实验室配制干混抹灰砂浆的几个重要工作

  摘要：对于大部分普通干混砂浆的生产企业而言，研究市场对产品的需求，并据此明确所要生产的砂浆产品的各种各样的性能要求，结合自己的生产设备，选择正真适合的原材料或利用现有的原材料，生产出满足市场要求的产品，其实是一个技术上的含金量较高的、充满挑战的工作过程。对砂浆原材料及其与产品性能关系的深刻理解、对先进配方理念和技术的把握、以及得心应手的实验室设备，是砂浆产品研制及生产质量控制的核心，也是干混砂浆企业经营发展的核心。本文以中联重科干混砂浆实验室的一些关键设备和所提供的服务为例，阐述了干混抹灰砂浆的实验室一些容易忽视的、但很重要的工作内容。

  砂，是干混抹灰砂浆中最重要的原材料。目前国内普遍采用的砂有烘干的河砂、石灰石机制砂及花岗岩机制砂。对于干混抹灰砂浆而言，最重要的砂的检测和分析指标是振动筛分实验及其数据，最重要的概念是粒径分布，而非细度模数。河砂的特点是粒形圆润，要么很干净，要么含泥量较高，粒径分布区间较窄；石灰石机制砂由于石灰石本身的特性及制砂工艺的不同，在含粉量、粒径分布、粒形等几个维度有较大的差异；花岗岩机制砂因花岗岩硬度较大，制砂过程中形成的粉含量较低，粒径分布和粒形也多有不同。

  振动筛分机（如图1）是干混砂浆实验室日常使用的仪器之一，建议的筛网规格为0.075mm、0.15mm、0.3mm、0.63mm、1.18mm、2.36mm、4.75mm。针对不同的砂，振动筛分机的正确使用能够得到砂的粒径分布数据，以下3个表格是一种河砂（表1）、一种花岗岩机制砂（表2）、一种石灰石机制砂（表3）的筛分数据。

  对于水泥、石粉、粉煤灰的粒径分布的检测，需要用负压筛或者激光粒度仪完成，如图2。挑选并分析所得水泥、粉煤灰、石粉、及其他功能性粉料的粒径分布能更好地调配和获得级配合理的粉体，这也是抹灰砂浆良好施工性的基础。

  砂及粉料的堆积密度可通过如图3的装置完成，其工作原理模仿了粉体动态自然堆积的过程，可以更为科学和精确地测定粉料和砂的堆积密度。各个原材料的堆积密度反映出相互之间的适用程度。

  产品的工作要求往往来自于工地的需求，比如上班时间、施工人数、基层情况、施工厚度等，此外，与工地充分的沟通及引导，还不难发现他们深层次的愿望及需求，比如施工速度要快，施工省力、材料要好抹，要采用机器施工等等。所有这些工况和要求都不可以忽视，都是配方需要满足和实现的目标。

  水泥基抹灰砂浆用砂的最大粒径欧洲一般在1.2-1.6mm左右，国内一般是2.4mm，也有部分企业在采用粒径达4.75mm的砂。越粗的砂对生产设备、施工设备磨损越大，砂浆的施工性一般也越差。无论采用烘干河砂或者机制砂，对烘干后的0-4.75mm的混合砂或者制砂设备产出的0-4.75mm的混合砂都有必要进行筛分试验以获取其粒径分布数据。此外，还应该要依据生产线中砂的分级情况对各种级配的砂进行筛分试验并获得各自的粒径分布数据。如图4所示，为0.6-1.2mm的砂粒径分布情况。

   大量生产线都未配制或未使用筛分机，只能获得0-4.75mm的混合砂；

  通常，砂的分级越多越细，配方和砂浆性能的实现就越容易，配方的成本也就越低。获得每种砂的筛分数据，有助于准确地设定每种砂在配方中所占的比例。目的是获得合理、连续的砂的级配，如图5，以最大限度地提高所配制砂浆的各项性能。

  若使用烘干河砂或较硬的花岗岩机制砂配制抹灰砂浆，胶凝材料的构成通常为水泥和粉煤灰，根据不同强度的要求，42.5水泥的用量一般在11-15%之间，粉煤灰的用量一般在5-10%左右。如果使用石灰石机制砂，混合砂中一般含有5-15%左右的0.075mm左右或以下的石粉，因石粉没有粉煤灰的活性，只能作为填料只用，通常水泥的用量要增加1个百分点，但粉煤灰就无需再使用了。

  干混砂浆中的粉料通常是指0.075mm或者0.15mm以下的粉体，主要由水泥、粉煤灰、石粉、其他功能性粉料、添加剂等构成。粉料在干拌抹灰砂浆的气力输送中起着重要的润滑作用，在新拌砂浆的活塞泵输送中也起到了类似浆体的润滑作用，在批刮抹灰中提供了相当程度的易施工性。在普通抹灰砂浆中粉体的含量通常在20-35%之间。

  普通抹灰砂浆中常用的添加剂主要为保水剂，若需要提高施工性，也会用到引气剂等添加剂。国内砂浆企业使用的保水剂一般为纤维素醚和复合保水增稠剂。复合保水增稠剂一般由小厂家和简易设备生产，品质管理和质量稳定性较难把握。清晰准确地了解砂浆出现一些明显的异常问题或性能实现的原因，是砂浆企业实验室工作的重要职责，而这通常是使用复合添加剂很难掌握的。纤维素醚的粘度和溶解性是2个很重要的指标，对抹灰砂浆的施工性能有重要的影响。粘度范围在15000-60000的、速溶性的纤维素醚更为适合抹灰砂浆的施工要求。

  在这些步骤和原则的指导下进行的配方开发和调整，自然会获得性能最好、成本最低的砂浆产品。简单地降低添加剂的使用量、或者使用价格更为低廉的添加剂，都可能会导致砂浆品质的抗波动性和安全范围变小。

  既然已经对原材料特别是砂进行了筛分实验，为什么还要对按照配方配制的干拌砂浆进行筛分查看其粒径分布？目的是要了解从约0.045mm到配方中所使用到的砂的最大粒径如2.4mm或4.75mm，粒径分布是不是接近或者满足高品质抹灰砂浆的要求。如果曲线光滑圆润饱满，则符合配方技术的原则。

  堆积密度又称干密度，依据使用的砂及最大粒径，及是否使用轻骨料，抹灰砂浆的干密度一般在1.2-1.7之间。较轻的干拌砂浆意味着生产、运输及打料成本的节省，以及施工面积的增加。该项指标的准确测量仍可使用前述图1的仪器完成。

  流动度是体现抹灰砂浆加水量是否合适的重要指标，通常由跳桌来检测，如图6。对普通抹灰砂浆而言，比较适宜的指标是170mm左右/15次振动；

  湿密度不但反映了新拌砂浆的重量及与之相关的抹灰劳动强度，而且反映了砂浆的产出量，即单位重量的新拌砂浆可施工的面积，这又与砂浆的销售价格紧密关联。湿密度的检测可与下面含气量的测试仪器共用（如图8），该仪器可在完成含气量测定的同时完成湿密度的测定。砂浆产出量的概念业内始终未给与重视，直到现在为止，砂浆仍然在按照重量定价和销售。

  抹灰砂浆的保水性能与施工厚度、基层吸水率、外因、施工时间要求、人工还是机械施工等因素密切相关。保水性能指标通常以保水率来标定，通常以滤纸法采用图7所示的仪器进行测定。通常，普通抹灰砂浆的保水率在88-97%之间，厚度越薄、或基层越吸水、或环境和温度越高、或施工时间要求越长、或采用机械施工时，保水率要求比较高，一般在95%左右。

  砂浆内引入一定量微小的均匀的气泡不仅能增加砂浆的产出量，还能够有效的降低砂浆颗粒之间的摩擦，使得抹灰的感觉变得爽滑简单。只要含气量控制在一定的范围，砂浆的强度不会受一定的影响。新拌砂浆的含气量采取了专用的含气量测定仪测定，如图7，理想的含气量一般在15-22%之间。

  体现干混抹灰砂浆可机械施工性的第一个环节就是加水搅拌，比较低的可机械施工性表现是一定要采用传统的盘式搅拌机或滚筒式搅拌机进行长时间的搅拌才可以获得各项性能指标，这样效率太低且需要额外人工；如果机械施工性好的砂浆可采用效率和自动化程度更高的连续搅拌机就可以获得应有的性能指标。

  此外，可输送性、可泵送性是可机械施工性的第二个体现。干粉砂浆或加水搅拌后的新拌砂浆可以顺畅的由气力输送系统或活塞泵输送到100-150米的高层，同时不发生堵管、离析、泌水、施工性变差等问题，说明干拌及新拌砂浆的配方及品质达到了机械施工的要求。一般而言，干粉料的高层气力输送对砂浆材料的要求是合理的级配分布，而湿浆的高层输送和喷浆则同时还要求砂浆的保水性能和粒径。如图9所示的砂浆筛分结果，很适合干粉的气力输送，但因砂太粗及保水太差，并不适合泵送和喷浆，也不利于抹灰和找平。因此，干混砂浆实验室应当配备小型的连续搅拌机（如图10）及砂浆泵（如图11），用以测试抹灰砂浆的机械施工性能。

  通常，进入干混砂浆生产线筛分机前的砂是每天都需要取样并获得筛分数据的，这是依照产品和产量要求选择正真适合筛网的依据；经过筛分机筛分的不同粒径的砂也需要每天取样并获得筛分数据，这是抹灰砂浆的生产配方确定的依据。对于含有石粉的机制砂而言，根据生产线工艺设计的情况，可能还需要从砂进入计量秤之前进行采样并获得筛分数据。

  根据日常进行的砂的取样和检测结果，实时地对生产配方，特别是不同砂仓的配料量、和相关粉料仓的配料量，甚至添加剂的配料和使用做出调整，维持既定的产品性能要求不变，是生产质量控制的重要内容。

  成品料一般是指经由成品料仓下料口或者混合机下料口进入包装袋或散装运输车的成品砂浆。成品料的取样点一般为混合机取样口和成品料仓下料口，同时在两处取样并做筛分数据的必要性在于掌握离析的程度，以便判定生产线工艺的合理性，或者在生产配方方面做出新的调整以降低离析的程度使之在可忽略的范围以内。通过比对混合机的取样筛分数据和砂的取样筛分数据，还能了解生产线计量系统的精度及稳定性。更重要的是，对比生产线中成品料筛分数据与实验室配制产品的粒径分布，生产配方的调整就有了清晰的依据。

  原材料的选择、配方技术和生产质量控制的目标，就是使抹灰砂浆的机械化施工得以顺畅的进行。但配方开发和调整的目的，仅只是为了使得砂浆泵不堵管或者少堵管，却是远远不足的。简而言之，抹灰砂浆的配方不但要考虑易输送性（气力干法输送）、易泵送性（活塞泵或螺杆泵），还应该要考虑不流挂、不粘刀、抹起来爽滑不费力，容易抹平，可上班时间合适。

  行业内目前存在两种散装抹灰砂浆的高层输送和泵送方式，一是干法气力输送方式，利用专用空压机将干粉砂浆低压吹送上100-150米的高度，如图12，利用放置在高层的连续搅拌机加水搅拌并采用螺杆泵或柱塞泵进行喷涂，此种方式的好处是输送管道无需清洗或清洁，同时新拌砂浆可在第一时间上墙完成施工，新拌砂浆的各项性能都能得以保持；二是采用散装筒仓的连续搅拌机将干粉砂浆加水搅拌，采用大型活塞泵将湿砂浆输送到高层，再利用其它小型螺杆泵或柱塞泵进行喷涂，此种方式的缺点是新拌砂浆无法第一时间上墙，上墙的砂浆的各项性能都发生了变化，此外，输送管道的清洗也较麻烦。

  需要强调的是，上述的这些工作并不是抹灰砂浆实验室工作和检测的全部，却可能是最重要的。本文关注的不是硬化砂浆的性能指标比如强度等，主要是新拌砂浆的施工性能。抹灰砂浆良好的施工性能、特别是机械施工性能，才是干混砂浆技术发展的方向，也才能满足现在及将来人工费持续走高、建筑劳务越来越短缺形成的新的市场需求。中联重科长沙麓谷工业园干混砂浆实验室（图13）在这方面可为全国的客户提供相关的服务。