二粒级间断级配砂对预拌砂浆性能影响的研究

祝志雄，俞毅，应晓猛，胡名卫，周聪聪

（浙江省建筑材料科学研究所有限公司，浙江 杭州 311122）

0 前言

随着近些年建筑产业的蓬勃发展，基础材料的用量也越来越多，导致砂、石等原材料价格的上涨，并且天然砂的储量大量降低[1]，级配更加不合理，天然中粗砂资源逐渐减少，符合GB/T 14684—2011《建设用砂》的天然砂也将越来越少，从而促进了机制砂的兴起和发展。

随着预拌砂浆行业的进一步发展，使得砂浆原材料的精细化选择和分类成为了可能和必然。砂是预拌砂浆生产过程中用量最大的一种原材料，占总量的60%～85%，砂性能的不同对于砂浆性能有很大的影响，因此，砂的精细化利用必将成为今后预拌砂浆行业发展的方向[2]。鉴于此，本文提出一种二粒级间断级配砂的配制方法，研究二粒级间断级配砂对预拌砂浆性能的影响，探寻二粒级间断级配砂代替连续级配砂应用于预拌砂浆行业的可行性，寻求砂浆中用量最大的原材料——砂的精细化利用方案。

1 试验

1.1 原材料

（1）砂：天然河砂（简称HT砂），取自长兴海立新型建材有限公司生产用砂堆场，鹅卵石机制砂（简称EJ砂），取自安吉博瑞新型建材有限公司生产用砂堆场。

（2）水泥：P·O42.5水泥，来自中国建材检验认证集团浙江有限公司水泥检验余样，均达到P·O42.5水泥标准的要求。

（3）水：自来水。

1.2 试验方法

1.2.1 二粒级间断级配砂的配制

将选取的砂通过标准筛筛分成6种粒级，即2.36～4.75 mm砂（砂粒中径 3.56 mm，简称3.56砂，下同）、1.18～2.36 mm 砂（1.77砂）、0.6～1.18 mm 砂（0.89砂）、0.3～0.6 mm 砂（0.45砂）、0.15～0.3 mm砂（0.23砂）和筛底砂；将同种砂的6种不同颗粒选取2种相互混合，即3.56砂与0.45砂、1.77砂与0.23砂、0.89砂与筛底砂、3.56砂与0.89砂、1.77砂与0.45砂、0.89砂与0.23砂、0.45砂与筛底砂均按2∶1的质量比混合（分别记为级配砂1～级配砂7）。

1.2.2 砂的性能测试

按照GB/T 14684—2011对砂的颗粒级配、细度模数、堆积密度、孔隙率等性能进行测试。

1.2.3 砂浆的制备

称取一定量的级配砂，砂灰比固定为5，水灰比固定为0.8，加入水泥与水。先将砂和水泥在搅拌机中搅拌1 min，使其混合均匀，然后加入水，搅拌4 min，搅拌完成后测试砂浆性能，并进行装模制样。

1.2.4 砂浆性能的测试

按照JGJ/T 70—2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》对砂浆的稠度、密度、保水率、拉伸粘结强度、抗压强度等进行测试。

2 试验结果与讨论

2.1 砂的性能分析

表1为试验用砂的基本物理性能。

表1 试验用砂基本物理性能

由表1可见，对于筛余量，天然砂与机制砂均处于2区，符合GB/T 14684—2011颗粒级配的要求；GB/T 14684—2011要求砂的松散堆积密度不大于1400 kg/m3，空隙率不大于44%，而机制砂的松散堆积密度和空隙率均不符合GB/T 14684—2011要求；天然砂的空隙率也要略大于GB/T14684—2011要求。因此，目前很多预拌砂浆生产企业用砂并不能符合GB/T 14684—2011要求。

2.2 二粒级间断级配砂的性能分析

图2和图3分别为HT砂和EJ砂的堆积密度，由于EJ砂筛底量较少，故没有制备EJ级配砂7。

图1 HT砂的堆积密度

图2 EJ砂的堆积密度

由图2、图3可以看出，级配砂的堆积密度明显要高于原砂的堆积密度，EJ砂堆积密度的变化量要高于HT砂的堆积密度。由实测数据得到，HT砂级配砂最高堆积密度比原砂高10.0%，而EJ砂级配砂堆积密度比原砂高25.3%。EJ级配砂堆积密度增加比较多，这是因为在破碎过程中砂子呈不规则的形态，通过级配后，体积相对紧密，堆积密度就相对较高。这说明级配后对砂的堆积密度有很大的改变，均会增加其堆积密度，在未级配之前的堆积密度没有达到标准要求，而级配后大部分可达到标准要求，在堆积密度上有很大的提高。

图3和图4分别为HT砂和EJ砂的空隙率。

图3 HT砂的空隙率

图4 EJ砂的空隙率

由图3、图4可以看出，级配砂的空隙率均较原砂有明显下降，空隙率与堆积密度相对应，HT砂级配砂的空隙率要比原砂最高下降12.8%，EJ砂级配砂空隙率要比原砂最高下降26.0%，EJ砂的空隙率下降较大。GB/T 14684—2011要求空隙率不大于44%，EJ砂空隙率明显要大于44%，经级配后，级配砂的空隙率明显下降，大部分的级配砂的空隙率符合GB/T 14684—2011要求。

2.3 二粒级间断级配砂浆性能分析

按照JGJ/T 220—2010《抹灰砂浆技术规程》，水泥抹灰砂浆配合比设计可按表2选用。

表2 水泥抹灰砂浆的配合比

由表2可以看出，当确定砂种类时，砂浆强度等级由水泥用量的不同所决定。按表2中M15砂浆选定配合比，取水泥用量350 kg/m3，水用量280 kg/m3，砂用量 1 m3干砂；分别以天然砂、机制砂和级配砂配制成水泥砂浆。

本试验主要考察砂浆混合料的稠度、脱模密度、28 d抗压强度及28 d收缩率，根据砂浆制备的要求，配制方案及性能测试结果如表3所示，试验中统一水灰比为0.8；EJ砂级配砂6和级配砂7因总量不足未试验；配比设计时，砂用量按其紧密堆积密度计算；砂灰比根据砂和水泥的实际用量计算；级配砂细度模数按普通砂细度模数计算方法进行计算。

表3 原砂及其级配砂对砂浆性能的影响

2.3.1 对稠度的影响分析

由表3可以看出，通过砂级配后，砂浆稠度有明显的变化，级配砂1～级配砂3时，砂浆稠度较原砂先上升后下降，级配砂4～级配砂7时，砂浆稠度直线下降状态，HT砂和EJ砂制备砂浆稠度曲线变化基本相同。HT砂级配方案稠度比EJ砂级配方案增加得多，HT砂级配砂1配制砂浆的稠度比原砂配制砂浆的稠度增大78.4%，而EJ砂级配砂1比原砂增加42.1%，二者增加量均很大。

由砂浆稠度试验结果可以看出，影响砂浆稠度的主要因素为砂的细度模数，实际上应是砂的总比表面积大小，原砂与其级配砂具有相同的规律。随着砂细度模数的降低，砂浆的稠度减小，如要保持相同的稠度，就须增加用水量。砂灰比的不同对砂浆稠度的影响较小。从砂浆试块的脱模密度看，同种类砂随着砂细度模数的增加，密度略有增加。级配砂试块的密度基本上都大于原砂试块的密度，使用天然砂时二者差距较大，使用机制砂时二者差距较小。由此可见，由级配砂配制的砂浆的致密度要略高于原砂。

2.3.2 对强度的影响分析

由表3可以看出，原砂与级配砂所配制的砂浆均能达到M15设计强度要求，除HT砂级配砂7配制的砂浆抗压强度比原砂砂浆低外，其余级配砂砂浆的强度均高于原砂砂浆或相差不大。用机制砂及其级配砂配制的砂浆强度明显比天然砂高，这可能与其表面粗糙，与水泥浆的结合力强有关。由于级配砂的密度大、空隙率低，按规范设计配合比时，大部分级配砂砂浆的砂灰比均比原砂高（机制砂的差别更大）；但从试验结果看，大部分级配砂砂浆的强度均比原砂砂浆的强度略高，而且砂浆的强度与砂的细度模数没有明显的相关性。由此可见，使用级配砂配制水泥砂浆具有合理性。

2.3.3 对收缩率的影响分析

由表3可以看出，原砂与级配砂砂浆的28 d收缩率基本相近，且与试验范围内的砂灰比及砂的细度模数没有相关性，无明显变化规律。机制砂的收缩率明显比天然砂要高，可能与机制砂的抗压强度明显要高有关。所有试验试样的收缩率均能达到抹灰砂浆的国标要求。

3 结论

（1）通过对原砂与级配砂性能的分析，级配砂的堆积密度与空隙率明显要优于原砂，原砂的堆积密度与空隙率不符合GB/T 14684—2011要求，经级配后，砂的性能有相应的提高。

（2）通过对原砂与级配砂配制砂浆稠度与脱模密度分析可知，级配砂的稠度与脱模密度基本要高于原砂，使用天然砂时，相对变化较大，机制砂相对变化较小，级配砂的致密度要高于原砂。

（3）对原砂与级配砂配制砂浆28 d抗压强度分析可知，级配砂的抗压强度要高于原砂，而机制砂的抗压强度比天然砂要高。对收缩率分析时，级配砂与原砂没有特别的不同，但均能够符合国家标准要求。

（4）通过对级配砂与原砂的对比试验可明显看出，运用二粒级间断级配砂后，砂浆基本性能要高于原砂，使砂不仅能够充分得到应用，并解决目前天然砂资源不断减少的问题。在砂子配制中，可由机制砂主要提供粗粒级砂，可降低破碎能耗进而降低加工成本；由天然砂主要提供细粒级砂，可选购细砂或特细砂，也有助于降低成本。

[1] 曹森方.混合砂对预拌砂浆性能影响试验研究[J].建筑监督检测与造价，2016（6）：46-48.

[2] 黎俊德，林晓森.预拌砂浆发展现状及其推广必要性分析[J].广东建材，2017（6）：84-86.