0前言

浙江省河砂（江砂）资源接近枯竭，同时为了保护绿水青山的生态环境，各地已禁止开采。外埠运至我省的江砂要么价格昂贵，要么是细砂甚至是特细砂。海砂必须经过淡化处理方可使用，但淡化处理成本极高，处理过程对环境有二次污染，也存在处理不达标的情况，以致有些地市禁止使用海砂，由此，机制砂的开采和使用日益增加。现阶段我省机制砂在混凝土、砂浆、加气墙板等建筑材料或制品中的使用已经十分普遍。本文就预拌砂浆用机制砂的生产控制及其应用技术进行探析。

1 机制砂及在砂浆中应用相关标准现状

国家标准《建设用砂》GB/T 14684-2022只规定了机制砂的通用技术要求；行业标准《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》JGJ 52-2006因修编稿一直没有发布，现有条款主要针对天然砂，没有机制砂的技术条款。

国家标准《预拌砂浆》GB/T 25181-2019没有涉及机制砂的使用要求，浙江省标准《预拌砂浆应用技术规程》DB33/T 1095-2013虽然涉及机制砂使用的基本要求，但没有规定不同砂浆种类需限制机制砂粒径的条款。

行业标准《砌筑砂浆配合比设计规程》JGJ/T 98-2010和《抹灰砂浆技术规程》JGJ/T 220-2010一直没有修订，并只针对天然砂的砂浆配合比及其要求，没有涉及机制砂的砂浆配比设计条款。

因此，机制砂在预拌砂浆中的应用要求无规可依、或者规定不全。

2机制砂的生产控制

2.1我省机制砂母岩分布及机制砂种类

（1）机制砂母岩种类

岩石总体分为岩浆岩、沉积岩、变质岩三大类。

岩浆岩是地壳内的熔融物质喷出地表或在地表内冷却生成的岩石，常见有花岗岩、安山岩、玄武岩、流纹岩。其中花岗岩和玄武岩常用作机制砂母岩。

沉积岩是经风化、搬运、沉积和成岩等一系列地质作用而形成的，其特点是一般为层状分布结构，常见有石灰岩、凝灰岩、砂岩和页岩。其中石灰岩、凝灰岩、砂岩常用作机制砂母岩。

变质岩是在已有岩石的基础上，经过变质混合作用后形成的，其特点兼具上述岩石及自身特性。常见有片麻岩、角闪岩、麻粒岩、大理岩。其中片麻岩和大理岩常用作机制砂母岩。

（2）我省机制砂母岩分布

作为岩浆岩的玄武岩矿床主要分布在我省的嵊县、新昌、天台、宁海、三门等地。花岗岩矿床主要分布在安吉水淋坑、绍兴俞家山、武义大莱等地。

作为沉积岩的石灰岩矿床主要分布在湖州市、杭州市、金华市、衢州市等浙赣线以西的地区和绍兴市的诸暨等地。其中杭州地区分布在建德、桐庐、富阳、临安，湖州地区分布在市区本级、长兴、安吉、德清，金华地区分布在兰溪、金东区、浦江，衢州地区分布在江山、常山、柯城区、开化、龙游，绍兴地区分布在诸暨。宁波地区有凝灰岩矿床。

（3）机制砂种类

现阶段我省机制砂种类主要是石灰岩砂、凝灰岩砂、砂岩砂、玄武岩砂，还有少量的花岗岩砂和大理石砂，极少量的河卵石或鹅卵石破碎砂。其中玄武岩砂有隔音、隔热等功能。

2.2机制砂制砂环节

用于机制砂岩石母材强度不应低于80MPa。干法制砂时碎石含水率宜控制在1.0%以下。

制砂环节主要是：首先采用鄂式破碎机以挤压方式对母岩进行第1次预破碎（粗碎），减小母岩直径，减轻反击破碎机生产压力；然后用反击破碎机以抛石撞击方式对母料进行第2次破碎（中碎），使鄂破产生的骨料微裂纹进一步发展，最终骨料从微裂纹处再次破碎，完成对骨料的第2次破碎和第1次整形；最后采用立轴冲击破碎机以“石打石”或“石打铁”方式对骨料进行第3次破碎（细碎）和第2次整形。立轴冲击破碎机一般有整形功能，整形后的颗粒规则圆润、呈立方体、有一定棱角，颗粒度之间的相互紧锁作用力增加，物料间的移位减少。

我省大部分预拌砂浆企业制砂生产线主要是外购碎石干法破碎。即采用立轴冲击破碎机以“石打石”或“石打铁”方式对骨料进行第3次破碎（细碎）和第2次整形。

制砂过程还需要考虑初破和二破场地台阶地形、用电线路设计、除土装置、干法生产时风机送风量控制石粉等环节。

2.3机制砂筛分分仓

机制砂合理的分仓是一个通砂仓，砂的最大粒径不应大于2.36mm，主要用于砌筑砂浆的配制；一个粗砂仓，砂的粒径在2.36mm～1.18mm之间，一个细砂仓，砂的粒径在1.18mm～0.075mm之间，主要用于抹灰砂浆、地面砂浆的搭配，其中细砂仓的砂还可以用于特种砂浆的配制；一个石粉仓，粒径小于0.075mm的粉料，用于配制砌筑砂浆，具有增稠作用，也可以用于混凝土、墙材及其他特种砂浆中。

2.4机制砂质量问题

（1）机制砂级配常常呈现“两头多、中间少”的特点，其中粒径大于2.36mm颗粒筛余量高达40％，粒径小于0.075mm颗粒筛余量高达15％以上，级配不良造成细骨料间间隙率大；

（2）石粉含量过高，制砂效率低；

（3）颗粒棱角多，配制的砂浆操作性变差，强度偏低，抹灰墙面粗糙。

（4）机制砂中的石粉容易积聚筒仓内壁。因此，通砂仓、粗砂仓和细砂仓不能打空，使用到三分之二筒仓量时就要进料。否则，积聚筒仓内壁的石粉一旦塌落，机制砂中的石粉含量急剧增加，配制的砂浆质量将难以控制。

3 机制砂应用技术研究

3.1机制砂砂浆配合比设计

（1）按《砌筑砂浆配合比设计规程》JGJ/T 98-2010计算的机制砂砂浆配合比，试验结果无法达到设计强度等级要求。

按《砌筑砂浆配合比设计规程》JGJ/T 98-2010计算的机制砂砂浆配合比和试验结果详见表1和图1。

表1  按《砌筑砂浆配合比设计规程》JGJ/T 98-2010配制的砂浆试验结果

图1  机制砂砂浆配合比试验结果

由表1和图1可知，机制砂砂浆按《砌筑砂浆配合比设计规程》JGJ/T 98-2010计算的配合比，其28天抗压强度远低于试配要求的强度。主要原因是JGJ/T 98-2010中的砂浆特征系数（α=3.03，β=－15. 09）只适用于自然砂配制的砂浆配合比计算，不适用于机制砂砂浆的配合比设计。

（2）机制砂砂浆特征系数研究

由我院主编的浙江省标准《预拌砂浆配合比设计规程》正在进行试验研究，其中由P·O42.5普通硅酸盐水泥、机制砂、石粉、增稠材料组合的砂浆，计算配合比（略）试验共145组，回归曲线方程详见图2。该曲线回归方程的砂浆特征系数α=1.56，β=－8.98，相关系数为0.931，说明强度与水泥用量的相关性好。验证试验已经由浙江建科新材料开发有限公司、浙江兆山建材科技有限公司、浙江华正检测有限公司、杭州久满固建筑材料有限公司、建德新能新型建材有限公司、浙江亿夫新型建材有限公司、温州市建筑质监科学研究所有限公司等单位分别按粉料300kg/m3、330kg/m3、350kg/m3三种情况进行，共计504组验证试块。其中，浙江兆山建材科技有限公司根据该公司机制砂的松散堆积密度计算的砂浆配合比，所用P·O42.5普通硅酸盐水泥28天强度为48.9MPa，验证试验结果详见表2。

图2 机制砂砂浆回归曲线方程

表2  机制砂砂浆验证试验结果（粉料总量330kg/m3）

由表2可知，机制砂砂浆验证试验的保水率、稠度、拌合物密度等都符合设计或标准要求。水泥量的10%用石粉代替后的验证试验结果全部达不到设计等级要求，说明该批石粉活性指数不高；M5、M7.5的配合比试验结果已符合设计等级要求，M10、M15的配合比试验结果没有达到设计等级要求，说明M10以上等级的砂浆有待进一步试验研究。 

3.2机制砂砂浆调整

按机制砂砂浆特征系数α=1.56，β=－8.98计算的配合比，还需根据砌筑砂浆、抹灰砂浆、地面砂浆、普通防水砂浆等不同砂浆品种特性进行调整。

（1）机制砂最大粒径、机制砂中的石粉含量、保水增稠材料用量的调整

机制砂最大粒径不宜大于2.36mm，主要目的是降低砂浆的粗糙度。

保水增稠材料用量宜按保水率88%～92%的要求试验确定，过高的保水率一方面提高了砂浆成本，另一方面将会降低砂浆后期强度。

用于抹灰砂浆的机制砂中石粉含量不宜大于机制砂总量的5%。研究表明[1]，石粉含量超过5%，砂浆收缩开裂的概率增加。

（2）夏季和冬季砂浆配合比的调整

夏季施工，采用纤维素醚作为保水增稠材料时，纤维素醚的凝胶温度不应低于70℃；大气温度高于30℃时，砂浆中可掺入缓凝剂。缓凝剂宜选用木质素磺酸盐类，葡萄糖酸盐，柠檬酸等。干混砂浆应选用粉状缓凝剂。缓凝剂的掺量应根据砂浆试验确定。

冬季施工，大气温度低于5℃施工时，砂浆中可掺入早强剂或防冻剂。早强剂宜选用甲酸钙，防冻剂宜选用硝酸钙，不宜选用尿素类或含氯离子的防冻剂。

3.3机制砂砂浆质量问题及防治方法

（1）干混砂浆筒仓中机制砂砂浆下落不畅

工程现场的干混砂浆筒仓内砂浆常会出现“闭牢”下落不畅情况。主要原因是生产企业全部使用机制砂和石粉配制砂浆。机制砂棱角多，物料间摩擦系数大；石粉粒形多角，不圆润，也会增大物料间的摩擦力，石粉的相互间吸附力又强。这些因素都会导致配制的砂浆下落不流畅。要减少摩擦力最佳的方法是每吨砂浆中掺入10kg~20kg粉煤灰。粉煤灰有“形态效应”，在显微镜下显示，粉煤灰中含有70%以上的玻璃微珠，表面光滑，增加物料间的润滑度，减少摩擦力，降低吸附力，砂浆自会流畅下落。

（2）机制砂砂浆手感粗糙

如果按国家标准《建设用砂》GB/T 14684-2022规定生产机制砂，砂子的最大粒径为4.75mm，配制的砂浆特别粗糙，施工手感差，抹灰后的墙面显示粗糙。因此需要限制机制砂的最大粒径，建议不得超过2.36mm。

（3）机制砂抹灰砂浆易开裂

机制砂抹灰砂浆与天然砂配制的砂浆相比，收缩大，易开裂。主要原因是砂浆中石粉的需水量大，收缩增大；其次是机制砂颗粒内含微裂纹，在外部温度引起的应力作用下会慢慢裂开；另外，施工后的砂浆失水过快等。因此需要通过限制石粉的掺量、添加LD减缩增稠粉、抹灰层持续7天以上的湿养护、控制抹灰砂浆的强度（一般内墙使用M5，外墙使用M10或M15）等措施，可以减少砂浆开裂。

（4）机制砂砂浆强度偏低

机制砂细度模数高，颗粒偏粗，砂粒间的间隙偏大；机制砂级配较差，很难达到国家标准《建设用砂》GB/T 14684-2022规定的2区。因此，配制的砂浆与同配比的天然砂砂浆相比强度自然偏低，需通过不同粒径的机制砂搭配，或者掺入一定比例的天然砂，调整细骨料级配，从而在相同胶凝材料的情况下提高砂浆强度。表3是某生产企业生产的机制砂筛分结果，达不到2区砂规定要求。

表3  某生产企业生产的机制砂实测筛余率

4 结语

绿色低碳背景下，机制砂的大规模应用已是大势所趋。但不同岩石破碎的机制砂颗粒的整形技术、机制砂生产线的数智化管理技术、不同岩石破碎的机制砂和石粉在砂浆中的配合比设计、机制砂砂浆的施工及养护的保证措施等，都有待深入研究和探索。

参考文献

[1]曹云玉,张兵,徐国孝,柴宠舂.机制砂配制预拌砂浆质量控制要点分析[J].浙江建筑,2014,31( 12):48-51.