崔強(qiáng)，高超，陳富強(qiáng)，孔令才，楊大田，卿麗雅

(1.重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院，重慶 400074；2.廣西壯族自治區(qū)公路管理局，廣西南寧 530001)

石灰?guī)r機(jī)制砂砂漿的干縮與耐磨性能

崔強(qiáng)1，高超1，陳富強(qiáng)2，孔令才2，楊大田1，卿麗雅1

(1.重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院，重慶 400074；2.廣西壯族自治區(qū)公路管理局，廣西南寧 530001)

為研究石灰?guī)r機(jī)制砂中石粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和亞甲藍(lán)值對(duì)砂漿干縮、耐磨性能的影響，通過亞甲藍(lán)試驗(yàn)對(duì)黏土與亞甲藍(lán)值之間的關(guān)系進(jìn)行回歸分析，并配制不同石粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和亞甲藍(lán)值的機(jī)制砂水泥砂漿，對(duì)其進(jìn)行干縮、磨耗試驗(yàn)。研究結(jié)果表明:石粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)砂漿耐磨性能最好，干縮率最??；亞甲藍(lán)值越大，干縮率越大，耐磨性越差；砂漿干縮率與磨耗值呈正相關(guān)，工程應(yīng)用中可以通過控制砂漿的干縮來提高其耐磨性能。

機(jī)制砂；石粉；亞甲藍(lán)值；干縮；耐磨性

水泥混凝土路面表面磨耗損壞首先從面層砂漿開始，砂漿的磨損導(dǎo)致路面粗集料外露，砂漿的耐磨性能對(duì)水泥混凝土路面的路用性能影響較大[1-3]。良好的水泥砂漿耐磨性能是水泥混凝土路面擁有良好路用性能的先決條件，尤其是機(jī)制砂水泥混凝土路面，耐磨性能不足嚴(yán)重限制其推廣使用。石灰?guī)r機(jī)制砂水泥砂漿的組成材料中，砂占有較大的比例，由于生產(chǎn)工藝及條件等方面的原因，砂漿組成材料中不可避免地?fù)饺肓松倭康氖奂梆ね痢Ｊ壑饕耘c機(jī)制砂巖性相同的母巖研磨成的粉末，與母巖物理性質(zhì)相似，是機(jī)制砂生產(chǎn)過程中必然產(chǎn)生的成分；黏土主要是由于母巖表面裹覆的泥質(zhì)及摻雜的風(fēng)化巖在研磨過程中無法徹底清除而摻入到砂中。現(xiàn)有研究表明：石粉及黏土的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)水泥混凝土的收縮、耐磨等性能有不可忽略的影響[4-12]。本文通過亞甲藍(lán)試驗(yàn)、水泥砂漿干縮試驗(yàn)以及耐磨耗試驗(yàn)研究石粉、黏土對(duì)石灰?guī)r機(jī)制砂水泥砂漿的干縮和耐磨性能的影響。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1原材料

本文試驗(yàn)采用拉法基水泥，強(qiáng)度等級(jí)為42.5，比表面積為333 m2/kg，密度為2.996 g/cm3；試驗(yàn)用砂為石灰?guī)r機(jī)制砂，細(xì)度模數(shù)為2.51，級(jí)配見表1；石粉采用石灰?guī)r磨制的石粉，密度為2.680 g/cm3。

表1 石灰?guī)r機(jī)制砂級(jí)配

1.2試驗(yàn)方法

為了研究機(jī)制砂中黏土的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與亞甲藍(lán)值的關(guān)系，首先采用水洗法除去機(jī)制砂中小于0.075 mm的石粉，烘干備用。按照文獻(xiàn)[13]中細(xì)集料亞甲藍(lán)試驗(yàn)方法，對(duì)不同黏土的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的機(jī)制砂進(jìn)行亞甲藍(lán)值測(cè)定，確定黏土的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與亞甲藍(lán)值之間的關(guān)系，為后續(xù)試驗(yàn)做準(zhǔn)備。

在洗凈的機(jī)制砂中摻加不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的黏土和石粉，根據(jù)文獻(xiàn)[14]中水泥膠砂干縮試驗(yàn)方法，對(duì)不同黏土、石粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的水泥砂漿進(jìn)行干縮試驗(yàn)。按水灰比0.38、灰砂比0.5，成型尺寸為25 mm×25 mm×280 mm的砂漿試件。放入溫度為20±1 ℃、相對(duì)濕度為95%的養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)。用比長(zhǎng)儀測(cè)量4、11、18、25 d試件的長(zhǎng)度，由長(zhǎng)度變化來確定水泥砂漿的干縮性能。

在洗凈的機(jī)制砂中摻加不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的黏土和石粉，根據(jù)文獻(xiàn)[14]中水泥膠砂耐磨性試驗(yàn)方法進(jìn)行水泥砂漿的耐磨性試驗(yàn)，研究黏土、石粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)水泥砂漿的耐磨性的影響。

2 結(jié)果與討論

圖1 亞甲藍(lán)值與黏土含量關(guān)系

2.1黏土的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與亞甲藍(lán)值的相關(guān)性試驗(yàn)

根據(jù)相關(guān)研究[9-12]，混凝土的工作性能隨細(xì)集料黏土的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而變差，當(dāng)黏土的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過3%時(shí)，混凝土的干縮率將大幅增加，強(qiáng)度顯著降低。為探求黏土的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與亞甲藍(lán)值的關(guān)系，本文配制了黏土的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別0、1%、2%、3%、4%的水泥砂漿進(jìn)行亞甲藍(lán)試驗(yàn)。不同黏土含量與亞甲藍(lán)值的關(guān)系如圖1所示。由圖1可知，隨著黏土的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大，亞甲藍(lán)值隨之增大，且具有良好的線性相關(guān)性。

2.2亞甲藍(lán)值對(duì)水泥砂漿干縮性的影響

根據(jù)圖1中得到的亞甲藍(lán)值隨黏土質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化曲線，算得亞甲藍(lán)值分別為1和2時(shí)對(duì)應(yīng)的黏土的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，并以此分別配制石粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同的水泥砂漿，測(cè)量其在不同齡期的干縮率見表2。

表2 不同石粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和亞甲藍(lán)值砂漿各齡期干縮率

由表2可以看出：隨著黏土質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，各齡期水泥砂漿的干縮率都增大，說明黏土的存在會(huì)增加水泥砂漿的干縮。這是由于黏土包裹在機(jī)制砂顆粒表面，阻礙水泥水化，且降低水泥砂漿的和易性，拌合不均勻[12,15]，從而使水泥漿體存在更多的游離水。隨著齡期增加，游離水的揮發(fā)使得水泥砂漿干縮增大。3種石粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)下，不同亞甲藍(lán)值水泥砂漿干縮率見圖2。

a) 石粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0 b) 石粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10% c) 石粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%圖2 不同亞甲藍(lán)值水泥砂漿的干縮率

由圖2可知，不同亞甲藍(lán)值水泥砂漿的干縮率早期變化較大，隨著齡期的增長(zhǎng)則趨于平緩。隨著齡期的增加，水泥砂漿的干縮率逐漸增大。這是因?yàn)樗嗨潭入S齡期增大而提高，水分散失增加，干縮增大。

水泥砂漿早期的干縮率隨亞甲藍(lán)值變化的差別不大，隨著齡期增加，不同亞甲藍(lán)值的干縮率差異越來越明顯，這可能是因?yàn)樗嗌皾{的干縮主要是漿體失水造成的。在早期，水泥首先與漿體中的游離水接觸而發(fā)生水化，由于形成的水化產(chǎn)物的體積小于水泥和水的總體積，水泥砂漿呈現(xiàn)一定的體積收縮[16-17]；黏土吸附部分游離水[18]，盡管黏土的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同，但總體較小，漿體中仍有較充足的游離水，砂漿內(nèi)部水分的蒸發(fā)散失以漿體中的游離水為主，因此相同石粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、不同黏土的質(zhì)量分?jǐn)?shù)水泥砂漿的干縮值及總體收縮值相近，亞甲藍(lán)值對(duì)砂漿早期干縮率的影響不大。隨著漿體中游離水因?yàn)樗饔弥饾u散失，黏土吸附水分的散失成為水泥砂漿干縮的主要來源，亞甲藍(lán)值差異對(duì)干縮率的影響逐漸明顯，亞甲藍(lán)值越大，黏土的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，水泥砂漿的干縮率相應(yīng)增大。

2.3石粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)水泥砂漿干縮性的影響

3種亞甲藍(lán)值下，不同石粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的水泥砂漿在不同齡期的干縮率如圖3所示。

a) 亞甲藍(lán)值為0 b) 亞甲藍(lán)值為1 c) 亞甲藍(lán)值為2圖3 不同石粉的水泥砂漿的干縮率

從圖3中可以看出，當(dāng)石粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，25 d砂漿干縮率最小，石粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時(shí)25 d砂漿干縮率最大，說明摻加一定量的石粉有助于減少水泥砂漿的干縮，而過量的石粉反而會(huì)加大砂漿的干縮率。這是因?yàn)槭劭梢杂行Ц纳扑嗌皾{的和易性，減少離析和泌水現(xiàn)象，使得水泥砂漿能充分拌合均勻。同時(shí)，石粉以微集料的形式存在于水泥砂漿中，改善了水泥砂漿中的孔結(jié)構(gòu)，使孔徑得以細(xì)化和均化，從而減少水泥砂漿的干縮。但是，當(dāng)石粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)過大、水灰比不變時(shí)，水化作用和水化產(chǎn)物減少，水泥漿體結(jié)構(gòu)密實(shí)度降低且富余水量增多，導(dǎo)致后期干縮增大。因此，對(duì)于機(jī)制砂水泥砂漿的干縮性而言，石粉的最佳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%左右，在最佳質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍內(nèi)，有助于減少水泥砂漿的干縮，超過最佳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，則會(huì)加大干縮。

2.4石粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、亞甲藍(lán)值對(duì)水泥砂漿耐磨性的影響

不同石粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、亞甲藍(lán)值水泥砂漿的單位面積磨損量見表3。

表3 不同石粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)、亞甲藍(lán)值水泥砂漿的25 d磨損量

從表3中可以看出，同一石粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)下，隨著亞甲藍(lán)值的增大，黏土的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，單位面積磨損量增加，即耐磨性降低。這是因?yàn)樯氨砻姹火ね聊喟?，阻礙了砂與水泥基的粘結(jié)，形成強(qiáng)度薄弱區(qū)，降低了水泥基與砂的粘結(jié)力，同時(shí)黏土雜質(zhì)會(huì)對(duì)水泥的水化產(chǎn)生影響，增加了腐蝕破壞作用，黏土在拌合時(shí)遇水粘結(jié)成團(tuán)，不易散開，同時(shí)降低水泥砂漿的和易性，從而降低了水泥砂漿的強(qiáng)度和耐磨性。

表3還表明：加入少量石粉，可有效減少水泥砂漿的磨損量，但當(dāng)石粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過10%時(shí)，磨損量反而增加。這是因?yàn)檫m量石粉改善了膠凝材料物理級(jí)配和水泥砂漿界面結(jié)構(gòu)，減少了水化初期水化物的相互粘結(jié)，提高了水泥砂漿的和易性，減少了離析和泌水，使水泥砂漿形成密實(shí)充填結(jié)構(gòu)和細(xì)觀層次的自緊密規(guī)程堆積體系，改善了水泥砂漿的孔結(jié)構(gòu)，降低孔隙率并減少了最大孔徑尺寸[19]。石粉的此種微集料效應(yīng)，使得水泥水化產(chǎn)物分布均勻，從而提高混凝土密實(shí)度。同時(shí)石粉抑制了堿骨料反應(yīng)，降低了水化熱，減少了混凝土結(jié)構(gòu)早期溫度裂縫。其活性在水泥水化時(shí)亦能發(fā)揮，進(jìn)而提高水泥砂漿的強(qiáng)度，耐磨性與強(qiáng)度硬度息息相關(guān)，強(qiáng)度增加，耐磨性增加[20-21]。但當(dāng)石粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過10%時(shí)，過多的石粉包裹在集料表面，減弱了機(jī)制砂間的機(jī)械嚙合力。同時(shí)石粉較大的表面積會(huì)吸收本應(yīng)提供于水泥水化的游離水，減弱了水泥水化作用，導(dǎo)致水泥砂漿的強(qiáng)度降低，耐磨性能減弱；水泥水化消耗的水量減少，石粉吸附的游離水較多，散失后留下了大量分散的空隙，這些空隙也會(huì)降低砂漿的耐磨性能。

2.5砂漿干縮率與磨耗值相關(guān)性分析

圖4 砂漿25 d干縮率與磨耗值關(guān)系曲線

對(duì)3組砂漿的25 d干縮率與磨損值進(jìn)行回歸分析，繪制成曲線如圖4所示。

由圖4可知，砂漿干縮率與磨損值呈正相關(guān)，當(dāng)干縮率減小時(shí)其磨損值減小，干縮率增加時(shí)其磨損值增大。說明砂漿干縮減小其耐磨性能增強(qiáng)，砂漿干縮增大其耐磨性能減弱。這是因?yàn)樯皾{失水收縮受到粗顆粒的阻礙，干縮率越大，在砂漿表面形成微裂縫越多，這些微裂縫降低了砂漿表面抗磨耗損失的能力。

3 結(jié)論

1)亞甲藍(lán)值對(duì)砂漿早期干縮率的影響不大，干縮率隨亞甲藍(lán)值增大而增大，且隨齡期增大，增大趨勢(shì)越來越明顯。

2)隨著石粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，砂漿各個(gè)齡期的干縮率先減小后增大。在石粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%左右時(shí)干縮率達(dá)到最小。

3)隨著黏土的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，亞甲藍(lán)值增大，砂漿的耐磨性能降低。

4)石粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%左右有利于增強(qiáng)砂漿抵抗磨耗損失的能力，石粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)過大反而會(huì)降低砂漿的耐磨性能。

5)當(dāng)砂漿的干縮率增大時(shí)，其耐磨性能隨之減弱，實(shí)際工程應(yīng)用中控制砂漿的耐磨性能可以從控制其干縮性能入手。

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(責(zé)任編輯：郎偉鋒)

DryShrinkageandWearResistanceofMortarwithLimestoneManufacturedSand

CUIQiang1,GAOChao1,CHENFuqiang2,KONGLingcai2,YANGDatian1,QINGLiya1

(1.SchoolofCivilEngineering,ChongqingJiaotongUniversity,Chongqing400074,China; 2.HighwayManagementBureauofGuangxiZhuangAutonomousRegion,Nanning530001,China)

In order to study the influence of the limestone powder content and methylene blue value of the limestone manufactured sand on mortar′s dry shrinkage and wear resistance, the relationship between the clay content and methylene blue value is analyzed by the methylene blue tests and then the mortar with different limestone powder content and methylene blue value is prepared, and drying shrinkage tests and wear tests are carried out. The results show that the mortar with 10% limestone power has the best wear resistance properties and the minimal drying shrinkage ratio; the greater the methylene blue value is, the greater drying shrinkage is, and the worse wear resistance is; the drying shrinkage ratio of mortar is in positive correlation to the wear value, so the wear resistance of mortar can be improved by controlling its dry shrinkage in engineering applications.

manufactured sand; limestone powder; methylene blue value; drying shrinkage; wear resistance

2017-01-07

廣西交通科技項(xiàng)目(20152615)

崔強(qiáng)(1992—)，男，重慶人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)槁坊访娼Y(jié)構(gòu)與材料，E-mail:cuiq791@163.com.

10.3969/j.issn.1672-0032.2017.02.010

TU528

：A

：1672-0032(2017)02-0061-05