人工砂在普通干混砂浆中的应用研究

朱久玉

（天津联创混凝土有限公司，天津 301714）

干混砂浆经过最近几年的快速发展，已经逐渐显示出在品质、效率、经济和环保等方面的优越性。干混砂浆的用途越来越广，应用量将会越来越大。但在我国的很多地区由于开采过度等原因已导致天然砂资源接近枯竭，还有很多地方已经开始禁采或限采天然砂，天然砂供应越来越紧缺，价格增长加快，工程建设用砂的供需矛盾便日渐凸显出来，人工砂在工程中的地位越来越重，成为建设用砂的重要来源。使用人工砂替代天然砂已成为混凝土和砂浆行业可持续发展的一种趋势。

1 原材料、仪器设备

1.1 原材料

（1）水泥：本项目采用天津冀东水泥厂生产的 PSA32.5 矿渣硅酸盐水泥，其基本性能测试结果见表 1，符合 GB 175—2007《通用硅酸盐水泥》中的相关指标要求。

表1 水泥性能测试结果

（2）粉煤灰：本项目采用天津市军粮城电厂生产的 F 类Ⅱ级粉煤灰，其基本性能测试结果见表 2，符合 GB/T 1596—2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中相关性能指标的要求。

表2 粉煤灰性能测试结果 %

（3）细骨料：本项目采用的天然砂为河砂，全部通过 4.75mm 筛网，细度模数 2.43，属于Ⅱ区中砂。对比试验用铁尾矿机制砂（以下简称铁尾矿砂）产自天津蓟县，机制砂产自河北卢龙。根据国家标准 GB/T 14684—2011《建设用砂》试验所用铁尾矿砂和机制砂的基本性能进行测试测试，测试结果见表 3。三种细骨料外观见图 1，两种机制砂筛分后的颗粒状态见图 2。

图1 三种细骨料外观照片

图2 机制砂筛分后的不同颗粒状态

表3 细骨料性能测试结果

（4）外加剂：本项目采用的外加剂为羟丙基甲基纤维素醚（HPMC），由河北晋州富强化工有限公司生产，粘度 10 万。

（5）水：本项目采用自来水。

1.2 仪器设备

本项目干混砂浆相关试验所用仪器设备见表 4。

表4 干混砂浆试验用仪器设备

1.3 试验方案

在不同规格型号砂浆基准配比中，将人工砂按不同比例等量取代天然砂配制砂浆，按照 JGJ/T 70—2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》中规定的试验方法进行砂浆的稠度、保水性、凝结时间、抗压强度、拉伸粘结强度等试验，不同规格型号的基准砂浆配合比见表 5。采用机制砂配制的干粉砂浆见图 3，搅拌、成型过程见图 4～6。

图3 机制砂干粉砂浆

图4 砂浆搅拌过程

表5 不同规格型号的基准砂浆配合比

2 结果与讨论

2.1 不同掺量人工砂对砂浆标准稠度需水量的影响

采用不同掺量人工砂配制三种规格型号砂浆标准稠度用水量试验结果见表 6。

表6 不同掺量人工砂砂浆的标准稠度用水量 %

从试验结果可知，砂浆标准稠度需水量随着人工砂掺量的增加而增大，细骨料的细度模数越小，砂浆的需水量越多。这主要是因为人工砂在解体、破碎过程中，砂子颗粒内部存在大量微裂纹，使得人工砂的吸水率和吸水速率大大提高；还与压碎指标有密切联系，机制砂压碎指标越大，微裂纹越多，细骨料的吸水率变大，因此掺人工砂的砂浆需水量增大。

图5 砂浆拌合物状态

图6 砂浆成型试件

2.2 不同掺量人工砂对砂浆凝结时间的影响

不同掺量人工砂对三种规格型号砂浆凝结时间的试验结果见表 7。

表7 不同掺量人工砂砂浆的凝结时间 h:min

从试验结果可知，人工砂的掺量越多，砂浆的凝结时间越快。影响砂浆凝结时间的一个主要因素是人工砂中的石粉含量，导致砂浆的凝结时间短。石粉之所以能加速砂浆的凝结，主要原因是石粉能加速 C3S 的水化，并于 C3A、C4AF 反应生成一些结晶水化物。

2.3 不同掺量人工砂对砂浆保水率的影响

采用不同掺量人工砂配制三种规格型号砂浆保水率的试验结果见表 8。

表8 不同掺量人工砂砂浆的保水率 %

从试验结果可知，人工砂的掺量较低时，砂浆的保水性有所提高，这是因为机制砂中含有石粉，石粉的颗粒较小，比表面积较大，能够吸附较多的自由水，使砂浆中的水分不易泌出，起到一定的保水作用，且石粉含量越多，保水性越好。但是当人工砂的掺量达到 70% 时，砂浆有轻微泌水现象。

2.4 不同掺量人工砂对砂浆抗压强度的影响

采用不同掺量人工砂配制三种规格型号砂浆凝结时间的试验结果见表 9。

表9 不同掺量人工砂砂浆抗压强度 MPa

从试验结果可知，掺加一定比例的人工砂可以提高砂浆的抗压强度，但超过一定的掺量，砂浆的抗压强度有所降低。当掺量为 30%～50% 时，不仅能够提高砂浆的早期强度，并且 28d 抗压强度也得到增强。这是因为当人工砂取代率较小时，骨料的级配较好，能够提高砂浆整体的密实性，使其抗压强度增加；而当人工砂取代率较大时，骨料中细颗粒较多，吸附大量的自由水，了砂浆中的实际水灰比，水泥水化所用的水减少，因此砂浆的抗压强度所降低。

2.5 不同掺量人工砂对砂浆拉伸粘接强度的影响

不同掺量人工砂抹灰砂浆拉伸粘接强度试验结果见表 10。

表10 不同掺量人工砂砂浆 14d 拉伸粘结强度 MPa

从试验结果可知，人工砂掺量超过 50% 后，抹灰砂浆的拉伸粘结强度明显降低，这是因为人工砂的颗粒不均匀，颗粒间间隙未能完全填充密实，从而容易产生孔隙，降低了砂浆的拉伸粘结强度，甚至导致砂浆与基材界面脱落。

3 结论

（1）当人工砂取代天然砂的掺量增加时，砂浆标准稠度需水量增大，细骨料的细度模数越小，砂浆的需水量越多；砂浆凝结时间逐渐变短；砂浆的保水性有所提高，但是当人工砂的掺量达到 70% 时，砂浆有轻微泌水现象。

（2）采用一定比例的人工砂取代天然砂可以提高砂浆的抗压强度，当掺量为 30%～50% 时，不仅能够提高砂浆的早期强度，28d 抗压强度也得到增强。但随掺量的增加，砂浆的抗压强度有所降低。

（3）当人工砂取代量超过 50% 后，抹灰砂浆的拉伸粘结强度明显降低，甚至导致砂浆与基材界面脱落。

（4）只要人工砂的物理化学性能指标符合相关国家、行业标准要求，采用人工砂取代天然河砂，可以配制符合要求的砂浆。当人工砂取代量为 30%～50%时，能够改善砂浆保水性、和易性，提高砂浆的早期强度，改善施工性能砂浆，砂浆各项性能指标均符合国家标准要求。