?；⒅樯皾{中骨料分布均勻性如何？
發(fā)布時(shí)間：2021-05-19 15:01:34人氣：
玻化微珠是一種無(wú)機(jī)保溫材料，常被作為輕骨料添加到抹面保溫砂漿中。它具有保溫隔熱、耐高 溫、防火、低密度等特點(diǎn)，且成本低廉。?；⒅楸?面高度?；忾]，內(nèi)部為多孔空腔結(jié)構(gòu)，由于特殊的微觀結(jié)構(gòu)，將其混入砂漿中能有效降低砂漿的導(dǎo)熱系數(shù)。?；⒅槎逊e密度為 80~120 kg/m3 ，遠(yuǎn)小于漿體密度，在砂漿攪拌過(guò)程中，存在玻化微珠骨料上浮，其余漿料下沉的趨勢(shì)。受攪拌破碎的影響，部分破損的玻化微珠骨料還會(huì)吸收漿體中的水分，導(dǎo) 致其密度上升，致使破損與完好的?；⒅楣橇现g存在密度差異，不同密度的骨料在攪拌過(guò)程中因 受力不同產(chǎn)生分層， 這種骨料分布不均勻的情況， 使得新拌砂漿在取料施工時(shí)產(chǎn)生骨料分布密度上的差異，砂漿硬化后結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出宏觀和細(xì)觀結(jié)構(gòu)上的不均勻，從而影響砂漿強(qiáng)度、耐久性等性能。為提升?；⒅樯皾{的施工質(zhì)量，設(shè)計(jì)合適的攪拌工藝，以保證?；⒅樯皾{的使用性能，本文針對(duì)?；⒅樯皾{攪拌過(guò)程中的骨料分布均勻性進(jìn)行了試驗(yàn)和理論研究， 以期得到較優(yōu)的攪拌效果，使得新拌玻化微珠砂漿在滿足施工性能要求的同時(shí)，還具有較好的骨料分布均勻度。
原材料及試驗(yàn)方法
1.1 原材料
?。?）玻化微珠：河南信陽(yáng)產(chǎn)，粒徑分別為 20~30 目和 30~50 目?jī)煞N。
?。?）水泥：P·O 42.5 級(jí)水泥。
（3）可再分散乳膠粉。
?。?）聚丙烯纖維：直徑 30 μm，長(zhǎng)度 12 mm。試驗(yàn)用?；⒅樯皾{配 合比根據(jù)前 期研究結(jié) 果確定，符合 JG/T 283—2010《膨脹玻化微珠輕質(zhì)砂 漿》要求。砂漿配合比見(jiàn)表 1。
1.2 試驗(yàn)方法
（1）骨料預(yù)處理 通過(guò)預(yù)篩排除生產(chǎn)和運(yùn) 輸過(guò)程環(huán)節(jié) 中產(chǎn)生的 破損?；⒅楣橇弦约拔磁蚧耆恼渲閹r顆粒， 減小試驗(yàn)誤差。預(yù)篩是使用振篩機(jī)來(lái)嚴(yán)格控制試驗(yàn) 用?；⒅榱健?/span>
?。?）砂漿攪拌 本試驗(yàn)研究的影響?；?微珠骨料分 布均勻性 的攪拌條件包括：攪拌機(jī)類型、攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速、攪拌時(shí) 間、骨料投入時(shí)機(jī)。因此，選用以下三種攪拌機(jī)進(jìn)行 砂漿攪拌：SJ-15 型攪拌機(jī)：攪拌葉轉(zhuǎn)速（80±4） r/min（順 時(shí)針）；攪拌筒轉(zhuǎn)速（60±2） r/min。HJW-60 型攪拌機(jī)：攪拌軸轉(zhuǎn)速 45 r/min。JJ-5 型攪拌機(jī)：該攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速可調(diào)，低速模式 下攪拌葉自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速（140±5） r/min，攪拌軸公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速 （62±5） r/min；高速模式下攪拌葉自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速 （285± 10） r/min，攪拌軸公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速（125±10） r/min。根據(jù) JGJ/T 220—2010 《抹灰砂漿技術(shù)規(guī)程》中 提到的要求， 抹灰砂漿攪拌時(shí)間不得少于 120 s，并 綜合 GB/T 26000—2010《膨脹?；⒅楸馗魺嵘?漿》中所提及的攪拌方式，本試驗(yàn)設(shè)置的攪拌時(shí)間 在 2~7 min。相關(guān)研究表明，?；⒅樯皾{在此攪拌 時(shí)間段內(nèi)，體積密度、抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度受攪拌 時(shí)間增加的影響較小，且為正相關(guān)關(guān)系[3-4]。在設(shè)置 的試驗(yàn)方案中， 有三組使用 SJ-15 攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌 的試驗(yàn)， 玻化微珠骨料在水泥凈漿攪拌 2 min 后再 投入，其余試驗(yàn)的玻化微珠骨料在攪拌一開始投入 攪拌容器內(nèi)，這三組試驗(yàn)的結(jié)果用于比對(duì)分析減少 ?；⒅楣橇蠀⑴c攪拌的時(shí)間對(duì)骨料分布的 均勻 性是否有影響。
?。?）砂漿取樣 砂漿完成攪拌后立即（控制在 5 min 內(nèi)）對(duì)攪拌 容器內(nèi)的砂漿進(jìn)行取樣。每組試驗(yàn)攪拌完的砂漿內(nèi) 取 8 份等體積樣品，為使樣品具有代表性，取樣位 置按新拌砂漿在容器內(nèi)空間分布進(jìn)行劃分。對(duì)取樣 后的砂漿進(jìn)行稱重計(jì)量，第 i 杯砂漿重量記為 mc，i。
?。?）骨料濾洗 用 50 目（即試驗(yàn)用玻化微珠最小粒徑）的濾網(wǎng) 對(duì)樣品砂漿進(jìn)行過(guò)濾，清水沖洗。用燒杯收集清洗骨料后的水，當(dāng)燒杯內(nèi)的水不再渾濁時(shí)，認(rèn)為骨料 清洗干凈，對(duì)濾網(wǎng)上剩余的骨料進(jìn)行收集，并進(jìn)行 烘干處理。此時(shí)，被濾網(wǎng)過(guò)濾掉的除水泥凈漿外，還有攪 拌過(guò)程中因破損而導(dǎo)致粒徑變小的骨料碎片。記 ci 為第 i 份樣品中濾洗后的剩余?；⒅楣橇吓c樣品 砂漿質(zhì)量之比，c0 為設(shè)計(jì)的玻化微珠骨料占比。
1.3 骨料分布均勻性評(píng)價(jià)方法
傳統(tǒng)的砂漿均勻性評(píng)價(jià)方法為分層度試驗(yàn)，即 對(duì)新拌砂漿進(jìn)行分層取樣， 比較其稠度值差異，從 而反映新拌砂漿的分層情況。為定量研究骨料在砂 漿中的分布情況，本文利用文獻(xiàn)[5]提出的拌和指數(shù) 這一概念，并加以改進(jìn)，定義了均勻度指數(shù) E，其表 達(dá)式為：E=σ/σ0 （1） 式中：σ 為同一組試驗(yàn)中八份樣品內(nèi)濾洗后得 到的骨料占比 ci 的標(biāo)準(zhǔn)差，而 σ0 為 σ 的最大值，即 骨料分布均勻性最差情況下的方差值。在最均勻性 最差情況下，骨料與漿體完全分離，即 ci 值為 1 或 0，可看作是符合 0~1 分布 B（1，c0）的隨機(jī)變量，即 當(dāng)取樣數(shù)量 N 足夠大時(shí)，N 份樣品中， 有 N·c0 份樣 品的 ci 值為 1，N·（1-c0）份樣品的 ci 值為 0?？傻玫?均勻度最差情況下標(biāo)準(zhǔn)差 σ，σ0：
則可知，均勻度指數(shù) E 的取值范圍為（0，1）。當(dāng) 均勻度良好時(shí) E 趨近于 0，均勻度較差時(shí) E 趨近 1。
02
試驗(yàn)結(jié)果與討論
2.1 新拌?；⒅橹泄橇戏植季鶆蛐允軘嚢钑r(shí)間的影響
圖 1 是三種攪拌機(jī)按等間隔攪拌時(shí)間取樣后， 經(jīng)過(guò)濾洗得到的骨料占比情況，其中樣品序號(hào)按照 骨料占比的大小進(jìn)行排序。根據(jù) 1.3 節(jié)中均勻度指數(shù)的定義， 對(duì)圖 1 中試 驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行計(jì)算分析， 得到 SJ-15 攪拌機(jī)和 HJW60 攪拌機(jī)所攪拌的?；⒅樯皾{骨料均勻度隨攪 拌時(shí)間變化情況如圖 2 所示。由分析計(jì)算所得的結(jié)果可知，SJ-15 和 HJW-60 兩種攪拌機(jī)新拌砂漿均勻度隨時(shí)間變化趨勢(shì)是相 似的，變化曲線整體呈拋物線形式，均勻性呈先優(yōu) 化后劣化的變化趨勢(shì)。在攪拌開始階段，各原料從分批投料所造成的 各自分層狀態(tài)進(jìn)而向互相混合的狀態(tài)發(fā)展， 因此， 這一階段?；⒅轭w粒分布的均勻性由劣向 好轉(zhuǎn)變，均勻度指數(shù)下降。
?、匐S著攪拌時(shí)間的延長(zhǎng)，新拌砂漿稠度值在上 升，其流動(dòng)性越來(lái)越好。流動(dòng)性的增強(qiáng)使骨料在漿 體中的活動(dòng)阻力變?nèi)?，在攪拌機(jī)的攪動(dòng)下，受密度 差的影響，部分尚未破損的完好?；⒅楣橇弦驖{ 體浮力的作用而產(chǎn)生上浮。部分局部破損?；⒅?骨料，由于其內(nèi)部多孔結(jié)構(gòu)的暴露，對(duì)漿體或漿體 中的水分產(chǎn)生毛細(xì)吸收作用， 導(dǎo)致自身密度變大。?；⒅轭w粒之間產(chǎn)生密度差異，因而隨攪拌機(jī)的 攪動(dòng)在攪拌鍋內(nèi)逐漸產(chǎn)生空間分布上的差異。
?、谶\(yùn)用同種骨料分布均 勻度評(píng)價(jià)方 法進(jìn)行均 勻性分析時(shí)，小原孝之的研究結(jié)果表明，復(fù)合材料 的均勻度指數(shù)隨攪拌時(shí)間的延長(zhǎng)會(huì)下降到一 定極 限[5]，將這個(gè)極限定義為界限均 勻度指數(shù) Elim，這個(gè) 指數(shù)與單個(gè)樣品中骨料顆粒平均個(gè)數(shù)和攪 拌機(jī)性 能相關(guān)，其相關(guān)性假設(shè)為冪函數(shù)，表達(dá)式如下：
式中：β 為攪拌機(jī)能力系數(shù)， 與攪拌機(jī)本身相 關(guān)；n 為單個(gè)樣品中骨料顆粒平均個(gè)數(shù)。在本試驗(yàn) 中，隨著攪拌時(shí)間的延長(zhǎng)，砂漿中?；⒅楣橇掀?碎情況加重，部分破損后粒徑較小的顆粒在骨料濾 洗的過(guò)程中流失了，使得 n 變小，界限均勻度指數(shù) Elim 變大。即在攪拌進(jìn)行過(guò)程中，均勻度指數(shù) E 隨時(shí) 間的延長(zhǎng)而變小， 其極限界限均勻度指數(shù) Elim 隨時(shí)間的延長(zhǎng)而變大。當(dāng)均勻度指數(shù) E 接近界限均勻度 指數(shù) Elim 之后，均勻度指數(shù) E 便不再減小，而是隨著 Elim 值增加而增加，兩者的變化關(guān)系如圖 所示。
根據(jù)上述分析，可以建立一個(gè)關(guān)于?；⒅楣?料在砂漿攪拌過(guò)程中均勻度指數(shù)隨時(shí)間變化的 模 型，其描述如下：
式中：t 為攪拌時(shí)間，h（t）是描述均勻度指數(shù)隨 攪拌時(shí)間的延長(zhǎng)而衰減的一個(gè)函數(shù)，當(dāng) t →0 時(shí)，表 示攪拌未開始的初始狀態(tài)， h（t）→1， 當(dāng) t → ∞ 時(shí)，h（t）→0。根據(jù)參考文獻(xiàn)可知，h（t）衰減趨勢(shì)符合指 數(shù)函數(shù)變化規(guī)律，此處可將該函數(shù)做如下表述：
n（t）是描述單個(gè)樣品中?；⒅楣橇项w粒平均 個(gè)數(shù)隨時(shí)間變化的函數(shù)，也是一個(gè)減函數(shù)。假設(shè)單 位時(shí)間?；⒅轭w粒受攪拌作用而破碎且被濾 洗 掉的部分占比保持恒定，即 n（t）衰減的過(guò)程可做如 下表述：
式中：b 為單位時(shí)間內(nèi)破損且被濾洗掉的骨料 占比， 定義為破損系數(shù)；n0 為初始狀態(tài)下單個(gè)樣品 中骨料顆粒平均個(gè)數(shù)， 據(jù)估計(jì)，n0 的數(shù)量級(jí)在 104 ~ 105 之間。綜合上述表達(dá)式，可得到完整的?；⒅?骨料在砂漿攪拌的過(guò)程中均勻度指數(shù)隨時(shí)間變 化 的模型：
利用該模型對(duì) HJW-60 攪拌機(jī)和 SJ-15 攪拌機(jī) 的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合
由圖 可以看出，使用該模型擬合的結(jié)果在個(gè) 別點(diǎn)上存在較大偏差。 各系數(shù)值擬合得到的結(jié)果分 別為：SJ-15 攪拌機(jī) h = 0.144 79，b = 0.424 3， n0 = 9 963， β=0.567 9，擬合結(jié)果與試驗(yàn)值相關(guān)性系數(shù)值 為 0.942 2；HJW-60 攪拌 機(jī) h=0.123 3，b=0.482 1， n0=10 066，β=0.720 5， 擬合結(jié)果與試驗(yàn)值相關(guān)性系 數(shù)值為 0.931 6。
2.2 砂漿攪拌過(guò)程的分析
砂漿攪拌的過(guò)程包含三種拌和現(xiàn)象的發(fā)生：對(duì) 流（移動(dòng)）拌和、剪切拌和、擴(kuò)散拌和[5]。三種拌和現(xiàn) 象在?；⒅樯皾{攪拌過(guò)程中是同時(shí)進(jìn)行的，對(duì)骨 料在漿體中的均勻化都起到一定作用。當(dāng)然，不同 的拌和現(xiàn)象對(duì)玻化微珠骨料均勻化的作用效 果不 同，對(duì)流拌和與剪切拌和在骨料均勻化的過(guò)程中起 到主要作用；不同的拌和現(xiàn)象對(duì)?；⒅楣橇掀扑?的作用效果也不同，?；⒅楣橇掀扑橹饕芗羟?拌和的影響[5-6]。2.3 攪拌機(jī)類型及轉(zhuǎn)速對(duì)骨料分布均勻度的影響 通過(guò)比較 SJ-15 攪拌機(jī)和 HJW-60 攪拌機(jī)的試 驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)， 在同等攪拌時(shí)間條件 下， 使用 HJW-60 攪拌機(jī)攪拌的?；⒅樯皾{骨料均勻度指 數(shù)要普遍低于 SJ-15 攪拌機(jī)；在攪拌 4 min 時(shí)，兩種 攪拌機(jī)骨料均勻度 指數(shù)均達(dá) 到最小極限，HJW-60 攪拌機(jī)極限值比 SJ-15 攪拌機(jī)低 57.5%。根據(jù)參考 文獻(xiàn)[4]可知，骨料在攪拌過(guò)程中的分布情況，受攪 拌機(jī)的攪拌機(jī)理影響。不同的攪拌機(jī)理致使受攪拌 顆粒在不同的運(yùn)動(dòng)方向上的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)產(chǎn)生差異。SJ15 攪拌機(jī)屬于立式攪拌機(jī)， 其攪拌軸垂直于水平 面，攪拌葉片的旋轉(zhuǎn)平面與水平面平行。雖然 SJ-15 攪拌機(jī)的攪拌葉片與其運(yùn)動(dòng)平面具有一定的傾斜角度，結(jié)合重力的作用，使得砂漿在 攪拌過(guò)程中能產(chǎn)生一定程度的垂直方向上下翻滾， 但作用效果有限。即水平方向上的攪拌主要為對(duì)流 拌和與剪切拌和兩種作用，垂直于水平方向上以擴(kuò) 散拌和為主。由于擴(kuò)散拌和效率低于對(duì)流拌和與剪 切拌和[5]，因此，砂漿及其包裹的骨料在水平面上的 運(yùn) 動(dòng) 分 量 更 大， 而 垂 直 方 向 上 的 運(yùn) 動(dòng) 分 量 偏 小。HJW-60 攪拌機(jī)屬于臥式攪拌機(jī)，其葉片呈波浪形， 緊貼于攪拌缸壁。攪拌時(shí)，其攪拌葉片繞水平軸進(jìn) 行旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)砂漿及其包裹的骨料在攪拌缸內(nèi)于水 平方向上來(lái)回運(yùn)動(dòng)， 同時(shí)兩者被攪拌葉片抬起，當(dāng) 漿體達(dá)到一定高度且被攪拌葉片抬起的漿體 總質(zhì) 量大于一定量時(shí)，漿體產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)跌落，使得砂漿及 其包裹的骨料在垂直于水平方向上也有較強(qiáng)的對(duì) 流拌和作用，在此方向上的拌和效果更好。因此，使 用 HJW-60 攪拌機(jī)進(jìn)行?；⒅樯皾{的攪拌時(shí)，骨 料受密度差的影響在砂漿中的分層情況 要弱于使 用 SJ-15 攪拌進(jìn)行攪拌時(shí)的效果。
對(duì)比使用 SJ-15 攪拌機(jī)進(jìn)行的?；⒅橐婚_始 投料與 2 min 后投料兩組試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果， 發(fā)現(xiàn)在 相同的攪拌機(jī)中進(jìn)行攪拌時(shí)，即便是?；⒅楣橇?參與攪拌的時(shí)間相同，骨料加入的時(shí)間不同會(huì)影響 其分布均勻度指數(shù)的極限，骨料后加入能夠降低界 限均勻度指數(shù)，從而提高骨料分布的均勻度。表 3 是使用 JJ-5 攪拌機(jī)在低速和高速兩種攪 拌模式下進(jìn)行的試驗(yàn)結(jié)果。其中低速模式下，新拌 砂漿的骨料分布均勻度指數(shù)在 3~7 min 的攪拌過(guò)程 中持續(xù)下降；而高速模式下的均勻度指數(shù)呈下降然 后上升的趨勢(shì)， 存在觸及界限均勻度指數(shù)的情況。比較兩組試驗(yàn)結(jié)果，攪拌時(shí)間為 3 min 和 5 min 時(shí)， 高速模式下的新拌砂漿其骨料均勻度指數(shù)低于 低 速模式，攪拌更均勻。有多位學(xué)者進(jìn)行的相關(guān)研究 表明[7-8]，攪拌機(jī)對(duì)攪拌材料的混合均勻度效果與攪 拌機(jī)轉(zhuǎn)速并沒(méi)有直接關(guān)系， 而是取決于攪拌圈數(shù)， 攪拌圈數(shù)相同的情況下，被攪拌材料的混合效果是相近的，不同的攪拌轉(zhuǎn)速只是影響攪拌材料達(dá)到特 定混合狀態(tài)的時(shí)間長(zhǎng)短，即混合效率。結(jié)合本試驗(yàn) 的結(jié)果，3~5 min 時(shí)，高速模式下的受攪拌砂漿其骨 料分布均勻度指數(shù)能夠在更短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到 較低 的值。但受?；⒅檫@種特殊骨料本身材料性能的 影響，高速模式下骨料分布均勻度指數(shù)也更快地達(dá) 到極限，并且更早的開始上升。
03
結(jié)論
?。?）隨著攪拌時(shí)間的延長(zhǎng)，新 拌砂漿中玻 化微 珠骨料分布均勻度先優(yōu)化后劣化，攪拌過(guò)程中存在 最優(yōu)均勻度。
?。?）使用 SJ-15 攪拌機(jī)和 HJW-60 攪拌機(jī)在攪 拌 至 4 min 左 右 均 勻 度 達(dá) 到 最 優(yōu) 。臥 式 攪 拌 機(jī) （HJW-60 攪拌機(jī)） 的極限均勻度好于立式攪拌機(jī) （SJ-15 攪拌機(jī)）， 前者極限均勻度指數(shù)要比后者相 對(duì)低 57.5%。
?。?）在?；⒅楣橇蠀⑴c攪拌的時(shí)間相同的情 況下，采用先攪拌后投入?；⒅楣橇系姆绞侥軌?優(yōu)化骨料分布的均勻性，本試驗(yàn)中，攪拌開始 2 min 后投入?；⒅楣橇系男掳璨；⒅樯皾{極限 均 勻度指數(shù)為一開始投料的新拌砂漿的一半。
（4）更高的攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速能更快提升新拌?；⒅?砂漿均勻度，但較低的攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速下拌和的新拌?；?微珠砂漿極限均勻度更優(yōu)，達(dá)到極限的耗時(shí)更長(zhǎng)。