人工砂在普通干混砂漿中的應用研究

朱久玉

（天津聯創混凝土有限公司，天津 301714）

干混砂漿經過最近幾年的快速發展，已經逐漸顯示出在品質、效率、經濟和環保等方面的優越性。干混砂漿的用途越來越廣，應用量將會越來越大。但在我國的很多地區由于開采過度等原因已導致天然砂資源接近枯竭，還有很多地方已經開始禁采或限采天然砂，天然砂供應越來越緊缺，價格增長加快，工程建設用砂的供需矛盾便日漸凸顯出來，人工砂在工程中的地位越來越重，成為建設用砂的重要來源。使用人工砂替代天然砂已成為混凝土和砂漿行業可持續發展的一種趨勢。

1 原材料、儀器設備

1.1 原材料

（1）水泥：本項目采用天津冀東水泥廠生產的 PSA32.5 礦渣硅酸鹽水泥，其基本性能測試結果見表 1，符合 GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》中的相關指標要求。

表1 水泥性能測試結果

（2）粉煤灰：本項目采用天津市軍糧城電廠生產的 F 類Ⅱ級粉煤灰，其基本性能測試結果見表 2，符合 GB/T 1596—2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中相關性能指標的要求。

表2 粉煤灰性能測試結果 %

（3）細骨料：本項目采用的天然砂為河砂，全部通過 4.75mm 篩網，細度模數 2.43，屬于Ⅱ區中砂。對比試驗用鐵尾礦機制砂（以下簡稱鐵尾礦砂）產自天津薊縣，機制砂產自河北盧龍。根據國家標準 GB/T 14684—2011《建設用砂》試驗所用鐵尾礦砂和機制砂的基本性能進行測試測試，測試結果見表 3。三種細骨料外觀見圖 1，兩種機制砂篩分后的顆粒狀態見圖 2。

圖1 三種細骨料外觀照片

圖2 機制砂篩分后的不同顆粒狀態

表3 細骨料性能測試結果

（4）外加劑：本項目采用的外加劑為羥丙基甲基纖維素醚（HPMC），由河北晉州富強化工有限公司生產，粘度 10 萬。

（5）水：本項目采用自來水。

1.2 儀器設備

本項目干混砂漿相關試驗所用儀器設備見表 4。

表4 干混砂漿試驗用儀器設備

1.3 試驗方案

在不同規格型號砂漿基準配比中，將人工砂按不同比例等量取代天然砂配制砂漿，按照 JGJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》中規定的試驗方法進行砂漿的稠度、保水性、凝結時間、抗壓強度、拉伸粘結強度等試驗，不同規格型號的基準砂漿配合比見表 5。采用機制砂配制的干粉砂漿見圖 3，攪拌、成型過程見圖 4～6。

圖3 機制砂干粉砂漿

圖4 砂漿攪拌過程

表5 不同規格型號的基準砂漿配合比

2 結果與討論

2.1 不同摻量人工砂對砂漿標準稠度需水量的影響

采用不同摻量人工砂配制三種規格型號砂漿標準稠度用水量試驗結果見表 6。

表6 不同摻量人工砂砂漿的標準稠度用水量 %

從試驗結果可知，砂漿標準稠度需水量隨著人工砂摻量的增加而增大，細骨料的細度模數越小，砂漿的需水量越多。這主要是因為人工砂在解體、破碎過程中，砂子顆粒內部存在大量微裂紋，使得人工砂的吸水率和吸水速率大大提高；還與壓碎指標有密切聯系，機制砂壓碎指標越大，微裂紋越多，細骨料的吸水率變大，因此摻人工砂的砂漿需水量增大。

圖5 砂漿拌合物狀態

圖6 砂漿成型試件

2.2 不同摻量人工砂對砂漿凝結時間的影響

不同摻量人工砂對三種規格型號砂漿凝結時間的試驗結果見表 7。

表7 不同摻量人工砂砂漿的凝結時間 h:min

從試驗結果可知，人工砂的摻量越多，砂漿的凝結時間越快。影響砂漿凝結時間的一個主要因素是人工砂中的石粉含量，導致砂漿的凝結時間短。石粉之所以能加速砂漿的凝結，主要原因是石粉能加速 C3S 的水化，并于 C3A、C4AF 反應生成一些結晶水化物。

2.3 不同摻量人工砂對砂漿保水率的影響

采用不同摻量人工砂配制三種規格型號砂漿保水率的試驗結果見表 8。

表8 不同摻量人工砂砂漿的保水率 %

從試驗結果可知，人工砂的摻量較低時，砂漿的保水性有所提高，這是因為機制砂中含有石粉，石粉的顆粒較小，比表面積較大，能夠吸附較多的自由水，使砂漿中的水分不易泌出，起到一定的保水作用，且石粉含量越多，保水性越好。但是當人工砂的摻量達到 70% 時，砂漿有輕微泌水現象。

2.4 不同摻量人工砂對砂漿抗壓強度的影響

采用不同摻量人工砂配制三種規格型號砂漿凝結時間的試驗結果見表 9。

表9 不同摻量人工砂砂漿抗壓強度 MPa

從試驗結果可知，摻加一定比例的人工砂可以提高砂漿的抗壓強度，但超過一定的摻量，砂漿的抗壓強度有所降低。當摻量為 30%～50% 時，不僅能夠提高砂漿的早期強度，并且 28d 抗壓強度也得到增強。這是因為當人工砂取代率較小時，骨料的級配較好，能夠提高砂漿整體的密實性，使其抗壓強度增加；而當人工砂取代率較大時，骨料中細顆粒較多，吸附大量的自由水，了砂漿中的實際水灰比，水泥水化所用的水減少，因此砂漿的抗壓強度所降低。

2.5 不同摻量人工砂對砂漿拉伸粘接強度的影響

不同摻量人工砂抹灰砂漿拉伸粘接強度試驗結果見表 10。

表10 不同摻量人工砂砂漿 14d 拉伸粘結強度 MPa

從試驗結果可知，人工砂摻量超過 50% 后，抹灰砂漿的拉伸粘結強度明顯降低，這是因為人工砂的顆粒不均勻，顆粒間間隙未能完全填充密實，從而容易產生孔隙，降低了砂漿的拉伸粘結強度，甚至導致砂漿與基材界面脫落。

3 結論

（1）當人工砂取代天然砂的摻量增加時，砂漿標準稠度需水量增大，細骨料的細度模數越小，砂漿的需水量越多；砂漿凝結時間逐漸變短；砂漿的保水性有所提高，但是當人工砂的摻量達到 70% 時，砂漿有輕微泌水現象。

（2）采用一定比例的人工砂取代天然砂可以提高砂漿的抗壓強度，當摻量為 30%～50% 時，不僅能夠提高砂漿的早期強度，28d 抗壓強度也得到增強。但隨摻量的增加，砂漿的抗壓強度有所降低。

（3）當人工砂取代量超過 50% 后，抹灰砂漿的拉伸粘結強度明顯降低，甚至導致砂漿與基材界面脫落。

（4）只要人工砂的物理化學性能指標符合相關國家、行業標準要求，采用人工砂取代天然河砂，可以配制符合要求的砂漿。當人工砂取代量為 30%～50%時，能夠改善砂漿保水性、和易性，提高砂漿的早期強度，改善施工性能砂漿，砂漿各項性能指標均符合國家標準要求。