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玄武巖機制砂干混砂漿的研究

0玄武巖礦物加工砂是建筑材料中最重要的材料之一。由于建筑劑量的增加和天然砂資源的缺乏,很難滿足建筑生產(chǎn)的需要。砂的使用機制取代了天然砂。玄武巖系火山噴發(fā)地表之產(chǎn)物,因其出色的抗壓抗折條件性能,且耐磨性好,吸水率低,被廣泛應用于室外裝飾。蘭州地區(qū)由于玄武巖礦物儲量充足,有多家玄武巖礦物開采加工企業(yè),以生產(chǎn)玄武巖碎石和玄武巖機制砂為主。但是在生產(chǎn)加工過程中,產(chǎn)生了大量尾礦即玄武巖石粉,該石粉目前沒有成熟的大規(guī)模利用手段,且易造成環(huán)境污染,嚴重制約企業(yè)的發(fā)展。干混砂漿是一種新型建筑材料,由于其在工廠集中生產(chǎn),具有應用種類多、質(zhì)量穩(wěn)定且綠色環(huán)保等特點,被國家廣泛推廣使用1試驗材料和方案1.1全礦原料、試劑和粉煤灰的加工1)水泥:試驗所用水泥為P·O42.5普通硅酸鹽水泥,其主要性能指標見表1。2)玄武巖機制砂:試驗所用機制砂由甘肅建投礦業(yè)有限公司生產(chǎn),其主要性能見表2。3)玄武巖石粉:試驗所用玄武巖石粉為機制砂生產(chǎn)過程中的尾礦,取自甘肅建投礦業(yè)有限公司。采用0.08mm的篩網(wǎng)篩余率為15.4%,采用0.045mm的篩余率為22.0%。玄武巖石粉的主要化學成分見表3。4)粉煤灰:試驗選用性能良好的II級粉煤灰,由蘭州二熱廠生產(chǎn),其主要性能指標見表4。5)外加劑和水:外加劑選用江蘇蘇博特公司生產(chǎn)的SJJ1.2石粉砂的配合比試驗采用上述原材料配制強度等級為M5、M10、M15和M20的干混砌筑砂漿,設(shè)計使用不同比例的玄武巖石粉取代機制砂,研究以0%、10%、20%、30%、40%、50%玄武巖石粉取代機制砂對干混砌筑砂漿工作性能和力學性能的影響。試驗所用配合比見表5。試驗步驟如下:首先將原材料按照表4的用量準確稱取后放入攪拌機內(nèi)攪拌1~2min得到干粉料拌合物,再加入水攪拌3min后得到砂漿拌合物,之后進行砂漿的稠度測試。根據(jù)JGJT98-2010《砌筑砂漿配合比設(shè)計規(guī)程》2試驗結(jié)果及分析2.1水泥終凝時間玄武巖石粉部分取代水泥對水泥性能的影響如圖1。由圖1可知,隨玄武巖石粉取代率升高,水泥的標準稠度用水量上升,水泥的初凝和終凝時間均有所提高,初凝終凝時間間隔變化不大。這是因為由表3可得玄武巖石粉主要成分是二氧化硅,其活性較低,未經(jīng)堿激發(fā)的玄武巖石粉僅起到惰性填料作用,對水泥水化影響較小,而摻入玄武巖石粉后由于標準稠度用水量的變化導致水泥凈漿水灰比提高,使水泥初凝終凝時間提高。2.2石粉摻量對砂漿性能的影響根據(jù)上述試驗方案及試驗步驟,不同強度等級摻玄武巖石粉干混砌筑砂漿在保持稠度為70-80mm時所需用水量及保水性能的變化趨勢如圖2所示。由圖2可得,使用玄武巖石粉取代機制砂后,隨取代率的增加,砂漿保持規(guī)定稠度所需的拌合用水不斷增加。未摻加玄武巖石粉時,砂漿的用水量最低。砂漿的保水性指砂漿保全水分的能力,保水性差的砂漿容易出現(xiàn)泌水和離析,本次試驗中的各配合比砂漿保水性均大于90%,凝結(jié)時間均在4-8h之間,滿足GB/T25181-2010《預拌砂漿》造成砂漿性能變化的原因是與機制砂相比,玄武巖石粉的粒徑小,在使用玄武巖石粉取代機制砂后,骨料的總比表面積增大,使干混砂漿達到規(guī)定稠度所需的拌合用水增加。當強度等級相同時,玄武巖石粉的摻量越多,集料中的細顆粒含量越多,且石粉對水的吸附能力較機制砂更強,則砂漿的保水性提高。不同強度等級的摻玄武巖石粉干混砌筑砂漿的凝結(jié)時間及表觀密度隨石粉取代率的變化見圖3。水泥與水之間的水化反應是影響砂漿凝結(jié)的主要原因,然而干混砂漿的凝結(jié)時間與砂漿所用水泥的凝結(jié)時間大部分情況下是不一致的。由圖3中干混砂漿凝結(jié)時間變化曲線可得,使用玄武巖石粉取代機制砂后,砂漿的凝結(jié)時間有所降低,但降低幅度較小。隨著砂漿強度等級的變化,凝結(jié)時間的變化幅度較大。由圖3還可得,在使用玄武巖石粉取代機制砂后,干混砂漿的表觀密度呈下降趨勢。在取代率為30%之內(nèi)時,砂漿表觀密度下降幅度較小。未使用玄武巖石粉時,M5、M10、M15、M20砂漿的表觀密度分別為2285.6、2283.4、2298.3、2264.1kg×m這是因為砂漿的凝結(jié)硬化主要受到水泥水化產(chǎn)物向空間的填充作用影響,即凝結(jié)時間主要由水灰比影響,故玄武巖石粉取代率變化對凝結(jié)時間影響較小,砂漿的強度等級對凝結(jié)時間影響較大。而干混砂漿表觀密度的變化是因為拌合水用量增加后使得砂漿的孔隙率增大,故表觀密度降低。2.3石粉砂漿的抗壓強度使用玄武巖石粉取代機制砂所制備的干混砂漿28d抗壓強度的變化規(guī)律如圖4所示。由圖4可得,使用玄武巖石粉部分取代機制砂后,各強度等級干混砂漿的28d抗壓強度均低于未使用玄武巖石粉時的28d抗壓強度。這種趨勢與混凝土有所差別,在混凝土中摻加適量石粉有利于混凝土的抗壓強度造成砂漿與混凝土趨勢不同的原因主要是砂漿未使用粗骨料,石粉對骨料間空隙填充的效果不明顯,且由于石粉含量的增加,為使砂漿和易性滿足使用要求,砂漿拌合用水增加,強度等級相同時砂漿的膠凝材料用量不變,即砂漿的水灰比隨玄武巖石粉含量增加而變大,使干混砂漿抗壓強度降低2.4石粉砂漿材料sem分析取玄武巖石粉試樣以及未摻加玄武巖石粉和使用玄武巖石粉50%等量取代機制砂所制備的干混砂漿養(yǎng)護28d后試樣,進行掃描電鏡試驗。玄武巖石粉、未摻加玄武巖石粉干混砂漿及摻加玄武巖石粉干混砂漿的SEM圖如圖5所示。由圖5可得,玄武巖石粉顆粒較為圓滑,針狀顆粒含量較少,表明石粉受力性能較好,可作為砂漿原材料。而從SEM圖中可得,石粉對砂漿的微觀結(jié)構(gòu)并未產(chǎn)生明顯影響,表明玄武巖石粉活性低,對水泥水化影響較小,不能明顯改善砂漿的微結(jié)構(gòu)。4石粉砂漿制備率1)通過玄武巖石粉化學成分分析以及使用玄武巖石粉所制備干混砂漿的微觀結(jié)構(gòu)分析可得,玄武巖石粉本身活性較低,未經(jīng)堿激發(fā)的石粉加入干混砂漿中時僅可充當惰性填料,對水泥水化影響較小。2)使用玄武巖石粉取代機制砂后,干混砂漿的各項工作性能有所變化,其中砂漿的保水性能有所提高,而凝結(jié)時間和表觀密度有部分降低,但均可滿足規(guī)范要求。砂漿拌合用水及表觀密度在玄武巖石粉取代率為30%之前,變化幅度較小,取代率超過30%之后變化幅度較大。3)使用玄武巖石粉取代機制砂時,石粉對骨料間空隙填充效果較小,砂漿的28d抗壓強度有所降低,同樣在取代率為30%之前,

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