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0 前言
利用人工砂生产普通干混砂浆，符合国家资源综合利用政策要求，是普通干混砂浆节约资源和能源、保护环境的重要方面。人工砂是经机械破碎筛分而成，其颗粒尖锐粗糙且带有棱角，同时在其中不可避免含有一定量的石粉，这是人工砂与天然河砂最明显的区别。目前人工砂在普通干混砂浆尤其是干混普通防水砂浆中的应用研究还比较欠缺[1-2]。外墙、室内厨房和地下室的渗漏水不但影响了建筑物的使用寿命和安全，而且直接损害建筑物的装饰效果，造成墙壁变色、发霉、涂料起皮、粉层脱落等。雨水浸湿了墙面，增大了屋内的湿度，降低了保温隔热效果，给居民的工作和生活带来极大的不便，特别是高层建筑的成片渗漏危害更大[3-6]。因此，如何提高干混普通防水砂浆的防水性能，是应用人工砂生产干混普通防水砂浆的重点研究内容。
本文利用人工砂取代天然砂生产干混普通防水砂浆，对人工砂中的石粉含量、增稠保水材料和膨胀剂对干混普通防水砂浆性能的影响进行了比较系统的研究，并通过SEM 和孔结构技术分析其作用机理。
1 试验
1.1 原材料
水泥：山水P·O42.5 水泥，安定性（雷氏夹法）合格，性能指标见表1；粉煤灰：山东济南黄台电厂产，Ⅱ级粉煤灰，性能指标见表2；人工砂：石灰岩碎石经机械破碎筛分制得，颗粒级配见表3，基本性能指标见表4；石粉：人工砂破碎后的粉料直接取用；砂浆增稠保水材料HT：自配，由无机、有机保水材料复配而成；膨胀剂F：硫铝酸盐型膨胀剂；饮用自来水。
1.2 试验方法
砂浆的拌制、试件的成型及其稠度、保水性、凝结时间、抗压强度、拉伸粘结强度和抗渗性试验均按JGJ 70—2009《建筑砂浆基本性能试验方法》进行。采用砂浆搅拌机进行搅拌，搅拌时间不少于3 min，采用标准养护。
1.3 试验方案
通过测试砂浆稠度、保水性、凝结时间、抗压强度、抗渗压力和拉伸粘结强度，综合确定干混普通防水砂浆的配合比。参照JG/T 230—2007《预拌砂浆》和JGJ 98—2000《砌筑砂浆配合比设计规范》，设计干混普通防水砂浆强度等级为M15，稠度控制在70~80 mm。将人工砂通过75 μm 筛筛除石粉后备用，分别研究石粉含量、增稠保水材料和膨胀剂剂对干混普通防水砂浆性能的影响。其配合比试验方案见表5。
注：①石粉掺量为石粉质量占人工砂和石粉总质量的百分比；②增稠保水材料HT 及膨胀剂F 掺量均为占水泥和粉煤灰总质量的百分比。
2 结果与分析
2.1 试验结果（见表6）
2.2 试验结果分析
（1）从表6 中1#~4# 试验结果可以看出，干混普通防水砂浆在达到规定稠度（70~80 mm）时，随着人工砂中石粉含量的逐渐增加，防水砂浆的保水性先提高后降低，石粉含量为12%时，砂浆的保水性最好；凝结时间逐渐缩短；抗压强度先增大后有所下降，但石粉含量为12%~18%时，对抗压强度影响不大；拉伸粘结强度先增大后降低，石粉含量为12%时，砂浆拉伸粘结强度最大，达0.23 MPa，再增大石粉含量将会影响其粘结强度；28 d 抗渗压力先增大后降低，石粉含量为12%时，其28 d 抗渗压力最大。
（2）从表6 中3#、5#、6#、7# 试验结果可以看出，干混普通防水砂浆在达到规定稠度（70~80 mm）时，随着增稠保水材料HT 掺量的增加，其保水性和拉伸粘结强度逐渐增大；凝结时间逐渐延长；抗压强度和28 d 抗渗压力逐渐降低。综合考虑增稠保水材料HT 对普通防水砂浆各项性能的影响，掺量为3%比较适合。
（3）从表6 中3#、8#、9#、10# 试验结果可以看出，干混普通防水砂浆在达到规定稠度（70~80 mm）时，随着膨胀剂F 掺量的增加，其保水性和拉伸粘结强度逐渐降低；凝结时间和抗压强度变化不大；28 d 抗渗压力逐渐增大，当膨胀剂F 掺量为12%时，其28 d 抗渗压力可达1.4 MPa。综合考虑膨胀剂F 对干混普通防水砂浆各项性能的影响，应根据砂浆抗渗等级要求掺加不同掺量的膨胀剂，并适当调整增稠保水材料HT 的掺量。
3 机理分析
为了探讨石粉含量、增稠保水材料HT 和膨胀剂F 对干混普通防水砂浆微观结构的影响，根据表5 配合比，选择1#、3#、6#、7#、9#、10# 配合比制备砂浆试件，养护至28 d 龄期后，从距离砂浆试件表面5 mm 以内的部位取样，进行SEM 和孔结构分析，不同配合比的干混普通防水砂浆SEM 和孔结构分析结果见图1 和表7。
3.1 SEM 分析
图1 中1#、3# 试样均可以看到板状Ca（OH）2 晶体，但1#试样看不到CSA 纤维和针状钙矾石晶体，而3# 试样能看到CSA 纤维和针状钙矾石晶体，且3# 试样比1# 试样在颗粒分布上均匀且堆积紧密，这是由于石粉很好地起到了分散均化浆体颗粒的作用，有利于砂浆强度的发挥以及水化反应的进行，并使砂浆内部结构更加致密，这从表6 中7 d、28 d 强度和28 d 抗渗压力的宏观数据上可得到验证。
图1 中3#、6#、7# 试样均可以看到板状Ca（OH）2 晶体，但3#、6# 试样可以清楚的看到细长的纤维状C-S-H 凝胶和针棒状钙矾石晶体，且3# 试样图中纤维状C-S-H 凝胶和针棒状钙矾石晶体能交结在一起，而7# 试样很难看到细长的纤维状C-S-H 凝胶和针棒状钙矾石晶体，且大孔明显增多，颗粒分布较差。这是由于虽然增稠保水材料HT 的加入对浆体颗粒起到很好的分散均化作用，但掺量过高，由于引起气泡较多和大泡增多，且易出现分散不均或结团现象而起负面作用，降低砂浆浆体结构的致密度[7]，这从表6 中7 d、28 d 强度和28 d抗渗压力的宏观数据上可得到验证。
图1 中3#、9#、10# 试样均可以看到板状Ca（OH）2 晶体、纤维状C-S-H、CSA 凝胶和针棒状钙矾石晶体，但9#、10# 试样中纤维状凝胶和针棒状钙矾石晶体能很好地交结在一起，且水化产物丰富均匀，结构非常致密，无明显孔隙。出现此种情况是由于石粉、增稠保水材料HT 和膨胀剂F 共同作用的结果，特别是膨胀剂的作用。主要表现为：3 种材料吸附于水泥浆体颗粒表面，由于同种电性相斥使颗粒均匀地分散开来，而不至于出现成团现象，有利于浆体水化的进行和水化产物的形成和伸展；且由于膨胀剂与浆体水化产物Ca（OH）2 反应生成具有膨胀作用的钙矾石，使钙矾石数量增多而填充更多空隙，从而降低孔隙率，使浆体结构致密度提高。这从表6 中28d 抗渗压力的宏观数据上可得到验证。
3.2 孔结构分析
砂浆的性能与其内部结构有直接关系。孔径d<20 nm 为无害孔，d 在20~50 nm 为少害孔，d 在50~100 nm 为有害孔，d>100 nm 为多害孔[8]。砂浆硬化体中孔径d>100 nm 的孔对砂浆性能有较大的危害，即砂浆中孔径大于100 nm 的多害孔越多，砂浆的密实性越低，性能越差。从表7 中1#、3# 试样可以看出，当人工砂砂浆中加入石粉后，砂浆硬化体中无害孔和少害孔数量明显增多，特别是无害孔增多比较明显，多害孔数量明显降低，且总孔隙率明显降低。这说明石粉的加入明显改善硬化浆体孔径分布，即细化孔径，降低总孔隙率，从而使普通防水砂浆的宏观性能提高。
从表7 中3#、6#、7# 试样可以看出，随着增稠保水材料HT掺量的增加，其孔径分布和总孔隙率发生明显变化，即砂浆硬化体中无害孔和少害孔数量逐渐减少，特别是无害孔减少比较明显，而多害孔数量明显增多，且总孔隙率逐渐增大。这是由于砂浆中增稠保水材料的加入，将会引入部分气泡，当其掺量较少（≤3%）时，此气泡将会均匀地分布在浆体中，使水化产物颗粒分布均匀，孔径尺寸适当，结构致密；当其掺量较多（>3%）时，虽然可增加新拌砂浆的黏度，增大颗粒之间粘结力，但由于气泡较多，使水化产物颗粒间隙增大，分散性较差，且易出现较多连续孔，从而降低砂浆的致密度。从表7 中3#、9#、10# 试样可以看出，随着膨胀剂F 掺量的增加，其孔径分布和总孔隙率发生明显变化，即无害孔和少害孔数量逐渐增多，而有害孔和多害孔逐渐降低，且总孔隙率逐渐减少。这是由于膨胀剂与水化产物Ca（OH）2 反应生成具有微膨胀性的钙矾石，可以隔断毛细孔渗水通道，减少有害孔和多害孔数量，补偿了砂浆的收缩，增强砂浆的密实度。另外，加上与石粉和增稠保水材料的复合作用，水化产物的分布更加均匀化，砂浆内部形成空间网络结构。因此，3 种材料的共同作用，提高了干混普通防水砂浆的拉伸粘结强度和抗渗性。
4 结论
（1）人工砂中含有适量的石粉，可起到分散均化浆体颗粒的作用，有利于砂浆强度的发挥以及水化反应的进一步发展，并使砂浆内部结构更加致密化，从而提高砂浆的保水性、强度、拉伸粘结强度和抗渗性。
（2）增稠保水材料HT 在干混普通防水砂浆中可以起到良好的保水作用，同时对提高砂浆抗压强度和粘结强度也有较好的效果，且在一定掺量内能提高抗渗能力，但掺量过高会降低抗渗等级，因此，在使用中要合理控制其掺量。
（3）干混普通防水砂浆中掺入一定量的膨胀剂F 后，在保持新拌砂浆保水性和硬化砂浆抗压强度、拉伸粘结强度基本不变情况下，可以使砂浆的抗渗性得到大大提高。
（4）石粉、增稠保水材料HT、膨胀剂F 三者合理搭配应用，可以获得性能较好的干混普通防水砂浆，能够达到国家标准对干混普通防水砂浆的性能要求。
