李星辰，何月，丁 銳

（吉林建筑大學(xué)，吉林 長春 130118）

0 引言

傳統(tǒng)自拌砂漿由于和易性較差，質(zhì)量難以得到保障，工人施工強(qiáng)度高且污染環(huán)境嚴(yán)重等缺點(diǎn)，已經(jīng)被嚴(yán)格限制其使用。與傳統(tǒng)現(xiàn)場拌制的砂漿相比，預(yù)拌砂漿具有質(zhì)量高、性能穩(wěn)定、工人勞動強(qiáng)度低、對環(huán)境污染程度低等優(yōu)點(diǎn)，有利于文明施工，所以應(yīng)用前景較為廣泛。預(yù)拌砂漿包括干混砂漿和濕拌砂漿，其中干混砂漿也可稱為干粉料或者干混料等，是由膠凝材料、細(xì)集料還有一些摻合料及外加劑等組成的一種固體混合材料， 按照一定的配比，通過干混工藝進(jìn)而制成的干粉狀或者顆粒狀固體，以散裝或者袋裝的形式運(yùn)輸至工地，加水拌合之后可以直接使用的建筑材料。干混砂漿的品種有很多種，例如粘結(jié)砂漿、抹灰砂漿、砌筑砂漿等，應(yīng)用的范圍十分廣泛。干混砂漿是在現(xiàn)場加水?dāng)嚢瓒傻模虼丝梢造`活掌握砂漿的使用量，而且使用幾乎不受時間的限制，存儲期長，可以做到隨用隨取。但是干混砂漿對于原材料的含水率要求很嚴(yán)格，需要對原材料進(jìn)行干燥處理，另外考慮到水分的原因，外加劑必須使用粉劑而不是液劑，而固體外加劑的價格相對來說要更高一些，造成了干粉砂漿的生產(chǎn)成本較高，且需要在施工現(xiàn)場進(jìn)行拌制，這樣會造成大量的粉塵，嚴(yán)重污染環(huán)境。濕拌砂漿是將膠凝材料、水、細(xì)骨料和外加劑按照一定比例在工廠拌制而成，由攪拌車運(yùn)至工地后可以直接使用的建筑材料相比于干混砂漿，濕拌砂漿性能穩(wěn)定且成本較低，不需要購買攪拌機(jī)和其他的生產(chǎn)加工設(shè)備，可大量供貨，適用于一些較大工程，對工程質(zhì)量的提高起到了重要作用，由于濕拌砂漿是工業(yè)化生產(chǎn)，所以可以有效地避免拌制時所產(chǎn)生的粉塵，有助于保護(hù)環(huán)境，并且可以做到隨到隨用，有利于加快施工進(jìn)度。

1 商混砂漿行業(yè)發(fā)展及其現(xiàn)狀

在二十世紀(jì)五十年代以前，水泥基砂漿基本全部采用現(xiàn)場混料拌制進(jìn)行使用，即將水泥與砂運(yùn)輸?shù)焦さ夭凑找欢ǖ谋壤铀韬隙蓾裆皾{使用。五十年代以后，由于第二次世界大戰(zhàn)造成了歐洲各國勞動力短缺，外加急需進(jìn)行大量的工程維修和工程建設(shè)，從而促使了歐洲的預(yù)拌砂漿得到迅猛地發(fā)展[1]。濕拌砂漿最初出現(xiàn)于二十世紀(jì)七十年代的法國，隨后美國也開始生產(chǎn)和使用預(yù)拌砂漿[2]。國外的預(yù)拌砂漿行業(yè)發(fā)展較為迅速，產(chǎn)品種類繁多，砂漿的生產(chǎn)制造實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化且施工操作較為簡單。與歐洲的一些國家相比，我國對于預(yù)拌砂漿的研究和生產(chǎn)開始比較晚，推廣也較慢，直到二十世紀(jì)末期才開始進(jìn)行預(yù)拌砂漿技術(shù)的研究。近年來，因為外加劑技術(shù)的不斷發(fā)展和對環(huán)境保護(hù)意識的不斷加強(qiáng)，濕拌砂漿逐漸走進(jìn)公眾的視野。我國長江以南地區(qū)的預(yù)拌砂漿應(yīng)用效果較好，并以濕拌砂漿為主，以廣州、深圳為代表的珠三角地區(qū)近年來已經(jīng)在大力推廣和使用預(yù)拌砂漿[3]。2014 年，深圳地區(qū)應(yīng)用濕拌砂漿303.8 萬t，其中干混砂漿產(chǎn)量約為12 萬t，濕拌占比達(dá)96.2%；廣州地區(qū)預(yù)拌砂漿應(yīng)用量為281 萬t，其中濕拌砂漿生產(chǎn)187 萬t，占比66.7%[4]。2014 年，上海市共使用預(yù)拌砂漿500 余萬t，當(dāng)時的生產(chǎn)廠家約有80 多個，產(chǎn)量約為1 500 萬t，擁有近2 800 臺移動筒倉，散裝砂漿運(yùn)輸車約為260 輛[5]。2015 年，天津市預(yù)拌砂漿的生產(chǎn)廠家有47家，總產(chǎn)能1 000 萬t，擁有2 140 臺移動筒倉，散裝砂漿運(yùn)輸車多達(dá)180 輛。2015 年，廣東省預(yù)拌砂漿生產(chǎn)廠家達(dá)到120 家，干混砂漿生產(chǎn)廠家較多，有65 個，濕拌砂漿廠家有55 個，新增生產(chǎn)能力280 萬t，預(yù)拌砂漿使用量1 008.59 萬t，相比于去年增長18.1%，其中干混砂漿191.39 萬t，占比19%，濕拌砂漿 817.19 萬 t，占比 81%[6]。2015 年全國有 22 個?。ㄉ轿?、海南、內(nèi)蒙古為新增的3 個省），濕拌砂漿的生產(chǎn)量達(dá)到1 361 萬t，濕拌砂漿的產(chǎn)量占到全國預(yù)拌砂漿總產(chǎn)量的19.19%[6]。2016 年成都地區(qū)預(yù)拌砂漿用量為300 多萬t，當(dāng)時的生產(chǎn)廠家有16 個，產(chǎn)量約為800 萬t，擁有將近2 000 臺移動筒倉，散裝砂漿運(yùn)輸車多達(dá)260 輛。在2017 年，廣西預(yù)拌砂漿的生產(chǎn)廠家已達(dá)到45 個，總產(chǎn)量約為1 750 萬t，干混砂漿生產(chǎn)企業(yè)占大多數(shù)，約有31 家，總的產(chǎn)量約為1 290 萬t，占比73.71%，濕拌砂漿生產(chǎn)企業(yè)約有14 家，總產(chǎn)量為460 萬m3，占比26.29%。總體來說，我國南方城市濕拌砂漿的生產(chǎn)及用量較大，基于建筑節(jié)能的角度，我國北部地區(qū)的預(yù)拌砂漿是以干混砂漿為主，以北京為例，干混砂漿主要以外墻保溫體系配套砂漿為主。外墻保溫體系配套砂漿，從原材料角度出發(fā)并不含細(xì)骨料，而是以復(fù)合膠凝組分、磨細(xì)礦物摻料及外加劑所組成，主要是用來粘結(jié)外墻保溫板材（EPS、巖棉等），具有較高的粘結(jié)性能及耐久性能，防止外墻保溫層隨著使用時間的延長而出現(xiàn)脫落。復(fù)合膠凝組分目前主要是由硅酸鹽水泥和可再分散性乳膠粉組成，膠粉在水泥水化后期可在硬化漿體內(nèi)部形成較多的三維網(wǎng)絡(luò)狀薄膜，有效提升硬化漿體的抗?jié)B性及抗凍性；外加劑主要是以高效減水劑及纖維素醚為主，減水劑的作用是在保證砂漿工作性的前提下有效的降低水灰比，提高砂漿的耐久性能，纖維素醚的作用是用來增加砂漿的稠度及保水性，在施工過程中可有效保證與保溫材料的粘結(jié)效果。但隨著環(huán)保政策的推行，我國北方地區(qū)濕拌砂漿的使用量也越來越大，主要分為砌筑砂漿、抹面砂漿和地面砂漿。濕拌砂漿已逐漸成為綠色、文明施工的重要標(biāo)志，濕拌砂漿取代干混砂漿已成為行業(yè)發(fā)展的趨勢之一。

近4 年我國預(yù)拌砂漿產(chǎn)量見表1。

表1 我國預(yù)拌砂漿年產(chǎn)量 萬t

2 濕拌砂漿原材料

2.1 膠凝材料

濕拌砂漿的膠凝材料包括水泥、石灰和建筑石膏。水泥是濕拌砂漿中的重要組成原料，其細(xì)度和質(zhì)量的好壞對砂漿的強(qiáng)度和收縮有著很大的影響。若水泥用量不足就會導(dǎo)致砂漿的保水性不良，為了提高砂漿的和易性，并且降低經(jīng)濟(jì)成本，以往的情況是在水泥砂漿中摻入石灰膏、黏土膏等其它膠凝材料來替代部分水泥，配制成復(fù)合類砂漿。不同摻量的石灰膏砂漿，同一時刻的貫入阻力均小于未摻石灰膏砂漿的貫入阻力，隨著石灰膏摻量的增加，砂漿的凝結(jié)時間逐漸增長，且增幅較為明顯[7]?，F(xiàn)在常用粉煤灰和礦粉等工業(yè)廢棄物替代部分水泥以此來降低經(jīng)濟(jì)成本。砂漿內(nèi)加入其他膠凝材料如礦渣、粉煤灰等的混合砂漿的強(qiáng)度與耐久性均要比純水泥砂漿更優(yōu)良[8]。為保證濕拌砂漿的工作性能，目前業(yè)界普遍的做法還會加入聚合物組分（可再分散性膠粉或膠乳），膠粉是高分子聚合物乳液通過高溫高壓、噴霧干燥、表面處理等一系列工藝加工而成的水溶性有機(jī)聚合物[9]。比較常見的品種有醋酸乙烯酯和乙烯共聚乳膠粉（EVA）、聚丙烯酸酯（PAE）?？稍俜稚⑷槟z粉可以改善水泥砂漿的孔結(jié)構(gòu)，提高砂漿的粘結(jié)力，此聚合物的加入可有效提高硬化后水化產(chǎn)物的力學(xué)強(qiáng)度及抗?jié)B性。根據(jù)作者之前進(jìn)行的濕拌砂漿相關(guān)研究，聚合物可在砂漿凝結(jié)硬化后期形成空間三維狀的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如圖1 所示。

由圖1 可以看出，砂漿水化28 d 后，聚合物形成的薄膜結(jié)構(gòu)與水泥水化產(chǎn)物交叉連生在一起，形成的薄膜有效的阻隔了水泥水化產(chǎn)物中所產(chǎn)生的的毛細(xì)孔道，一方面提升了砂漿的抗?jié)B性，另一方面由于硬化漿體中存在數(shù)量巨大的薄膜，可有效提升砂漿的抗折強(qiáng)度，提高體系的韌性。

2.2 水

濕拌砂漿用水與混凝土的要求相同，應(yīng)選用無有害雜質(zhì)的潔凈水。

2.3 細(xì)骨料

濕拌砂漿使用的細(xì)骨料主要為機(jī)制砂和天然砂。天然砂（河砂）是巖石經(jīng)過風(fēng)吹日曬或是流水侵蝕而形成的，其砂粒一般為圓形或橢圓形，形狀較為規(guī)則，拌合后形成的砂漿體系流動性強(qiáng)，是一種性能優(yōu)良的天然骨料。但是近些年來，隨著我國工程建設(shè)的不斷增加，河砂作為短時間內(nèi)不可再生資源已經(jīng)遭到大量的開采，并且隨著“十九大”環(huán)保政策的提出，為保護(hù)環(huán)境和資源，國家對天然砂石的開采采取了一系列的限制措施，與此同時，為滿足工程建設(shè)對砂石骨料的需求，國家出臺了一系列鼓勵機(jī)制砂石生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)政策。所以機(jī)制砂石替代天然砂石已成為混凝土行業(yè)未來的發(fā)展方向。

機(jī)制砂是指用巖石經(jīng)過開采，去除泥土，而后進(jìn)行機(jī)械破碎，再篩分得到的砂石材料。一般機(jī)制砂顆粒的表面比較粗糙，棱角尖銳分明，形狀不規(guī)則且針片狀較多，與水泥漿體之間有較大的摩擦，會產(chǎn)生較大的咬合力，對砂漿的抗壓強(qiáng)度有所提高，但當(dāng)水泥用量不變的情況下，機(jī)制砂粗糙的表面會降低砂漿的工作性能，增加施工的難度。此外需要注意的是，砂的細(xì)度模數(shù)在很大程度上會影響砂漿的力學(xué)性能。若是機(jī)制砂的細(xì)度模數(shù)太大，就會造成砂漿包裹性差、和易性差，容易出現(xiàn)離析泌水的現(xiàn)象，不能滿足砂漿的力學(xué)性能，這時需要增加砂率來改善砂漿的和易性或是調(diào)整外加劑用量來防止泌漿；如果砂子的細(xì)度模數(shù)太小，會造成配制的砂漿流動性差、坍落度小，不能滿足施工要求，若通過添加一定量的水來改善其流動性，這樣拌制的砂漿容易發(fā)生收縮導(dǎo)致開裂現(xiàn)象的出現(xiàn)[10]，需要降低砂率來提高砂漿的流動性。

吳春麗等[11]通過選用不同細(xì)度模數(shù)的鎳鐵渣機(jī)制砂，在單摻情況下研究機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)和替代比例對濕拌砂漿工作性能的影響，研究結(jié)果表明細(xì)度模數(shù)為2.5 的鎳鐵渣機(jī)制砂制備的砂漿具有良好的工作性能，替代率宜選擇50%。石從黎等[12]研究結(jié)果表明特細(xì)機(jī)制砂和細(xì)機(jī)制砂拌制的砂漿比天然砂砂漿的抗干燥收縮性能更好。在配合比相同的條件下，與河砂砂漿相比，機(jī)制砂制成的的砂漿的屈服應(yīng)力較大，塑性粘度較小，流變參數(shù)經(jīng)時變化較大，觸變性較小[13]。當(dāng)濕拌砂漿中含有更多粗顆粒的機(jī)制砂，就會使得顆粒的移動摩擦力相對比較大，進(jìn)而在一定程度上降低了砂漿的流動性能。因此，在配置砂漿的過程中，必須結(jié)合實(shí)際情況選擇具有良好級配的機(jī)制砂。良好的顆粒級配不僅能有效降低砂的空隙率，還能減少膠凝材料的使用量，并且有效保障砂漿的工作性能[14]。

另外，機(jī)制砂在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的石粉，為了滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，通常要將多余的石粉進(jìn)行脫塵處理，未經(jīng)過特殊處理的機(jī)制砂直接用于濕拌砂漿時，摻量只有在50%以內(nèi)時砂漿工作性能滿足要求[15]。在一些研究中，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)機(jī)制砂中含有少量的石粉阻塞砂漿內(nèi)部的連通孔，使砂漿或者混凝土的孔隙率降低，從而減少孔隙內(nèi)自由水蒸發(fā)，減少砂漿的收縮，并提高他們的抗離子滲透性[13]。當(dāng)砂漿總的用水量一定時，隨著機(jī)制砂中石粉含量的增加，砂漿流動度減小，而砂漿表觀密度和保水率則隨機(jī)制砂中石粉含量的增加而呈增大的趨勢。石粉的含量會對砂漿的強(qiáng)度產(chǎn)生一定的影響。這是因為石粉含量增加會導(dǎo)致砂漿中固體顆粒的比表面積增加，就需要更多的水去浸潤砂漿的表面，總的用水量不變，砂漿體系中的自由水就會減少，導(dǎo)致砂漿的流動性降低，若增加用水量，就會導(dǎo)致砂漿的強(qiáng)度降低。此外，當(dāng)機(jī)制砂中含有一定量的石粉時，其石粉的作用相當(dāng)于礦物摻合料，對砂漿漿體起到很好的填充作用，使砂漿體系更為密實(shí)。

2.4 外加劑及其他組成材料

外加劑是指能明顯改善砂漿性能的少量物質(zhì)的總稱。

2.4.1 減水劑

以減水劑來說，現(xiàn)在市場上在預(yù)拌砂漿中使用比較多的減水劑的類別可分為：萘系高效減水劑、三聚氰胺系高效減水劑及聚羧酸系減水劑（PCE）。加入適量的聚羧酸鹽和萘系減水劑后，可以增強(qiáng)水泥砂漿的抗折能力和抗壓強(qiáng)度，相比于傳統(tǒng)的氨基磺酸鹽和萘系減水劑，聚羧酸系減水劑在減水效果與對砂漿的塑化方面性能更加優(yōu)異。從工作性能上來看，聚羧酸系減水劑（PCE）具有摻量低、減水率高且環(huán)保等特點(diǎn)，應(yīng)該成為日后行業(yè)使用的重點(diǎn)減水劑，但是PCE 在水泥顆粒表面的有效吸附量、吸附層覆蓋情況等決定空間位阻效應(yīng)大小的關(guān)鍵參數(shù)仍未得到確定[16]。

朱玉雪等[17]采用和易型聚羧酸系高性能減水劑（PCE）、改性纖維素醚和超緩釋型PCE 制備了新型濕拌砂漿外加劑，在不影響濕拌砂漿工作性能的前提下大大增加了砂漿的保塑能力。曹小榮等[18]用淀粉醚、鋁酸鈉、聚丙烯酸鈉、聚丙烯酰胺按照不同的比例配制成的減稠度外加劑，適用于稠度過高的濕拌砂漿，對濕拌砂漿的工作性能影響很小。

2.4.2 緩凝劑

濕拌砂漿考慮到運(yùn)輸過程中不可控因素的影響，包括濕拌砂漿在工地儲存的時間遠(yuǎn)大于商品混凝土，因此對砂漿的和易性、凝結(jié)時間和工作性能的穩(wěn)定性有一定的要求[19]。因此，緩凝劑往往是濕拌砂漿中較為重要的一類外加劑。緩凝劑可分為有機(jī)和無機(jī)兩大類。目前，濕拌砂漿使用的有機(jī)緩凝劑主要為羥基羧酸及其鹽類。其中以葡糖糖酸鈉和白糖為例，葡萄糖酸鈉摻量增大，其緩凝作用增強(qiáng)。在水化初期，由于葡萄糖酸鈉吸附、絡(luò)合和潤濕作用，限制了C3S 的水化，阻止CH 的生成，降低水化熱，并延緩水化結(jié)構(gòu)的形成[8]。

2.4.3 保水劑

除緩凝劑外，濕拌砂漿一般還需加入保水劑。保水劑一般使用纖維素醚?，F(xiàn)在在濕拌砂漿中經(jīng)常使用的是甲基羥乙基纖維素醚（MHEC）和甲基羥丙基纖維素醚（MHPC）。纖維素醚具有優(yōu)異的保水性能，粘結(jié)力強(qiáng)，具有良好的增稠效果，有明顯的引氣作用且溶解性好；在摻量增加的情況下，砂漿的凝結(jié)時間會變長，但是會降低砂漿的強(qiáng)度。

2.4.4 引氣劑

引氣劑是一種活性劑，主要品種包括松香樹脂類、烷基和烷基芳烴磺酸類、皂苷類及蛋白質(zhì)鹽。其作用是可以在砂漿中引入比較細(xì)小的氣泡，增強(qiáng)砂漿的保水性能，改善砂漿的和易性，氣泡還可以起到潤滑作用提高砂漿的泵送性。王全磊等[20]經(jīng)過實(shí)驗發(fā)現(xiàn)引氣劑和減縮劑混合加入到砂漿中，砂漿的收縮率無明顯變化，且抗裂性能得到增強(qiáng)。目前國內(nèi)傳統(tǒng)引氣劑主要為松香皂及松香熱聚物， 存在產(chǎn)品溶解性差，與其他外加劑復(fù)合性差、對強(qiáng)度降低較大等缺點(diǎn)。

2.4.5 纖維

在濕拌砂漿中使用較多的纖維可分為化學(xué)合成纖維和木纖維。在濕拌砂漿中加入適量長短不一的木質(zhì)纖維，可以有效的增強(qiáng)砂漿的抗裂性，增強(qiáng)產(chǎn)品的觸變性能，木纖維可以明顯的增強(qiáng)砂漿的韌性和抗折能力，很大程度上可以防止裂紋的出現(xiàn)，但是木纖維對砂漿的耐久性影響仍需要進(jìn)一步的研究[21]?；瘜W(xué)合成纖維經(jīng)過表面改性以后，可以在摻量低的情況下就能有效提高砂漿抗裂性，對力學(xué)性能無明顯影響。

3 發(fā)展前景及展望

隨著我國基礎(chǔ)建設(shè)的不斷擴(kuò)大，很多地區(qū)的天然砂已經(jīng)供不應(yīng)求，并且天然砂的過度開采會造成當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的嚴(yán)重破壞。因此，機(jī)制砂取代天然砂已經(jīng)成為建筑材料行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。機(jī)制砂由于其母巖不同因而性質(zhì)各異，機(jī)制砂的砂粒形狀和大小對于濕拌砂漿的性能有很大影響。因此機(jī)制砂的深入研究對于濕拌砂漿的未來發(fā)展具有重大的意義，研究不同種類機(jī)制砂巖石原料的生產(chǎn)工藝是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)機(jī)制砂的重要條件。機(jī)制砂巖的顆粒級配、形狀，以及石粉含量和特性對于濕拌砂漿的推廣和發(fā)展具有重要作用。

2007 年 6月，商務(wù)部 、住房城鄉(xiāng)建設(shè)部等 6 部委聯(lián)合下發(fā)《關(guān)于在部分城市限期禁止現(xiàn)場攪拌砂漿工作的通知》，使得預(yù)拌砂漿得以更廣泛的被大眾所熟知和認(rèn)可。各地有關(guān)部門要加強(qiáng)對當(dāng)?shù)噩F(xiàn)場拌制砂漿的檢查和打擊力度。完善并落實(shí)有關(guān)預(yù)拌砂漿方面的法律、法規(guī)政策；工程造價管理部門應(yīng)定時發(fā)放有關(guān)預(yù)拌砂漿的價格信息；施工單位要對進(jìn)場的材料進(jìn)行嚴(yán)格檢驗和抽查，強(qiáng)化施工人員的專業(yè)技術(shù)，確保施工的效率。政府要起帶頭作用，大力發(fā)展和實(shí)施推進(jìn)預(yù)拌砂漿的生產(chǎn)和使用，有助于減少粉塵對周圍環(huán)境的影響，對生態(tài)保護(hù)起到積極的作用。而預(yù)拌砂漿中的濕拌砂漿，無論是從其能源消耗率、環(huán)境保護(hù)或者是工作性能方面，都要比現(xiàn)場拌制的砂漿更安全可靠。濕拌砂漿會逐步成為我國建筑行業(yè)的主要工業(yè)材料，為我國的綠色發(fā)展做出突出貢獻(xiàn)。