原材料对水泥砂浆性能的影响研究

原材料对水泥砂浆性能的影响研究

雷权

洛浦天山水泥有限责任公司，新疆 和田地区洛浦县 848200

摘要：随着水泥基材料的不断发展，其组成越来越复杂多样化。而材料的组成、结构、性能三者环环相扣，相互影响。水泥基材料作为大量使用的工程材料，其最重要的工程性质是其力学性能，包括强度和变形性能。本文主要阐述原材料对水泥砂浆性能的影响，希望为业内人士带来一些参考价值。

关键词：水泥砂浆；原材料；性能影响

引言

目前，国内的水泥砂浆研究大多从各种原材料着手，分析材料组分对水泥砂浆性能的影响，然后进行合理的配合比设计，经过不断调整，得到性能相对良好的砂浆。下面是从试验材料的角度，结合现有成果，进行探讨分析。

一、试验材料及其方法

1.1试验材料

水泥来自水泥厂生产的32.5级水泥，外加剂主要为市场上销售的常见引气剂，砂主要有ISO标准砂和市场各类常用砂。

1.2试验方法

因市场上各类砂性质相差较大，导致水泥砂浆工作性能差异较大，施工人员现场水灰比难以统一，导致砂浆强度相差较大，为更好对比强度结果，统一一采用ISO标准砂，并参照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》进行测定。水泥砂浆的含气量、稠度、保水性和分层度参照JGJ/T70--2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》进行检测，砂浆按水:水泥:砂固定质量比0.8:1:3配制。

二、原材料对水泥砂浆性能的影响

2.1水泥

砂浆的强度等级一般要求不高，通常采用32.5级水泥或P.C42.5水泥，但若水泥生产原材料不进行严格把控，最终会造成水泥质量波动较大，进而影响其应用效果。表1是使用不同32.5级水泥制备的砂浆性能指标结果，可以看到^#2和^#3水泥尽管因砂浆吸水性较强，表现出较高的砂浆保水性，但砂浆稠度值很低，表观与感受为砂浆干涩、工作性能差、不柔和，体检效果极差。后通过分析原因，^#2水泥颜色发黑，尽管与^#1水泥配比与控制指标相同，但掺量达18%的混合材石灰石粉末质量不合格，其颜色黑亮(图1)，氧化钙含量不到30%，含有吸附性较强的碳，导致砂浆引气不足，砂浆性能不理想。^#3水泥主要是使用了10%干粉煤灰，其吸附性也较强，影响砂浆工作性能。因此，水泥生产或者选用水泥砂浆所用水泥时，应尽量避免使用过高掺量的吸附性较强的材料或及其生产出的水泥。

表1不同32.5级水泥制备的砂浆性能结果

三种水泥均外掺0.2%o自制砂浆外加剂，其组份以引气剂为主;砂均为市场同一种黄砂，细度模数为1.48。

图1不同石灰石外观

2.2引气剂

水泥砂浆中常用的纤维素醚、淀粉醚和引气剂。其中纤维素醚主要起到增黏保水作用，淀粉醚搭配纤维素醚可进一步提高砂浆综合性能，尤其是提高砂浆抗垂挂性。引气剂最为常见，主要是改善砂浆的和易性，且会降低砂浆的密度，节省材料，增加施工面积，但需要注意控制好其掺量，避免过高导致砂浆气孔过多，强度下降过高。表2为掺入不同引气剂的水泥砂浆性能情况，可看到引气剂的掺入提高了砂浆含气量，进而改善砂浆和易性，砂浆稠度值增加，但不同引气剂对砂浆的含气量、稠度和分层度影响不同。可以看到，三萜皂苷的引气效果最差，掺量提高一倍，含气量仍最低，导致砂浆初始稠度值较低。α-烯基磺酸钠（AOS）、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠（AES）和自制引气剂引气能力接近，相同掺量下三者的初始稠度值接近，初始工作性能接近，但AOS和AES配制的砂浆分层度较大，放置0.5h后砂浆工作性能不如自制引气剂配制砂浆。胶砂强度方面，因三萜皂苷引气能力小，其强度负面影响最小。相同掺量下自制外加剂对强度的负面影响要略小于AOS和AES，并且适当下调掺量，强度的负面影响能明显降低，且砂浆初始稠度值仍可达到81mm。几种引气剂使用效果相差较大，主要因其起泡和稳泡能力，以及引入的气泡大小不同所致。称取水30g、引气剂10g和32.5级水泥5g依次加入1L量筒中，然后用塑料袋对量筒封口，上下摇动量筒各15次，总计30次，拆下塑料袋，将量筒放置水平，读取量筒内气泡高度（初始起泡高度h0），同时观察气泡大小，放置一段时间后，再次读取量筒内气泡高度，试验结果如表3所示，可以看到AES和AOS的起泡特性相近，包括起泡能力和气泡大小，且稳泡效果均较差。三萜皂苷的稳泡效果较好，但起泡能力很弱。自制引气剂尽管起泡能力略低于AOS和AES，但其稳泡效果具有明显优势，且气泡更细腻、尺寸更小，因此，其制备的砂浆抗分层性更优、强度负面影响也会相对更小。

表2 不同引气剂制备砂浆的性能指标

表3各引气剂摇泡试验结果

2.3砂的影响

砂浆性能检测用砂对检测结果，包括砂浆的稠度、含气量以及状态影响非常大，且仅依靠细度模数来控制试验用砂很难准确监控产品性能变化。表4为同一种水泥使用不同砂所制备的砂浆性能情况，可以看到对于相同来源的同一批次砂，通过增加细度模数有利于提高砂浆的稠度值和流动性，但不同批次配制的砂以及不同来源的砂，尽管细度模数相同，但砂浆性能指标和状态差异非常大。其中

^#2砂是在^#1砂使用完后，利用同一批黄砂配制相同的细度模数的黄砂，但制备出的砂浆干涩，工作性能差，通过原因排查，主要因其0.15mm以下的筛底物（主要是干泥灰）较多，影响其使用性能。^#7砂为青黑色细江砂，配制的砂浆稠度值比同细度模数的#5砂高出较多，砂浆工作性能较好，但有明显泌水，分析原因一方面该江砂相对较干净，无明显泥灰，另一方面该砂的堆积密度较小，仅为1.23g/cm3（#5砂为1.36g/cm3），利于引气改善砂浆工作性能，同时整体砂浆密度更小，测量稠度值时受锥体下冲影响更大。因此，为准确监控产品砂浆使用性能，保证产品质量的稳定性，试验用砂的稳定性必须有保证，当试验砂快用完时，应使用同种水泥对重新配制试验砂与之前留存砂进行砂浆性能对比，确保新配制试验砂使用效果不发生较大变化，从而更加准确地监控水泥质量。

表4 不同试验用砂对砂浆性能的影响

结语

水泥、砂浆外加剂和砂均会对配制的砂浆性能产生较大影响，必须采取有效的手段对砂浆原材料质量加以控制，才能确保终端产品的质量稳定性：（1）水泥中一些吸附性较强的材料需严格控制其使用量，同时对使用量较大的混合材要加强进厂质量控制，如对进厂石灰石粉末CaO含量和Al2O3含量分别限制下限值和上限值。（2）多数引气剂的引入可显著改善砂浆和易性，但过高会导致砂浆强度下降明显，应通过试验确定最佳掺量。另外，不同引气剂的起泡和稳泡能力，以及引入的气孔大小不一，造成砂浆稠度和分层度相差较大，可通过摇泡试验对引气剂效果进行监控，尽量选择起泡和稳泡能力均衡，且起泡尺寸较小的引气剂，不仅可保证砂浆稠度和分层度指标较优，且能减小其对水泥强度的负面影响。（3）不同砂对配制的砂浆工作性能影响较大，仅用细度模数很难保证每批试验砂使用效果一致，应使用同种水泥对重新配制试验砂与之前留存砂进行砂浆性能对比，确保新配制试验砂使用效果不发生较大变化，从而更加准确地监控水泥质量。

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