浅谈机制砂干混砂浆的过程控制（中）

封培然，竺斌，宋利丽

（1. 四川鑫统领建材集团有限公司 干混砂浆技术部，四川　眉山　620030；2. 西南科技大学 材料科学与工程学院，四川　绵阳　621100；3. 四川鑫统领建材集团有限公司 技术中心，四川　眉山　620562）

浅谈机制砂干混砂浆的过程控制（中）

封培然1，竺斌2，宋利丽3

（1. 四川鑫统领建材集团有限公司 干混砂浆技术部，四川眉山620030；2. 西南科技大学 材料科学与工程学院，四川绵阳621100；3. 四川鑫统领建材集团有限公司 技术中心，四川眉山620562）

本文通过对机制砂干混砂浆生产过程中进厂原材料、中间产物、出厂砂浆的过程控制，分析了干混砂浆与预拌混凝土质量控制的区别，建立了过程控制是实现干混砂浆质量稳定可靠保证的观念，尤其是对过程中间产物机制砂更应建立以形貌、颗粒级配等为中心的质量控制手段，抛弃强度唯一的错误做法，适应以机制砂为核心，水泥为主要胶凝材料的过程控制检测方法，得到以干混砂浆生产工艺为基础的过程控制体系。

原材料；过程控制；中间产物；干混砂浆；检测方法；管理体系

（续前节）

2.1.3矿物掺合料

干混砂浆中使用矿物掺合料的做法依然来自预拌混凝土，因为过去建筑砂浆采用现场搅拌形式是无法添加矿物掺合料的。常用的矿物掺合料主要是粒化高炉矿渣粉、粉煤灰、石灰石粉、硅灰、沸石粉等，使用矿物掺合料的目的主要是降低成本、改善砂浆和易性，通常对强度的贡献很小，原因是矿物掺合料通常不具有早期反应能力，甚至是惰性物质。细粉状的矿物掺合料需要大量的水润湿表面，并填充颗粒间隙，使用矿物掺合料的砂浆需水量随着掺量而增加，但砂浆分层度减小，因此要严格控制矿物掺合料的加入量，如果掺加过量，会造成砂浆砂浆粘聚性急剧增加，容易出现粘附施工工具等问题[15]。干混砂浆生产时一定要严格按照设计配比，同时在出厂前进行复验。

使用矿物掺合料的目的是改善砂浆和易性，在砂浆和易性良好的条件下就没有必要使用，也不必追求较高的活性指标，同时考虑到降低成本的目的，应尽量选择周边资源。值得注意的是由于砂浆中使用了大量的掺合料降低了砂浆的碱度，在目前施工加水量较大的情况下，砂浆的碳化程度也明显增加，碳化导致的收缩对大面积薄层墙面抹灰砂浆的开裂危害性较大，不像混凝土那样可以通过密实度来加以改善。

2.1.4添加剂

对于使用机制砂生产的砂浆，通常使用的保水增稠外加剂数量较少，相反对含有引气剂成分的添加剂使用量较大，原因在于机制砂中含有大量的石粉。添加剂中的许多成分在砂浆企业很难检测，尤其对于复杂的有机物外加剂，常规的检测项目包括颜色、水分、细度、烧失量、粘度等，还有一些控制指标需要在砂浆中体现，如砂浆2h 稠度损失、14d 拉伸强度、保水率等。过程控制中很难快速界定添加剂的效果变化，一方面源于干混砂浆的波动，另一方面源于添加剂匀质性的变化。添加剂过程控制的滞后必须通过严格的采购合同条款来加以约束，进厂检验必须留足60d 以上的应用时间，尽量采购企业信誉良好的产品，并提供添加剂检测方法及检测报告。

售后服务中，对于出现使用过程的质量波动，应首先排除砂浆质量波动的原因，然而对照使用添加剂的批次，对比采购小样，如果两者不一致即可判断添加剂质量波动，此时供应商必须协助解决砂浆质量波动问题，并承担相关责任。

2.2中间产品

2.2.1机制砂

机制砂作为干混砂浆的中间过程产品类似于水泥生产过程中的熟料，然而对于没有采取矿山→机制砂→砂浆三位一体的生产系统，实际进厂河砂或机制砂就承担中间产品机制砂的角色，这时生产的过程控制就不在砂浆企业内部，形成了产品链过程控制的分离，容易造成机制砂质量控制的困难。无论哪种情况，过程控制的内容都是一致的，不能因陋就简。

2.2.1.1形貌

机制砂的形貌比水泥的形貌影响更为明显，因为机制砂所占干混砂浆中的份额更大。不同的生产设备所制得的机制砂形貌差异较大，最理想的机制砂形貌是等径状，近似于球形，表面粗糙度相同时，等径状的机制砂比表面积最小，需水量也最少，可以较好满足砂浆施工性。机制砂形貌对后期的硬化强度也有影响，表1给出了不同石子形貌生产的混凝土强度及坍落度[2]。从表中可以看出石子形貌圆滑比相同状态下形貌差的混凝土有更大的坍落度，同时硬化后的强度也略微偏高，如果达到相同流动度那么粒形差的混凝土强度会更低。砂浆骨料也具有混凝土骨料相同的性质。

表1　不同石子形貌、混凝土的强度及坍落度

一般来讲岩石的硬度越大，越不易形成圆球形颗粒，岩石硬度越软，韧性越大，矿物间离子键能和粘结力越弱，完全没有解理或者中等解理的岩石在碰撞和撞击时越容易在颗粒表面断裂为多面体。同一种矿物，颗粒越大，表面越粗糙，颗粒越小，表面越圆滑。表2给出了采用原材料完全相同的两组干混砂浆的试验结果，从表中可以看出第二组试验仅比第一组增加25kg 粗砂，用水量相同，但是两种砂浆的稠度呈现明显的差异，完全使用细砂的 F1砂浆扩展度比 F2高出13mm，由此可知粗颗粒对砂浆流动度的影响，这也正是粗砂表面粗糙造成的结果。

表2　两种不同配比砂浆的试验结果

解决上述问题的一种措施是拌合增加用水量，提高砂浆拌合物的成浆量，但是将增加砂浆收缩开裂的风险，另一种措施是增加水灰比，这样虽然胶凝材料含量增加，但砂浆强度也会下降，同时增加了成本，因此尽管机制砂有比河砂提高粘结强度的优势，但是由于施工性能差，造成施工加水多，机制砂强度的优势并不明显。控制机制砂形貌重要的是选择合适的机械设备和原材料，石碰石方式优于石碰铁，不解理岩石优于解理岩石。另外出制砂机的机制砂必须经过筛分后分别储存，既可以防止物料的离析，也可以满足不同品种砂浆施工性能的要求。

2.2.1.2机制砂粒径

图4给出了给出了鹅卵石和石灰石两种矿物制得的粗、中、细三种机制砂，其中粗砂粒径为4.75～2.36mm，中砂粒径为2.36～1.18mm，细砂粒径为小于1.18mm。从图中可以看出相同岩石制得的机制砂，粒径越大，表面越粗糙。不同岩石性质之间比较发现，石灰岩明显比鹅卵石在相同粒径的情况下的外观形貌要圆滑。由此可知质地相同的岩石粒径越小施工性能越好，不同岩石硬度较小的施工性能较好，前者容易受到生产电耗和筛分系统的制约，因此过程控制时应该在源头就采用质地较软的岩石，对采用手工施工的抹灰砂浆应该尽量采用细度较低的颗粒，有条件的尽量降低细颗粒中的石粉含量，防止需水量增加过大。

图4　不同机制砂图片

图5给出了混凝土的骨料粒径与抗渗系数的关系[2]，从图中可以看出最大粒径为5mm 的骨料在水灰比为0.6时仅为最大粒径40mm 骨料抗渗系数的四分之一。机制砂通常不能吸收水分，多余的拌合水接近亲水性机制砂表面，由于重力的作用汇集于机制砂粗颗粒底部形成水囊，这里正是所谓的界面过渡区，界面处薄弱的水化产物填充和粗大的强氧化钙六方板状晶体很难形成密实体，由此可知增大骨料粒径对混凝土或者砂浆抗渗性能的影响。一般情况下建筑砂浆采用的骨料粒径较小，表现不如混凝土明显，虽然干混砂浆通常没有防水性能的要求，但对于外墙抹灰砂浆或者防水砂浆则应注意控制砂浆的最大粒径。

图5　骨料粒径与混凝土抗渗系数的关系

机制砂粒径的过程控制就是要控制机制砂的最大粒径。在生产中确保不同粒径的进入不同的料仓，防止窜料的发生，每生产200t 机制砂至少取样一次，经常关注大于4.75mm 颗粒的含量，一旦超出控制值即表明筛网破损，应及时更换筛网。按照规定进行日常筛网例行检查与维护，机制砂的筛分设备常用的是概率筛或者直线筛，但国家标准没有非金属矿的筛分效率规定值，企业可以自行设定相应的超径率和逊径率保证机制砂的质量稳定。

2.2.1.3机制砂颗粒级配

砂浆的颗粒级配是指砂浆中不同粒径颗粒的分布情况，衡量机制砂颗粒级配的优劣主要看机制砂在建筑砂浆中的作用，与混凝土不同的是砂浆主要考虑施工性能，混凝土主要考虑结构承载力。混凝土是粗骨料、细骨料、水泥、掺合料在加水硬化后形成致密的结构体，颗粒之间只有形成最紧密堆积状态，才能取得最高的抗压强度，尽管砂浆也有类似要求，但是能否有足够的流动性才是施工的关键。砂浆体系中骨料表面粗糙，骨料必须悬浮于浆体内部，在浆体的包裹携带下运动，从这个意义上讲，砂浆的浆骨比必须比普通混凝土的大，当然不同的混凝土也有不同的浆骨比，泵送混凝土和自流平混凝土的浆骨比相对较大，建筑砂浆与后者类似。

表3给出了三种不同来源的砂，包括两种机制砂和一种天然河砂。比较两种机制砂与天然河砂可以发现，河砂中0.3～1.18mm 的颗粒含量占据了58.8% 接近60%，而机制砂中相同粒径分布含量最高为29.24%，仅相当于河砂的一半，该区段颗粒有较好的圆滑度，较低的需水量，河砂其余粒径分布区段颗粒含量较少，形成良好的纺锤形结构，而机制砂则是两端含量高中间粒径含量低呈现哑铃状分布，由此可知河砂与机制砂的区别。

表3　两种机制砂的颗粒级配

机制砂颗粒级配的控制主要通过筛分来完成，使不同粒径的机制砂搭配达到河砂类似的级配，即削减两端颗粒含量，补充0.3～1.18mm 的颗粒含量，有些企业希望直接购买理想级配的机制砂，实际上由于理想级配颗粒生产的困难，同时在机制砂进厂时为颗粒状物料，不同粒径的颗粒在装卸、运输等环节都可能发生离析，因此干混砂浆企业必须自主配套制砂机生产后进行筛分，通过两级配或者三级配进行搭配使用，这也是发达国家的普遍做法，国内混凝土企业通过二级或者三级配可以做到孔隙率降低至40% 以下，节约水泥20% 以上[2]，砂浆生产同样可以通过控制机制砂级配降低孔隙率至40% 以下[16]。值得注意的是机制砂中难免有一定量的石粉含量，这部分含量需要记入胶凝材料中，同时将砂的级配控制到4.75～0.075mm。

2.2.1.4机制砂的水分与石粉含量

机制砂的水分必须控制小于0.5%，对于进厂已经控制水分至规定值的不需要进一步检测机制砂水分，而对于没有制砂系统的企业就需要采取措施控制水分低于规定值，措施包括烘干、搭配等。超标水分的机制砂进入库内，容易在粉料的作用下结块，对计量设备的稳定运行不利，一旦发现仓顶漏水等情况造成物料水分偏大，应及时泄空存储仓，晾干内壁后方可再次使用，而存储仓仓顶最好设置防雨装置。

机制砂中的石粉是由于制砂过程中产生的粉末不能进入收尘系统而带入到细砂中，制砂系统含尘浓度、收尘位置、风量、风速等因素都会影响收尘效果，应尽量降低细砂中的粉含量，即使再次使用也应该尽量分离，以方便配料时使用和控制。尝试在二次筛分处增加风量提高收尘效率也是降低机制砂石粉含量的一个措施。有些企业采用水洗机制砂剔除石粉含量也不可取，带来石粉再次使用的困难。

（未完·待续）

[15] 封培然，竺斌，宋利丽．干混砂浆生产过程中几个问题的探讨[J]．水泥工程，2015(3):73-77．

[16] 封培然，竺斌，宋利丽．机制砂及其砂浆最小空隙率的试验研究[J]．水泥工程，2015(2):1-6．

［通讯地址］四川省眉山市东坡区四川鑫统领混凝土有限公司（620030）

Discussion on the process control of dry mixed mortar (ⅠⅠ)

Feng Peiran1, Zhu Bin2, Song Lili3
(1. Sichuan Xin Tongling Building Materials Group Co., Ltd., Meishan620030;2. Southwest University of science and technology, Mianyang621100;3. Sichuan Xin Tongling Building Materials Group Co., Ltd., Meishan620562)

Through process control raw materials, intermediate products, the production of dry mortar based on the mechanism of sand into the factory dry-mixed of mortar production process, analyzed dry-mixed mortar and differences of ready-mixed concrete quality control, set up a the concept of process control of dry-mixed mortar quality assurance is to implement stable and reliable, especially the process intermediate of mechanism sand should be more centered on the means of quality control morphology and particle size distribution and so on, abandon mistake behavior for intensity only, to adapted to the process control testing methods of the mechanism of sand as the core and cement as the main gelled material, got control system on the basis of dry-mixed mortar production technology of process.

raw materials; process control; intermediate products; dry-mixed mortar; detection method; management system

封培然（1980—），男，硕士，四川鑫统领集团公司技术中心，主任工程师。