建筑砂浆塑化剂的制备及性能研究

建筑砂浆塑化剂的制备及性能研究范德科王栋民高昱中国矿业大学（北京）混凝土与环境材料研究所，北京100083摘要：研究了引气剂、减水剂、保水增稠剂等对建筑砂浆性能的影响，并通过复合调配，制备出一种性价比较高的砂浆塑化剂；并研究了添加塑化剂砂浆的含气量、分层度、强度等性能。研究表明：在塑化剂掺量为1立方砂浆中掺150g时，改善和提高了砂浆的工作性和耐久性。关键词：干粉砂浆；砂浆塑化剂；工作性；耐久性1前言建筑砂浆是建筑工程中用量大、用途广的材料。传统砂浆一般现场拌制，施工和易性差、粘结力低、收缩大、耐久性差、用于内外墙饰面容易开裂、渗漏、空鼓、脱落等。而且现场拌制计量不准，也不可避免的产生资源浪费和环境污染。为了更好的控制质量、提高施工效率，干粉砂浆必然会代替现场拌制的传统砂浆。无论从品质稳定性、优良的施工性，还是减少环境污染和节约投资等方面干粉砂浆都具有特殊的优越性[1]。为了实现文明施工和保护环境，我国大部分城市已经开始推行商品砂浆，而且2007年6月6日，建设部、环保总局等六个部局联合下发了《关于城市城区限期禁止现场搅拌砂浆的通知》，干粉砂浆必然会得到更快的发展。2试验原材料及方法2.1试验原材料实验用P.O.32.5水泥，北京水泥厂生产，其化学及矿物组成和物理性能分别见表1、表2：表1P.O.32.5水泥化学及矿物组成（%）SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3Na2O烧失量f-CaOC3SC3A21.244.732.6363.941.782.730.542.061.0054.017.36表2P.O.32.5水泥物理性能细度比表面积（m2/Kg）标准稠度（%）安定性抗折强度(MPa)抗压强度(MPa)3d28d3d28d0.733227.2合格5.39.328.258.1实验用砂：选用细度模数Mx=2.8～3.2的中砂，砂应符合《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》（JGJ52）的规定，并全部过5mm筛，砂的含泥量不应超过5%。外加剂：实验用外加剂主要有减水剂、增稠保水剂、引气剂。膨润土：试验用辽宁钙凌源基膨润土、钠基膨润土、辽宁红山钙基膨润土、河北宣化钙基膨润土，化学成分如表3。表3不同膨润土的化学组成膨润土SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2O凌源钠基凌源钙基红山钙基宣化钙基65.467.6073.0662.7314.814.0516.1713.151.961.901.630.881.934.362.106.572.624.212.722.351.340.430.403.473.750.570.390.48注：以上数据中未列出的是烧失量。2.2实验方法建筑砂浆的稠度试验、密度试验、分层度试验、凝结时间试验、立方体抗压强度试验、抗冻性试验、收缩试验按照JGJ70－90《建筑砂将基本性能试验方法》执行，配合比设计按照JGJ98－2000《砌筑建筑砂浆配合比设计规程标准》执行。膨润土膨胀倍、吸兰量的测试方法按照行标《膨润土试验方法》（JC/T593-1995）执行。3．实验结果及分析3.1引气剂掺量对建筑砂浆性能的影响试验通过起泡性能试验、实用性等决定采用十二烷基硫酸钠作为引气剂[2]。从用水量、分层度、泌水量、密度、含气量及抗压强度等方面来研究引气剂对建筑砂浆性能的影响。建筑砂浆以M7.5为主进行试验，其配合比为水泥：砂子=1:5,用水量依稠度在70～80mm控制。考察砂浆的七天强度。试验数据见表4。引气剂的掺量既要达到引气量(≤20%),且有较好的保持性,即要求静置一小时含气量减少不大于4%,还要保证抗压强度达到基准建筑砂浆的75%以上。砂浆的分层度控制在10～30mm的范围内，从表4看，分层度都大于20mm。3.1.1引气剂掺量与建筑砂浆含气量的关系从图1可得，随着引气剂掺量的增大，砂浆含气量增大。当引气剂增大到十万分之7.98时，砂浆含气量达到了饱和点，即使引气剂掺量再增加，砂浆含气量也不再增大；当引气剂掺量超过十万分之6.84，砂浆含气量的保持性变差，静置一小时后含气量减少值增大。由以上分析可知，塑化剂中引气剂掺量的饱和点为十万分之7.98；需要进一步解决的是砂浆含气量的保持性问题。表4引气剂的掺量对建筑砂浆性能的影响试验编号引气剂掺量(水泥的105分之一)用水量(kg/m3)稠度(mm)分层度(mm)初始含气量A0(%)1小时含气量A1(%)初始密度D0(103kg/m3)1小时密度D1(103kg/m3)泌水水率比(%)7天强度(Mpa)7天与基准强度比(%)0123456703.424.565.706.847.989.1210.26235.4215.3210.3205.6200.7195.0193.5190.7797778757678767635222121222425234.0410.611.112.212.714.014.214.44.0410.210.510.39.9510.410.510.72.1071.9911.9871.9691.9651.9451.9421.9422.1072.0002.0012.0112.0272.0262.0262.0261.961.761.651.471.331.321.281.2611.310.49.89.38.98.58.38.210092.086.682.378.975.273.472.6图1引气剂掺量和砂浆含气量间的关系3.1.2引气剂掺量与砂浆用水量的影响砂浆内部大量微小气孔的引入，相当于将内部的水置换出来，这样起到了减水的作用，节约了拌和用水[3]。引气剂的掺入使得建砂浆的拌和用水量减少，引气剂的掺量增大，减水量也增大。图2引气剂的掺量与砂浆用水量的关系3.1.3引气剂掺量与砂浆抗压强度的关系如图3所示，随着引气剂掺量的增加，砂浆的抗压强度呈下降的趋势。当引气剂掺量大于十万分之7.98时，砂浆的抗压强度比小于75％。为了兼顾塑化剂适用于低等级强度的建筑砂浆，引气剂掺量为十万分之7.98,还得适当的提高建筑砂浆的抗压强度。由前面分析可知，引气剂对砂浆性能的影响是：随着引气剂的掺量增加，砂浆的含气量增加，用水量减少，泌水减小；而砂浆的密度下降，抗压强度也下降。3.2增稠剂对建筑砂浆性能的影响02468101246810121416砂浆的含气量（％）引气剂的掺量（十万分之一）初始含气量1小时含气量砂浆塑化剂中另一种重要的成分是增稠剂，采用的增稠剂是甲基纤维素醚。增稠剂的主要作用是保水、增稠，也能起到稳泡的作用[4]。为了确定塑化剂中增稠剂的掺量，将引气剂的掺量固定在十万分之7.98,改变增稠剂的掺量，研究增稠剂对建筑砂浆性能的影响，数据如表5所述。增稠剂的掺入对建筑砂浆分层度的基本没有影响，需水量略有增加。主要作用是对建筑砂浆含气量的保持性、泌水率比有重大的影响。图3引气剂与建筑砂浆7天抗压强度的关系表5增稠剂对建筑砂浆性能的影响试验编号增稠剂掺量(水泥的105分之一)用水量(kg/m3)稠度(mm)分层度(mm)初始含气量（%）1小时含气量(%)泌水率比(%)01234500.020.040.060.080.10235.4195．4195．6196．1196．3196.57978777675763521222421224.0414.014.114.214.114.34.0010.911.312.312.512.31.960.830.610.230.040随着增稠剂掺量的增加，建筑砂浆静置一小时的含气量增加，在掺量为十万分之0.08时，含气量达到最大值，建筑砂浆初始含气量均在14％左右，这说明增稠剂对建筑砂浆中气泡起稳定的作用，十万分之0.08还是增稠剂在砂浆中的适宜掺量，如图4所示。因为液相粘度及表面粘度的提高会减慢液膜中液体渗出的平均速度，使液膜不容易变薄。另外，提高液相粘度会减慢表面活性剂分子的扩散速度，对泡沫稳定有利。而提高表面粘度会促使牢固的表面膜的形成，增加泡沫的稳定性。0.000.020.040.060.080.10468101214砂浆静置1h含气量（％）增稠剂的掺量（‰）图4增稠剂对建筑砂浆含气量的影响02468108.08.59.09.510.010.511.011.57天抗压强度（MPa）引气剂的掺量（十万分之一）3.4触变润滑剂对砂浆性能的影响实验采用膨润土为触变润滑剂。对砂浆性能的影响见表6。从表中可以看出，随着膨润土掺量的增加，分层度明显减小。但是砂浆的抗压强度也相应的减小了。表6触变润滑剂对建筑砂浆性能的影响试验编号触变润滑剂(水泥的105分之一)用水量(kg/m3)稠度(mm)分层度(mm)初始含气量(%)1小时含气量(%)7天强度(Mpa)7天与基准强度比(%)0123450714212835235.4197.3197.6198.3198.7198.97973747577763521181616154.0414.114.014.214.314.24.0012.412.512.312.512.311.38.58.58.48.38.310075.275.274.373.573.53.5减水剂对砂浆性能的影响建筑砂浆中掺入引气剂、增稠剂、触变润滑剂后，虽然可以提高新拌砂浆的工作性，如降低砂浆的分层度，降低砂浆的密度，减少泌水，但是也降低了砂浆抗压强度。通过减水剂与前面三种添加剂复合降低砂浆的水灰比来补偿由于引气剂的掺入砂浆损失的抗压强度。选用较廉价的木质素磺酸钙作为减水剂，不仅具有减水作用，还略有引气作用[5，6]。这样将木质素磺酸钙与引气剂、增稠剂、触变润滑剂复合，既可以适当降低引气剂的掺量，又可以提高建筑砂浆的抗压强度。下面的试验，以M7.5为例，引气剂、增稠剂、触变润滑剂的掺量分别为十万分之7.98、0.08和14，木钙的掺量从0～万分之2.5。从图5可以看出，随减水剂掺量的增加，砂浆抗压强度增大，且都大于基准砂浆的75%（8.5MPa）。图5减水剂对抗压强度的影响3.6塑化剂对砂浆凝结时间和粘结强度的影响塑化剂对建筑砂浆的粘结强度有较大的提高，如表7所述。就凝结时间来说，掺塑化剂略有缓凝作用，建筑砂浆的凝结时间略有延长，这对施工是有利的。表7塑化剂对砂浆粘结强度的影响试验编号塑化剂凝结时间粘结强度（MPa）初（h:min）终（h:min）120万分之3804:3005:3010:0010:500.530.693.7塑化剂对砂浆耐久性的影响掺塑化剂的建筑砂浆比空白建筑砂浆的渗透压力比大，说明塑化剂提高了建筑砂浆抗渗水能力。建筑砂浆产生泌水时，会留下泌水通道，在硬化建筑砂浆体内产生孔隙。泌水越多，产生的空隙就越多。这些孔隙虽小，但足以形成压力水的渗水通道。而且，由于泌水产生的空隙一般都是连通孔，对砂浆的抗渗性能造成很大的影响[7]，从表8中可以得到，塑化剂的掺入，提高了建筑砂浆的抗渗性能，同时也提高了砂浆的抗冻融性能，这主要由于孔结构影响水泥建筑砂浆的强度、抗渗性、抗冻融性等。表8塑化剂对砂浆抗渗、抗冻融的影响试验编号等级强度塑化剂(万分之一)抗渗性（MPa）冻融循环后损失率质量％强度％123456M5M5M7.5M7.5M10M100380380380.20.40.20.50.30.64.81.53.91.22.91.115.72.015.31.710.31.44结论通过前面实验与分析，可以得出以下几点结论：1．砂浆塑化剂中引气剂对性能的影响为：引气剂掺量在十万分之7.98左右，可以引入适宜的气量，使砂浆用水量减少，密度降低，泌水减少，但是会降低抗压强度。2．增稠剂在掺量十万分之0.1时可以使砂浆就不泌水，在掺量十万分之0.08可以很好的保持引入气泡的稳定性。触变润滑剂在掺量十万分之21时分层度就控制的很理想了，但是它影响了建筑砂浆的强度，十万分之14是适宜掺量。3．减水剂减少用水量，提高砂浆强度，还有引气作用，万分之1.5可达到理想效果。4．掺入塑化剂可以明显改善新拌砂浆的性能，改善砂浆的和易性，降低了砂浆的分层度，杜绝了砂浆的泌水现象，减少了砂浆的拌和用水量，降低了砂浆的密度。而提高粘结强度