干粉砂浆收缩性能及力学性能研究

维普资讯 http://www.cqvip.com 新鲤建巍　全国中文核心期刊　权刘权，李东旭　（南京工业大学材料科学与工程学院，江苏南京２１０００９）　摘要：以木质素纤维与膨胀剂掺入含有粉煤灰的水泥砂浆中，通过正交试验研究了不同掺量的木质素纤维、膨胀剂和粉煤灰　对干粉砂浆的流动性能、力学性能以及收缩性能的影响。同时探讨了氧化钙对粉煤灰水泥基自流平材料性能的影响。　关键词：干粉砂浆；木质素纤维；膨胀剂；氧化钙；力学性能；收缩　中图分类号：ＴＱ１７７．６　文献标识码：Ａ　文章编号：１ＯＯ１－７０２Ｘ（２ｏ０７）Ｏ５—０ｏ０７一Ｏ３６　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ａｎｄ　ｓｈｒｉｎｋａｇｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｄｒｙ　ｐｏｗｄｅｒ　ｍｏｒｔａｒ　ＱＵＡＮ　Ｌｉｕｑｕａｎ，ＬＩ　Ｄｏｎｇｘｕ　（ｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｍｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｍｉｎｇ　２１０００９，Ｊｉａｎｇｓｕ，Ｃｈｉｎａ）　０前言　物相对减少，水泥水化所形成的凝胶量也减少，从而导致干燥　收缩率降低，使粉煤灰砂浆后期的收缩率较水泥砂浆低。　膨胀剂是一种能与水泥或其它胶凝浆体反应，最终生成　水泥基材料在硬化过程中因毛细孔内水分的失去将造成　构件宏观体积的收缩，主要有水分蒸发产生的干燥收缩和化　其它产物使体积增加的物质，它的主要功能在于掺入水泥基　学收缩引起的自生收缩，过大的收缩应力将使受限构件产生　材料中起抗裂、防渗作用。膨胀剂在水泥水化，硬化过程中能　开裂，从而降低构件的力学性能和耐久性。在水泥砂浆和混凝　使水化产物体积有适量膨胀，从而填充混凝土的部分空隙。本　土中掺入纤维　可以明显减少收缩所产生的裂纹，显著地提　文研究以不同掺量的粉煤灰、膨胀剂和甲基羟乙基纤维素醚　高水泥砂浆和混凝土的抗裂性能和耐久性，同时还有一定的　加入到普通干粉砂浆中，对其性能的影响，同时探讨氧化钙掺　　增韧效果。目前，水泥砂浆和混凝土中应用和研究较多的纤维　量对粉煤灰水泥基自流平材料性能的影响。有尼龙、聚丙烯、聚乙烯、聚酯等ｐ卅，但对于天然木质素纤维　砂浆的研究和应用还相对较少。　砂浆收缩过大会在体系内部产生收缩裂缝。尽管随着水　１试验原材料　木质素纤维，长度约为２５０　ｍ；硫铝酸钙膨胀剂；甲基羟　泥水化作用的进行，能够对这类收缩裂缝产生愈合作用，但砂　乙基纤维素醚；原状粉煤灰在球磨机中粉磨，每次称取３０００　ｇ　浆的这种“自愈’作用是有限的。已有许多关于粉煤灰砂浆和　粉煤灰与高温煅烧的脱硫石膏混合物进行粉磨１　ｈ，过０．０８　混凝土收缩性能的研究四。粉煤灰作为一种具有潜在水硬活　ｍｍ筛的筛余为０．４％；江南一小野田Ｐ・１／５２．５水泥；砂：细砂、　性的混合材料，早期反应能力差，颗粒表面能较低，粉煤灰颗　特细砂；减水剂：木质素磺酸钙、萘系高效减水剂；氧化钙：化　粒间的水分容易蒸发散失，从而引起干缩增大；到后期，粉煤　学纯，经粉磨后过０．０８　ｍｍ筛筛余为０。　灰在水泥水化释放出的碱性成分『主要为Ｃａ（ＯＨ）２］＠激发下，　发生所谓的二次水化，使砂浆ｐＨ值降低。一方面减少了碳化　下降；又由于粉煤灰取代水泥后，水泥用量减少，水泥水化产　收稿日期：２００６—０６—２８　２试验分析　采用正交试验法，选择膨胀剂、木质素和粉煤灰的掺量３　个因素，但没有考虑各因素之间的交互作用。根据正交试验的　要求和聚合物砂浆的有关理论，确定正交试验的因素及水平　１稠度及力学性能试验　收缩，另一方面也使砂浆界面结构致密，失水量降低，干缩率　２．作者简介：权刘权，男，１９８２年生，硕士研究生。Ｅ—ｍａｉｌ：　ｌｉｕｑｕａｎ１６３＠１６３．ＣＯＩＴＩ，通讯作者：李东旭，Ｅ－ｍａｉｈｄｏｎｇｘｕｌｉ＠ｎ￣ｕｔ．ｅｄｕ．　ｃｎｏ　见表１。按照ｋ（３　）安排试验方案，试验中膨胀剂与粉煤灰掺　量分别为等量取代水泥的量，木质素纤维的掺量为混合料干　质量百分比。试验配合比及其性能测试结果见表２，方差分析　ＮＥＷ　ＢＵＩ　ＬＤＩＮＧ　ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ　・７・　维普资讯 http://www.cqvip.com 权刘权　等：干粉砂浆收缩性能及力学性能的研究　结果见表３一表　。　。　・墨＿　蒜ｌ正交试验因素水平表　２．２对浆稠度影响的分析　从表３可以看出，膨胀剂、木质素纤维与粉煤灰的掺量对　干粉砂浆的稠度都有一定的影响。增加膨胀剂与粉煤灰的掺　量，可以提高干粉砂浆的稠度，而增加木质素纤维的用量，则　不利于砂浆稠度的提高。从表２试验结果可以直接看出，稠度　最好的是试样Ｍ７，其粉煤灰与膨胀剂的掺量都最大，而木质　砂浆中砂的用量为１４４３．７　ｋｇ／ｍ　，水的用量为３００　ｋｇ／ｍｓ，　素纤维掺量最小。粉煤灰加入砂浆中，对其稠度有一定的改善　并且加入适量的甲基羟乙基纤维素醚和木质素磺酸钙。　表２　（３　）配合比与测试结果　表３稠度的方差分析　注：　表示相对重要因素。下同。　表４抗折强度的方差分析　表５抗压强度的方差分析　注：・　表示重要影响因素。下同。　．８．　新型建筑材料　２００７．５　作用，原因是粉煤灰中含有许多球形玻璃微珠，而水泥颗粒是　不规则的几何体，粉煤灰中的这些微珠在水泥颗粒间起到“滚　珠”作用，减少了水泥颗粒间相对滑移的阻力，增加了砂浆的　稠度。木质素纤维为短棒结构，长度约２５０　ｍ，当与混合料搅　拌时相互搭接，从而对砂浆的稠度产生不利的影响。　干粉砂浆稠度的测试是在加水搅拌后很短的时间内完　成，因此，对其稠度的影响主要在于组成材料物理结构上，而　不应是化学方面的原因。加入到砂浆中的膨胀剂是一种细度　很细的材料，当与其它材料混合搅拌时，膨胀剂将填充在水泥　与粉煤灰颗粒之间，改善胶凝材料颗粒的级配，有利于干粉砂　浆稠度的提高。　２．３对强度影响的分析　从表４可以看出，膨胀剂、木质素纤维与粉煤灰的掺量对　干粉砂浆的抗折强度都有一定的影响。从表５看出，对于抗压　强度而言，膨胀剂是重要影响因素，粉煤灰是次重要影响因　素。表２的测试结果表明，不论抗折还是抗压强度，试样Ｍｌ　的强度都最高。增加粉煤灰与膨胀剂的掺量对干粉砂浆的抗　折强度与抗压强度都是不利的。膨胀剂与粉煤灰交互作用试　验方差分析结果见表６。　表６膨胀剂与粉煤灰交互作用抗折强度方差分析　从表６可以看出，当考虑膨胀剂与粉煤灰掺量的交互作　用时，膨胀剂与粉煤灰都成为重要的影响因素，并且两者之间　的交互作用也是相对重要的影响因素，两者之间存在较优的　配合比关系，能够共同作用于干粉砂浆的力学性能。由于加入　干粉砂浆中的硫铝酸钙类膨胀剂中含有明矾石、石膏和另外　几种材料，这些材料在与水泥中的硅酸钙水化反应过程中析　出的Ｃａ（ＯＨ）　相互作用，生成水化硫铝酸钙。粉煤灰的活性　效应也是由于粉煤灰中活性部分ＳｉＯ　、Ａ１　０　与Ｃａ（ＯＨ）　发生　维普资讯 http://www.cqvip.com 权刘权，等：干粉砂浆收缩Ｉ｝生能及力学性能的研究　反应，生成硅铝酸钙。然而粉煤灰与膨胀剂对砂浆的作用都与　的掺量就应减少水泥的用量，当它们的掺量达到一定的值时，　将影响其性能的发挥。　２．４干粉砂浆的干缩性能试验分析　木质素纤维也是对干粉砂浆１４　ｄ收缩率的重要影响因　胶凝材料的水化产物的粘结力来控制砂浆的收缩与膨胀。在　砂浆中加入木质素纤维，不仅不会对干粉砂浆的强度产生大　的不利影响，而且可以有效地控制干粉砂浆的收缩性能。　水泥水化生成的Ｃａ（ＯＨ）：有关系，试验增加粉煤灰与膨胀剂　素。木质素纤维被包裹在胶凝材料的水化产物中，通过纤维与　试验采用２５　ｍｍｘ２５　ｍｍｘ２８０　ｍｍ的模具，用电子比长仪　测量不同龄期试样的长度变化，研究干粉砂浆的干缩性能。测　得掺木质纤维砂浆７、１４、２１、２８　ｄ的干缩率见表７。　３结论　（１）在配制干粉砂浆时，增加膨胀剂与粉煤灰的掺量可以　表７掺木质素纤维砂浆的干缩率　对试样测试结果进行方差分析，发现对各龄期收缩率的　影响因素是变化的。７　ｄ试样的收缩率中，膨胀剂、木质素纤维　与粉煤灰都是不太重要的影响因素，然而对１４　ｄ试样的收缩　率，这３个影响因素都成为了重要影响因素。这与这些材料加　入砂浆中的作用机理有很大的关系。　粉煤灰作为一种具有潜在水硬活性的混合材料，早期反　应能力差，颗粒表面能较低，粉煤灰颗粒间的水分容易被蒸发　散失，从而引起干缩增大，到后期，粉煤灰在水泥水化释放出　的碱性成分『主要为Ｃａ（ＯＨ）２］ｆ￣激发下，发生所谓的二次水　化，使砂浆的ｐＨ值降低，这一方面减少了碳化收缩，另一方　面也使砂浆界面结构致密，失水量降低，干缩率下降；又由于　粉煤灰取代水泥后，水泥用量减少，水泥水化产物相对减少，　所形成的凝胶量也减少，从而使掺粉煤灰的干粉砂浆的后期　收缩率较普通干粉砂浆低。　膨胀剂中的明矾石、石膏与水泥矿物及其水化产物反应，　生成含水硫铝酸钙（钙矾石）而产生微膨胀。膨胀剂对干粉砂　浆的膨胀作用与水泥水化的进程及水化产物的量有很大的关　系，在早期水泥水化产物较少，膨胀剂对砂浆的作用没有表现　出来。而后期水泥水化进行较为完全，没有太多的Ｃａ（ＯＨ）　产生，从而使得膨胀剂的作用受到削弱，从对干粉砂浆２８　ｄ　的收缩率进行方差分析可以看出，在这个龄期膨胀剂的掺量　不是重要影响因素。　提高砂浆的稠度，而增加木质素纤维的用量则不利于砂浆稠　度的提高。　（２）当粉煤灰与硫铝酸钙类膨胀剂共同加入到砂浆中时，　不利于粉煤灰对砂浆后期强度的提高，同时膨胀剂对砂浆的　微膨胀作用也会受到限制，因此，硫铝酸钙膨胀剂不适宜共同　配制干粉砂浆。　（３）在干粉砂浆中加入木质素纤维不仅不会对砂浆的强　度产生大的不利影响，而且可以有效地控制砂浆的收缩性能。　参考文献：　［１］Ｈｏｕｓｓａｍ　Ａ，Ｔｏｕｔａｎｊｉ．Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ　ｆｉｂｅｒ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｓｉｌｉｃａ　ｆｕｍｅ　ｅｘｐａｎｓｉｖｅ－ｃｅｍｅｎｔ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ［Ｊ］．Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｂｕｉｌｄｉｎｇ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，１９９９，１３：１７１—１７７．　［２］Ｒａｍｌ　Ｈ　Ｈａｄｄａｄ，Ｍｏｈａｍｍｅｄ　Ｍ　Ｓｍａｄｉ．Ｒｏｌｅ　ｏｆ　ｆｉｂｅｒｓ　ｉｎｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　ｕｎｒｅｓｔｒａｉｎｅｄ　ｅｘｐａｎｓｉｏｎ　ａｎｄ　ａｒｒｅｓｔｉｎｇ　ｃｒａｃｋｉｎｇ　ｉｎ　Ｐｏｒｔｌａｎｄ　ｃｅ—　ｍｅｎｔ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｕｎｄｅｒｇｏｉｎｇ　ａｌｋａｌｉ－－ｓｉｌｉｃａ　ｒｅａｃｔｉｏｎ［Ｊ］＿Ｃｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｒｅｓｅａｒｅｈ，２００４，３４：１０３—１０８．　［３］Ｓｏｎｇ　Ｐ　Ｓ，Ｈｗａｎｇ　Ｓ，Ｓｈｅｎ　Ｂ　Ｃ．Ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｎｙｌｏｎ－ａｎｄ　ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ—ｆｉｂｅｒ＇ｒｅｉｆｏｒｃｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅｓ［Ｊ］．Ｃｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ，２ｏｏ５，３５：１５４６—１５５０．　［４］Ｚｈｅｎｇ．Ｚｈｉｈｏｎｇ，Ｆｅｌｄｍａｎ．Ｄｏｒｅ１．Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ　ｆｉｂｅｒ—ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｃｏｎ—　ｃｒｅｔｅ［Ｊ］．Ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｉｎ　ｐｏｌｙｍｅｒ　ｓｃｉｅｎｃｅ，１９９５，２０（２）：１８５—２１０．　［５］　Ｃｈｉｎｄａｐｒａｓｉｔｒ　Ｐ，Ｈｏｍｗｕｔｔｉｗｏｎｇ　Ｓ，ＳｉｒｉｖｉｖａｔｎａｎｏｎＶ．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｌｆｙ　ａｓｈ　ｆｉｎｅｎｅｓｓ　ｏｎ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｄｒｙｉｎｇ　ｓｈｒｉｎｋａｇｅ　ａｎｄ　ｓｕｌｆａｔｅ　ｒｅｓｉｓ—　ｔａｎｃｅ　ｏｆ　ｂｌｅｎｄｅｄ　ｃｅｍｅｎｔ　ｍｏｒｔａｒ［Ｊ］．Ｃｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｒｅ—　ｓｅａｒｃｈ，２００４，３４：１０８７—１０９２．　Ａ　云南年产１０万ｔ高岭土生产线建成并试生产　由云南鑫鹏高岭土有限公司投资３０００万元开发建设的年　产１０万ｔ高岭土自动化生产线，日前建成投入试生产。开发的　高品质高岭土主要用于生产陶瓷、塑料、油漆、造纸等行业。　该公司通过开展技术攻关和反复工艺流程试验，于２００６　年２月动工兴建，建成投产后预计年产值可达６０００万元。　（泽雁转）　ＮＥＷ　ＢＵＩ　ＬＤＩＮＧ　ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ　・９・