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钢渣制备干粉砂浆探索试验
一、钢渣与干粉砂浆
干粉砂浆是指经干燥筛分处理的骨料（如石英砂）、无机胶凝材料（如水泥）和添加剂（如聚合物）等按一定比例进行物理混合而成的一种颗粒状或粉状，以袋装或散装的形式运至工地，加水拌和后即可直接使用的物料。又称作砂浆干粉料、干混料、干拌粉，有些建筑黏合剂也属于此类。干粉砂浆在建筑业中以薄层发挥粘结、衬垫、防护和装饰作用，建筑和装修工程应用极为广泛。
长久以来，我国建筑用砂以天然砂为主，但其在采集及使用中出现的诸多问题已引起有关部门的重视，部分城市已将建筑用砂列入禁采矿种。鉴于国家对砂石矿开发的限制，如果能够将工业废弃物如钢渣等应用到砂浆和混凝土市场，将具有十分重要的意义。以废弃的钢渣为例，钢渣的颗粒级配、压碎值、磨耗率等各项物理力学指标相当于普通的花岗岩、玄武岩或石灰岩碎石和河沙，是天然碎石和砂的理想替代品。试验研究表明，在掺入了水泥精后，钢渣不仅可以替代天然砂用于干粉砂浆，而且还节省水泥，为钢渣在建筑业的应用开辟了新的途径。在此以对钢渣在砂浆中进行的试验情况进行全面分析。

二、原材料准备及预处理
1、实验原材料：钢渣、水泥、水、砂、激发剂。
2、预处理：
（1）钢渣：
①采用试验前期已经准备好的钢渣原料称取2kg；
②较低温度下烘干；
③采用鄂式破碎机和球磨机将其破碎粉末到450kg/m2左右；
④将钢渣放入高温炉中煅烧，每次煅烧的温度为600℃；
⑤将煅烧后的钢渣磨细400Kg/m2左右，密封以待后续使用。
⑥对钢渣的各项性能进行测定，其数据如下表：
表 1 钢渣性能
密度g/cm3
空隙率g/cm3
比表面积m2/kg
3.024
0.5
389.1
注：烧失量、三氧化硫按GB/T 176进行，其中烧失量的灼烧温度为700℃士50C，加热时间为每次15min，烧至衡量。
氯离子按JC/T 420进行。
密度按GB/T 208进行。
比表面积按GB/T 8074进行。
（2）水泥：
注：采用P.O42.5水泥，经计算初步估计要10kg，采用密封贮存，防止受潮。
（3）水：
注：采用自来水即可。
（4）砂：
注：砂晒干后，测含水率。并应通过公称粒径5mm筛。
（5）外加剂：
注：采用石膏激发剂。

三、确定胶砂比
1、设计要求：
（1）砂浆设计强度：M10；
（2）稠度一定要求：稠度70~90mm；分层度<30mm；
（3）水泥标号：P.O42.5；
（4）砂子含水量：待测；
2、砂浆配合比计算：
（1）砂浆的试配强度：
MPa
（2）每立方米砂浆水泥用量：

由于水泥强度等级大于32.5级，水泥用量应取下限220kg/m3。
（3）每立方米砂浆砂子用量：
应按干燥状态（含水率小于0.5%）的堆积密度值作为计算值。

（4）每立方米砂浆水用量：根据砂浆稠度选用280 kg/m3
设计胶砂比为：

本实验用矿渣替代部分水泥，实验的胶砂比定为1：6。设矿渣代替水泥的比例为10%、30%、60%，
材料配合比如下：矿渣10%、水泥70%、石灰15%、石膏5%；
矿渣30%、水泥50%、石灰15%、石膏5%；
矿渣60%、水泥20%、石灰15%、石膏5%。
表 2 砂浆配合比
序号
胶砂比
矿渣
（kg）
水泥
（kg）
石灰
（kg）
石膏
（kg）
砂石
（kg）
用水量
（ml）
1
1:6
22
154
33
11
1353
280
2
1:6
66
110
33
11
1353
280
3
1:6
132
44
33
11
1353
280

四、实验部分
1、对砂浆的稠度进行测定以达到控制用水量的目的。
稠度试验所用仪器： 砂浆稠度仪 、 钢制捣棒 、秒表等。
稠度试验步骤：使用稠度仪测出其稠度，具体步骤见《JGJ/T 70-2009建筑砂浆基本性能试验方法标准》
表 3 稠度、分层度试验配比用量（5L）
序号
矿渣
（g）
水泥
（g）
石灰
（g）
石膏
（g）
砂石
（g）
用水量
（ml）
1
110
770
165
55
6765
1400
2
330
550
165
55
6765
1400
3
660
220
165
55
6765
1400

稠度试验结果应按下列要求确定：
（1）取两次试验结果的算术平均值，精确至1mm；
（2）如两次试验值之差大于10mm，应重新取样测定。
实验数据结果记录在表4
表 4稠度试验结果
序号
稠度（mm）
稠度平均值
（mm）
第一次
第二次
1

2

3

2、测定砂浆拌合物在运输及停放时内部组分的稳定性（分层度试验）。

图 1 分层度筒
分层度试验所用仪器 ：砂浆分层度筒（见图1）、振动台 、稠度仪、木锤等。
分层度试验步骤：具体步骤见《JGJ/T 70-2009建筑砂浆基本性能试验方法标准》
分层度试验结果应按下列要求确定：
（1）取两次试验结果的算术平均值作为该砂浆的分层度值；
（2）两次分层度试验值之差如大于10mm，应重新取样测定。
表 5 分层度实验结果
序号
静置前
静置后
分层度

平均值

1

2

3

3、测定砂浆拌合物捣实后的单位体积质量（即质量密度）。
质量密度试验所用仪器： 容量筒 、 天平 、钢制捣棒 、砂浆密度测定仪 、振动台 、 秒表。
砂浆拌合物质量密度试验步骤：具体步骤见《JGJ/T 70-2009建筑砂浆基本性能试验方法标准》
表 6 密度、抗压强度试验配比用量（3L）
序号
矿渣
（g）
水泥
（g）
石灰
（g）
石膏
（g）
砂石
（g）
用水量
（ml）
1
66
462
495
165
4059
840
2
198
330
495
165
4059
840
3
396
132
495
165
4059
840

砂浆拌合物的质量密度应按下式计算：

式中 ρ——砂浆拌合物的质量密度（kg/m3）；
m1——容量筒质量（kg）；
m2——容量筒及试样质量（kg）；
V ——容量筒容积（L）。
取两次试验结果的算术平均值，精确至10kg/m3。
表 7 密度实验结果
序号
容量筒质量
容量筒及试样质量
密度

平均值

1

2

3

4、测定砂浆立方体的抗压强度。
抗压强度试验所用仪器设备：试模：尺寸为70.7mm×70.7mm×70.7mm的带底试模 、 钢制捣棒 、压力试验机 、 垫板 、 振动台。
立方体抗压强度试件的制作及养护步骤：砂浆取用测完密度后的砂浆。具体步骤见《建筑砂浆基本性能试验方法标准》 。
砂浆立方体抗压强度应按下式计算：

式中——砂浆立方体试件抗压强度（MPa）；
Nu——试件破坏荷载（N）；
A——试件承压面积（mm2）。
砂浆立方体试件抗压强度应精确至0.1MPa。
以三个试件测值的算术平均值的1.3倍作为该组试件的砂浆立方体试件抗压强度平均值（精确至0.1MPa）。
当三个测值的最大值或最小值中如有一个与中间值的差值超过中间值的15%时，则把最大值及最小值一并舍除，取中间值作为该组试件的抗压强度值；如有两个测值与中间值的差值均超过中间值的15%时，则该组试件的试验结果无效。

表 8 抗压强度试验结果
试件编号
抗折强度（MPa）
算术平均值
强度平均值
1
2
3
K-10%

K-30%

K-60%

5、凝结时间的测定
(1) 将试模放在玻璃板上，调整凝结时间测定仪试针接触玻璃板时指针应对准标尺零点；
(2) 水泥砂浆的制备，称取混合料220g，加入280 ml水，并记录时间。待做成标准稠度净浆后，装入试模，振动数次，刮平，立即放入标准养护室；
(3) 将试模放入指针下，使试针自由沉入净浆，当试针沉入净浆中距板4mm时，为初凝时间；
(4) 完成初凝时间后，立即将试模翻转，继续养护，当试针沉入0.5mm为终凝时间。
(5)取二次测定结果的平均值，作为该试样的初凝时间和终凝时间，精确至1mm，数据记录在表9，测定胶砂比1:6时的凝结时间。
表 9 凝结时间试验结果

编号
混合料掺量
加水量/g
凝结时间/ min
水泥/g
水渣/g
石灰/g
石膏/g
初凝时间
终凝时间
1
22
154
33
11

2
66
110
33
11

3
132
44
33
11

6、测定砂浆保水性，以判定砂浆拌合物在运输及停放时内部组分的稳定性。
保水性试验所用仪器： 金属或硬塑料圆环试模、可密封的取样容器、 2kg的重物、 医用棉纱 、超白滤纸 、 2片金属或玻璃的方形不透水片 、天平 、烘箱。
保水性试验步骤：具体步骤见《JGJ/T 70-2009建筑砂浆基本性能试验方法标准》 。
砂浆保水性应按下式计算：

式中： ——保水性，%；
m1——下不透水片与干燥试模质量（g）；
m2——8片滤纸吸水前的质量（g）；
m3——试模、下不透水片与砂浆总质量（g）；
m4——8片滤纸吸水后的质量（g）；
α——砂浆含水率（%）。
取两次试验结果的平均值作为结果，如两个测定值中有1个超出平均值的5%，则此组试验结果无效。

7、砂浆含水率测试方法
称取100g砂浆拌合物试样，置于一干燥并已称重的盘中，在(105±5)℃的烘箱中烘干至恒重，砂浆含水率应按下式计算：

式中：α——砂浆含水率（％）；
m5——烘干后砂浆样本损失的质量（g）；
m6——砂浆样本的总质量（g）。
砂浆含水率值应精确至0.1%。

关于使用所需的原材料量；
M（砂浆）=M强度试验 +M含水率+M保水性+M分层度+M密度试验+M稠度
=14.842KG+0.5KG+2KG+30KG+30KG+8KG+3KG
=93KG====120kg
M(钢渣)=11KG*129%=
M(水泥)=15KG*129%=
M（砂）=76KG*129%=
M（石膏）=2KG*129%=
M（石灰）=1KG*129%=