濕拌砂漿的工作性能影響因素正交試驗研究

肖立鮮，任 望，楊 威，嚴順洪（中國十九冶成都建設有限公司，四川 成都 610000）

0 引言

砂漿是常見的建筑材料，從建筑物的非承重結構到墻面裝飾，從屋頂、墻面到地平，砂漿幾乎都要被使用。在建筑工程中砂漿不直接承受荷載，而是傳遞荷載，主要包括砌筑砂漿、抹面砂漿、地面砂漿、防水砂漿，還有特種砂漿等[1]。在施工現場，需要大量用于砌筑或抹灰的砂漿，傳統的做法是現場拌制，用多少拌多少。隨著建筑行業的發展，這種現場攪拌砂漿遠不能達到質量和城市環保要求。傳統現場攪拌的砂漿，其存在的主要質量問題為和易性較差、與基體材料粘結強度低、干縮較大、空鼓開裂等[2，3]。此外，占用有效施工場地的同時，還會因揚塵破壞周圍環境。

自2007年以來，我國各級政府先后在一百多個城市大力推行預拌砂漿并取得了較好的進展；2009年商務部、住建部也聯合發表了《關于進一步做好城市禁止現場攪拌砂漿工作的通知》，要求做好城市制止現場攪拌砂漿的工作；2012年，商務部開始對列入限期禁止現場攪拌砂漿的127個城市進行專項檢查，政策上進一步推動了預拌砂漿的快速發展；2014年，500個大中小城市陸續禁現。預拌砂漿可分為干混砂漿和濕拌砂漿，推廣之初全國市場基本以干粉砂漿為主流，后廣東、四川等地推廣濕拌砂漿。商砼企業生產濕拌砂漿具有先天優勢：客戶相同、設備改造費用低、技術成熟[4，5]。南方多個城市濕拌砂漿利用率超過70%，且由于環保及禁現力度加大，預拌混凝土轉型升級、濕拌砂漿發展空間大。濕拌砂漿的綜合使用成本與現場攪拌相接近，完善濕拌砂漿的生產和應用技術將有利于打破預拌砂漿的發展瓶頸。本文通過正交試驗研究砂的細度模數、膠砂比、重鈣粉摻量對砂漿稠度、28d抗壓強度、14d拉伸粘結強度、保水率的影響。

1 試驗

1.1 原材料

表1 水泥的性能指標

（1）水泥：重慶富皇水泥有限公司生產的42.5R級普通硅酸鹽水泥，其性能指標見表1。

（2）砂：岳陽中砂和長江特細砂，砂的測定參照JGJ 361—2014《人工碎卵石復合砂應用技術規程》，中砂性能見表2，特細砂性能見表3。

將兩種砂進行復配，配制細度模數分別為2.8、2.6和2.4的混合砂，兩種砂的級配見表4。

（3）重鈣粉：重鈣粉中碳酸鈣含量大于99%，白度大于96，細度為400目。

1.2 試驗方法

表2 岳陽中砂性能

表3 長江特細砂性能

表4 砂級配

參照《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》JGJ/T 70—2009，每組試驗需測定砂漿的稠度、28d抗壓強度、14d拉伸粘結強度、保水率。

1.3 正交試驗設計

采用正交試驗，研究三個基本因素（砂的細度模數、膠砂比、重鈣粉摻量）對砂漿工作性和黏結性的影響。

固定水膠比0.7，重鈣粉等量取代水泥摻入，中砂和特細砂復配調整細度模數。因素水平表見表5，參照JGJ220—2010《抹灰砂漿技術規程》進行配合比設計，配合比設計見表6。

表5 因素水平表

2 結果與分析

2.1 正交試驗結果極差分析

根據正交表設計的九組配合比進行試驗得到的數據如表7所示。

根據測定結果進行正交試驗分析，因為凝結時間測定未參照標準方法進行，所以不將凝結時間列入正交分析的指標中。正交試驗k值和ΔR值分析見表8。由表8可得：

（1）膠砂比對稠度影響最大，其次是細度模數，重鈣粉對砂漿稠度影響較小。當膠凝材料使用過少時砂漿流動性變差，根據現場拌合的情況來看，低膠砂比使得部分砂未被膠凝材料包裹，砂漿流動性變差。砂的影響主要在于其細度模數變小，砂變細使得比表面積變大，需水量增大，所以稠度變小。重鈣粉摻量對砂漿稠度影響較小，在于400目細度的重鈣粉與水泥細度相近。

（2）重鈣粉摻量對砂漿抗壓強度影響較大，因為其在膠凝體系中主要起填充作用，水化作用不明顯，實際工程中常作為惰性填料使用。砂的細度模數對強度有微小的影響，表現為隨著模數增大，砂漿抗壓強度降低，可能是因為不同細度模數的砂復配使得砂的級配更優良，所以提高了強度。重鈣粉的摻入雖然降低了強度，但是部分替代水泥，降低了砂漿成本，考慮到抹面砂漿對砂漿本身的強度要求不高，這種為降低成本而帶來的強度損失是可以接受的。隨著膠砂比的減小，抗壓強度降低，但對其影響不大。

表6 砂漿配合比

表7 正交試驗結果

表8 正交試驗結果分析表

（3）膠砂比對保水率的影響較大，因為沒有加入任何外加劑的前提下，砂漿的保水能力較差，從現場拌和的情況來看，相同質量的集料需水量大于水泥，膠砂比過大使得體系中自由水過多，因而使砂漿泌水。砂的細度模數也有一定影響，可以看出砂越細其保水性能越好，因為比表面積的增大使砂漿能吸附更多的自由水。通過數據可知在沒有外加劑的情況下，砂漿保水效果是不理想的，在實際工程中會面臨大量吸水的基材，這會對砂漿性能產生不利影響，由于泌水也會對工程施工帶來麻煩，所以需要通過外加劑來增強其保水能力。

（4）粘結強度受砂細度模數和膠砂比影響較大。隨著膠砂比降低、砂的細度模數減小，粘結強度增大，這與保水率的變化相似，可能是因為基底有吸水能力，砂漿保水能力較弱會使界面處的水分快速流失，造成水化不充分，因而粘結強度較低。在實際工程中，往往會在施工的基底上涂抹一層界面劑，這層界面劑有低吸水率和增強粘結性的功能。重鈣粉摻量對粘結強度影響較小，可以看出，當重鈣粉摻入量增加后，粘結強度有輕微下降。

2.2 正交試驗因素水平選擇

根據極差與濕拌砂漿的性能要求，可以確定最佳的因素水平。JGJ/T230—2007《預拌砂漿》中對于濕拌抹灰砂漿有明確規定，其保水率須大于88%，M10強度以上砂漿，拉伸粘結強度須大于0.2 MPa。對于稠度，最少要達到70 mm。在凝結時間方面，M10砂漿的凝結時間在8h以上，根據試驗可以知道不加入緩凝劑很難達到工程所需要的凝結時間。從表8可以比較直觀的看出各因素在稠度、28 d抗壓強度、保水率、14 d拉伸粘結強度方面的極差。對于濕拌砂漿稠度來說，最重要的因素是膠砂比，其次是砂的細度模數，重鈣粉的摻量影響不大，所以最佳組合是BaAcCb。同理，對于28 d抗壓強度、保水率、140d拉伸粘結強度最優因素水平組合分別為CaAa?Ba、BcAaCa、AaBcCa。

綜合成本、性能，砂的細度模數、膠砂比選擇AbBb，外加劑的摻入對強度影響是一個不確定因素，為了避免加入外加劑后帶來強度不合格，重鈣粉摻量選擇Ca，綜上所述，最佳組合為BbAbCa，即膠砂比為1∶4，細度模數2.6的砂，重鈣粉摻量為20%。

3 結論

（1）通過正交試驗的極差分析表明，濕拌砂漿各性能的最佳因素水平組合為，稠度：BaAcCb、28d抗壓強度：CaAaBa、保水率：BcAaCa、14d拉伸粘結強度：AaBcCa。綜合成本、性能，最優組合為BbAbCa，即膠砂比為1∶4，細度模數2.6的砂，重鈣粉摻量為20%。

（2）膠砂比極大地影響了砂漿的稠度，因為低膠砂比使得部分砂未被膠凝材料包裹且相同質量的集料需水量大于膠凝材料，流動性表差；重鈣粉摻量主要影響砂漿強度，因其在膠凝體系中主要起填充作用。保水率和14d拉伸粘結強度具有較強的相關性，表現為保水率越大，14d拉伸粘結強度越大。