包含凝灰岩石粉的干混砂浆的制作方法

1.本发明涉及混凝土技术领域，具体涉及一种包含凝灰岩石粉的干混砂浆。


背景技术：

2.为了响应国家节能减排的号召，绿色建材行业技术的迅猛发展使得越来越多的人探索各类掺和料在干混砂浆的应用，因此砂浆以及混凝土的掺和料的种类在国内外建筑工程中很早己得到许多研究与拓展。有研究表明多种矿石原料产生的微粉都可代替水泥胶砂中水泥或者粉煤灰的用量，降低生产成本；e.kucukyldirim等通过对两种天然沸石进行锻烧，得出沸石粉煅烧前后掺入水泥中需水量差异较大、孔隙率降低、抗压性能更高、性能更为优异的结论(e.kucukyldirim,b.uzal.characteristics of calcined natural zeolites for use in high-performance pozzolan blended cements.construction and building materials,2014(73):229-234)。
3.凝灰岩，一种新的无机非金属矿物资源，因其分布广泛，含有sio2、al2o3、k2o和na2o等主要成分，以及cao、mgo、tio2、feo和fe2o3等次要成分,具有一定的化学活性，且具有类似火山灰质材料、粉煤灰等的化学活性。从而使其具有成为混凝土、干混砂浆等替代材料的价值。目前来说，凝灰岩石粉的应用还尚待更深的探索，但也取得了较多成绩。陈青生等研究表明西藏地区的凝灰岩石粉在混凝土中适宜的最大掺量为20％，可降低水泥的水化热，但试块存在强度下降降较大的问题，但是也能满足施工程过程中的基本要求(.西藏火山灰质材料作为混凝土掺和料的可行性[[j].水利水运工程学报，2001,4(12):22-26)；也有对比分析磷渣粉和凝灰岩石粉在试块中的表现，90d时，磷渣粉的抗压强度比接近于空白对照，水化活性高，凝灰岩石粉水化活性很低(梅国兴，刘伟宝.掺凝灰岩石粉、磷矿渣粉水泥浆体水化的sem分析.混凝土，2003(3):49-51)。
[0004]
我国西北地区矿储资源丰富，同时在碎石生产加工的过程中，产生的大量凝灰岩石粉是不可避免的严重污染环境的废料，因此如何将其利用起来，是行业一直研究的课题。
[0005]
发明人对甘肃永靖县瓦窑沟、樱桃沟地区碎石生产企业在生产过程中产生的凝灰岩石粉尾矿展开大量的研究试验，通过设置不同凝灰岩石粉对水泥的替代率对规范中适用的干混砂浆进行性能影响试验，改善干混砂浆的稠度、保水量和表观密度，获得最佳综合性能。


技术实现要素：

[0006]
本发明的目的是提供一种包含凝灰岩石粉的干混砂浆，通过凝灰岩石粉改善干混砂浆的稠度、保水量和表观密度，获得最佳综合性能。
[0007]
基于此，本发明提供一种干混砂浆，其包括水泥、集料、凝灰岩石粉、水、粉煤灰和外添加剂。
[0008]
所述外添加剂可以为砂浆外加剂(hpmc)和/或砂浆引气剂。
[0009]
所述水泥为硅酸盐水泥。
[0010]
所述集料中的含泥量优选为4％以下，泥块含量优选为1.5％以下，表观密度优选为2500kg/m
3-2800kg/m3,堆积密度优选为1400kg/m
3-1600kg/m3，空隙率40％-45％,细度模数优选为2.5-3。
[0011]
所述凝灰岩石粉的添加量相对于水泥用量优选为20％-30％，进一步优选25％。
[0012]
所述集料的用量相对于水泥用量优选为700％-800％。
[0013]
所述粉煤灰的添加量相对于水泥用量优选为20％-30％。
[0014]
所述砂浆外加剂(hpmc)的添加量相对于水泥用量优选为0.1-0.3％。
[0015]
所述砂浆引气剂的添加量相对于水泥用量优选为0.01-0.015％。
[0016]
本发明的有益效果
[0017]
本发明提供一种包含凝灰岩石粉的干混砂浆，通过凝灰岩石粉改善干混砂浆的稠度、保水量和表观密度，获得最佳综合性能。
附图说明
[0018]
图1凝灰岩石粉替代率对砂浆稠度的影响；
[0019]
图2凝灰岩石粉替代率对砂浆表观密度的影响；
[0020]
图3凝灰岩石粉替代率对砂浆保水性和用水量的影响；
[0021]
图4凝灰岩石粉替代率对砂浆28d抗压强度的影响；
[0022]
图5a和5b矿物掺和料颗粒微观形貌，其中5a粉煤灰，5b凝灰岩石粉；
[0023]
图6a和6b不同掺和料砂浆表面微观形貌，其中，6a粉煤灰砂浆，6b凝灰岩石粉砂浆。
具体实施方式
[0024]
本发明提供一种干混砂浆，其包括水泥、集料、凝灰岩石粉、水、粉煤灰和外添加剂。
[0025]
所述外添加剂可以为砂浆外加剂(hpmc)和/或砂浆引气剂。
[0026]
所述水泥为硅酸盐水泥。
[0027]
所述集料中的含泥量优选为4％以下，泥块含量优选为1.5％以下，表观密度优选为2500kg/m
3-2800kg/m3,堆积密度优选为1400kg/m
3-1600kg/m3，空隙率40％-45％,细度模数优选为2.5-3。
[0028]
所述凝灰岩石粉的添加量相对于水泥用量优选为20％-30％，进一步优选25％。
[0029]
所述集料的用量相对于水泥用量优选为700％-800％。
[0030]
所述粉煤灰的添加量相对于水泥用量优选为20％-30％。
[0031]
所述砂浆外加剂(hpmc)的添加量相对于水泥用量优选为0.1-0.3％。
[0032]
所述砂浆引气剂的添加量相对于水泥用量优选为0.01-0.015％。
[0033]
凝灰岩石粉在砂浆中的作用可以概括为：微集料效应、稀释效应、形态效应。首先微集料效应是指凝灰岩石粉的粒径比水泥小，造成石粉微粒填实了砂浆中的孔隙，增强了骨料间的密实性，同时也填充在较大水泥颗粒中间，在砂浆凝结硬化早期，改善了砂浆体系内部原有的颗粒级配，这两个因素共同作用于砂浆体系，增加了砂浆结构的密实度，从而提高了砂浆整体的抗压强度。形态效应是指凝灰岩石粉表面毛糙有较多的孔洞,并且又吸附
了大量毛糙的细颗粒；为其他材料的结合提供了较多的结合位点，使得石粉砂浆在最佳掺量的条件下集料之间结合更为紧密。稀释效应是指当石粉超过最佳掺量时，水泥的减少导致水化产物减少，这时稀释效应成为影响砂浆工作性能的主要因素。砂浆胶凝材料之间的空隙增大，稀释了砂浆中水化产物的浓度，导致砂浆内部的空隙变得更大，故砂浆的强度降低。
[0034]
以下采用实施例和附图来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。
[0035]
试验原材料
[0036]
1、水泥
[0037]
实验所用的水泥为甘肃祁连山水泥厂生产的42.5普通硅酸盐水泥，按照国家标准对其进行了质量检测(表1)。检测结果表明，水泥各项指标均满足相关标准要求。
[0038]
表1 水泥性能指标
[0039][0040]
集料
[0041]
集料的性能对于干混砂浆的抗压强度及拉伸粘接强度等性能有极大的制约作用，使用不同的集料对干混砂浆的最终性能有明显的影响。为使所制备的干混砂浆性能较优异，需要所用的集料具有含泥量低、杂志含量低、粒形和级配好的特点。本次实验所用砂子取自甘肃建投矿业有限公司生产的机制砂，试验前对该机制砂进行检验，其主要性能见表2。
[0042]
表2 机制砂性能指标
[0043][0044]
凝灰岩石粉
[0045]
所用凝灰岩石粉来自甘肃永靖县瓦窑沟、樱桃沟地区。凝灰岩化学成分主要为sio2、al2o3、k2o和na2o等,次要成分为cao、mgo、sio2、feo和fe2o3等。
[0046]
水
[0047]
试验所需用水，均为甘肃省永靖县的普通自来水。
[0048]
粉煤灰
[0049]
选用由兰州二热厂生产的ii级粉煤灰，其性能指标见表3。
[0050]
表3 粉煤灰性能指标
[0051][0052]
外添加剂
[0053]
选用诺新材科技有限公司bne-119d普通砂浆外加剂(hpmc)；柏诺新材科技有限公司普通砂浆引气剂，各项指标均满足规范要求。
[0054]
配制强度等级为m5、m10、m15和m20的砌筑砂浆，设计不同百分比的凝灰岩石粉掺量取代水泥，凝灰岩石粉掺量分别为水泥的0％、5％、10％、15％、20％、25％、30％七组，分别测定砂浆的稠度、保水率、表观密度以及抗压强度，分析对其工作性能的变化影响以及石粉掺量对砂浆微观结构的影响。配合比见表4。根据gb/t 25181-2010《预拌砂浆》规定，所制备的砂浆应的性能应满足表的各项要求。
[0055]
表4 干混砂浆配比
[0056]
[0057][0058]
实验结果分析
[0059]
选用强度等级为m5、m10、m15、m20四组砂浆为研究对象，以不掺凝灰岩石粉的砂浆作为空白对照，研究石粉掺量对砂浆工作性能以及力学性能的影响。砂浆各项性能指标的检测方法参考jgj/t 70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》。
[0060]
对稠度的影响
[0061]
凝灰岩石粉的添加量对砂浆稠度的影响如表5和图1所示。
[0062]
表5 稠度(mm)
[0063][0064]
从图1可以看出凝灰岩石粉对调节砂浆的稠度有着显著作用。总体上来说，稠度随着凝灰岩石粉的替代率的增大先增大后减小，且在凝灰岩石粉的添替代率为15％时，稠度的大小达到峰值，数据均符合国家标准准的稠度值。原因是石粉比表面积较大，使得需水量增大；替代率增加15％时，稠度呈现下降的原因是凝灰岩石粉由于填充效应填充在水泥搭建起来孔隙中，水泥比表面积降低，从而减少了用水量。
[0065]
对砂浆表观密度的影响
[0066]
凝灰岩石粉替换水泥的比例的不同对砂浆表观密度影响规律如表6及所图2所示。
[0067]
表6 表观密度(kg/m3)
[0068][0069]
实验样品的表观密度均满足不应小于1800kg/m3的规范要求。由图2可知，表观密度随着替代率的增加下降。同时强度等级的提高，表观密度也逐渐增加。凝灰岩石粉粒径小，比表面积大于水泥，为保持砂浆在合适的稠度范围，则必须增加用水量，导致砂浆的孔隙率增大，使得表观密度降低。而当砂浆的强度等级提高时，砂浆的水灰比不断降低，使砂浆的孔隙率逐渐降低，故砂浆的表观密度逐渐提高。
[0070]
对砂浆保水性的影响
[0071]
观察不掺和凝灰岩石粉的砂浆，可以看到砂浆黏聚性与保水性并不良好，而掺入少量的凝灰岩石粉能够提扩展度，增加流动性，提升砂浆的工作性能，这是由于凝灰岩石粉发挥了“微集料”作用的结果。分析实验数据(图3和表7)，砂浆的保水率始终保持在84％以上，总体来看，保水性的上升随着石粉掺量的逐渐增加而缓慢上升。这是由组成砂浆的原材料的颗粒级配所决定的。材料的粒径越小，砂浆的保水性就越好，随着凝灰岩石粉替代率增加，粒径小的颗粒越多，砂浆保水性能提升。随着砂浆等级的提升，为了保持砂浆稠度在标准规定的范围，则用水量也需增大，而集料的用量不变，虽然石粉用量增加且在砂浆体系中也充当了胶凝材料的角色，但凝灰岩石粉用量的增加幅度并不能完全抵消用水量增加幅度，因此结合图4的实验结果，砂浆的强度也会有所就降低。
[0072]
表7 保水率(％)
[0073][0074]
对砂浆抗压强度的影响
[0075]
表8 28d抗压强度(mpa)
[0076][0077]
由图4和表8可以得到，对于强度等级为m5、m10、m15、m20的四种凝灰岩石粉砂浆抗压强度的变化，随着凝灰岩石粉掺量的逐渐增加，砂浆的28d抗压强度总体上呈现先上升后产生一个骤降的趋势，在凝灰岩石粉替代量为水泥的25％时，砂浆试块的强度达到了一个峰值。随着凝灰岩石粉的逐渐增加，砂浆的强度也有相应小幅度的提高，这是因为在砂浆凝结硬化的后期，稀释效应占据了主导地位，对砂浆强度具有促进作用的微集料效应及形态效应己经不足以弥补水泥以及水泥水化产物的减少所带来的缺陷，故砂浆的强度产生了一个并不明显的提高。故选用凝灰岩石粉取代水泥制备干混砂浆时，凝灰岩石粉的取代率不宜大于25％。
[0078]
凝灰岩石粉的加入对砂浆微观结构的影响
[0079]
进行单一凝灰岩石粉以及粉煤灰的sem观察(图5),凝灰岩石粉颗粒主要由无规则外形的多层状多棱碎屑状颗粒组图一成，表面毛糙有较多的孔洞,并且又吸附了大量毛糙的细颗粒；而粉煤灰多为光滑的球状颗粒。在与水泥、砂等的嵌锁过程中，由于这种特殊形貌引起的形态效应和细集料填充作用，凝灰岩石粉的性能更加优异。
[0080]
由图6可以看出，7d时，粉煤灰球形颗粒表面光滑无物，尚无出现火山灰反应的迹象。掺入凝灰岩石粉的砂浆中集料之间互相搭接形成较为稳定且致密的结构，石粉受力性能较好，与周边的集料颗粒形成互相填充的作用，使得降低砂浆强度的因素有所改善；且有较多的晶体结构，这是由于石粉的粒径较小，吸水率较大，水化更为充分。
[0081]
最后，我们检测此次使用的凝灰岩石粉的成分，化学分析表明，样品凝灰岩中al2o3含量为14.70％，sio2含量为66.12％(如表9)，是一种火山灰质硅铝酸盐混合材料。采用x射线和红外光谱分析，凝灰岩的主要矿物为石英、水云母和长石。
[0082]
表9 凝灰岩石粉成分表
[0083]
[0084]
所有上述的首要实施这一知识产权，并没有设定限制其他形式的实施这种新产品和/或新方法。本领域技术人员将利用这一重要信息，上述内容修改，以实现类似的执行情况。但是，所有修改或改造基于本发明新产品属于保留的权利。
[0085]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。