新型濕拌砂漿外加劑的性能研究

陳文釗樂曉鵬鄭大鋒

（1廣州市盈堅建材科技發(fā)展有限公司) (2廣東南珠建材科技有限公司) (3華南理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院）

新型濕拌砂漿外加劑的性能研究

陳文釗1樂曉鵬2鄭大鋒3

（1廣州市盈堅建材科技發(fā)展有限公司) (2廣東南珠建材科技有限公司) (3華南理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院）

針對濕拌砂漿施工時間較短、工作性能損失快的缺點，采用保坍組分、保水增稠組分、引氣組分、緩凝組分復(fù)配制備了新型砂漿外加劑。當(dāng)外加劑摻量為2.0%時，砂漿初始堆積密度為1831 kg/m3，4h稠度損失率為21.5%，保水率為88.7%，凝結(jié)時間為23.6h。SEM試驗顯示外加劑促進了鈣礬石的生成，因此提高了硬化砂漿的抗壓強度。實驗結(jié)果表明，該新型濕拌砂漿外加劑是一種性能優(yōu)良的外加劑，具有較好的應(yīng)用前景。

混拌砂漿；外加劑；稠度損失；保水率；SEM

1　前言

為了保護環(huán)境、節(jié)約資源，近年來我國對商品濕拌砂漿進行了大力推廣[1]。2014年，僅上半年全國就有17個省生產(chǎn)商品濕拌（普通）砂漿，產(chǎn)量為179.06萬m3，比上年同期增加31.33萬m3。隨著建筑技術(shù)的發(fā)展和社會環(huán)保意識的增強，商品濕拌砂漿將成為砂漿發(fā)展的必然要求。

傳統(tǒng)濕拌砂漿施工操作時間較短，工作性能損失快，制約了其快速發(fā)展[2]。為了延長商品濕拌砂漿的工作時間，常用的方法是添加性能優(yōu)良的砂漿外加劑。但目前的砂漿外加劑性能低下、水平參差不齊，其發(fā)展遠遠落后于混凝土減水劑[3]。因此，砂漿外加劑研究將越來越成為未來砂漿行業(yè)發(fā)展的關(guān)注熱點。

基于濕拌砂漿的缺點，我們以保坍組分為基本原料，與保水增稠組分、引氣組分、緩凝組分復(fù)配制備新型砂漿外加劑，提高濕拌砂漿的應(yīng)用性能。本產(chǎn)品對綠色建材的發(fā)展和環(huán)境保護都具有重要的社會和經(jīng)濟意義。

2　實驗部分

2.1原料

普通硅酸鹽水泥，粵秀PO 42.5水泥，購于珠江水泥廠；粉煤灰（GB1596-91II級），購于廣州黃埔發(fā)電廠；普通河砂，堆積密度為1450kg/m3，表觀密度為2610kg/m3，含泥量為2.3%，細度模數(shù)為2.61。

新型砂漿外加劑：自制，主要成分為保坍組分，與保水增稠組分、引氣組分、緩凝組分復(fù)配而成。

2.2砂漿性能測試

稱取一定質(zhì)量水泥、粉煤灰、河砂、一定量的外加劑溶液和適量水置于水泥膠砂攪拌機中攪拌，制得濕拌砂漿。砂漿配合比按照M 10砂漿設(shè)計，m(水泥):m(粉煤灰):m(砂)=200:130:1300。調(diào)節(jié)用水量，控制砂漿初始稠度為（90±5）m m。

砂漿的稠度、堆積密度、保水率、凝結(jié)時間、抗壓強度等性能按照《建筑砂漿基本性能試驗方法》(J GJ 70-2009)測定。

將新拌砂漿置于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護箱（溫度20℃，濕度90%）內(nèi)養(yǎng)護至指定齡期后取出破碎，用無水乙醇反復(fù)浸泡多次以終止水化，并在50℃下烘干至恒重。取片層碎片，在德國ZEISS Corp公司的M erl i n掃描電子顯微鏡下觀察硬化砂漿的微觀形貌。

3　實驗結(jié)果與討論

在實際工程中，為了確保砂漿的新拌性能和后期的強度性能，一般要求砂漿初始堆積密度不低于1750 kg/m3，保水率不低于88%，4h稠度損失不超過30%，凝結(jié)時間不超過24h。本試驗研究了新型砂漿外加劑摻量對濕拌砂漿應(yīng)用性能的影響。

3.1外加劑摻量對砂漿堆積密度的影響

由圖1可知，當(dāng)外加劑的摻量為1.5%時，砂漿堆積密度為1875kg/m3；當(dāng)摻量為2.0%時，砂漿堆積密度為1831kg/m3；當(dāng)摻量為3.0%時，砂漿堆積密度降低到1807kg/m3。由此可見，砂漿的堆積密度隨著外加劑摻量的增加而降低，但在3.0%摻量范圍內(nèi)，砂漿堆積密度均高于建筑工程要求的1750kg/m3，故該新型砂漿外加劑能夠保證硬化砂漿的后期強度。

圖1　外加劑摻量對砂漿堆積密度的影響

3.2外加劑摻量對砂漿4h稠度損失的影響

由圖2可知，砂漿的稠度損失率隨著外加劑摻量的增加而降低。當(dāng)新型外加劑的摻量為1.5%時，砂漿4h稠度損失率為33.0%；摻量為2.0%，4h稠度損失率降低為21.5%；摻量增加至3.0%時，砂漿4h稠度損失率僅為13.2%。這是因為該砂漿外加劑具有一定的引氣性能，可在砂漿中引入大量微小細膩的氣泡。氣泡的“托浮”作用使顆粒潤滑，提高砂漿的工作性能[4]。此外，外加劑中含有的增稠組分也提高了砂漿的粘聚性，有利于降低稠度損失。實驗表明，當(dāng)新型砂漿外加劑摻量為2.0%時，砂漿4h稠度損失率即可滿足施工要求。

圖2　外加劑摻量對砂漿4h稠度損失率的影響

3.3外加劑摻量對砂漿保水性能的影響

保水率實驗結(jié)果由圖3所示。由實驗結(jié)果可知，砂漿的保水率隨著外加劑摻量的增加而降低。當(dāng)外加劑摻量為1.5%時，砂漿保水率為90.3%；當(dāng)摻量為3.0%時，砂漿保水率降低至87.8%。這可能是因為該外加劑具有一定的減水性能。摻量提高，砂漿需水量降低，因此保水率下降。當(dāng)外加劑用量低于3.0%時，砂漿保水率基本可滿足建筑工程的施工要求。

圖3　外加劑摻量對砂漿保水率的影響

3.4外加劑摻量對砂漿凝結(jié)時間的影響

凝結(jié)時間是表征濕拌砂漿工作時間的重要指標(biāo)。砂漿凝結(jié)時間如果過短，不利于長距離運輸，且工作時間短。實驗研究了外加劑摻量對砂漿凝結(jié)時間的影響，結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，隨著外加劑摻量提高，砂漿凝結(jié)時間延長。當(dāng)摻量為3.0%時，砂漿凝結(jié)時間已經(jīng)達到27.8h，超出24h的要求。這是因為該砂漿外加劑含有緩凝組分，延緩了水泥水化速率，使砂漿工作時間延長。為了保證工程進度，外加劑的摻量應(yīng)以不超過2.0%為宜。

圖4　外加劑摻量對砂漿凝結(jié)時間的影響

3.5外加劑摻量對硬化砂漿抗壓強度的影響

砂漿的主要功能是粘結(jié)磚塊、石頭等其他建筑材料，硬化后要求具有一定強度。實驗研究了外加劑摻量對硬化砂漿抗壓強度的影響，結(jié)果如表1所示。

表1　外加劑摻量對硬化砂漿抗壓強度的影響

由表1可知，當(dāng)外加劑摻量低于2.0%時，砂漿抗壓強度隨外加劑摻量提高而增大。當(dāng)外加劑摻量為1.5%時，砂漿14d抗壓強度已達14.3M Pa，28d抗壓強度達20.6M Pa，均高于同齡期空白砂漿的抗壓強度。這是因為此新型砂漿外加劑中含有減水保塑組分，當(dāng)砂漿初始稠度保持一致時，外加劑的摻入使砂漿用水量減少，因此抗壓強度提高。但當(dāng)外加劑摻量為3.0%時，硬化砂漿抗壓強度有所降低，14d抗壓強度降為12.1M Pa。這主要是因為外加劑中含有引氣組分。當(dāng)摻量過高時，外加劑在砂漿中引入過多氣泡，降低了結(jié)構(gòu)的密實性，使砂漿抗壓強度降低。

3.6外加劑對硬化砂漿微觀形貌的影響

通過對砂漿斷面掃描電鏡觀察，從微觀形貌的角度解釋外加劑影響硬化砂漿抗壓強度的機理。實驗分別選取了28d水化齡期的空白砂漿和摻2.0%外加劑砂漿試樣進行掃描電鏡觀察，如圖5所示。

如圖5所示，圖3(a)為空白砂漿試樣，多為絮狀水化產(chǎn)物；圖3(b)則多見短針狀鈣礬石（AFt）[5,6]。AFt在孔隙處成簇狀向孔內(nèi)生長，并出現(xiàn)片層結(jié)構(gòu)，可能是因為隨著水化反應(yīng)的進行，AFt轉(zhuǎn)化成水化硫鋁酸鈣（AFm），此時水化產(chǎn)物直徑多在1μm左右。這說明，外加劑的摻入促進了對硬化砂漿早期強度有增強作用的水化產(chǎn)物AFt大量生成，導(dǎo)致砂漿抗壓強度提高。

圖5　外加劑對硬化砂漿的微觀形貌的影響

4　結(jié)論

⑴采用保坍組分，與保水增稠組分、引氣組分、緩凝組分復(fù)配制備了新型砂漿外加劑。當(dāng)砂漿初始稠度為（90±5）m m，外加劑摻量為2.0%時，砂漿初始堆積密度為1831 kg/m3；4h稠度損失率為21.5%；保水率為88.7%；凝結(jié)時間為23.6h。砂漿的各項應(yīng)用性能滿足行業(yè)要求。

⑵當(dāng)外加劑摻量為2.0%時，硬化砂漿14d抗壓強度為16.7M Pa，28d抗壓強度為22.1M Pa。砂漿具有較高的強度，不容易出現(xiàn)空鼓、開裂等問題。SEM結(jié)果顯示，外加劑促進了短針狀A(yù)Ft的生成，有利于硬化砂漿的早期強度，因此砂漿抗壓強度提高?！?/p>

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[2]吳村,富恩久.商品砂漿的現(xiàn)狀與未來[J].混凝土,2005, (1):61-63.

[3]張招.關(guān)于當(dāng)前建筑砂漿外加劑的幾個問題[J].建筑技術(shù), 2001,(5):322.

[4]張粉芹,王海波,王起才.摻合料和引氣劑對混凝土孔結(jié)構(gòu)與性能影響的研究[J].水力發(fā)電學(xué)報,2010,29(1):180-185.

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