第8章 土木工程材料_砂浆.docx

第8章砂浆
本章导学
学习目的：
通过学习了解砂浆的技术性质及其测定方法，学会砌筑砂浆配合比设计方法。
教学要求：
结合工程，讲解砂浆的制作、使用等工艺。
砂浆是由胶凝材料、细骨料和水等材料按适当比例配制而成。细骨料多采用天然砂。砂浆在建筑工程中，是一项用量大、用途广的建筑材料，它主要用于砌筑砖石结构（如基础、墙体等），也用于建筑物内外表面（墙面、地面、天棚等）的抹面。
砂浆按用途不同分为砌筑砂浆、抹灰砂浆、装饰砂浆及特种砂浆等。按所用胶结材料不同分为水泥砂浆、石灰砂浆、混合砂浆（常用的是水泥石灰混合砂浆）。
砂浆与混凝土不同之处仅在于不含粗骨料，所有有关混凝土拌合物和易性和混凝土强度的基本规律，原则上也适用于砂浆。但由于用途不同，砂浆又有它的特点，如铺砌厚度薄，多铺砌在多孔吸水的底面（如烧结砖）上，强度要求不高（一般在2.5～10MPa）等等。
8.1 砂浆的分类与性质
8.1.1新拌砂浆的和易性
新拌砂浆的和易性是指新拌砂浆是否便于施工并保证质量的综合性质，其概念与混凝土拌合物和易性相同。和易性好的新拌砂浆便于施工操作，能比较容易地在砖、石等表面上铺砌成均匀、连续的薄层，且与底面紧密地粘结。新拌砂浆的和易性可以根据其流动性和保水性来综合评定。
（一） 流动性
或称调度，其概念与混凝土拌合物流动性相同，但表示方法是用沉入度表示的。沉入度是指以重300克顶角为30°的圆锥体，在10秒钟沉入砂浆的深度（mm）（见图8—1）。沉入度愈大，说明流动性愈高。
影响流动性的因素与混凝土拌合物相同，即用水量，胶凝材料的种类和用量，细骨料种类、颗粒形状、粗细程度和级配等。当原材料条件和胶凝材料与砂的比例一定时，主要取决于单位用水量。
砂浆流动性的选择应根据施工方法及砌体材料吸水程度和施工环境的温度、湿度等条件来决定。通常情况下，基底为多孔吸水材料，或在干热条件下施工时，应使砂浆的流动性大些。相反，对于密实的吸水很少的基底材料，或者在湿冷气候条件下施工时，可使流动性小些。流动性选择可参考表8—1。
砂浆流动性选用参考表（沉入度cm） 表8—1
砌 筑 砂 浆
抹 灰 砂 浆
砌体种类
干热环境多孔吸水材料
湿冷环境密实材料
抹灰层
机械抹灰
手工抹灰
砖 砌 体
80～100
60～80
准备层
80～90
110～120
普通毛石砌 体
60～70
40～50
底 层
70～80
70～80
振捣毛石砌体
20～30
10～20
面 层
70～80
90～100
炉渣混凝土砌块
70～90
50～70
石膏浆面层

90～120
（二） 保水性
其概念与混凝土拌合物保水性相同。保水性可用分层度(mm)表示。测定时将拌合好的砂浆装入内径为15cm，高30cm的圆桶内，测定其沉入度。静止30分钟以后，去掉上面20cm厚的砂浆，剩余部分重新搅拌，再测沉入度。前后两次沉入度之差的cm数就是分层度。分层度大，表明砂浆的分层离析现象严重，保水性不好。保水性不好的砂浆，在砌筑过程中由于多孔的砖石吸水，使砂浆在短时间内变得干稠，难于铺摊成均匀而薄的砂浆层，使砖石之间砂浆不饱满形成穴洞，降低了砌体强度。
保水性主要取决于新拌砂浆组分中微细颗粒的含量，如胶凝材料用量过少，将使保水性降低。为了改善保水性，常掺入石灰膏、粉煤灰、粘土或微沫剂等。保水性好的砂浆，其分层度应为10mm。分层度过低，例如分层度为“0”的砂浆，虽然保水性很强，上下无分层现象，但这种砂浆干缩较大，影响粘结力，不宜作抹面砂浆。
8.1.2硬化砂浆的强度
硬化后的砂浆要与砖石粘结成整体性的砌体，它在砌体中起传递荷载作用，并与砌体一起经受周围介质的物理化学作用。因而砂浆应具有一定的粘结强度，抗压强度和耐久性。
试验证明，砂浆的粘结强度、耐久性随抗压强度的增大而提高，即它们之间存在一定的相关性。由于抗压强度的试验方法较为成熟，测试较为简单准确，所以工程实际上常以抗压强度作为砂浆的主要技术指标。
砂浆的强度等级是以边长为7.07cm的立方体试块，一组6块，在标准养护条件下，用标准试验方法测得28天龄期的抗压强度值（MPa）来确定。砂浆按抗压强度划分为M15、M10、M7.5、M5.0、M2.5、M1.0和M0.4等七个等级。
铺砌在不吸水密实底面上（如砌筑毛石）的砂浆，影响其强度的因素与混凝土相同，可用下式表示：
ff28=Af c（C/W-B） （8—1）
式中 f28——砂浆28天的抗压强度（MPa）；
fc——水泥的28天抗压强度（MPa）
C/W——灰水比；
A、B——实验系数，通常可采用A=029 B=0.40。
铺砌在吸水的多孔底面上（如砌筑烧结普通砖）的砂浆，其中的水分要被底面吸去一些，由一新拌砂浆都应具有良好的保水性，因而不论拌合时用多少水，经底层吸水后，保留在砂浆中的水量大致相同，因此，砂浆中的水量可基本上视为一个常量。在这种情况下，砂浆的强度主要取决于水泥强度等级和水泥用量，而不需考虑水灰比。
下式为国内普遍采用的砂浆强度计算公式：
f28=αfcQc/1000+β （8—2）
式中 f28——砂浆28天的抗压强度（试件采用无底试模成型，试模放 在铺有湿纸的砖上）（MPa）；
fc——水泥28天的抗压强度（MPa）；
Qc——每m3砂所需水泥用量（kg）；
α，β ——砂浆的特征系数，其数值随砂浆强度和水泥强度等级的大小而改变，表8-2可供参考。
8-2砂浆的特征系数 α，β
α
β
3.03
-15.09
8.2砌筑砂浆配合比设计
8.2.1 砌筑砂浆的组成材料
（一）胶凝材料
用于砌筑砂浆的胶凝材料主要是水泥。水泥品种的选择与混凝土相同。水泥强度等级应为砂浆标号的4～5倍，水泥强度等级过高，将使砂浆中水泥用量不足而导致保水性不良。
（三） 细骨料
砌筑砂浆用砂的最大粒径不应超过灰缝厚度的1/4～1/5，以保证砌筑质量。通常砖砌体的灰缝为10mm，所以砂的最大粒径规定为2.5mm，石砌体的灰缝较厚，可采用最大粒径为5mm的砂。对砂中粘土及淤泥含量，常作以下限制：M10及M10以上的砂浆应不超过5%；M2.5～M7.5的砂浆应不超过10%；M1及M1以下的砂浆应不超过15～20%。
（四） 掺合料及外加剂
为改善砂浆的和易性通常加入无机的细分散掺合料，如石灰膏或粘土膏，石灰膏必须经过陈伏，其沉入度应控制在 12cm左右，容重为1350kg/m 3 左右。
除上述掺合料外，目前许多工地还采用有机的微沫剂（即混凝土的引气剂）来改善砂浆的和易性。常用的微沫剂为松香热聚物。
8.2.2 砂筑配合此设计
在建筑工程中广泛应用的砌筑砂浆是水泥混合砂浆。原因如下：对整个砌体来说，砌体强度主要取决于砌筑材料（如砖、石）的强度，砂浆主要起传递荷载作用，其强度居次要地位。实验证明，砂浆强度变化 30%～40%，相应的砌体强度的变化仅为5%～7%。因而对砂浆强度要求不高，通常为M2.5～M10。既然砂浆强度不高，所用水泥强度等级也应较低，易选用强度等级为32.5的水泥，也可加入适量掺合料（如石灰膏、粘土膏等），以改善其保水性。这种加入掺合料的砂浆即为水泥混合砂浆。
水泥混合砂浆配合比，一般可以查阅有关手册或资料来选择。如需进行配合比设计，可先按经验公式计算配合比，再进行试验检验，其计算步骤如下：
（一）确定水泥用量
已知砂浆设计要求强度等级f2，按下式计算配制强度fm,0：
(8-3)
σ：砂浆现场强度标准差，可根据下表进行选用
砂浆强度标准差选用值 表8－3
砂浆强度等级
施工水平
M2.5
M5
M7.5
M10
M15
M20
优良
0.50
1.00
1.50
2.00
3.00
4.00
一般
0.62
1.25
1.88
2.50
3.75
5.00
较差
0.75
1.50
2.25
3.00
4.50
6.00

每立方米砂浆中的水泥用量，根据公式8－2计算，
(8-4)
fce：为水泥的实测强度，在无法取得水泥实测强度时，可按下式计算：
(8-5)
fce,k：为水泥强度等级对应的强度值；
γc：为水泥强度等级值的富余系数，该值应按实际统计资料确定，无统计资料时可取1.0。
每立方米砂浆中的砂子的用量，应按干燥状态（含水率小于0.5%）的砂子的堆积密度值作为计算值（kg）。
由于砌筑砂浆中的水分，对取没有直接影响，只是用量满足工作性要求，因此用水量可根据砂浆稠度等要求，依据经验在240～310kg/m3间选用。
（二）确定掺加料用量
每m3砂所需掺加料用量QD（kg）可按下式计算：
QD=QA-Qc （8-3）
式中：QD--每立方米砂浆所需参加料用量（kg），
QA----每立方米砂浆中水泥和掺加料总量，仪在300～350kg之间。
从该式可以看出，为了保证砂浆的和易性，胶凝材料（包括水泥和其他混合材料）在每m3砂中不宜少于350kg，当然，这仅是经验数值，实际应用时在保证砂浆和易性的前提下，可在300～350kg范围内加以调整。
（三）配合比试配
试配时易采用工程中实际使用的材料，按计算或查表所得配合比进行试拌，测定其拌和物的稠度和分层度，当不能满足要求时，应调整材料用量，直到符合要求为止。然后确定试配时的砂浆为基准配合比。
根据基准配合比，以及在基准配合比基础上，水泥用量分别增加和减少10％（在保证稠度和分层度合格的条件下，可将用水量或掺加料用量作相应调整），试配三种不同的配合比，根据标准方法成型强度试件，测定砂浆取得，并选定符合试配强度要求的且水泥用量最低的配合比作为砂浆配合比。
（四）例题
某住宅砖砌体，要求用强度等级为32.5的普通水泥配制M5.0石灰水泥混合砂浆。中砂，含水为2%，干容重1500kg/m3,陈伏好的石灰膏，容重为1350kg/m3，试计算配合比。
解：
（1）砂浆试配强度：

（2）计算水泥用量Qc

（3）计算石灰膏用量QD
QD=350-Qc=325-212=113kg
（4）确定砂浆配合比
水泥、石灰膏、砂的重量配合比为：
Qc：QD：S=212：113：1500=1:0.53:7.08
（5）确定1m3砂浆各项材料用量
1500kg砂中含水300kg左右，基本可满足砂浆稠度要求，因而容易求得每项材料用量：水泥212kg；石灰膏113kg；砂1500kg。
（五）试验调整
以上的计算配合比经过试拌，测定和易性和调整配合比，再按规定方法制备试件和强度检验，最后确定出砂浆配合比。
为了改善砂浆的和易性，也可以用微沫剂代替部分或全部石灰膏。微沫齐的掺量，以常用的松香热聚物为例，大约占大泥重的0.005～0.02%，使用时用70℃的热水拌合使用。
8.3特种砂浆
建筑工程中，用于满足某种特殊功能要求的砂浆，常用的有以下几种：
1、 防水砂浆
用作防水层的砂浆，称为防水砂浆。这种防水层也叫刚性防水层。其施工方法有两种：一是喷浆法，即利用高压枪将砂浆以每秒约100m的高速至建筑物表面，砂浆被高压空气强烈压实，密实度增大，抗渗性好。另一种是人工多层抹压法，即将砂浆分几层抹压，以减少内部毛细连通孔，增大密实性，达到防水效果。
这种防水层做法，对施工操作的技术要求很高。随着防水剂产品日益增多、性能提高，在普通水泥砂浆中掺入一定量的防水剂而制得的防水砂浆，是目前应用最广的防水砂浆品种。
防水砂浆的配合比：其水泥与砂一般不宜大于1：2.5，水灰比应为0.50～0.60，稠度不应大于80mm。水泥宜选用32.5以上的普通水泥，砂子应选用洁净的中砂。防水剂掺量按生产厂推荐的最佳掺量，最后需经试配确定。
人工涂抹时，一般分四～五层抹压，每层厚度约为5mm左右。一、三层可用防水水泥净浆，二、四、五层用防水水泥砂浆，每层初凝前用木抹子压实一遍，最后一层要压光。抹完后应加强养护。
由防水砂浆构成的刚性防水层仅适用于不受振动和具有一定刚度的混凝土或砖、石砌体工程。对于变形较大或可能发生不均匀沉陷的建筑物，都不宜采用刚性防水层。
2、保温砂浆
保温砂浆是以水泥、石灰膏、石膏等胶凝材料与膨胀珍珠岩砂、膨胀蛭石、火山渣或浮石砂、陶砂等轻质多孔骨灰按一定比例配制成的砂浆。具有轻质、保温特性。
常用的保温砂浆有水泥膨胀珍珠岩砂浆、水泥膨胀蛭石砂浆、水泥石灰膨胀蛭石砂浆等。水泥膨胀珍珠岩砂浆用32.5级普通水泥配制时，其体积比为水泥：膨胀珍珠岩砂＝1：（12～15），水灰比为1.5～2.0，导热系数为0.067～0.074W/(m•K)。可用于砖及混凝土内墙表面抹灰或喷涂。水泥石灰膨胀蛭石砂浆是一体积比水泥：石灰膏：膨胀蛭石＝1：1： （5～8）配制而成。其导热系数为0.076～0.105W/(m•K)。可用于平屋顶保温层及顶棚、内墙抹灰。
3、吸音砂浆
由轻骨料配制成的保温砂浆，一般具有良好的吸声性能，故也可作吸音砂浆用。另外，还可用水泥、石膏、砂、锯末配制成吸音砂浆。若在石灰、石膏砂浆中掺入玻璃纤维、矿棉等松软纤维材料也能获得吸声效果。吸音砂浆用于有吸音要求的室内墙壁和顶棚的抹灰。
4、耐酸砂浆
在用水玻璃和氟硅酸钠配制的耐酸涂料中，掺入适量由石英岩、花岗岩、铸石等制成的粉及细骨料可拌制成耐酸砂浆。耐酸砂浆用于耐酸地面和耐酸容器的内壁防护层。
5、防辐射砂浆
在水泥砂浆中掺入重晶石粉、重晶石砂可配制成具有防X射线能力的砂浆。其配合比约为水泥：重晶石粉：重晶石砂＝1：0.25：4～5。在水泥浆中掺入棚砂、硼酸等可配制成具有防中子辐射能力的砂浆。
本章小结
砂浆是由胶凝材料、细骨料和水等材料按适当比例配制而成。细骨料多采用天然砂。砂浆在建筑工程中，是一项用量大、用途广的建筑材料，它主要用于砌筑砖石结构（如基础、墙体等），也用于建筑物内外表面（墙面、地面、天棚等）的抹面。
　　砂浆按用途不同分为砌筑砂浆、抹灰砂浆、装饰砂浆及特种砂浆等。按所用胶结材料不同分为水泥砂浆、石灰砂浆、混合砂浆（常用的是水泥石灰混合砂浆）。
　　新拌砂浆的和易性是指新拌砂浆是否便于施工并保证质量的综合性质，其概念与混凝土拌合物和易性相同。和易性好的新拌砂浆便于施工操作，能比较容易地在砖、石等表面上铺砌成均匀、连续的薄层，且与底面紧密地粘结。流动性或称调度，其概念与混凝土拌合物流动性相同，但表示方法是用沉入度表示的。沉入度是指以重 300 克顶角为 30° 的圆锥体，在 10 秒钟沉入砂浆的深度（ mm ）。沉入度愈大，说明流动性愈高。