【摘 要】选择两种不同细度模数的镍铁渣机制砂，在单掺情况下研究机制砂细度模数和替代比例 对湿拌砂浆工作性能和力学性能的影响。结果表明：选用细度模数为 2.5 的镍铁渣机制砂制备的湿拌 砂浆具有良好的工作性能和力学性能，较好的满足施工质量要求，其替代比例宜选择 50%；选用细度 模数为 3.0 的镍铁渣机制砂，砂浆表面轻度泌水，且手感粗糙，工作性能较差，不宜替代天然砂使用。

【关键词】镍铁渣机制砂；湿拌砂浆；性能；应用分析

引 言

湿拌砂浆是一种绿色、环保及经济为一体的新型建 筑材料，与传统现场搅拌砂浆相比具有明显的保护环 境、降低成本、节约资源等优势。目前，制约湿拌砂浆 大规模应用的原因之一是天然砂量供应不足，而机制砂 各项性能可与天然砂相媲美，采用机制砂替代天然砂作 为细集料将成为必然趋势。选用镍铁渣机制砂替代 天然砂制备湿拌砂浆既可消耗大量的镍铁渣，缓解天然 砂的过度开采，也能实现其资源化利用价值，并减少环 境污染，具有较高的经济、社会和环境效益。

本文选用实验室制备镍铁渣机制砂和企业生产机 制砂替代天然砂制备强度等级为 M5 的湿拌砂浆，分析 不同性能镍铁渣机制砂和替代比例对湿拌砂浆工作性 能和力学性能的影响，为镍铁渣废弃物的资源化利用提 供技术支撑，为镍铁渣机制砂生产企业提供技术依据。

实 验

2.1 实验原材料

⑴水泥：P·O 42.5R硅酸盐水泥，基本性能见表 1。

⑵天然砂：中砂，细度模数为 2.4，堆积密度为1500kg/m3 ，表观密度 1610kg/m3。

⑶减水剂：高性能聚羧酸减水剂，用量为胶凝材料 和细集料总质量的 4.4‰。

⑷纤维素醚：保水增稠剂，用量为胶凝材料总质量 的 2‰。

⑸镍铁渣机制砂：机制砂Ⅰ，细度模数为 2.5，堆积 密度为 1950kg/m3 ，石粉含量为 4.2%，该机制砂为实验 室制备；机制砂Ⅱ，细度模数为 3.0，堆积密度为 1985kg/m3 ，石粉含量为 3.2%，该机制砂为某企业制备。两者及实验所用天然砂颗粒级配如表 2 所示。镍铁渣机 制砂筛分、细度模数的计算及石粉含量测定，参照标准 GB/T 14684-2011《建筑用砂》。

2.2 实验基准配合比

依据 JGJ/T 220—2010 《抹 灰 砂 浆 技 术 规 范》、 JGJ/T 98—2010《砌筑砂浆配合比设计规程》设计湿拌 砂浆配合比，砂浆目标强度等级为 M5，镍铁渣机制砂替代天然砂比例分别为 30%、50%、70%和 100%，基准配合比 如表 3 所示。

2.3 实验方法

将镍铁渣放置于 100℃～110℃条件下烘干至恒 重，经过特定工艺处理后制备出镍铁渣机制砂。并依据 JGJ/T 70—2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》测 定湿拌砂浆的稠度、保水性、凝结时间、干缩率、抗压强 度及拉伸粘结强度等性能。

结果与讨论

3.1 湿拌砂浆基本性能

镍铁渣机制砂制备湿拌砂浆基本性能如表 4 所示， 由表 4 分析可以得出如下结论：

⑴机制砂颗粒尺寸对湿拌砂浆保水率影响较小，不 同替代比例条件下制备的砂浆保水率满足湿拌砂浆规范要求（保水率≥88%）；

⑵在工作性能方面，机制砂 I 与机制砂 II 对于湿 拌砂浆的性能影响不一。采用机制砂Ⅰ替代天然砂时，湿拌砂浆的稠度、凝结时间均随着机制砂替代比例的增 加而降低，而表观密度则呈现相反的趋势，当机制砂替 代比例超过 50%时，湿拌砂浆粘度大，难于抹开，对施工 不利；采用机制砂Ⅱ替代天然砂时，湿拌砂浆的稠度、凝 结时间变化趋势与机制砂Ⅰ相反，而表观密度变化趋势 与机制砂Ⅰ相同，同时均出现不同程度的表面泌水现 象，且手感粗糙。分析其原因主要在于级配差别，机制砂 Ⅰ具有较好的颗粒级配，细颗粒较多，石粉含量高，固体 颗粒比表面积较大，粘度大、不易出现泌水现象，且保水 性较好，随机制砂Ⅰ替代比例的增加，砂浆稠度逐渐降 低，水泥硬化时间逐渐缩短；机制砂Ⅱ级配较差、细度模 数较高，粗颗粒偏多，易出现泌水现象，随机制砂Ⅱ替代 比例的增加，砂浆稠度逐渐增加，水泥硬化时间逐渐延 长。因此，机制砂的颗粒级配对湿拌砂浆的工作性能有 着较大的影响。

3.2 湿拌砂浆力学性能

湿拌砂浆 14d 拉伸粘结强度和 28d 抗压强度结果 如图 1 所示。

由图 1 可知，随着镍铁渣机制砂替代比例 的增加，湿拌砂浆的 14d 拉伸粘结强度均出现逐渐降低 的趋势，但均高于湿拌砂浆粘结强度要求（＞0.15MPa）， 机制砂Ⅱ降低趋势明显大于机制砂Ⅰ；抗压强度随机制 砂Ⅰ替代比例的增加而增加，随机制砂Ⅱ替代比例的增 加而降低，且机制砂Ⅰ湿拌砂浆抗压强度明显高于机制砂Ⅱ。

机制砂Ⅰ颗粒级配相对较好，颗粒被有效填充，在 硬化砂浆中形成致密的骨架结构，随着机制砂Ⅰ替代比 例的增加，抗压强度逐渐增加，同时由于机制砂表面粗 糙、棱角较多，粗糙的颗粒表面与水泥浆体有着较好的 粘结，有利于提高强度。机制砂Ⅱ粗颗粒较多，级配较 差，骨架中的空隙不能被有效填充，不利于强度的增加， 虽然机制砂表面粗糙有利于强度，但级配不良导致的强 度下降起到了主要作用，而且浆体保水性差，水分散失 快，影响后期强度发展，随机制砂Ⅱ替代比例增加，当替 代量为 100%时，抗压强度为 4.6MPa，低于湿拌砂浆目标 强度等级 M5。由此可见，采用镍铁渣机制砂制备砂浆具 有一定的可行性，但要重点关注镍铁渣的细度模数及颗 粒级配，较低的细度模数及较好的粒度级配可以配制出 符合国家标准要求的湿拌砂浆，本文中使用的机制砂 I 其基本性能与常用天然砂接近，可以大掺量替代天然砂 用于湿拌砂浆生产，机制砂 II 颗粒较粗且级配较差，不 宜大掺量替代天然砂用于湿拌砂浆生产。

3.3 湿拌砂浆干缩性

湿拌砂浆的干缩率如图 2 所示。

由图 2 可知，采用 机制砂Ⅰ时，砂浆的干缩率随养护龄期的增加而增加， 随机制砂替代比例的增加出现先降低后增加的趋势，在 机制砂替代比例为 70%时，砂浆的干缩率最低；采用机 制砂Ⅱ时，砂浆的干缩率随养护龄期和机制砂替代比例 的增加而增加，但两者砂浆干缩率均满足湿拌砂浆规范 的要求（干缩率≤0.5%）。

采用机制砂Ⅰ制备的湿拌砂浆，随机制砂替代比例 的增加，砂浆中粗细颗粒间的孔隙被水泥浆体有效填 充，拌合物整体孔隙率小，干收缩逐渐降低，当机制砂Ⅰ 替代量为 100%时，水泥浆体不足以包裹集料，颗粒之间 水分蒸发速度较快，干收缩增加。采用机制砂Ⅱ制备的湿拌砂浆，出现泌水现象，水分蒸发速度快，水泥难以水 化完全，干缩率逐渐升高。

应用分析

本文采用镍铁渣机制砂替代天然砂制备出强度等 级为 M5 的湿拌砂浆，在机制砂Ⅰ替代天然砂比例为 50%时，其工作性能和力学性能满足湿拌砂浆规范要求， 可作为抹灰砂浆使用，如若作为砌筑砂浆使用，需加入 缓凝剂来调节砂浆的凝结时间（≥8h）。采用镍铁渣机制 砂Ⅱ制备得湿拌砂浆，由于出现表面泌水现象且手感粗 糙，施工性能较差，无法直接使用。

结 论

⑴采用镍铁渣机制砂Ⅰ替代天然砂时，随机制砂替 代比例的增加，湿拌砂浆的保水率、稠度、拉伸粘结强度 及凝结时间逐渐降低，表观密度和抗压强度逐渐增加， 干缩率先降低后增加，在机制砂替代比例为 70%达到最 低，从施工性能方面考虑，机制砂替代比例不宜高于 50%。

⑵采用镍铁渣机制砂Ⅱ替代天然砂时，随机制砂替 代比例的增加，湿拌砂浆的保水率、拉伸粘结强度及抗 压强度逐渐降低，稠度、表观密度、凝结时间及干缩率逐 渐升高，湿拌砂浆力学性能满足规范要求，但工作性能 欠佳，不建议使用该机制砂。

⑶镍铁渣机制砂 I 为实验室制备砂，具有较好的综 合性能，可以大掺量替代天然砂用于制备砂浆，镍铁渣 机制砂 II 为企业机制砂生产线产品，相对而言其颗粒 粗、级配不良，不宜大掺量用于制备砂浆，如要开拓这一 利用路径，需要对现有的机制砂生产线进行调整，降低 产品的细度模数及优化级配。