机制砂对砂浆性能影响研究_朱柯
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2012 年 第 4 期
第 38 卷 总第 168 期
·33·
2012 年 8 月
机制砂对砂浆性能影响研究
朱 柯1，程玉雷2
（ 1. 重庆大学材料科学与工程学院，重庆 400044； 2. 重庆市江北区建设工程质量监督站，重庆 400020）
摘 要： 研究了机制砂最大粒径、细度模数、含泥量
对砂浆物理力学性能的影响，并与同配比天然中砂砂浆做
0 31. 5
0 0 44. 0 0 53. 5
砂 （ kg / m3 ）
1600 1600 1600 1600 1600 1600 1600
外加剂
水
（ kg / m3 ） （ kg / m3 ）
0. 212
230
0. 315
230
0. 237
225
0. 271
244
0. 294
265
0. 330
280
Key words： manufactured sand； the maximum diameter； fineness modulus； clay content； properties of mortar
0前言
应用机制砂 是 解 决 天 然 砂 资 源 匮 乏 的 重 要 技 术 措 施。 据估计［1］，2010 年全国混凝土总用量约为 21 亿 m3 ，仅混 凝土中砂的用量就达到了 17. 8 亿 t。天然砂资源是一种地
作者简介： 朱柯（ 1986 － ） ，男，重庆大学硕士研究生。
方资源，短时间内不可再生且不适合长距离运输。目前我 国不少地区出现天然砂资源短缺，用砂高峰时甚至无砂可 用的情况［2］。应用机制砂是解决天然砂匮乏的重要技术措 施之一。
机制砂在砂 浆 中 的 作 用 是 否 与 天 然 砂 相 同 有 待 探 讨。 目前国内外对机制砂在中低强度混凝土的工作性、强度和 收缩性等方面的影响作了大量的研究［3 ～ 6］，对在高强混凝 土中的影响也有所报道［7］，而机制砂在砂浆中的行为表现 以及机理研究报道较少。因此，研究机制砂对砂浆性能的 影响是合理且必要的。
将机制砂筛分成单粒级，按照设计的细度模数计算各 粒级比例，将所需单粒级混合均匀，调整机制砂颗粒级配 （ 参照 JGJ52 规定） 分别制备细度模数 1. 8、2. 0、2. 3、2. 6、 2. 8 的机制砂，级配区分属于Ⅲ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅱ、Ⅱ区，测试 用其配制的 M5. 0、M10、M15 砂浆性能，并与同配比天然 中砂砂浆性能对比。基准配合比掺入粉煤灰掺合料，等量 取代，掺量为 15% ，如表 3 所示。试验过程中配合比不变， 砂的细度模数和级配逐级变化。从图 6 ～ 7 可以看出强度曲 线呈明显下降，这与稠度、密度和保水性的结果相统一的。
Abstract： Influences of the maximum diameter，fineness modulus and clay content of manufactured sand on the physical and mechanical properties of mortar were researched，using natural sand as a comparison． The results show that with the maximum diameter increasing from 0. 6mm to 4. 75mm gradually，apparent density of mortar decreases regularly． Besides，consistency increases and water retention rate declines to some extent while strength stays at the same level． When fineness modulus value rose up，consistency increases significantly while water retention rate and density decrease． Fineness modulus ＇ influence on mortar strength is more significant than the maximum diameter ＇s influence． Apparent density stays level and consistency only lowers slightly when clay content of mortar is increasing． However，mortar strength declines sharply． At the same level of fineness modulus and gradation of manufactured sand，increase in clay content leads to the increase in mortar ＇s drying shrinkage values．
0. 357
286
1. 4 机制砂含泥量的调整 机制砂含泥量调整按如下步骤进行： 将所选用的机制
砂筛分成单粒级，配制细度模数 2. 0 和 2. 6 的机制砂； 取
·34·
2012 年 8 月
2012 年 第 4 期
第 38 卷 总第 168 期
样烘干，按 JGJ52 测其 MB 初始值； 测定两种机制砂 MB 值
1 试验材料及试验方法
1. 1 原材料
（ 1） 采用重庆拉法基水泥有限公司生产的 P. C32. 5R
水泥。
（ 2） 采用细度模数 3. 0 的石灰石质机制砂和细度模数
2. 7 的岳阳天然中砂，其级配见表 1。
（ 3） 自来水。
表1
机制砂级配分析表
方孔筛筛孔边长（ mm） 分计筛余（ % ） 累计筛余（ % ）
了对比。结果表明： 当机制砂最大粒径由 0. 6 mm 逐级增加
到 4. 75 mm，砂浆表观密度呈现规律性 减 小，稠 度 增 加，
保水性降低，强度变化不明显。机制砂细度模数增加，稠
度增加明显，砂浆保水性和密度、强度降低，且细度模数
对砂浆强度的影响超过最大粒径对强度的影响。含泥量增
加，砂浆表观密度不变，稠度略微降低，强度随含泥量增
准》进行。机制砂含泥量的测定则按照 GB / T 14684 － 2001
《建筑用砂》进行。
1. 3 试验基准配合比
表3
砂浆强度的基准配合比
配制强度
M5 M5 M7. 5 M10 M10 M15 M15
水泥 （ kg / m3 ）
212 178. 5
237 271 250 330 303. 5
粉煤灰 （ kg / m3 ）
图 1 最大粒径对不同强度 等级砂浆表观密度的影响
图 2 最大粒径对不同强度 等级砂浆稠度的影响
随着最大粒径的增大，砂浆表观密度呈现规律性的减 小，如图 1 所示。这是因为在密度筒内，粒径小的机制砂 填充率高 于 大 粒 径 机 制 砂。稠 度 则 整 体 上 呈 现 增 大 趋 势， 如图 2。相同质量情况下，砂子最大粒径越大，平均粒径变 大，颗粒变粗，表面积减少，包裹在颗粒表面的水泥净浆 需求量减少，而配合比不变，水泥净浆量富余导致砂浆稠 度增加。保水性与颗粒细度相关，颗粒越细，保水性变好， 细颗粒有利于保水性的增强（ 如图 3 所示） 。
图 3 最大粒径对不同强度等级砂浆保水性的影响
强度曲线中，直观看不出明显的规律性，各最大粒径 的砂浆强度差距不大，如图 4 ～ 5 所示。
图 4 最大粒径对不同强度 等级砂浆 7d 强度影响
图 5 最大粒径对不同强度 等级砂浆 28d 强度的影响
考虑到各粒径砂浆的稠度不在同一水平，而实际工程
对比图 5 和图 7 可以发现，相对于最大颗粒粒径，颗
加而显著降低，在相同细度模数和级配的情况下，机制砂
含泥量增加将导致砂浆干缩值增加。
关键词： 机制砂； 最大粒径； 细度模数； 含泥量； 砂
浆性能 中图分类号： TU502 + . 4
文献标识码： A
文章编号： 1672 －Βιβλιοθήκη Baidu4011（ 2012） 04 － 0033 － 03
Influence of Manufactured Sand on Properties of Mortar
2012 年 第 4 期
第 38 卷 总第 168 期
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2012 年 8 月
粒整体级配和细度模数对强度的影响更大。图 5 中虽然强 度不变，但稠度很低，在保持相同流动性的情况下，用水 量增加引起强度降低。同时机制砂级配不完整，也不利于 砂浆整体强度。图 7 是机制砂颗粒级配和细度模数整体协 调的增大，虽然颗粒平均粒径同样增大，但彼此之间更能 填充密实，骨架整体空隙变小，大小颗粒之间的机械咬合 处变多，在配合比不变的情况下水泥浆富余，在实际施工 中可以减少用水量从而使强度明显增加。 2. 3 机制砂含泥量对砂浆性能的影响
图 6 细度模数对不同强度 等级砂浆 7d 强度的影响
图 7 细度模数对不同强度等级 砂浆 28d 强度的影响
在配比不变的情况下，随着细度模数的增大，砂子比 表面积减少，保持一定稠度的需水量降低，而试验用水量 不变，这必将导致稠度增加，天然河砂的砂浆甚至出现了 泌水 现 象，M5、M10、M15 试 件 的 稠 度 分 别 达 到 了 105 mm，108 mm，115 mm。同时，过多的水会导致砂浆密度和 保水性的降低。多余的水分在蒸发后会留下孔道，胶空比 变小，砂浆变得不密实从而导致强度的降低，天然河砂的 试件强度在各等级试验中均为最低。
调整为 1. 0、1. 4、2. 0 时所加入的泥土质量。机制砂含泥
量调整结果如表 4 ～ 5 所示。
表4
细度模数 2. 0 的机制砂 MB 值表
MB 值
0. 9
1. 0
1. 4 2. 0
加入泥土量（ g /200g 样品）
0
0. 5
2. 5 5. 5
表5
细度模数 2. 6 的机制砂 MB 值表
MB 值
表2
粉煤灰的性能指标
细度（ 45μm）
需水量比 烧失量 含水量
SO3
方孔筛筛余（ % ）
（ %）
（ %）
（ %）
（ %）
22. 4
102
7. 0
0. 1
2. 5
1. 2 试验方法
砂浆的搅拌制备以及稠度、密度、保水性、收缩的测
定均按照 JGJ / T70 － 2009《建 筑 砂 浆 基 本 性 能 试 验 方 法 标
0. 7
1. 0
1. 4
2. 0
加入泥土量（ g /200g 样品）
0
1. 5
3. 5
6. 5
2 试验结果与分析
2. 1 机制砂最大粒径对砂浆性能的影响 将表 1 中的机制砂分别筛取 0. 075 ～ 0. 6mm，0. 075 ～
1. 18mm，0. 075 ～ 2. 36mm，0. 075 ～ 4. 75mm 部分用于试验， 使用表 3 中未掺粉煤灰的基准配比。同一强度的试验中保 持相同的配合比，只改变砂子的粒径，以此分析单一因素 最大粒径的变化对于砂浆性能的影响。
ZHU Ke1 ，CHENG Yulei2 （ 1. Faculty of Materials Science and Engineering，Chongqing University， Chongqing 400044， China； 2. Quality Supervision Station of Construction Project in Jiangbei District of Chongqing， 400020，China）
4. 75 0 0
2. 36 12. 5 12. 5
1. 18 30. 5 43. 0
0. 60 24. 0 67. 0
0. 30 15. 5 82. 5
0. 15 7. 5 90. 0
（ 4） 采用的粉煤灰为贵州习水原状灰，其性能指标见
表 2。砂浆塑化剂为重庆远吉高新建材科技有限公司混凝土
外加剂厂生产的 YJ － 1 型砂浆塑化剂。
应用中，稠度将作为保证施工的前提条件，应该控制在同 一水平。细粒径的砂浆稠度较低，将需要增加用水量来调 节至所需稠度，这将导致强度的降低。将新拌砂浆拌合物 稠度调节至同一水平，则随着最大粒径的增大，强度将呈 增大趋势。从砂子级配角度分析，最大粒径为 0. 63 时，粗 颗粒被筛除，砂子级配不完整，失去了粗颗粒的骨架作用。 随着最大 粒 径 变 大，则 砂 子 级 配 趋 于 完 整， 各 粒 级 均 有， 形成合理的级配，将利于砂浆硬化后的强度发展。 2. 2 机制砂细度模数对砂浆性能的影响
第 38 卷 总第 168 期
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机制砂对砂浆性能影响研究
朱 柯1，程玉雷2
（ 1. 重庆大学材料科学与工程学院，重庆 400044； 2. 重庆市江北区建设工程质量监督站，重庆 400020）
摘 要： 研究了机制砂最大粒径、细度模数、含泥量
对砂浆物理力学性能的影响，并与同配比天然中砂砂浆做
0 31. 5
0 0 44. 0 0 53. 5
砂 （ kg / m3 ）
1600 1600 1600 1600 1600 1600 1600
外加剂
水
（ kg / m3 ） （ kg / m3 ）
0. 212
230
0. 315
230
0. 237
225
0. 271
244
0. 294
265
0. 330
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Key words： manufactured sand； the maximum diameter； fineness modulus； clay content； properties of mortar
0前言
应用机制砂 是 解 决 天 然 砂 资 源 匮 乏 的 重 要 技 术 措 施。 据估计［1］，2010 年全国混凝土总用量约为 21 亿 m3 ，仅混 凝土中砂的用量就达到了 17. 8 亿 t。天然砂资源是一种地
作者简介： 朱柯（ 1986 － ） ，男，重庆大学硕士研究生。
方资源，短时间内不可再生且不适合长距离运输。目前我 国不少地区出现天然砂资源短缺，用砂高峰时甚至无砂可 用的情况［2］。应用机制砂是解决天然砂匮乏的重要技术措 施之一。
机制砂在砂 浆 中 的 作 用 是 否 与 天 然 砂 相 同 有 待 探 讨。 目前国内外对机制砂在中低强度混凝土的工作性、强度和 收缩性等方面的影响作了大量的研究［3 ～ 6］，对在高强混凝 土中的影响也有所报道［7］，而机制砂在砂浆中的行为表现 以及机理研究报道较少。因此，研究机制砂对砂浆性能的 影响是合理且必要的。
将机制砂筛分成单粒级，按照设计的细度模数计算各 粒级比例，将所需单粒级混合均匀，调整机制砂颗粒级配 （ 参照 JGJ52 规定） 分别制备细度模数 1. 8、2. 0、2. 3、2. 6、 2. 8 的机制砂，级配区分属于Ⅲ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅱ、Ⅱ区，测试 用其配制的 M5. 0、M10、M15 砂浆性能，并与同配比天然 中砂砂浆性能对比。基准配合比掺入粉煤灰掺合料，等量 取代，掺量为 15% ，如表 3 所示。试验过程中配合比不变， 砂的细度模数和级配逐级变化。从图 6 ～ 7 可以看出强度曲 线呈明显下降，这与稠度、密度和保水性的结果相统一的。
Abstract： Influences of the maximum diameter，fineness modulus and clay content of manufactured sand on the physical and mechanical properties of mortar were researched，using natural sand as a comparison． The results show that with the maximum diameter increasing from 0. 6mm to 4. 75mm gradually，apparent density of mortar decreases regularly． Besides，consistency increases and water retention rate declines to some extent while strength stays at the same level． When fineness modulus value rose up，consistency increases significantly while water retention rate and density decrease． Fineness modulus ＇ influence on mortar strength is more significant than the maximum diameter ＇s influence． Apparent density stays level and consistency only lowers slightly when clay content of mortar is increasing． However，mortar strength declines sharply． At the same level of fineness modulus and gradation of manufactured sand，increase in clay content leads to the increase in mortar ＇s drying shrinkage values．
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1. 4 机制砂含泥量的调整 机制砂含泥量调整按如下步骤进行： 将所选用的机制
砂筛分成单粒级，配制细度模数 2. 0 和 2. 6 的机制砂； 取
·34·
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第 38 卷 总第 168 期
样烘干，按 JGJ52 测其 MB 初始值； 测定两种机制砂 MB 值
1 试验材料及试验方法
1. 1 原材料
（ 1） 采用重庆拉法基水泥有限公司生产的 P. C32. 5R
水泥。
（ 2） 采用细度模数 3. 0 的石灰石质机制砂和细度模数
2. 7 的岳阳天然中砂，其级配见表 1。
（ 3） 自来水。
表1
机制砂级配分析表
方孔筛筛孔边长（ mm） 分计筛余（ % ） 累计筛余（ % ）
了对比。结果表明： 当机制砂最大粒径由 0. 6 mm 逐级增加
到 4. 75 mm，砂浆表观密度呈现规律性 减 小，稠 度 增 加，
保水性降低，强度变化不明显。机制砂细度模数增加，稠
度增加明显，砂浆保水性和密度、强度降低，且细度模数
对砂浆强度的影响超过最大粒径对强度的影响。含泥量增
加，砂浆表观密度不变，稠度略微降低，强度随含泥量增
准》进行。机制砂含泥量的测定则按照 GB / T 14684 － 2001
《建筑用砂》进行。
1. 3 试验基准配合比
表3
砂浆强度的基准配合比
配制强度
M5 M5 M7. 5 M10 M10 M15 M15
水泥 （ kg / m3 ）
212 178. 5
237 271 250 330 303. 5
粉煤灰 （ kg / m3 ）
图 1 最大粒径对不同强度 等级砂浆表观密度的影响
图 2 最大粒径对不同强度 等级砂浆稠度的影响
随着最大粒径的增大，砂浆表观密度呈现规律性的减 小，如图 1 所示。这是因为在密度筒内，粒径小的机制砂 填充率高 于 大 粒 径 机 制 砂。稠 度 则 整 体 上 呈 现 增 大 趋 势， 如图 2。相同质量情况下，砂子最大粒径越大，平均粒径变 大，颗粒变粗，表面积减少，包裹在颗粒表面的水泥净浆 需求量减少，而配合比不变，水泥净浆量富余导致砂浆稠 度增加。保水性与颗粒细度相关，颗粒越细，保水性变好， 细颗粒有利于保水性的增强（ 如图 3 所示） 。
图 3 最大粒径对不同强度等级砂浆保水性的影响
强度曲线中，直观看不出明显的规律性，各最大粒径 的砂浆强度差距不大，如图 4 ～ 5 所示。
图 4 最大粒径对不同强度 等级砂浆 7d 强度影响
图 5 最大粒径对不同强度 等级砂浆 28d 强度的影响
考虑到各粒径砂浆的稠度不在同一水平，而实际工程
对比图 5 和图 7 可以发现，相对于最大颗粒粒径，颗
加而显著降低，在相同细度模数和级配的情况下，机制砂
含泥量增加将导致砂浆干缩值增加。
关键词： 机制砂； 最大粒径； 细度模数； 含泥量； 砂
浆性能 中图分类号： TU502 + . 4
文献标识码： A
文章编号： 1672 －Βιβλιοθήκη Baidu4011（ 2012） 04 － 0033 － 03
Influence of Manufactured Sand on Properties of Mortar
2012 年 第 4 期
第 38 卷 总第 168 期
·35·
2012 年 8 月
粒整体级配和细度模数对强度的影响更大。图 5 中虽然强 度不变，但稠度很低，在保持相同流动性的情况下，用水 量增加引起强度降低。同时机制砂级配不完整，也不利于 砂浆整体强度。图 7 是机制砂颗粒级配和细度模数整体协 调的增大，虽然颗粒平均粒径同样增大，但彼此之间更能 填充密实，骨架整体空隙变小，大小颗粒之间的机械咬合 处变多，在配合比不变的情况下水泥浆富余，在实际施工 中可以减少用水量从而使强度明显增加。 2. 3 机制砂含泥量对砂浆性能的影响
图 6 细度模数对不同强度 等级砂浆 7d 强度的影响
图 7 细度模数对不同强度等级 砂浆 28d 强度的影响
在配比不变的情况下，随着细度模数的增大，砂子比 表面积减少，保持一定稠度的需水量降低，而试验用水量 不变，这必将导致稠度增加，天然河砂的砂浆甚至出现了 泌水 现 象，M5、M10、M15 试 件 的 稠 度 分 别 达 到 了 105 mm，108 mm，115 mm。同时，过多的水会导致砂浆密度和 保水性的降低。多余的水分在蒸发后会留下孔道，胶空比 变小，砂浆变得不密实从而导致强度的降低，天然河砂的 试件强度在各等级试验中均为最低。
调整为 1. 0、1. 4、2. 0 时所加入的泥土质量。机制砂含泥
量调整结果如表 4 ～ 5 所示。
表4
细度模数 2. 0 的机制砂 MB 值表
MB 值
0. 9
1. 0
1. 4 2. 0
加入泥土量（ g /200g 样品）
0
0. 5
2. 5 5. 5
表5
细度模数 2. 6 的机制砂 MB 值表
MB 值
表2
粉煤灰的性能指标
细度（ 45μm）
需水量比 烧失量 含水量
SO3
方孔筛筛余（ % ）
（ %）
（ %）
（ %）
（ %）
22. 4
102
7. 0
0. 1
2. 5
1. 2 试验方法
砂浆的搅拌制备以及稠度、密度、保水性、收缩的测
定均按照 JGJ / T70 － 2009《建 筑 砂 浆 基 本 性 能 试 验 方 法 标
0. 7
1. 0
1. 4
2. 0
加入泥土量（ g /200g 样品）
0
1. 5
3. 5
6. 5
2 试验结果与分析
2. 1 机制砂最大粒径对砂浆性能的影响 将表 1 中的机制砂分别筛取 0. 075 ～ 0. 6mm，0. 075 ～
1. 18mm，0. 075 ～ 2. 36mm，0. 075 ～ 4. 75mm 部分用于试验， 使用表 3 中未掺粉煤灰的基准配比。同一强度的试验中保 持相同的配合比，只改变砂子的粒径，以此分析单一因素 最大粒径的变化对于砂浆性能的影响。
ZHU Ke1 ，CHENG Yulei2 （ 1. Faculty of Materials Science and Engineering，Chongqing University， Chongqing 400044， China； 2. Quality Supervision Station of Construction Project in Jiangbei District of Chongqing， 400020，China）
4. 75 0 0
2. 36 12. 5 12. 5
1. 18 30. 5 43. 0
0. 60 24. 0 67. 0
0. 30 15. 5 82. 5
0. 15 7. 5 90. 0
（ 4） 采用的粉煤灰为贵州习水原状灰，其性能指标见
表 2。砂浆塑化剂为重庆远吉高新建材科技有限公司混凝土
外加剂厂生产的 YJ － 1 型砂浆塑化剂。
应用中，稠度将作为保证施工的前提条件，应该控制在同 一水平。细粒径的砂浆稠度较低，将需要增加用水量来调 节至所需稠度，这将导致强度的降低。将新拌砂浆拌合物 稠度调节至同一水平，则随着最大粒径的增大，强度将呈 增大趋势。从砂子级配角度分析，最大粒径为 0. 63 时，粗 颗粒被筛除，砂子级配不完整，失去了粗颗粒的骨架作用。 随着最大 粒 径 变 大，则 砂 子 级 配 趋 于 完 整， 各 粒 级 均 有， 形成合理的级配，将利于砂浆硬化后的强度发展。 2. 2 机制砂细度模数对砂浆性能的影响