甘肃省兰州市建投绿色建材产业发展集团有限公司 孙呈鹏 73000
摘要：本文研究了玄武岩石粉部分替代水泥和机制砂对干混砂浆性能的影响，找出随石粉含量改变干混砂浆性能的变化规律，以确定制备干混砂浆时的石粉最佳含量。试验结果表明，随石粉含量的增加，砂浆在规定的稠度时提高了用水量，新拌砂浆密度和硬化后的密度均降低，28d抗压强度降低但满足规范要求。
关键词：玄武岩石粉；机制砂；干混砂浆；抗压强度；
Abstract: This paper studies on the influence of basalt powder which partly replaces the cement and manufactured-sand on dry-mixed mortar property to find the change rule of dry-mixed mortar property with the content change of stone powder, which is to determine the optimum content of stone powder when making dry-mixed mortar. The experimental results show that with the stone powder content increasing, the water consumption of mortar in the specified consistency will increase and the density of both new mixing mortar and hardened mortar will decrease and the 28d compressive strength will decline but meet the specification requirements.
Keywords: basalt powder; manufactured-sand; dry-mixed mortar; compressive strength
1.引言
玄武岩系火山喷发地表之产物，起结构致密，并含有玻璃质[1]。兰州地区存在许多玄武岩矿物开采企业，伴随玄武岩的开采加工，会产生大量的玄武岩石粉。该石粉难以利用，又会造成环境污染，制约企业的发展。因此，若能有效地利用玄武岩石粉，能在矿物加工过程中对尾矿的处理具有重要意义。干混砂浆作为一种新型的建筑材料，具有品种多样、性能优越、绿色环保、提高功效等特点，被国家广泛推广使用[2-4]。若能在干混砂浆中掺入一定比例的玄武岩石粉，并且满足砂浆的基本性能要求，则可以降低砂浆的生产成本，同时起到保护环境的作用。
本文主要研究玄武岩石粉含量对干混砂浆性能的影响。采用不同石粉掺入情况配制干混砂浆，通过测试砂浆的密度、稠度、28d抗压强度等指标，确定石粉含量对干混砂浆性能影响的规律。
2.试验原材料及方案
2.1试验原材料
（1）水泥：试验所用水泥采用P·O42.5普通硅酸盐水泥，其物理性能均满足GB175-2007《通用硅酸盐水泥》的要求，性能指标见表1。
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（2）玄武岩机制砂：取自甘肃建投矿业有限公司生产的玄武岩机制砂。试验前对该机制砂进行检验，检验结果见表2。
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（3）玄武岩石粉：由玄武岩石屑通过干式制砂设备生产机制砂过程中产生的尾矿。采用0.08mm的筛网筛余率为15.4%，采用0.045mm的筛网筛余率为22.0%。
（4）水：城市自来水，满足JGJ63-2006《混凝土用水标准》的规定。
2.2 试验方案
本次试验以强度等级为M15的干混砌筑砂浆为例，参考JGJT98-2010《砌筑砂浆配合比设计规程》，设计出基准配合比。砂浆的试配强度按计算，其中系数k按施工水平为一般的情况，取为1.20，则试配强度为18MPa。在基准配合比外，再做出3种石粉不同掺入情况的试验，这三种情况为石粉替代水泥和机制砂各10%，石粉替代水泥15%替代砂10%以及石粉替代水泥10%砂15%，砂浆的配合比详见表3。
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试验步骤为，先按上述配合比计算10kg干混砂浆用料量，称取所需的干粉用量后混合搅拌均匀20s，得到拌合物，加水搅拌180s（控制用水量，使砂浆的稠度在60~90mm范围内）后得到砂浆拌合物。之后进行稠度、密度测试；最后制备立方体抗压强度试件，待在标准养护条件下达到28d时，进行硬化后密度及抗压强度测试。
干混砌筑砂浆的稠度、密度和立方体抗压强度均按JGJ/T70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法》的规定进行。
3. 试验结果及分析
3.1试验结果
根据上述试验方案及试验步骤，掺玄武岩石粉干混砂浆的28d抗压强度和其他性能指标的测试结果见图1~8。
3.2试验结果分析
3.2.1 石粉含量对砂浆稠度和用水量的影响
由A、B、C三项的结果，可绘出在石粉替代机制砂相同的情况下，石粉替代水泥的不同替代率下稠度和用水量的变化曲线图，如图1所示。由A、B、D三项的结果，可绘出在石粉替代水泥相同的情况下，石粉替代机制砂的不同替代率下砂浆稠度和用水量的变化曲线图，如图2所示。
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由图1可知，当用水量不断增加时，稠度先降低后增加。B组为玄武岩石粉替代水泥和机制砂各10%，与A组未掺入玄武岩石粉相比较，石粉的粒径比机制砂小，比表面积大，故需水量变大，因用水量增加较少所以砂浆稠度反而下降[5]。C组为玄武岩石粉替代水泥为15%替代机制砂为10%，与B组相比，水泥的替代率增加，因石粉的粒径和水泥的粒径差别相对较小，因此用水量增加后稠度也提高。
由图2可知，当用水量不断增加时，稠度先降低后提高。D组为玄武岩石粉替代水泥为10%替代机制砂为15%，与B组相比，机制砂的替代率增加，因石粉的粒径比机制砂的粒径小，比表面积大，所以需水量增加，因为用水量增加较多，因此和AB两组趋势不同，D组与B组相比，稠度提高。
综上可得，当玄武岩石粉替代水泥时，砂浆达到规定稠度时，用水量变化较小。而使用玄武岩石粉替代机制砂时，随着石粉的替代率增加，砂浆的用水量会逐渐增加。
3.2.2石粉含量对砂浆密度的影响
石粉替代水泥和机制砂不同替代率对干混砂浆密度的影响见图3及图4。
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由图3可知，当玄武岩石粉替代水泥的比率增多时，干混砂浆的密度会越来越小。B两组与A组相比，石粉替代率不断增加，用水量不断增加，水泥的相对含量减小，水泥浆体的含量会减小，导致密度降低。C组石粉的替代率进一步增加，用水量增加，故密度减小。
由图4可知，当玄武岩石粉替代机制砂的比率增多时，干混砂浆的密度越来越小。从图上可看出，当玄武岩石粉替代机制砂的比率增多时，与替代水泥的比率增多时相同，用水量不断增加，故密度减小。
综上可得，在干混砂浆中，随着玄武岩石粉含量的不断增加，为使砂浆达到规范规定稠度，用水量会不断增加，导致水泥的相对含量减小，在同等质量的前提下，所得的浆体体积量会减少，密度减小。
3.2.3 石粉含量对砂浆硬化后密度的影响
石粉替代水泥和机制砂不同替代率对干混砂浆硬化后密度的影响见图5及图6。
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由图5砂浆硬化后密度随石粉替代率的变化曲线可以看出，砂浆硬化后的密度变化趋势与新拌砂浆密度的规律相同，随石粉替代水泥的比率增加，用水量不断增加，密度减小。
由图6可知，石粉替代机制砂的比率增加时，干混砂浆硬化后的密度降低。由BD两组数据可以看出，随石粉替代率的增加，用水量增加，硬化后的密度有明显的降低。
综上可得，干混砂浆硬化后的密度随石粉含量的增加而逐渐降低，其主要原因为当砂浆中石粉含量增加时，用水量增加，因此，导致干混砂浆硬化后的密度随石粉含量的增加而降低。
3.2.4 石粉含量对砂浆28d抗压强度的影响
石粉替代水泥和机制砂不同替代率对干混砂浆28d抗压强度的影响见图7及图8。
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由图7砂浆28d干混砂浆的抗压强度随石粉替代率的变化曲线可以看出，随着玄武岩石粉替代水泥的比率增加，干混砂浆28d的抗压强度逐渐变小。因此当再生细粉替代干混砂浆中的水泥的量不断增大时，砂浆的粘聚性降低，使得砂浆的抗压强度降低[6]。但从图中也可看出砂浆的28d抗压强度都满足试配强度。
由图8可知，干混砂浆28d的抗压强度随石粉替代机制砂的比率增加而降低，趋势与图7相同。其主要原因为当石粉替代机制砂的比率增加时，由于石粉的比表面积大于砂子，则砂子的总表面积变大，需要包裹砂粒表面的水泥浆就愈多，而本试验中水泥的用量不变，故抗压强度逐渐降低。
综上可得，干混砂浆的28d抗压强度随石粉的含量增加而降低。
5. 结论
(1) 干混砂浆达到规定稠度的用水量随玄武岩石粉含量的提高而增加。当石粉替代水泥时变化较小，石粉替代机制砂时变化明显。
(2) 干混砂浆的拌合物密度和硬化后密度均随玄武岩石粉含量的增加而降低。
(3) 干混砂浆的28d抗压强度随石粉含量的增加而降低，但全部满足试验强度。
(4) 掺入玄武岩石粉后，干混砂浆性能有部分下降，但均满足规范要求，故玄武岩石粉可应用于干混砂浆中。
参考文献：
[1]陈祖荣. 玄武岩石粉在水泥生产中的应用前景[J]. 建材地质，1997,5:45-46.
[2]李云飞. 干混砂浆概述[J]. 吉林建材，2004,5:28-30.
[3]王培铭. 干混砂浆的发展和聚合物干粉的作用[J]. 混凝土与水泥制品，2004,1:45-48.
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[5]刘桂凤. 石粉部分替代水泥对机制砂干混砂浆力学性能的影响[J]. 混凝土与水泥制品，2011,12:49-52.
[6]李文. 干混砂浆用再生细分的性能评价分析[D]. 广州：广州大学，2016.