湿拌砂浆的工作性能影响因素正交试验研究

时间：2024-12-29

肖立鲜，任望，杨威，严顺洪（中国十九冶成都建设有限公司，四川成都 610000）

0 引言

砂浆是常见的建筑材料，从建筑物的非承重结构到墙面装饰，从屋顶、墙面到地平，砂浆几乎都要被使用。在建筑工程中砂浆不直接承受荷载，而是传递荷载，主要包括砌筑砂浆、抹面砂浆、地面砂浆、防水砂浆，还有特种砂浆等[1]。在施工现场，需要大量用于砌筑或抹灰的砂浆，传统的做法是现场拌制，用多少拌多少。随着建筑行业的发展，这种现场搅拌砂浆远不能达到质量和城市环保要求。传统现场搅拌的砂浆，其存在的主要质量问题为和易性较差、与基体材料粘结强度低、干缩较大、空鼓开裂等[2，3]。此外，占用有效施工场地的同时，还会因扬尘破坏周围环境。

自2007年以来，我国各级政府先后在一百多个城市大力推行预拌砂浆并取得了较好的进展；2009年商务部、住建部也联合发表了《关于进一步做好城市禁止现场搅拌砂浆工作的通知》，要求做好城市制止现场搅拌砂浆的工作；2012年，商务部开始对列入限期禁止现场搅拌砂浆的127个城市进行专项检查，政策上进一步推动了预拌砂浆的快速发展；2014年，500个大中小城市陆续禁现。预拌砂浆可分为干混砂浆和湿拌砂浆，推广之初全国市场基本以干粉砂浆为主流，后广东、四川等地推广湿拌砂浆。商砼企业生产湿拌砂浆具有先天优势：客户相同、设备改造费用低、技术成熟[4，5]。南方多个城市湿拌砂浆利用率超过70%，且由于环保及禁现力度加大，预拌混凝土转型升级、湿拌砂浆发展空间大。湿拌砂浆的综合使用成本与现场搅拌相接近，完善湿拌砂浆的生产和应用技术将有利于打破预拌砂浆的发展瓶颈。本文通过正交试验研究砂的细度模数、胶砂比、重钙粉掺量对砂浆稠度、28d抗压强度、14d拉伸粘结强度、保水率的影响。

1 试验

1.1 原材料

表1 水泥的性能指标

（1）水泥：重庆富皇水泥有限公司生产的42.5R级普通硅酸盐水泥，其性能指标见表1。

（2）砂：岳阳中砂和长江特细砂，砂的测定参照JGJ 361—2014《人工碎卵石复合砂应用技术规程》，中砂性能见表2，特细砂性能见表3。

将两种砂进行复配，配制细度模数分别为2.8、2.6和2.4的混合砂，两种砂的级配见表4。

（3）重钙粉：重钙粉中碳酸钙含量大于99%，白度大于96，细度为400目。

1.2 试验方法

表2 岳阳中砂性能

表3 长江特细砂性能

表4 砂级配

参照《建筑砂浆基本性能试验方法标准》JGJ/T 70—2009，每组试验需测定砂浆的稠度、28d抗压强度、14d拉伸粘结强度、保水率。

1.3 正交试验设计

采用正交试验，研究三个基本因素（砂的细度模数、胶砂比、重钙粉掺量）对砂浆工作性和黏结性的影响。

固定水胶比0.7，重钙粉等量取代水泥掺入，中砂和特细砂复配调整细度模数。因素水平表见表5，参照JGJ220—2010《抹灰砂浆技术规程》进行配合比设计，配合比设计见表6。

表5 因素水平表

2 结果与分析

2.1 正交试验结果极差分析

根据正交表设计的九组配合比进行试验得到的数据如表7所示。

根据测定结果进行正交试验分析，因为凝结时间测定未参照标准方法进行，所以不将凝结时间列入正交分析的指标中。正交试验k值和ΔR值分析见表8。由表8可得：

（1）胶砂比对稠度影响最大，其次是细度模数，重钙粉对砂浆稠度影响较小。当胶凝材料使用过少时砂浆流动性变差，根据现场拌合的情况来看，低胶砂比使得部分砂未被胶凝材料包裹，砂浆流动性变差。砂的影响主要在于其细度模数变小，砂变细使得比表面积变大，需水量增大，所以稠度变小。重钙粉掺量对砂浆稠度影响较小，在于400目细度的重钙粉与水泥细度相近。

（2）重钙粉掺量对砂浆抗压强度影响较大，因为其在胶凝体系中主要起填充作用，水化作用不明显，实际工程中常作为惰性填料使用。砂的细度模数对强度有微小的影响，表现为随着模数增大，砂浆抗压强度降低，可能是因为不同细度模数的砂复配使得砂的级配更优良，所以提高了强度。重钙粉的掺入虽然降低了强度，但是部分替代水泥，降低了砂浆成本，考虑到抹面砂浆对砂浆本身的强度要求不高，这种为降低成本而带来的强度损失是可以接受的。随着胶砂比的减小，抗压强度降低，但对其影响不大。

表6 砂浆配合比

表7 正交试验结果

表8 正交试验结果分析表

（3）胶砂比对保水率的影响较大，因为没有加入任何外加剂的前提下，砂浆的保水能力较差，从现场拌和的情况来看，相同质量的集料需水量大于水泥，胶砂比过大使得体系中自由水过多，因而使砂浆泌水。砂的细度模数也有一定影响，可以看出砂越细其保水性能越好，因为比表面积的增大使砂浆能吸附更多的自由水。通过数据可知在没有外加剂的情况下，砂浆保水效果是不理想的，在实际工程中会面临大量吸水的基材，这会对砂浆性能产生不利影响，由于泌水也会对工程施工带来麻烦，所以需要通过外加剂来增强其保水能力。

（4）粘结强度受砂细度模数和胶砂比影响较大。随着胶砂比降低、砂的细度模数减小，粘结强度增大，这与保水率的变化相似，可能是因为基底有吸水能力，砂浆保水能力较弱会使界面处的水分快速流失，造成水化不充分，因而粘结强度较低。在实际工程中，往往会在施工的基底上涂抹一层界面剂，这层界面剂有低吸水率和增强粘结性的功能。重钙粉掺量对粘结强度影响较小，可以看出，当重钙粉掺入量增加后，粘结强度有轻微下降。

2.2 正交试验因素水平选择

根据极差与湿拌砂浆的性能要求，可以确定最佳的因素水平。JGJ/T230—2007《预拌砂浆》中对于湿拌抹灰砂浆有明确规定，其保水率须大于88%，M10强度以上砂浆，拉伸粘结强度须大于0.2 MPa。对于稠度，最少要达到70 mm。在凝结时间方面，M10砂浆的凝结时间在8h以上，根据试验可以知道不加入缓凝剂很难达到工程所需要的凝结时间。从表8可以比较直观的看出各因素在稠度、28 d抗压强度、保水率、14 d拉伸粘结强度方面的极差。对于湿拌砂浆稠度来说，最重要的因素是胶砂比，其次是砂的细度模数，重钙粉的掺量影响不大，所以最佳组合是BaAcCb。同理，对于28 d抗压强度、保水率、140d拉伸粘结强度最优因素水平组合分别为CaAa⁃Ba、BcAaCa、AaBcCa。

综合成本、性能，砂的细度模数、胶砂比选择AbBb，外加剂的掺入对强度影响是一个不确定因素，为了避免加入外加剂后带来强度不合格，重钙粉掺量选择Ca，综上所述，最佳组合为BbAbCa，即胶砂比为1∶4，细度模数2.6的砂，重钙粉掺量为20%。