外加劑對預(yù)拌砂漿的正交試驗研究

朱雪峰，張樓，劉小全

（南京益夫新材料科技有限公司，江蘇南京 210000）

0 引言

外加劑作為預(yù)拌砂漿重要的組成部分， 能夠顯著改善預(yù)拌砂漿的性能。 外加劑[1]按其功能可分為減水劑、保水劑、引氣劑、緩凝劑等。 縱觀預(yù)拌砂漿研究現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)研究多集中在不同品種[2]不同摻量[3-4]外加劑對預(yù)拌砂漿的性能影響，而對幾種外加劑綜合影響預(yù)拌砂漿的性能研究較少。 基于此，文章設(shè)計了減水劑、保水劑、引氣劑在不同摻量下的三因素三水平正交試驗，分析了預(yù)拌砂漿的表觀密度、保水性和立方體抗壓強度。

1 試驗

1.1 試驗原材料

水泥采用安徽海螺水泥股份有限公司生產(chǎn)的P·O 42.5 水泥，主要化學(xué)成分組成見表1。

表1 水泥的化學(xué)成分組成單位：%

粉煤灰采用馬鞍山第二發(fā)電廠生產(chǎn)的F 類Ⅱ級粉煤灰，45 μm 篩篩余量為24.7%， 需水量比為102%，活性指數(shù)為76%，化學(xué)成分組成見表2。

表2 粉煤灰化學(xué)成分組成單位：%

砂為機制砂，母巖為石灰?guī)r，細度模數(shù)2.7，石粉含量3.4%。

減水劑為粉劑聚羧酸減水劑，減水率≥20%。

保水劑為羥丙基甲基纖維素 （HPMC）， 黏度100 000 mPa·s。

引氣劑為α-烯基磺酸鈉。

水為自來水。

1.2 試驗方法

控制砂漿稠度90~100 mm。 砂漿的攪拌、制備及性能按JGJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》進行，分別測試砂漿的稠度、表觀密度、保水性、立方體抗壓強度。

1.3 正交試驗方案設(shè)計

本試驗主要針對不同外加劑摻量對水泥基材料的性能影響進行研究， 其基準(zhǔn)配合比為水泥∶粉煤灰∶砂=0.12∶0.08∶0.8。 選用三因素三水平正交試驗表，見表3，以減水劑、保水劑、引氣劑為因素，考察指標(biāo)為用水量、表觀密度、保水率、立方體抗壓強度，試驗安排與配合比見表4。

表3 正交試驗因素水平單位：‰

表4 正交試驗方案設(shè)計

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗結(jié)果

外加劑對預(yù)拌砂漿性能影響的試驗結(jié)果如表5 所示。 從表5 可知，Z1 組保水率低于GB/T 25181—2019《預(yù)拌砂漿》中要求，Z2~Z9 組指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。其中，Z5 組抗壓強度明顯高于其他組， 該組的減水劑摻量為0.10‰， 保水劑摻量為0.10‰，引氣劑摻量為0.06‰。

表5 預(yù)拌砂漿正交試驗結(jié)果

2.2 表觀密度試驗結(jié)果分析

基于正交試驗結(jié)果進行單指標(biāo)極差分析，分別計算每一個影響因素不同水平下的試驗結(jié)果。表觀密度的極差分析結(jié)果如表6 所示。

表6 表觀密度極差分析單位：kg/m3

由表6 可知，三種外加劑對于表觀密度的影響順序為引氣劑＞保水劑＞減水劑。 同時，預(yù)拌砂漿的表觀密度都隨著引氣劑、保水劑和減水劑摻量的增加而降低。 摻入引氣劑后，砂漿會在攪拌過程中引入大量均勻、穩(wěn)定的微小氣泡，因而可以明顯降低砂漿的表觀密度，這也與試驗結(jié)果相符。 摻入保水劑后，HPMC 吸水膨脹，導(dǎo)致大孔數(shù)量增加，也起到了穩(wěn)泡作用[5]，因而保水劑摻量越高，表觀密度越低。摻入減水劑后，在保證砂漿稠度的前提下，降低了砂漿的用水量，從而提升了砂漿的黏度[6]，提升了砂漿含氣量[7]，因而減水劑摻量增加，砂漿的表觀密度降低。

2.3 保水率試驗結(jié)果分析

保水率的極差分析結(jié)果如表7 所示，由表7 可知，三種外加劑對表觀密度的影響順序為保水劑＞減水劑＞引氣劑。 同時，砂漿的保水率都隨著保水劑、減水劑和引氣劑摻量的增加而增加。

表7 保水率極差分析單位：%

摻入保水劑后， 可顯著提升砂漿的保水率，這是由于HPMC 的吸附特性所致，HPMC 吸水后膨脹形成膠體膜結(jié)構(gòu)，改變了新拌水泥漿體孔壁表面結(jié)構(gòu)，與水化產(chǎn)物一起縮小或堵塞了水分的傳輸通道，提升了砂漿的保水性，同時保水劑摻量越高，保水率越高。摻入減水劑后，降低了砂漿的用水量，提升了砂漿的黏度，因而減水劑摻量越高，砂漿保水率越高。 摻入引氣劑后，引入了大量均勻穩(wěn)定的微小氣泡，有助于提升砂漿的均勻性，降低了水分從砂漿中離析出來的速度[8]，因而砂漿的保水率隨著引氣劑的增加逐漸增加。

2.4 抗壓強度結(jié)果分析

抗壓強度的極差分析結(jié)果如表8 所示，由表8可知， 三種外加劑對抗壓強度的影響順序為引氣劑＞保水劑＞減水劑。 同時，砂漿的抗壓強度隨著引氣劑摻量的增加而降低，隨著保水劑、減水劑摻量的增加先增加后降低。

表8 抗壓強度極差分析單位：MPa

摻入引氣劑后，砂漿的含氣量增加，降低了砂漿的密實度，強度隨之下降[9]。 摻入保水劑后，提升了砂漿的保水性和均勻性， 因而在一定范圍內(nèi)，保水劑摻量增加，強度略微增加，但隨著HPMC 摻量的提高，氣孔增多，強度也會隨之下降。摻入減水劑后，在保持砂漿稠度不變的前提下，隨著減水劑摻量的增加，用水量減小，表現(xiàn)出強度上升，但由于保水劑和引氣劑的綜合作用， 減水劑摻量繼續(xù)增加，砂漿表觀密度降低，強度因而降低。

綜合上述幾個指標(biāo)， 對減水劑和引氣劑摻量，取水平2 較優(yōu)，保水劑摻量取水平1，因此要得到性能指標(biāo)較優(yōu)的砂漿，建議最佳組合為A2B1C2。

3 結(jié)論

（1）在試驗因素所取水平范圍內(nèi)，對表觀密度的影響順序為引氣劑＞保水劑＞減水劑。 對保水率的影響順序為保水劑＞減水劑＞引氣劑。 對強度的影響順序為引氣劑＞保水劑＞減水劑。

（2）綜合幾個指標(biāo)，得到較優(yōu)砂漿性能指標(biāo)的最佳組合為A2B1C2，即減水劑摻量0.10‰，保水劑摻量0.10‰，引氣劑摻量0.06‰。