別延長至 245min、450min。相同摻量情況下， 鐵尾礦砂與河砂混合配制砌筑砂漿凝結時間要大于鐵尾礦砂與人工砂混合配制砂漿凝結時間。
圖3 HPMC 對砌筑砂漿表觀密度影響曲線
圖4 HPMC 對砌筑砂漿凝結時間影響曲線
圖5 HPMC 摻量對鐵尾礦砂砌筑砂漿強度影響曲線
纖維素醚摻量對鐵尾礦砂砌筑砂漿強度影響曲線如圖 5 所示。由圖 5 可知：鐵尾礦砂與人工砂或河砂混合配制砌筑砂漿強度隨纖維素醚摻量增加而降低。在相同纖維素醚摻量情況下，鐵尾礦砂與人工砂混合骨料砂漿 7d、28d 強度要遠遠大于鐵尾礦砂與河砂混合配制砂漿強度。未添加纖維素醚鐵尾礦砂與人工砂混合配制砂漿 7d、28d 強度分別為 17.8MPa、27.2MPa，纖維素醚摻量為 0.1% 時，7d、28d 強度分別降至 12.7 MPa、17.7 MPa；未添加纖維素醚鐵尾礦砂與河砂按比例混合后配制的砂漿 7d、28d 強度分別為 5.0MPa、10.4MPa， 纖維素醚摻量增至 0.1% 時，7d、28d 強度分別降至3.1MPa、7.1MPa，說明纖維素醚因分子結構中有大量羥基和醚鍵，從而抑制水泥水化，大摻量的纖維素醚會很大程度上降低砂漿強度。用鐵尾礦砂與人工砂混合按比例配制的砂漿強度大幅度高于鐵尾礦砂與河砂混合配制的砂漿強度，說明鐵尾礦砂與人工砂混合配制砂漿需水量低，使得砂漿硬化體結構更為致密。
03結論
（1） 纖維素醚對改善兩種砌筑砂漿稠度損失均有良好效果。
（2） 保水率均隨纖維素醚摻量增加而增加，纖維素醚比例相同時，鐵尾礦砂與人工砂混合砂漿保水率高于鐵尾礦砂與河砂混合砂漿；在保水率相同下，鐵尾礦砂與人工砂混合骨料砂漿纖維素醚摻量略低于鐵尾礦砂與河砂混合骨料砂漿。
（3） 隨纖維素醚摻量增加，混合骨料砂漿表觀密度逐漸減小，而凝結時間逐漸增加，纖維素醚在砌筑砂漿中具有引氣緩凝作用。相同纖維素醚摻量情況下，鐵尾礦砂與人工砂混合骨料砂漿表觀密度大于鐵尾礦砂與河砂混合骨料砂漿表觀密度。
（4） 混合骨料砂漿強度隨纖維素醚摻量增加而降低；用鐵尾礦砂與人工砂混合按比例配制砂漿強度大幅度高于鐵尾礦砂與河砂混合配制砂漿強度，說明鐵尾礦砂與人工砂混合配制砂漿需水量低，使得砂漿硬化體結構更為致密。
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