石屑代替粉煤灰对Mb砂浆性能影响的试验研究

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  摘要:文章通过室内试验,研究了在混凝土小型砌块和混凝土砖砌筑砂浆(Mb砂浆)中用石屑代替粉煤灰掺合料对Mb砂浆和易性、强度以及砌体通缝抗剪强度性能的影响。试验结果表明,用石屑代替粉煤灰掺合料能够改善Mb砂浆的和易性,减少Mb砂浆的收缩率以及达到设计抗剪强度要求等多方面性能。
  关键词:Mb砂浆;和易性;抗剪强度
  
  Abstract: in this paper, through the indoor experiment, studied in small concrete block and concrete brick masonry mortar ( Mb mortar ) of stone chips instead of fly ash admixture of Mb mortar workability, strength and shear strength of masonry cracks affect performance. Experimental results show that, stone chips instead of fly ash admixture can improve Mb workability of mortar, reduce the shrinkage of mortar and Mb reached the design shear strength requirements and other aspects of performance.
  Keywords: Mb mortar; workability; shear strength
  
  
  中图分类号:TU57+8.1 文献标识码:A 文章编号:2095-2104(2013)
  前言
  海外工程在诸多原材料的紧缺方面对设计提出了严格的要求,在RED-Zango-8000、RED-Soyo-6000项目中根据规范《混凝土小型砌块和混凝土砖的砌筑砂浆》(JC860-2000)提出了Mb砂浆的设计配置,根据规范应采用粉煤灰作为掺合料来增加砂浆的保水和减低砂浆收缩避免砌筑砂浆后期开裂导致工程质量出现问题。但由于当地没有粉煤灰这一材料,故提出用石屑代替粉煤灰来满足Mb砂浆先关的性能要求。本文从利用现场现有原材料来代替规范要求原材料,利用资源,满足设计施工要求,对Mb5及Mb7.5砂浆掺石屑、不掺石屑两种共四个不同配比对其砂浆和易性、砌体抗压强度、砌体通缝抗剪强度的影响进行了初步研究。
  1 研究所用原材料
  水泥:P.O42.5中国山东丰源 28d抗压强度为47.5MPa。
  细集料:天然砂姆班扎粒径范围0~4.75mm,其中小于0.075mm的颗粒含量占总质量的7.8%,表观密度:2640 Kg/m3,堆积密度:1510 Kg/m3,细度模数:2.4(3区中砂)。
  石屑:人工碎石石屑末班扎 粒径范围0~4.75mm,其中小于0.075mm的颗粒含量占总质量的24.6%。
  混凝土砖:二项目砖厂,尺寸240mm×53mm×115mm强度MU15(由于试验仪器及场地限制,只制取了混凝土砖的砌体试件,未作混凝土小型砌块390mm×190mm×190mm的砌体试件)。
  水:自来水
  2试验方法
  2.1根据《砌筑砂浆配合比设计规程》(JGJ/T98-2010)选取单位体积砂浆所用水泥、砂子和水,石屑掺量为所用砂子的50%,得出Mb砂浆配合比。
  2.2新拌砂浆的和易性:根据《建筑砂浆基本性能试验方法》(JGJ/T70-2009)进行检测,主要检测稠度、分层度、泌水情况等。
  本研究所用Mb5及Mb7.5砂浆掺石屑、不掺石屑两种共四个不同配比如表1所示:
  表1.Mb砂浆设计配合比
  
  
  2.3稠度试验及试验结果确定应按下列步骤进行:
  2.3.1应先采用少量润滑油轻擦滑竿,再将滑竿上多余的油用吸油纸擦净,使滑竿能自由滑动。
  2.3.2应先采用湿布擦净盛浆容器和试锥表面,再将砂浆拌合物一次装入容器;砂浆表面宜低于容器口10mm,用捣棒自容器中心向边缘均匀地插捣25次,然后轻轻的讲容器摇动或敲击5~6下,使砂浆表面平整,随后将容器置于稠度测定仪的底座上。
  2.3.3打开制动螺丝,向下移动滑竿,当试锥尖端与砂浆表面刚接触时,应拧紧制动螺丝,使齿条测杆下端刚接触滑竿上端,并将指针对准零点上;
  2.3.4拧开制动螺丝,同时计时,10s时应立即拧紧螺丝,将齿条侧杆下端接触滑竿上端,从刻度盘上读出下沉深度(精确至1mm),即为砂浆的稠度值;
  2.3.5盛浆容器内的砂浆,只允许测定一次稠度,重复测定时,应重新取样测定。
  2.3.6同盘砂浆应取两次试验结果的算术平均值作为测定值,并精确至1mm.
  2.3.7当两次试验值之差大于10mm时,应重新取样测定。
  2.4分层度试验及试验结果确定应按下列步骤进行:
  分层度的测定可采用标准法和快速法。当发生争议时,应以标准法的测定结果为准。
  2.4.1标准法测定分层度应按下列步骤进行:
   1)应按照前章的规定测定砂浆拌合物的稠度;
   2)应将砂浆拌合物一次性装入分层度筒内,待装满后,用木锤在分层度筒周围距离大致相等的四个不同部位轻轻敲击1~2下;当砂浆沉落到低于筒口時,应随时添加,然后刮去多余的砂浆并用抹刀抹平;
  3)静止30min后,去掉上节200mm砂浆,然后将剩余的100mm砂浆倒在拌合锅内拌合2min,按照稠度试验规定测定其稠度。前后测得的稠度之差即为该砂浆的分层度值。
  2.4.2快速法测定分层度应按下列步骤进行:
  1)应按照前章的规定测定砂浆拌合物的稠度;
  2)应将分层度筒预先固定在振动台上,砂浆一次装入分层度筒,振动20s;
  3)去掉上节200mm砂浆,然后将剩余的100mm砂浆倒在拌合锅内拌合2min,按照稠度试验规定测定其稠度。前后测得的稠度之差即为该砂浆的分层度值。
  2.4.3分层度试验结果应按下列要求确定:
  1)应取两次试验结果的算术平均值作为该砂浆的封层度值;
  2)当两次分层度值试验值之差大于10mm时,应重新取样测定。
  3)抗压强度:根据《建筑砂浆基本性能试验方法》(JGJ/T70-2009)检测,试件尺寸为70.7mm×70.7mm×70.7mm立方体。所用试验机为精度为1%,试件破坏荷载应不小于压力机量程的20%,且不应大于全量程的80%。
  2.5立方体抗压强度试件的制作及养护应按下列步骤进行:
  2.5.1应采用立方体试件,每组试件应为3个;
  2.5.2应采用黄油等密封材料涂抹试模的外接缝,试模内应涂刷薄层机油或隔离剂。应将拌制好的砂浆一次性装满砂浆试模,成型方法应根据稠度而确定。当稠度大于50mm时,宜采用人工插捣成型,当稠度不大于50mm时,宜采用振动台振实成型;
  1)人工插捣:应采用振捣棒均匀地由边缘向中心按螺旋方式插捣25次,插捣过程中当砂浆沉落低于试模口时,应随时添加砂浆,可用油灰刀插捣数次,并用手将试模一边抬高5~10mm各振动5次,砂浆应高出试模顶面6~8mm;
  2)机械振动:将砂浆一次性装满试模,放置到振动台上,振动时试模不得跳动,振动5~10s或持续到表面泛浆为止,不得过振。
  2.5.3应待表面水分稍干后,再将高出试模部分的砂浆沿试模顶面刮去并抹平。
  2.5.4试件制作后应在温度为20±5℃的环境下静止24±2h,对试件进行编号、拆模。当气温较低时,或者凝结时间大于24h的砂浆,可适当延长时间,但不应超过两天。试件拆模后应立即放入温度为20±2℃,相对湿度为90%以上的标准养护室中养护。养护期间,试件彼此间隔不得小于10mm,混合砂浆、湿拌砂浆试件上面应覆盖,防止有水滴在试件上;
  2.5.5从搅拌加水开始计时,标准养护龄期应为28d,也可根据相关标准要求增加7d或14d。
  2.6立方体试件抗压强度试验应按下列步骤进行:
  2.6.1试件从养护地点取出后应及时进行试验。试验前应就试件表面擦拭干净,测量尺寸,并检查其外观,并应计算试件的承压面积。当实测尺寸与公称尺寸之差不超过1mm时,可按照公称尺寸进行计算。
  2.6.2将试件安放在试验机的下压板或下垫板上,试件的承压面应与成型的顶面垂直,试件中心应与试验机下压板或下垫板中心对准。开动试验机,当上压板与试件或上垫板接近时,调整球座,使接触面均衡受压。承压试验应连续而均匀地加荷,加荷速度应为0.25~1.5kN/s,砂浆强度不大于2.5MPa时,宜取下限。当试件接近破坏而开始迅速变形时停止调整试验机油门,直至试件破坏,然后记录破坏荷载。
  砂浆立方体抗压强度按照下式计算:
  fm,co=KNu/A
  fm,co———砂浆立方体试件抗压强度(MPa),应精确0.1MPa;
  Nu———试件破坏荷载(N);
  A———试件承压面积(mm2);
  K———换算系数,取1.35;
  2.7立方体抗压强度试验的试验结果应按下列要求确定:
  2.7.1应以三个试件测值的算术平均值作为该组试件的砂浆立方体抗压强度的平均值(f2),精确至0.1MPa;
  2.7.2当三个测值的最大值或最小值中有一个与中间值的差值超过中间值的15%时,应把最大值及最小值一并舍去,取中间值作为该组试件的抗压强度值;
  2.7.3当两个测值与中间值的差值均超过中间值的15%,该组试验结果应为无效。
  2.8砌体通缝抗剪强度性能:
  根据《砌体基本力学性能试验方法标准》(GBJ129-90)检测。砌体沿通缝截面的抗剪试验应采用由9块砖组成的双剪试件图1所示,其他规格砖块的砌体抗剪试验,宜采用此种双剪试件型式,但试件尺寸可作相应的调整。中、小型砌块的砌体抗剪试验,可使用加荷架沿水平方向对试件施加荷载。对于较高的中型砌块砌体试件,试验时应加设侧向支撑,试件与台座之间宜采用湿砂垫平,不宜加设滚轴。
  砖砌体抗剪试件的砂浆强度达到70%以后,可将试件立放,按要求先后对承压面和加荷面。采用1:3水泥砂浆找平,找平层厚度宜为10mm上、下找平层应相互平行并垂直于受剪面的灰缝,其平整度可采用水平尺和直角尺检查。水平加荷的中、小型砌块砌体抗剪试件,其三个受力面也应找平并应垂直于水平灰缝。
  
  双剪试件图 1
  
  2.9砌体抗剪试验应按下列步骤和要求进行
  2.9.1测量受剪面尺寸,测量精度应为1mm。
  2.9.2将砖砌体抗剪试件立放在试验机下压板上,试件的中心线应与试验机轴线重合,试验机上下压板与试件的接触应密合 对于中、小型砌块的砌体抗剪试验 尚应采用由加荷架 千斤顶和测力计组成的水平加荷系统。
  2.9.3抗剪试验应采用匀速连续加荷方法,并应避免冲击,加荷速度应按试件在1-3min内破坏进行控制。当有一个受剪面被剪坏即认为试件破坏,应记录破坏荷载值和试件破坏特征。
  单个试件沿通缝截面的抗剪强度应按下式计算,其计算结果取值应精确至0.01N/mm2
  fv,m=Nv/2A
  式中 fv,m--------试件沿通缝截面的抗剪强度(N/mm2)
   Nv-------试件的抗剪破坏荷载值(N)
   A--------试件的一个受剪面的面积(mm2)
  
  3.试验结果分析(见表2)
  表2 设计配比各项性能一览表
  
  
  3.1新拌砂浆的和易性
  新拌砂浆的和易性流动性和保水性,分别以稠度和分层度控制。在胶凝材料和用水量保持不变的情况下,考虑石屑含量对和易性的影响。
  3.2稠度
  稠度是砂浆流动性的指示,用于确定配合比或施工过程中控制建筑砂浆的用水量。
  由表2可以得出,在水泥、水用量相等的情况下,掺石屑和未掺石屑四种配比的稠度变化很大,掺石屑配比稠度均比未掺石屑配比稠度相差20mm左右,这是由于石屑替代50%砂子增加了固体颗粒的比表面积使需水量增大而引起的。
  3.3泌水情况
  通过对新拌砂浆的观察,未掺石屑的两种的配合比因为稠度过大就能出现了泌水的现象,掺石屑的两种配比泌水现象减低,这是由于石屑本身0.075mm以下含量增加了固体面积对水的比例,保水性增强,泌水情况得到改善。
  3.4硬化砂浆的性能指标
  硬化砂漿的性能指标包括抗压强度、砌体通缝抗剪强度等。
  3.5立方体抗压强度
  由表2试验数据可知,石屑在一定的掺量范围内可以显著提高试件的抗压强度。这是由于石屑含有比砂子粒径小的颗粒含量,硬化后能够使孔隙率减少。
  3.6砌体通缝抗剪强度
  抗剪强度在《混凝土小型砌块和混凝土砖的砌筑砂浆》(JC860-2000)中明确规定了其标准值,这是专用砂浆的特殊规定值之一,由表2试验数据可知,石屑在一定的掺量范围内可以显著提高砌体通缝抗剪强度,利用石屑细小的颗粒级配来填充砂子之间的空隙增大粘结摩擦力来确保构件的抗剪强度。
  3.7试件制作及养护
  模拟现场在室外砌筑,成型后在试验室制作各种性能试验所需试件,放入标准养护室养护7天、28天后做强度及抗剪强度试验并作结果分析。(温度20±2℃,湿度>90%)。
  
  4结论
  4.1在缺少粉煤灰掺合料的条件下,采用石屑代替部分粉煤灰掺合料来满足混凝土小型砌块和混凝土砖的砌筑砂浆的各项性能指标是可行的,既使用了碎石筛余石屑,有改善了砂浆的性能。
  4.2采用石屑代替部分粉煤灰掺合料能够优化砂子的颗粒级配,改善新拌砂浆的性能,具体实际掺量应根据现场原材性能试拌确定。
  4.3综合考虑石屑代替粉煤灰满足Mb砂浆的和易性、强度、抗剪强度的影响,通过试验合理确定石屑掺量,以便在实际工程中选择合理的掺量,具有显著的科技经济意义。
  
  参考文献:
  [1]王嘉琪,唐劲松.石屑砂浆性能研究[J].混凝土,2002(3):49-51.
  [2]杨绍林.建筑砂浆使用手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2003.[3]JGJ/T70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法》[S]
  
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