所谓普通预拌砂浆配合比设计，就是根据工程技术需求、环境条件和施工要求确定预拌砂浆单位体积中的胶凝材料、掺合料、砂、外加剂和拌合水等各组成材料的质量比例。预拌砂浆主要由五组分组成，每一组分的变化都会影响预拌砂浆的配合比。虽然预拌砂浆自20世纪50年代就在欧洲使用，但目前还没有一种统一的普通预拌砂浆配合比设计方法。这主要是因为预拌砂浆的基本组分随着时间、地点的变化而变化，从而影响预拌砂浆的基本配合比。
一、预拌砂浆配合比设计的基本原则
预拌砂浆的生产，其目的是为了工程应用。如何配制出符合工程需求的预拌砂浆，首先应考虑预拌砂浆的力学性能和耐久性能应满足工程应用要求，其次预拌砂浆良好的施工性能（预拌砂浆和易性）是实现预拌砂浆力学性能和耐久性能的重要保证。在满足预拌砂浆施工性能、力学性能和耐久性能的情况下，预拌砂浆的成本是施工方必须面临的经济指标。因此要配制出满足市场需求的预拌砂浆，必须综合考虑预拌砂浆的施工性能、力学性能、耐久性能和经济性能。
1、预拌砂浆力学性能
满足工程力学性能的需要是预拌砂浆配合比设计的基本任务。一般预拌砂浆的强度根据实际工程需要确定，具体考虑工程部位的受力情况、重要性、所处环境特点和尺寸（体积）等。
根据工程需求，可以确定所需预拌砂浆的强度等级。强度是预拌砂浆最重要的性能之一，通常反映预拌砂浆的整体质量，其影响因素比较多，除原材料组成外，水灰比、灰砂比、养护条件、龄期、施工工艺等都有一定的影响。
预拌砂浆的强度，与其铺设底层的吸水性有关。当基底为多孔吸水材料时，由于基底迅速大量地吸取砂浆中的水分，使调制的砂浆与其水灰比不一样，但最后，砂浆硬化时所保留的水分基本上相同，故预拌砂浆强度与水灰比的关系不像混凝土那样直接。预拌砂浆的强度只与胶结料的用量及强度有关。一般水泥砂浆的强度可由下列公式来表示：
2、预拌砂浆耐久性能
一般建设工程设计时，其使用寿命一般在50年以上。为了保证建筑工程拥有足够的使用寿命，除了考虑材料的强度，更需要考虑材料的耐久性能。而预拌砂浆作为建筑工程中重要的建筑材料之一，其耐久性能也不容忽视。根据建筑材料使用时所处的环境类别，主要有碳化破坏、氯盐侵蚀、化学侵蚀环境、冻融破坏环境和磨损环境等常见环境破坏。针对这几类环境破坏，想对应的预拌砂浆耐久性能指标有抗渗性、抗碳化性、抗侵蚀性、抗冻性、抗压疲劳强度等。其中抗渗性和抗冻性是普通预拌砂浆最重要的耐久性能指标。
影响预拌砂浆抗渗性的因素主要有水胶比、集料的最大粒径、水泥品种、外加剂、矿物掺合料等，其中水胶比是决定因素。水胶比越大，预拌砂浆的抗渗性越差。
影响预拌砂浆抗冻性的主要因素有骨料、水胶比、水泥用量、外加剂等，其中水泥用量少和水胶比大的预拌砂浆抗冻性差，引气剂能显著改善预拌砂浆的抗渗性。
3、良好的施工性能
砂浆的施工性能是评价砂浆性能的重要指标。施工性能良好的砂浆容易在粗糙的砖石面上铺设成均匀的薄层，而且能和底面紧密粘结，既便于施工，使工人省力、劳动生产率高，又能提高墙体质量。砂浆的工作性主要是指流动性（稠度）和保水性。
流动性是指砂浆的稠度，一定的流动性可以使砂浆易于涂抹成型，尤其在基层不平整时，能充分填满墙体缝隙而不流失。砂浆的流动性与用水量多少、胶结料的用量和种类、砂子粗细及表面情况、空隙率以及搅拌时间有关。
保水性表示砂浆保持水分的能力。新拌砂浆在运输和使用过程中，必须保持水分不会很快流失。保水性不好的砂浆在使用过程中容易离析、泌水，铺砌在多孔的砖石底面上水分容易被吸收。这样，砂浆变得干稠，不但影响砂浆铺砌、正常硬化及底面的黏结力，而且会降低砂浆的强度。保水性可用保水率来表示。
影响预拌砂浆施工性能的因素主要有单位用水量、水胶比、水泥浆数量、时间和温度以及水泥种类、砂子级配、外加剂、矿物掺合料等。其中，预拌砂浆稠度与单位用水量成正比关系，即单位用水量增大，其稠度也增大。适当增加单位用水量，可改善砂浆的流动性，利于施工；但单位用水量过大时，会导致严重的分层、离析，严重降低预拌砂浆的强度和耐久性。
在水泥、骨料用量均不变的情况下，水灰比增大，预拌砂浆流动性增加，反之则减少。水灰比过小，水泥浆体干稠，预拌砂浆流动性偏低。水灰比过大，会造成预拌砂浆离析分层和保水性不良。
砂的颗粒级配对预拌砂浆的工作性能有重要影响。砂中的粗颗粒较多时，容易使砂浆产生泌水、分层等现象。砂中细颗粒居多时，虽然在一定程度上提高预拌砂浆的保水性能，不宜分层。但过多的细砂会增加砂的比表面积，增加砂浆用水量，降低砂浆强度，容易导致砂浆开裂。
水泥浆体数量在水灰比不变的情况下，是影响预拌砂浆和易性的重要因素。单位体积拌合物内，如果水泥浆多，则拌合物流动性大。当水泥浆过少时，将无法填充骨料之间的间隙与包裹骨料颗粒表面，无法保证必要的流动性，使预拌砂浆施工性能变差。
保水增稠外加剂的使用能够有效的改善预拌砂浆的施工性能。随着保水增稠外加剂掺量的增加，预拌砂浆的保水性能和稠度得到改善。但是过多的保水增稠外加剂的使用，会使预拌砂浆的强度有所下降。
4、经济性
在预拌砂浆施工性能、力学性能和耐久性能均符合相关标准的情况下，预拌砂浆的经济性显得尤为重要。影响预拌砂浆成本的因素有很多，而预拌砂浆配合比是一个关键因素。预拌砂浆配合比的经济性表现在两个方面。
一方面，通过控制原材料用量，降低预拌砂浆成本。预拌砂浆生产的成本费用包括材料、设备和人力。在材料成本中，外加剂价格最高，水泥的价格远高于砂子，控制外加剂掺量、节省水泥是控制材料成本的最有效措施，基本手段是提高外加剂与水泥的适应性，减少外加剂掺量，提高掺合物用量、采用良好颗粒级配的骨料等以减少水泥用量。
另外，预拌砂浆生产的成本费用又与强度要求有直接的关系，为保证预拌砂浆有很高的均匀性，强度的变化值应控制在很小的范围内，这就需要在配合比设计时，确定预拌砂浆最高和最低强度。预拌砂浆现场施工的人力投入及费用还受到预拌砂浆施工性能的影响。为此，在满足砂浆和易性的前提下，预拌砂浆配合比应具有最小的单位用水量，控制合理的砂浆稠度，以期用尽可能少的水泥，获得较高的强度效率。
另一方面，是长远的经济效益和整体的经济效益，如耐久性好、维护费用少、使用中能耗低等。其中，耐久性是最重要的指标，因为较长的使用寿命是建筑施工方节约成本最有效的手段。
二、预拌砂浆配合比设计计算
我国预拌砂浆起步较晚，20世纪90年代末才大力发展，相继推出了一系列标准，但大多为地方标准。行业性的标准有：JGJ/T 70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》、JGJ 98-2000《砌筑砂浆配合比设计规程》、JG/T 164-2004《砌筑砂浆增塑剂》以及JG/T 230-2007《预拌砂浆》等。JG/T 230-2007《预拌砂浆》规定，预拌砂浆中最常用的普通预拌砂浆包括砌筑砂浆、抹灰砂浆、地面砂浆三大类，其配合比设计均可参考JGJ 98-2000《砌筑砂浆配合比设计规程》。
1、预拌砂浆配合比设计思路
预拌砂浆配合比就是根据预拌砂浆设计的强度等级、砂浆所应用的工程特征、胶凝材料的品种及强度等级以及砂浆各组分原材料的性能进行计算和试配。
2、预拌砂浆配合比设计步骤
目前预拌砂浆中单纯采用水泥和砂，或者水泥、砂和保水增稠剂的配合比几乎没有，一般预拌砂浆的组成原材料为水泥、掺合料、保水增稠剂和砂子，其中掺合料使用较多的是粉煤灰。由此，以水泥、粉煤灰、保水增稠剂和砂子为主要组分，依据JGJ 98-2000《砌筑砂浆配合比设计规程》中的设计方法进行预拌砂浆配合比设计，具体设计步骤如下：
（1）砂浆配置强度确定ƒm,o 为满足保证率为95%的要求，砂浆的配置强度ƒm,o应为设计强度等级ƒm,k加0.645倍均方差σ。
n—— 统计周期内统一品种砂浆试件的总组数，n≥25。
当不具有近期统计资料时，砂浆配置的强度标准差可按表3-1选取，但对于强度在20MPa以上的砂浆，其σ以统计资料或者是通过实际试验数据为准。
表3-1 砂浆强度标准差σ选用值
（3）计算保水增稠剂的用量Qt 目前国内干粉砂浆保水增稠剂主要可以分为纤维素醚类、高吸附性层状硅酸盐类（膨润土、偏高岭土等）、石灰膏类和其他无机有机复合类。石灰膏类外加剂因为其污染成本较高和质量较难控制已基本淘汰，一般选用纤维素醚类、高吸附性层状硅酸盐类膨润土、偏高岭土等和无机有机复合的稠化粉等。
预拌砂浆中保水增稠剂的用量，应根据预拌砂浆的保水率确定。具体参考标准JG/T 230-2007《预拌砂浆》，预拌砂浆保水率大于88%。一般通过JGJ/T 70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》试验规程中保水性试验方法，根据试验数据确定预拌砂浆保水率达到88%时的保水增稠剂的用量Qt。但在配合比设计过程中，可根据保水增稠剂供应商提供的参考数据确定一定的用量Qt。
（4）选择取代水泥率βm和超量系数δm 取代水泥率是指基准砂浆中的水泥被粉煤灰取代的百分率，超量系数是指粉煤灰掺入量与其取代水泥量的比值。取代水泥率和超量系数可根据预拌砂浆设计强度等级和使用要求以及粉煤灰的等级参考表3-2的推荐值选用，一般预拌砂浆强度越高，粉煤灰取代率越低。
表3-2 砂浆中粉煤灰取代水泥率和超量系数
（5）计算粉煤灰水泥砂浆中的水泥用量Qc 粉煤灰用量的确定以砂浆基准水泥用量为基础，根据粉煤灰取代水泥率由下式求出每立方米砂浆中水泥的用量：
（6）计算粉煤灰用量Qf 由于粉煤灰不具有自身水化硬化特性，只能在有活性激发剂（如硅酸盐水泥等）作用下，才能具有强度。因此，粉煤灰一般采用“超量”取代水泥方式保证砂浆强度达标。粉煤灰超量系数见表2-2。
（7）计算粉煤灰超出所取代水泥的体积△V
（9（9）通过试拌，根据不同品种预拌砂浆要求确定用水量Qw
（1（10）配合比的试配和校核
和易性校核：根据工程实际使用的材料，按设计配合比试拌砂浆，测定新拌砂浆的稠度和保水率。当不能满足JG/T 230-2007《预拌砂浆》技术要求时，应调整材料用量。通过对材料的调整，直至新拌砂浆的和易性满足技术要求，这是的配合比为基准配合比。
强度校核：水泥用量和粉煤灰取代水泥率都会影响粉煤灰砂浆的强度。一般为了在短时间内进行强度校核，在试配时至少采用三个不同的配合比。其中一个为基准配合比，另外两个配合比的水泥用量按基准配合比分别增减10%。在保证稠度、保水率合格的条件下，适当的调整其用水量和掺合料（粉煤灰）的用量。根据这三个配合比，按照JGJ/T 70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》试验规程中立方体强度试验方法测试28d砂浆抗压强度，选择强度符合设计要求且水泥用量最低的配合比为预拌砂浆的施工配合比。
3、常用普通预拌砂浆配合比实例
（1）、普通预拌水泥砂浆配合比 根据上述预拌砂浆配合比设计步骤，根据常州地区的原材料情况进行了试配，所用水泥为江苏扬子水泥厂生产的42.5级和52.5级水泥；粉煤灰为中国国电集团谏壁发电厂的Ⅱ级灰；保水增稠剂为常州弘正建材有限公司生产的HZ-P型高效保水稠化粉；砂为中砂，细度模式为2.3，堆积密度为1560kg/m3。不同标号预拌砂浆配合比见表3-3。
表3-3 不同标号预拌砂浆配合比
（2）粉刷石膏预拌砂浆配合比 参照普通预拌水泥砂浆配合比设计，根据JC/T 517—2004《粉刷石膏》技术要求，对粉刷石膏预拌砂浆进行了配合比设计。所用建筑石膏来自江苏苏州；石膏缓凝剂为苏州兴邦化工生产的石膏专业缓凝剂；保水剂为赫克力士生产的甲基纤维素醚；PVA为河南天盛生产；碳酸钙为400目，产自江苏宜兴。砂为烘干黄砂，堆积密度为1420kg/m3。粉刷石膏预拌砂浆具体配合比见表3-4。
表3-4 粉刷石膏预拌砂浆配合比
4、夏、冬季施工条件下，普通预拌砂浆配合比设计思路
（1）、普通预拌砂浆夏季施工配合比设计
夏季炎热高温地区施工，预拌砂浆应用将会受到高温影响。
一方面，在日平均气温超过25℃或最高气温在30℃以上环境施工，由于温度高水化反应加速，砂浆流动性损失快，水分容易蒸发，砂浆凝结时间缩短，因此容易造成施工困难、砂浆产生裂缝、不均匀等缺陷。例如砂浆温度每升高10℃，砂浆相应的用水量增加，会导致砂浆强度下降。
另一方面，预拌砂浆所用保水增稠剂多数为纤维素醚，纤维素醚在高温条件下，黏度下降，保水性能下降，加速砂浆水分的流失，使砂浆的黏结力下降，导致开裂、空鼓现象的产生。
针对夏季施工的特点，对用于夏季的预拌砂浆，应在配合比设计中考虑气温升高带来的不利影响。主要从提高预拌砂浆保水性和改善砂浆凝结时间角度来解决夏季施工的问题。
针对保水性的不足，可以适当提高保水增稠剂的掺量，或者将有机类保水增稠剂更换成高吸附性层状硅酸盐类保水增稠剂，以提高砂浆保水率来减少因高温而带来的水分挥发问题。
对于施工性能的影响，可在砂浆中选用合适的缓凝剂，以延长砂浆施工的开放时间。鉴于预拌砂浆特点，应选用粉状缓凝剂。一般可在预拌砂浆中选用以下几类缓凝剂：
①糖类，糖钙、葡萄糖酸盐等；
②木质素磺酸盐类，木质素磺酸钙、木质素磺酸钠等；
③羟基羧酸及其盐类，柠檬酸、酒石酸钾钠等；
④无机盐类，锌盐、磷酸盐等；
⑤其他铵盐及其衍生物、纤维素醚等。
表3-5为木质素磺酸钙缓凝剂在普通预拌砂浆夏季施工配合比设计中的应用，表中数据是在室温30℃的条件下测试所得，数据表明在增加保水增稠剂和木钙掺量的情况下，预拌砂浆的保水性能和凝结时间得到改善，符合JG/T 230-2007《预拌砂浆》中的技术要求。
表3-5 普通预拌砂浆DMM10夏季施工配合比设计
（2）普通预拌砂浆冬季施工配合比设计
我国广大北方地区天气多比较寒冷。冬季可长达4~6个月，这种寒冷的气候，对砂浆工程施工影响很大。预拌砂浆对温度非常敏感，温度每降低1℃，水泥的水化速率就要降低5%~7%。如果温度降到4℃以下，水泥水化所需水即开始膨胀，当水温降到0℃以下，砂浆中游离水分开始结冰，水分结冰后水化作用即趋于停止。当温度低于-15℃时，游离水几乎全部结冰，而水分结冰后其体积膨胀月9%。这对于强度不高的新形成的砂浆可能产生永久性的损害，会导致砂浆的开裂、剥落。
因此，砂浆的冬季施工是不可避免的，我国规定当室外日平均气温低于5℃即进入冬季施工。对于预拌砂浆冬季施工，经常遇到的问题主要有两方面，一方面是低温对预拌砂浆的破坏；另一方面是低温导致水泥水化反应速度降低，凝结时间延长，使砂浆收光时间推后，导致施工进度下降。
针对预拌砂浆冬季施工的不足，为了保证砂浆施工的质量和进度，一般要使用防冻剂。可选用的防冻剂见表3-6。
表3-6 常用于防冻剂的盐类
针对上述防冻剂，出于对混凝土中钢筋的保护，一般有限选用不含氯离子的防冻剂。另外砂浆一般作为建筑墙体的饰面层，其外观形象和环境影响比较重要，因而在选择防冻剂时，要考虑碱含量，以免砂浆泛碱，影响外观。同时不宜选用尿素类防冻剂，避免氨气的污染。出于这些方面的考虑以及经济性因素，目前硝酸钙和甲酸钙为预拌砂浆中优先选用的防冻剂。
表3-7为普通预拌砂浆DPM7.5的冬季施工配合比设计，试验条件为室温2℃。试验数据表明，防冻剂的加入能够改善预拌砂浆冬季施工性能，缩短砂浆凝结时间，便于砂浆收光，提高施工效率。其中甲酸钙与氯化钙复配对砂浆冬季施工改善效果最佳。但考虑到氯离子的影响，一般考虑硝酸钙和甲酸钙复配为宜。
表3-7 普通预拌砂浆DPM7.5的冬季施工配合比设计
5、预拌砂浆配合比设计的管理
①预拌砂浆的使用对象——建筑工程的情况十分复杂，每一个工程由于设计、施工、环境、地理位置的不同，均有其复杂性及特殊性，因此预拌砂浆配合比的设计涉及产品的品种较多，牵涉面广、变化调整频繁、影响砂浆最终质量结果的因素更多，其配合比（基准配合比）必须由专人按照有关技术规程进行理论设计计算，并结合工程设计要求、施工工艺、原材料性能状况、本企业的工业设备及生产技术管理水平以及预拌砂浆行业特点进行试验及调整，并在生产中进行动态控制。
在配合比设计中切忌照搬别人的配方，预拌砂浆的生产受诸多复杂因素的影响，不分条件及场合的生搬硬套是十分危险的，这样的事故不胜枚举，教训深刻。因此预拌砂浆在生产前必须经过严格而系统的试配试验，并且区分试验室与现场施工环境的差别，取得良好的试验效果。由试验室通过试验取得的成果，还必须由技术负责人审核后才能应用于生产，未经审核的配合比不得使用。
②预拌砂浆的生产过程要进行动态控制，动态控制在基准预拌砂浆配合比基础上进行，由试验室掌握，根据工程情况、设计要求、气候变化、运输途中的交通状况、原材料的变化情况及工地的配合程度等因素，结合实践经验进行调整，技术负责人在整个过程中起领导作用。
③对工程上应用的配合比进行数据统计，给每一个配方编一个不重复的编号，以便于质量追踪和信息反馈，并按工程单位分列存档、备查，不得涂改或丢失。
对长期停止使用的配方，在重新使用时应重新进行试验，复核该配合比的重现性，避免应原材料变化而造成质量事故，确保万无一失。
④科学合理的使用掺合料能够取得良好的技术经济效益，因此应努力探索外加剂、粉煤灰、磨细矿渣等材料的双掺或多掺技术，掺合料的添加不仅能够降低成本，而且也能改善预拌砂浆的性能，提高质量，在这方面应做到胆大心细。
6、预拌砂浆配合比设计的注意事项
预拌砂浆的基础配合比对预拌砂浆的设计具有一定的意义。但是，在实际进行配合比设计时还必须注意以下几个问题
①同一配合比在不同地区生产的产品，质量、性能等都有可能不一样，并且当地气候、施工环境对预拌砂浆的施工质量将产生很大影响。所以应在基础配合比的基础上，进行配合比的再设计并进行试验室研究工作，研发适合本地使用的最佳配料方案。
②一般来说，基础配合比仅考虑了产品是否满足性能要求，但实际使用中，成本往往是影响预拌砂浆的重要因素。应当综合考虑性能和成本，进行配合比的再设计，达到满足性能条件下，尽可能降低生产成本的目的。
③预拌砂浆性能对原料种类、产地、质量的依赖程度强。
来源：苏州宜和益砂浆科技有限公司《干混预拌砂浆应用技术指导》
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