矿物掺合料对橡胶集料水泥砂浆强度的影响

[摘要]： 本文研究了粉煤灰、矿渣单掺和双掺时的掺量对橡胶集料水泥砂浆28d强度的影响，试验结果表明，单掺粉煤灰和矿渣掺量均在10%以内时，砂浆的抗压、抗折强度比未掺矿物掺合料时均能得到较大提高。从改善砂浆韧性来看，单掺矿渣比单掺粉煤灰的效果要好。粉煤灰与矿渣以不同比例双掺时的效果要优于单掺时，其中粉煤灰掺量15%、矿渣掺量10%时，砂浆的韧性最好。

[关键词]：矿物掺合料 橡胶集料水泥砂浆 抗压强度 抗折强度

中图分类号：TQ172文献标识码： A

The Influence of Mineral admixtures on Strength

Of Crumb Rubber Cement Mortar

JIANG Li1，XUE Gang 2，WANG Wei-hua2

(1.Department of Mechanical and electronic engineering, Bengbu college, Bengbu 233030, China;2. Architecture and Civil Engineering School, Inner Mongolia University of Science and Technology, Baotou 014010, China)

Abstract: This paper studies the fly ash and slag when single or mixed content on the influence of crumb rubber cement mortar’s strength of 28 d. The experimental results show that single dosage offly ash or slag were less than 10%, the compressive strength and flexural strength of mortar can be improved greatly than without adding mineral admixtures. From the point of improve the toughness, single mineral slag is better than the effect of single mixing fly ash. The effect of fly ash and slag mixed with different proportion of double is superior to single mixing, one of the 15% dosage of fly ash and slag content is 10%, the toughness of the mortar is best.

Key words: Mineral admixtures Crumb rubber cement mortar Compressive strength Flexural strength

1引言

近年来，粉煤灰、矿渣微粉等矿物掺合料因为各自在化学成分、细度、颗粒形态之间的不同差异，在应用中呈现出很多不同的效果，已成为制备高强砂浆（混凝土）不可缺少的组分。有研究证明，矿物掺合料的应用在节约水泥、废物利用、带来明显经济效益的同时，粉煤灰的加入可以提高砂浆（混凝土）的后期强度，和易性好，可改善水泥基体的孔结构，提高其密实性，抗硫酸盐腐蚀性好[1,2]等优点，掺矿渣微粉的砂浆（混凝土）的早期强度较高，但其减水效应不及粉煤灰，掺量过大时，砂浆（混凝土）后期收缩较大，容易开裂[3]。如果能将粉煤灰和矿渣微粉两种性能各异的矿物掺合料同时掺入到水泥砂浆中有可能相互激发、相互补充，产生一定的叠加效应。另有研究表明，若胶凝材料颗粒能形成良好的级配，可彼此紧密填充，从而降低水泥浆体的空隙率，改善孔结构，对砂浆（混凝土）的性能起到改善

作用[4,5]。

本文针对在建筑材料领域中尚缺少矿物掺合料对橡胶集料水泥砂浆性能影响的研究这一现状，进行了单掺粉煤灰、单掺矿渣微粉、粉煤灰和矿渣微粉双掺时对橡胶集料水泥砂浆强度影响的试验，从而得出粉煤灰和矿渣微粉合理的掺量范围。如能得到理想的结果，将为矿物掺合料在橡胶集料水泥砂浆工作性能、耐久性等方面的研究打下良好基础。

2试验概况

2.1试验原材料

水泥采用内蒙古草原牌P.O42.5普通硅酸盐水泥；

砂子为细砂，堆积密度为1 592 kg/m3，含泥量为8.9%，细度模数为2.2；

橡胶粉为包头市桓成橡胶再生有限责任公司生产的40目橡胶颗粒，堆积密度为306.7kg/m3；

界面改性剂为聚乙烯醇（PVA），包头市广源化工有限公司出售，絮状固体。本试验采用的是1%的PVA溶液，在制备过程中要控制水温度为80～90℃和严格控制水份的蒸发。

粉煤灰为包头达旗电厂Ⅱ级粉煤灰，粉煤灰的细度(45μm)是 23.2%，28d 活性指数是 87.9%，需水量比是 93.3%，符合 GB/T1596-2005标准要求；

矿渣微粉为包头宏伟厂生产的Ⅲ级（S75）矿渣粉，矿渣粉密度是 2 860 kg/m3，比表面积是 461 m2/kg，流动度比是 100%，28d 活性指数是 90.9%，符合GB/T18046-2000标准要求。

减水剂为北京市建恺外加剂有限公司生产的JK-2高效减水剂。本试验中为提高矿物掺合料的早期强度，在砂浆中掺入占胶凝材料质量分数1%的减水剂以提高砂浆强度。

水为普通自来水，符合JGJ63-2006 标准要求。

2.2试验方法

抗压、抗折强度试验方法参照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》；

稠度试验根据《建筑砂浆基本性能试验方法标准》（JGJ/T70-2009）测定。

2.3 砂浆试件配合比

选定40目经1%PVA溶液改性的橡胶颗粒作为细集料等体积取代砂15%进行试验，在此基础上，粉煤灰和矿渣微粉分别以单掺或双掺的形式取代一定质量分数的水泥加入到改性橡胶集料水泥砂浆中，为保证有良好的施工和易性，砂浆稠度应控制在70~80mm之间。成型后到试验龄期时进行抗折、抗压强度试验。

3试验结果与分析

3.1 粉煤灰单掺对橡胶集料水泥砂浆性能的影响

粉煤灰单掺时对橡胶集料水泥砂浆28d强度的影响见图1、图2，从图1、图2中可以看出，橡胶集料水泥砂浆的抗压、抗折强度均随着粉煤灰掺量的增加呈先增大后降低的趋势。其中，掺量10%时，抗压、抗折强度分别比未掺粉煤灰时提高54.9%、32.4%。掺量20%时，

抗压、抗折强度分别比未掺粉煤灰时仅提高13.5%、2.4%。试验结果表明，适量的粉煤灰可以提高水泥砂浆的后期强度，掺量过多时，浆体后期强度提高较少或得不到提高。究其原因在于粉煤灰与硅酸盐水泥的化学成分虽然相似，但这些成分的存在形态和含量多少有较大差别。如水泥中的Al2O3和SiO2为粉末状，而粉煤灰中的这些成分多为玻璃体空心珠状。因此粉煤灰与水作用时不能像水泥那样与水直接作用生成C3S、C3A等胶凝物质，而只能在水泥水化产物Ca(OH)2的激发下使其活性得到充分发挥，生成3CaO·2SiO2·3H2O和3CaO·Al2O3·6H2O填充在水泥水化产物与水化硅酸钙之间的粗孔中。

图1粉煤灰单掺对橡胶集料水泥砂浆28d抗压强度的影响

Fig.1 Only mixing fly ash on the influence of crumb rubber cement mortar’s compressive strength of 28d

图2粉煤灰单掺对橡胶集料水泥砂浆28d抗折强度的影响

Fig.2 Only mixing fly ash on the influence of crumb rubber cement mortar’s flexural strength of 28d

3.2矿渣微粉单掺对橡胶集料水泥砂浆强度的影响

粉煤灰单掺时对橡胶集料水泥砂浆28d强度的影响见图3、图4，从图3、图4中可以看出，掺加矿渣微粉的水泥砂浆的28d强度均略高于未掺矿渣时，且抗压强度的增长趋势明显优于抗折强度。主要是因为砂浆的强度与浆体的总孔隙率和孔的尺寸分布有关，而矿渣粉的活性效应和填充效应能使得砂浆的毛细孔和孔隙进一步细化与填充，减少有害孔的数量，并且细化和耗用Ca(OH)2形成更多的水化产物，进而能提高砂浆的密实度[6]。其中矿粉掺量在10%时，砂浆的压折比最小，当掺量超过10%时，压折比又逐渐增大。因此从改善砂浆韧性考虑，矿粉的掺量应控制在10%左右。

图3矿渣微粉单掺对橡胶集料水泥砂浆28d抗压强度的影响

Fig.3 Only mixing slag on the influence of crumb rubber cement mortar’s compressive strength of 28d

图4矿渣微粉单掺对橡胶集料水泥砂浆28d抗折强度的影响

Fig.4 Only mixing slag on the influence of crumb rubber cement mortar’s flexural strength of 28d

3.3粉煤灰和矿渣微粉双掺对橡胶集料水泥砂浆强度的影响

表1 粉煤灰和矿渣微粉双掺对橡胶集料水泥砂浆28d强度的影响

粉煤灰和矿渣微粉双掺时对橡胶集料水泥砂浆28d强度的影响见表1，从表1中可以看出：（1）双掺时，在矿物掺合料总量相同的情况下，矿渣微粉比例增大时，抗折强度越低，砂浆压折比较大。（2）双掺时，在矿渣微粉掺量固定的情况下，随着粉煤灰掺量的增加，砂浆的抗折强度逐渐增大，压折比降低，砂浆的韧性得到较大改善。（3）粉煤灰与矿渣以不同比例双掺时，其抗折强度值比分别单掺时的强度有所提高，抗压强度值则在两者之间，因此砂浆韧性能得到较大提高，说明粉煤灰和矿渣双掺时使得粉体内部的颗粒级配更趋合理从而产生“超叠效应”，砂浆达到了紧密填充的效果。从28d强度和压折比来看，粉煤灰与矿渣分别以掺量15%、10%取代水泥加入到橡胶集料水泥砂浆中的效果最好，此时，砂浆的抗压、抗折强度分别比未掺加矿物掺合料时分别提高24.3%、50.6%。

4结论

(1) 粉煤灰与矿渣分别单掺的最佳掺量均为10%，对砂浆抗压强度、抗折强度均有较大提高。说明适量矿物掺合料的加入可以改善砂浆密实度，细化孔隙结构，从而提高砂浆强度。

(2) 粉煤灰与矿渣双掺时，可以使两者在性能上优势互补产生“超叠效应”。其抗压强度介于两者单掺时强度之间，部分抗折强度大于分别单掺时的强度，说明双掺时更能提高砂浆的韧性。

(3) 粉煤灰与矿渣分别以掺量15%、10%取代水泥加入到橡胶集料水泥砂浆中的效果最好，此时，砂浆的抗压、抗折强度分别比未掺加矿物掺合料时分别提高24.3%、50.6%。

5 参考文献

[1]. 沈旦申编.粉煤灰混凝土[M].北京:中国铁道出版社，1989

[2]. 李会艳，谢友均等.大掺量粉煤灰对砂浆强度的影响[J].混凝土，2006，（6）：36-41

[3]. 唐咸燕，肖佳等.矿渣微粉、粉煤灰水泥基材料的性能试验研究[J].科学研究，2006，（5）：21-23

[4]. 巴恒静,杨英姿,赵霄龙.掺合料复合化对高强混凝土强度及显微结构的影响[J].混凝土,2000,(9):7-10

[5].管宗甫,张素芳.磨细粉煤灰颗粒级配对水泥强度的影响[J].粉煤灰综合利用,2002,(1):30-31

[6]. 王培铭，张国防.工业固体废弃物在干混砂浆中应用的研究进展[J].科技导航，2010（10）：44-47