doi：10.3969/j.issn.1002-3550.2011.02.033
人工砂中的石粉含量对普通干混抹灰砂浆性能的影响
颜世涛，李增高，谢慧东，张云飞
（山东华森混凝土有限公司，山东 济南 250101）
摘 要： 随着天然河砂资源的日益枯竭，以及国家对环境及自然资源保护的加强，天然河砂的开采受到越来越多的限制，人工砂在建筑
工程中的应用将越来越广泛。全部利用人工砂生产普通干混抹灰砂浆，就石粉含量对人工砂普通干混抹灰砂浆性能的影响进行了比较系 统的研究，并通过 SEM 和孔结构技术分析了其作用机理。结果表明：石粉的填充效应、形态效应、吸水效应和晶核效应的共同作用，改善了 人工砂普通干混抹灰砂浆的性能。
关键词： 人工砂；石粉含量；普通干混抹灰砂浆；保水性；拉伸黏结强度；抗压强度 中图分类号： TU528.041
文献标志码： A
文章编号： 1002-3550（2011）02-0108-05
Influence of t he perform ance of pow der cont ent in ordinary dry- m ixed plast ering m ort ar w it h m anufact ured sand
YAN Shi-tao，LI Zeng-gao，XIE Hui-dong，ZHANG Yun-fei （Shandong Huasen Concrete Co.，Ltd.，Jinan 250101，China）
Abst ract : With the strengthening of the protection on the environment and natural resources，the exploitation of natural sand is limited.Then the use of manufactured sand in the civil engineering will be wider and wider.It plasters ordinary dry-mixed mortar with manufactured sand.The ef- fects of powder content on ordinary dry-mixed plastering mortar with manufactured sand are studied systematically.Furthermore，the acting mech- anism was researched by SEM and pore structure analyzing.The results showed that the effects of filling，shape，sopping up and nuclei of powder would improve the performances of ordinary dry-mixed plastering mortar with manufactured sand.
Key w ords: manufactured sand；powder content；ordinary dry-mixed plastering mortar；water retentivity；tensile bond strength；compressive strength
0 引言
普通干混砂浆所用细集料一般为天然砂，天然砂的使用必 须经干燥、筛分、分级，河砂的干燥、筛分本身需要大量的能源， 且筛分出不能利用的 5 mm 以上颗粒也在一定程度上造成了浪 费。随着国家对环境及自然资源保护的加强，考虑到天然砂正在 枯竭的现状，以及天然砂干燥消耗大量能源的现实，人工砂的 生产及在普通干混砂浆中的应用势在必行。
人工砂是经机械破碎筛分而成，其颗粒尖锐粗糙且带有棱 角，同时在其中不可避免地要含有一定量的石粉，这是人工砂 与天然河砂最明显的区别所在。目前，人工砂在普通干混砂浆中 的应用研究比较欠缺[1-3]，本试验全部利用人工砂取代天然砂生 产普通干混抹灰砂浆，针对人工砂中的石粉含量对普通抹灰砂 浆性能的影响进行了比较系统的研究，并通过孔结构情况分析
了其作用机理。
1 原材料
水泥为山水 P·O 42.5 级水泥（性能指标如表 1）；粉煤灰为 山东济南黄台电厂产 II 级粉煤灰（性能指标如表 2）；天然砂取 本地河砂 S1，人工砂 S2 为石灰岩碎石机械破碎（S1、S2 性能指 标如表 3）；砂浆增稠保水材料 HT，自配；饮用自来水。
2 试验方法及试验结果
2.1 试验方法
所有试验均参照 JGJ/T 70—2009 《建筑砂浆基本性能试 验 方 法 标 准》，采 用 砂 浆 搅 拌 机 进 行 搅 拌 ，搅 拌 时 间 ≥180 s， 砂浆立方体抗压强度测试试件的成型采用有底试模，养护为 标准养护。
密度 （/ g/cm3） 3.2 项目 II 级灰指标 测试值
安定性 （雷氏夹法）
合格
细度（45 μm 筛筛余）/%
≤25 20.4
细度 /%
（75 μm 筛筛余）
3.6
表 1 水泥物理力学性能
凝结时间 /min 初凝 160
终凝 265 含水量 /% ≤1.0 0.3
抗压强度 /MPa 3 d 21.8
28 d 48.7
抗折强度 /MPa 3 d 4.5
28 d 7.8
需水量比 /% ≤105 102
表 2 粉煤灰基本性能 烧失量 /% ≤5.0 2.6
安定性（雷氏夹法）/mm
≤5.0 1.2
收稿日期：2010-09-01
·108·
方筛孔尺寸
表 3 天然砂 S1 和人工砂 S2 的技术指标
/mm 9.50 4.75 2.36 1.18 0.60 0.30 0.15 筛底
累计筛余 /%
S1 S2
0 2 22 43 58 78 94 100
0 0 9 35 59 76 87 100
级配区
1 0 10~0 35~5 65~35 85~71 95~80 100~90 -
2 0 10~0 25~0 50~10 70~41 92~70 100~90 -
3 0 10~0 15~0 25~0 40~16 85~55 100~90 -
项目 松散密度 紧密密度 表观密度 细度模数 亚甲蓝试验 石粉含量 含泥量 泥块含量 吸水率 坚固性
单位 kg/m kg/m3 kg/m3 - - % % % % %
3
测定值
S1 1 400 1 620 2 600 2.9 - - 2.6 0.2 0.8 6.4
S2 1500 1790 2580 2.7 MB 值 0.85 13.5 - 0 0.4 8.4
2.2 试验方案及试验结果
设计砂浆配合比为胶凝材料∶砂 =1∶5[4]，粉煤灰等量 取 代 20%水泥，砂浆稠度取 90~100 mm，拌制砂浆。将人工砂 S2通过
0.075 mm 筛，筛除人工砂 S2 中的石粉备用，然后分别用 0、3%、
6%、9%、12%、15%、18%、21%的 石 粉 等 量 取 代 通 过 0.075 mm 筛筛除石粉后的的人工砂 S2，研究石粉含量对普通抹灰砂浆各 种性能的影响，并与用天然砂 S1 普通抹灰砂浆各种性能进行对 比。其试验方案见表 4 所示。
试验结果
石粉（含量） 0（0） 0（0） 45（3%） 90（6%） 135（9%） 180（12%） 225（15%） 270（18%） 315（21%）
HT 15 15 15 15 15 15 15 15 15
水固比 0.175 0.170 0.175 0.180 0.185 0.188 0.190 0.192
保水性 /% 84.5 87.0 90.7 92.9 95.6 96.1 96.5 89.0 91.8
凝结时间 /min 380 390 360 330 320 300 290 265 280
黏结强度 /MPa 0.35 0.10 0.16 0.19 0.23 0.22 0.20 0.17 0.18
序号
配合比 （/ kg/m3）
水泥 240 240 240 240 240 240 240 240
粉煤灰 60 60 60 60 60 60 60 60 60
人工砂 1 500（天然砂）
1 500 1 455 1 410 1 365 1 320 1 275 1 185 1 230
表 4 试验方案及结果
抗压强度 /MPa
7 d 4.2 4.9 6.0 7.3 7.8 7.4 6.6 5.9
28 d 7.8 9.5 11.0 13.4 14.3 14.0 12.6 10.5 8.4
1 2 3 4 5 6 7 8
9 240 0.195 4.7 3 试验结果分析
3.1 石粉含量对普通抹灰砂浆用水量的影响
从图 1 中可以看出，砂浆达到规定稠度（90~100 mm）时，人 工砂中无石粉时，其砂浆需水量相对较低，低于天然砂；当人工 砂中掺入石粉后，随着石粉掺量的增加，其砂浆需水量逐渐增加， 当石粉含量为 3%时，其砂浆需水量与天然砂基本相同，当石粉 含量高于 3%时，其砂浆需水量明显增高，高于天然砂。
图 2 石粉含量对普通抹灰砂浆保水性的影响
水性较好，达 95%以上。
3.3 石粉含量对普通抹灰砂浆凝结时间的影响
凝结时间也是砂浆施工性性能的一方面，凝结时间的长短 影响到新拌砂浆的相应性能，因此，研究石粉含量对普通抹灰 砂浆凝结时间的影响是不可缺少的一方面。从图 3 中可以看 出：无石粉的人工砂普通抹灰砂浆的凝结时间与天然砂普通抹
图 1 石粉含量对普通抹灰砂浆水固比的影响
3.2 石粉含量对普通抹灰砂浆保水性的影响
保水性是新拌砂浆的重要性能指标，是 指 砂 浆 混 合 物 保 持水分的能力，也指砂浆中各项组成材料不易分离的性质。它 的好坏直接决定了新拌砂浆的工作性及施工性能。从图 2 中 可 以 看 出 ：在 增 稠 保 水 材 料 相 同 掺 量 下 ，天 然 砂 普 通 抹 灰 砂 浆 的 保 水 性 仅 84.5% ，达 不 到 标 准 规 定 要 求（≥88%）；人 工 砂 普 通 抹 灰 砂 浆 的 保 水 性 都 高 于 天 然 砂 普 通 抹 灰 砂 浆 的 保 水性。从表 5 中还可以看出：随着石粉含量的增加，其普通抹 灰 砂 浆 保 水 性 先 增 加 后 降 低 ，且 掺 量 为 12%和 15%时 ，其 保
灰砂浆的凝结时间相差不大，但当人工砂中含石粉时，其砂浆
凝结时间相应地缩短，且石粉含量越高，其相应的砂浆凝结时 间越短；与无石粉的人工砂普通抹灰砂浆相比 ，当 石 粉 含 量 为 21%时，其砂浆凝结时间缩短了 2 h 左右。
图 3 石粉含量对普通抹灰砂浆凝结时间的影响
·109·
3.4 石粉含量对普通抹灰砂浆拉伸黏结强度的影响
拉伸黏结强度反应抹灰砂浆与基体的黏结性能，它的好坏直 接影响到抹灰砂浆的质量，特别是黏结力，砂浆黏结力越低，越 易出现空鼓、开裂和脱落等现象。从图 4 中可以看出：当人工砂中 无石粉时，人工砂普通抹灰砂浆的拉伸黏结强度远远低于天然 砂，1 试样的拉伸黏结强度为 0.35 MPa，而 2 试样仅 0.10 MPa；当 人工砂中含有部分石粉时，其砂浆拉伸黏结强度将有所提高；另 外，随着石粉含量的增加，其砂浆拉伸黏结强度先增大后降低， 石粉含量为 9%的拉伸黏结强度增大。
图 4 石粉含量对普通抹灰砂浆拉伸黏结强度的影响
3.5 石粉含量对普通抹灰砂浆立方体抗压强度的影响
砂浆立方体抗压强度的大小直接反应其砂浆的强度等级， 即强度越高其等级越高，因而研究人工砂中石粉含量对其强度 的影响是极其重要的。从图 5 中可以看出：无论是 7 d，还是 28 d， 人工砂普通抹灰砂浆的抗压强度都高于天然砂普通抹灰砂浆；随 着石粉含量的增加，其砂浆抗压强度先增大后降低，且石粉含 量为 9%的抗压强度最大；另外，石粉含量在 6%~15%之间时， 其强度变化不大，即石粉掺量在 6%~15%之间时，对其砂浆抗 压强度影响不大。
图 5 石粉含量对普通抹灰砂浆抗压强度的影响
4 不同石粉含量的普通干混抹灰砂浆微观结 构分析
4.1 石粉含量对普通抹灰砂浆孔结构分析
根据表 4 配合比，选择 1、2、4、6、8 配合比进行试配，拌制 砂浆，制作砂浆试件，养护至规定龄期后，从距离砂浆试件表面 5 mm 以内的部位取样，进行孔结构分析试验，不同石粉含量的 普通抹灰砂浆孔结构分析试验结果如表 5，试样孔径分布见图 6。
% 表 5 孔结构试验结果
试样 <20 nm 20~50 nm 50~100 nm >100 nm 总孔隙率
1 2 4 6
22.36 19.66 29.55 35.39 32.10
21.32 18.79 22.23 24.69 24.06
11.62 14.81 14.63 12.85 14.38
44.71 46.74 33.59 27.06 29.40
14.74 18.18 12.41 13.93 16.51
8
砂浆的性能与其内部结构有直接关系。Mehta 教授认为：孔 径 d<20 nm 为无害孔；d 在 20~50 nm 为少害孔；d 在 50~100 nm 为有害孔；d>100 nm 为多害孔。砂浆硬化体中孔径 d>100 nm
[5]
图 6 1、2、4、6 和 8 试样孔径分布图
从表 5 和图 6 中可知：天然砂砂浆（1 试样）的总孔隙率较 低，但多害孔较多，占 45%左右；相对于天然砂砂浆，无石粉人 工砂砂浆（2 试样）的总孔隙率明显高，且无害孔和少害孔较少，
的孔对砂浆的性能有较大的危害，即砂浆中孔径大于 100 nm 的 多害孔越多，砂浆的密实性越差，性能越低。 ·110·