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砂浆生产中常见的问题及解决措施

干混砂浆作为一种新型绿色建筑材料，是随着建筑业的科技进步和文明施工要求发展起来的。发展与推广干混砂浆可以节约资源、保护环境和调整产品结构，是实现建筑业向节能方向发展的重要措施，具有显著的社会效益、经济效益和环境效益。但是干混砂浆作为国内的新生事物，还存在国产设备配套环节不足、面临湿拌砂浆的竞争，同时干混砂浆内部也存在着烘干用天然河砂和使用机制砂的竞争。干混砂浆与湿拌砂浆最主要的争议是两者之中究竟哪个更节能。从干混砂浆的生产过程讲，许多人都认为干混砂浆先烘干河砂再加水施工是能量的浪费，湿拌砂浆与混凝土生产不存在二次加水的问题，甚至可以与混凝土设备共用，因此湿拌砂浆比干混砂浆更环保节能，更节省投资。
    实际上，从建筑砂浆的整个产业看，湿拌砂浆确实有其特殊的优点，湿拌砂浆不仅在生产、存储和使用中，在运输过程中，预先添加的水也被运输至工地，这部分水也需要运费，只不过其费用和能耗被转嫁到湿拌砂浆生产企业上。另外，在施工速度较慢的砌筑抹灰等环节，湿拌砂浆需要很长的存储时间。干混砂浆就不存在上述问题，这就类似水泥生产过程是将熟料就地粉磨或者运输至城市周边的粉磨站粉磨，各有利弊，但是从目前的情况看，大多数水泥企业选择就地粉磨，而具有较好运输条件和混合材资源的企业则选择熟料运送异地粉磨。当干混砂浆使用机制砂时，这样的争论就没有意义了，因为机制砂不存在烘干过程。
    从干混砂浆的发展历史看，无论是国外还是国内，干混砂浆都占据主导优势[1]，就像水泥发展史的湿法与干法之争，最终水泥发展为今天以预分解窑为基础的新型干法水泥生产，相信随着干混砂浆生产技术的完善，其必将迎来快速发展的春天[2]。
    干混砂浆虽然有很多优点，但是由于其在国内发展时间短，在机械设备制造、质量控制、生产工艺等方面还存在许多问题亟需解决，克服这些困难就如同解决了水泥生产的均化问题一样，不再有湿法与干法之争，最终湿法生产会被干法生产所取代，这样干混砂浆才能最终达到节能环保的目的，尤其是节约有限的天然砂资源，减少对河流、海洋等生态系统的破坏。
    1· 关于干混砂浆颗粒的离析
    有关干混砂浆颗粒的离析问题，国内干混砂浆的生产与设备供应商一直没有表示足够的重视，原因可能与过去干混砂浆大多使用天然砂或者预拌砂浆采用湿拌形式有关[3]，但是在干混砂浆的实际生产应用中，颗粒的离析一直是质量控制的难点。干混砂浆是散装粉状和颗粒状材料的混合物，经过粉状和颗粒状材料混合搅拌后，由于其各自的属性不同，在储存、运输、使用过程中都可能发生粉体和颗粒物的二次分离，这种现象就是干混砂浆的“离析现象”。如果“离析现象”不能得到有效控制，将影响到干混砂浆的成品质量和建筑施工效率。
    干混砂浆出现离析的原因很简单，就是各种物料的自然休止角不同，在物料无约束下落过程相互分离。表1给出了不同粗细机制砂的自然休止角，从表中可以明显看出细粉物料的自然休止角明显大于颗粒物料，干混砂浆的生产中必然存在石粉与颗粒物料存储于同一仓内的情况，使用该仓物料生产配料时，粉状物料滞后于颗粒状物料流出配料仓，经过一段时间的积累，配料仓内会发生雪崩一样的石粉崩塌，造成干混砂浆内粉料含量急剧升高，引发干混砂浆使用性能的改变甚至造成质量事故。这种物料离析往往无法预防和控制，并且在相同材质的条件下两种物料粒径相差越大越容易发生。

    干混砂浆的搅拌过程离析会得到改善，但在砂浆成品存储、卸料、运输、移动、二次存储时，颗粒物料尤其是机制砂会与粉状物料的水泥、石粉等再次离析，因此防止离析在干混砂浆生产应用中的各个环节都非常重要，主要措施有以下几点：
    （1）最根本的措施是保证物料的自然休止角一致，即保证同一个存储仓内物料粒径和密度相同，严禁将粒径差距明显的机制砂混合装储；
    （2）减小机制砂内的石粉含量；
    （3）安装各种防离析装置，减小各种存储料仓的高径比；
    （4）减小物料卸料时的高差，加快物料卸料速度，增加干混砂浆卸料时的约束力。
    机制砂作为干混砂浆的骨料，最主要的缺点就是制砂过程产生大量的石粉，这就需要机制砂设备生产企业积极研发新产品，尽可能降低机制砂粉含量低于5%，才能从根本上减轻干混砂浆的离析。
    2· 关于粉含量控制
    干混砂浆中的粉料含量来源于两方面，一方面是机制砂带入的石粉，另一方面是包括水泥和矿物掺和料在内的细粉，两方面粉料含量之和即是干混砂浆内的总粉料含量。实践结果证明，过高的粉含量造成砂浆规定稠度的需水量增加，在干混砂浆施工的初期阶段，砂浆的塑性收缩增加，抹灰砂浆的墙体表面容易形成粗大的水平裂纹；如果干混砂浆总含粉量过低则砂浆工作性较差，粗颗粒很难粘结在墙体表面，同时由于细粉不能填充在粗颗粒的缝隙中，造成砂浆抗压强度偏低，因此干混砂浆中的总含粉量有一个最佳含量区间，试验结果表明干混砂浆含粉量在25%±3%时砂浆的工作性能最佳。
    对于使用机制砂作为骨料的干混砂浆企业，砂浆中的粉含量通常超过最佳区间的上限，造成砂浆粉含量偏高，在实际生产中解决这个问题并不容易，因为多数的预拌砂浆生产企业并不生产机制砂，原材料的采购质量无法实现直接控制。对于自身生产机制砂的企业，由于国内机械设备制造的限制，当控制机制砂模数小于2.0时，机制砂中的石粉含量小于10%几乎是不可能的。目前多数机制砂生产过程中采用水洗的办法除去其中的石粉，这种措施一方面削弱了机制砂干法生产的优势，另一方面也丢失了部分细砂，破坏了机制砂的颗粒级配[4]，冲洗后多余石粉的存储也十分困难，因此研究适合风选的筛分设备对机制砂来说十分重要，同时对机制砂合理的二次筛分也是解决该问题的有益探索。
    对于使用天然河砂作为骨料的干混砂浆企业，砂浆中的粉含量通常低于最佳区间的下限，造成砂浆粉含量不足。在实际生产中，通常的办法是加入矿物掺和料来填补粉含量的空缺。虽然这种措施有利于大量利用工业废弃物，但是也带来砂浆的中性化和早期强度偏低，即砂浆中的碱度偏低，容易在空气与二氧化碳反应发生碳化，造成干混砂浆的碳化收缩与泛碱。天然河砂的颗粒级配非常集中，表2给出了四川中部地区天然河砂的颗粒级配，从表中可以看出河砂中小于0.6mm的颗粒占了99%以上。尽管天然河砂有各种施工方面的优势，但是河砂在浆体中很难达到最紧密堆积，相同条件下河砂配置干混砂浆的抗压强度比机制砂略低，因此河砂最好能与机制砂合理搭配使用，从而实现机制砂粉料富余与河砂缺乏的相互补充。

    3 ·关于计量秤
    干混砂浆发展的初期阶段，国内沿海地区开发了较多的干混砂浆外加剂，其中普通干混砂浆的增稠保水材料应用最为普遍，其掺加量一般在0.5%以上。在当时的条件下，每吨砂浆添加剂掺加量在10kg～20kg能够达到90%以上的保水率已经非常困难，然而随着干混砂浆外加剂生产技术的进步以及干混砂浆使用原材料的变化，干混砂浆外加剂掺加量已经不足原来的十分之一。干混砂浆生产线配套的计量设备称作为砂浆生产不可或缺的部件，其供应商并没有了解客户的实际需求，盲目按照标准配置安装计量设备，造成计量设备的量程远远超出实际需求，干混砂浆的生产只能闲置，外加剂计量设备改用人工称量。
    干混砂浆标准配置计量设备不仅仅是浪费，而且增加了砂浆生产成本。解决这个问题的第一步，必须从了解干混砂浆生产企业的技术能力开始，根据客户需要定制各种计量设备，其次国内外各种化工外加剂的发展技术日新月异，新型外加剂均以低掺量、高效率、高性能为特征，未来外加剂计量设备必将是以小量程、高灵敏度、高精度、高可靠性为发展方向，因此国内干混砂浆设备配套厂家应加紧研制高精密度传感器和计量设备。对于砂浆生产企业，干混砂浆的搅拌均匀程度限制了搅拌机的容积，也就限制了每次加入的外加剂质量，人工称量效率低、速度慢，但精确度高，对于暂时无法改造计量设备的干混砂浆生产企业，当生产量不大时可以采用人工称量；当产量较大时可以要求外加剂供应商对外加剂进行稀释或者企业自身进行稀释处理，这是解决计量设备问题的临时性措施。外加剂的稀释系数可以根据外加剂掺量与计量设备的情况进行调整，一般放大10倍～50倍是合适的；当稀释倍数超出上述范围，稀释就变得不经济了，同时工作量也急剧增加。
    4 ·关于外加剂的溶解性
    干混砂浆使用的外加剂种类非常多，包括保水类、增稠类、防水类、缓凝类、触变类、引气剂、减水剂、早强剂、速凝剂、消泡类、颜料等，尤其是各种具有功能性的特种砂浆使用添加剂更加繁杂。普通砂浆的生产量巨大，增长速度也非常明显，但是在普通砂浆的应用中，不是像特种砂浆那样大多依靠人工搅拌至规定的稠度，而是在移动储罐的下部安装螺旋输送器，在干混砂浆输送的过程中加水搅拌，搅拌完成后直接送往施工点使用。这个过程涉及一个关键的问题是各种砂浆外加剂能否在搅拌输送的1s～3s内溶解完毕，如果外加剂或者各种复合添加剂不能在有限的几秒内溶解完毕，则既不能有效发挥外加剂的作用，浪费外加剂，也不能影响干混砂浆的施工性能，因此对外加剂的溶解特性的研究非常重要。
    干混砂浆外加剂的溶解特性是一个纯物理的扩散过程，受到扩散动力学的控制。虽然固体的溶解扩散一般是放热过程，但是由于外加剂掺加量通常在万分之一内，溶解的热效应可以忽略不计。根据菲克扩散方程，扩散的动力主要来源于浓度梯度[5]。在复杂的水泥水化反应相中，外加剂的溶解及扩散受到多重因素的干扰，而且该反应体系距离理想溶液相差较远并随时间不断变化，表3给出了室温下各种常见外加剂在pH=7的清水中的溶解时间，试验时加入添加剂后机械以20rpm的速度慢慢搅拌，从表中可以看出几乎所有外加剂的溶解时间均超过10s，也就是说大部分的外加剂在干混砂浆的搅拌输送过场中都不能得到完全溶解，也无法实现外加剂在砂浆的均匀分布。

    研究适应快速溶解与分散的外加剂对干混砂浆的施工应用非常必要，这需要外加剂供应厂商在提高外加剂使用效果的同时注意外加剂的粘度、细度和化学结构等方面对溶解分散性的影响，这样才能保证外加剂在水泥水化的碱性多相体系中具有足够的化学梯度。目前对于干混砂浆企业来说，可以做到的主要措施是实现干混砂浆在移动储罐下部搅拌后采用砂浆垂直输送技术，直接将湿拌砂浆输送至需要施工的部位，这个过程中湿拌的砂浆再次搅拌并且沿输送管道砂浆有足够的停留时间进行溶解、分散、均化。建筑砂浆的施工性能是干混砂浆得以推广应用的重要方面，这也是与预拌混凝土最大的区别，商品混凝土作为一种结构材料有其特殊要求，砂浆更多作为功能性材料，因此砂浆的工作性往往是人工施工效率的最好证明，一旦砂浆的工作性差，砂浆就无法推广。也就是说砂浆生产企业与砂浆施工单位的利益是紧密相连的，干混砂浆只有做到比湿拌砂浆更好的工作性才能赢得客户的信赖。
    5 ·关于筛分的超径与逊径
    砂石等骨料的筛分系统长期存在着超径与逊径的问题。机制砂筛分的超径是指超过某筛网尺寸的颗粒进入通过量的体系中，超径率就是超过该粒径的物料所占总质量的百分比，例如使用5mm矩形筛孔的筛子，检测发现有超过5mm的砂粒，那么就是存在超径，如果超过的颗粒质量占总筛分量的20%，那么超径率就是20%；同样逊径是指小于某筛网尺寸的机制砂留在体系内而没有被筛出。机制砂的超径与逊径问题会带来干混砂浆生产配料阶段的困难，从而使干混砂浆的颗粒级配达不到预期效果，同时也增加干混砂浆物料的离析。例如在配置抹灰砂浆中不期望存在2.36mm以上的颗粒，但是如果在筛分阶段存在超径问题，就会带入大于2.36mm的粗颗粒混入砂浆体系，抹灰砂浆施工时粗颗粒破坏了表面的光洁程度形成大量的划痕。实际上石粉大量存在于机制砂中也就是逊径的典型表现。过去机制砂的管理十分粗放，缘由可能是机制砂大多使用在混凝土中，超径与逊径问题对商品混凝土的机械施工不会造成太大影响，然而干混砂浆需要精细化操作，这个问题就显得格外突出。
    机制砂的超径与逊径问题在筛分系统中普遍存在，尤其在使用振动筛分的系统中。过去国内机械制造行业一直没有关注这个问题，因此在《振动筛设计规范》（T9022-1999）中没有提及振动筛的超径与逊径要求。随着干混砂浆向着精细化、科学化、技术化方向发展，机制砂尤其是适合于干混砂浆粒径的小孔径振动筛筛分后的机制砂必须严格控制超径与逊径。根据干混砂浆生产的需求，机制砂的超径率与逊径率分别不超过5%和10%，最好不超过5%和5%，这样有利于砂浆颗粒级配的精细控制，也能达到砂浆所追求的孔隙率。
    解决机制砂筛分系统中的超径与逊径问题主要还是依靠设备生产厂家，机械设备供应商应该积极研究适合不同矿物岩性的筛网孔径、筛网材质、筛网面积、形状、倾角、尺寸、振动频率、振幅及运动特性等；而机制砂生产单位应该根据自身设备情况，控制好机制砂粒径、形状、水分及杂质含量，操作时保证喂料的均匀性和喂料量[6]。干混砂浆企业受限于自身技术能力而不可能对机械设备进行大规模改造，在没有其他措施的情况下，可以适当调低振动筛的振幅来限制超径率，但是这也在一定程度上增加了逊径率，同时也牺牲了振动筛的产量。总之，振动筛必须通过合理的调整来满足干混砂浆对机制砂的超径率和逊径率的要求，从长远来看，振动筛分系统需要对各种不同物料进行深入研究以适应干混砂浆发展的需要。
    6· 关于搅拌均匀性
    干混砂浆的搅拌发生在两个区域：一是砂浆在搅拌机内搅拌成为均匀的干混砂浆；二是干混砂浆在使用工地移动储罐下部输送时加水搅拌为湿砂浆。两个区域的砂浆搅拌对砂浆的性能都十分重要，根据《建筑施工机械设备与设备干混砂浆搅拌机》（JB/T11185-2011）中对第一个砂浆搅拌的要求，干混砂浆均匀程度的变异系数（CV）不大于5%。实际生产中按照标准甲基紫试验检测砂浆的变异系数发现，在搅拌规定的时间内加入砂浆质量0.01%的甲基紫可以得到满足要求的结果，而加入砂浆质量0.001%的甲基紫测得的砂浆变异系数为8.74%，超出了标准要求，也就是说如果每吨砂浆中加入少于10g的某种物料，干混砂浆搅拌机是无法将其搅拌均匀的。这一点对于使用微量外加剂的企业来说格外重要。
    对于第二个施工现场的搅拌，根据《干混砂浆散装移动筒仓》（SB/T10461-2008）中的规定，出料口的通径为250mm，因此每个搅拌轴的旋转周期内干混砂浆输送的数量仅仅有1kg～5kg，这样小的搅拌量根本无法保证每一批湿砂浆都搅拌均匀，批与批之间的均匀性差异必然导致砂浆施工性能波动，影响砂浆的施工质量与效率。砂浆在输送通道停留时间短对于机制砂制成的干混砂浆影响最为明显。由于机制砂颗粒直径差异明显，粗细物料很容易发生离析分离，移动储料仓的高差达到7200mm，粉料运输车的打料过程就有所离析。干混砂浆在加水搅拌时粗颗粒先于细颗粒流出移动筒仓，本身就造成砂浆成分的波动，再加上砂浆搅拌时间短，搅拌物料量少，每批之间的差异更为明显。
    砂浆搅拌的均匀性是干混砂浆优越于湿拌砂浆甚至天然河砂的关键，干混砂浆的第一次搅拌均匀性需要干混砂浆搅拌主机设备厂商进一步提升砂浆干拌的均匀性，尤其应该关注砂浆搅拌过程中搅拌机的形状、死角、运动特性、易磨损部件和干混砂浆的残留率。砂浆生产企业应该了解砂浆搅拌机的工作原理，在砂浆均匀性要求苛刻的情况下适当延长砂浆搅拌时间来换取砂浆的搅拌均匀性。
    施工区域的砂浆搅拌均匀性需要工艺设计人员重新设计移动砂浆储料仓的出口直径，尽量增加加水搅拌过程中砂浆的储料量，例如将原来砂浆出料口直径由250mm提高至450mm，这样既可以加快出料速度也可以提高砂浆搅拌的均匀性，希望移动储料罐厂家能尽快注意到该问题并修订标准。砂浆生产企业针对砂浆搅拌的均匀性差的问题，主要措施就是在施工工地二次搅拌，即在出料口增加圆盘搅拌机或者自落式搅拌机进行再搅拌，以便延长砂浆在搅拌区域的停留时间和装载量，同时也应该重视移动储料罐出料口的搅拌轴，在搅拌轴磨损的情况下及时维修。一般机制砂制成的干混砂浆是天然河砂制成干混砂浆对搅拌轴磨损速度的2倍～3倍，一旦搅拌轴磨损，其对砂浆的搅拌效果会迅速下降，因此及时维修或者更换搅拌轴对砂浆搅拌的均匀性非常必要。
    结论
    （1）砂浆生产中出现的各种工艺技术等问题往往是设备厂家设计制造水平较低造成的，这需要国内干混砂浆设备配套行业努力提高设备技术水平和可靠性。
    （2）砂浆生产企业针对某些问题的解决措施只是临时性的，往往造成产量的降低或者生产成本的增加，这是国内干混砂浆行业不成熟的表现。
    （3）干混砂浆必然替代湿拌砂浆成为预拌砂浆的主流，而机制砂必将取代天然砂成为最节能环保低碳的建筑原料。国内建筑业的发展需要干混砂浆生产供应商与干混砂浆企业共同努力推动，实现干混砂浆的高品质化。
    （4）干混砂浆的离析、石粉含量高、计量设备、外加剂溶解性、超径与逊径、搅拌均匀等问题是干混砂浆生产中遇到的共性问题，也是干混砂浆行业的问题，需要得到行业的重视与推动。
    （5）干混砂浆的发展推动了建筑业向绿色、节能、低碳方向发展，但是干混砂浆依然存在设计与生产脱节、工艺与制造脱节、生产与销售脱节、政策与实际脱节等问题，造成生产与推广的困难，干混砂浆行业的发展应该从着手解决砂浆行业的共性问题开始。

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点击次数：更新时间：2016-4-29 14:43:46 【打印此页】【关闭】

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