人工砂干混普通防水砂浆抗渗性能的试验研究

2010-06-21谢慧东张云飞董全文颜世涛

商品混凝土 2010年8期

谢慧东，张云飞，董全文，颜世涛，

（1. 山东华森混凝土有限公司，山东济南 250101；2. 济南市建筑工程质量与安全生产监督站，山东济南 250013）

0 前言

应用人工砂生产普通干混砂浆，符合国家资源综合利用政策要求，是普通干混砂浆节约资源和能源、保护环境的重要途径。人工砂是经机械破碎筛分而成，其颗粒尖锐粗糙且带有棱角，同时在其中不可避免地要含有一定量的石粉，这是人工砂与天然河砂最明显的区别所在。由于人工砂的特点区别于传统天然砂，人工砂在普通干混砂浆尤其是干混普通防水砂浆中的应用研究还比较欠缺[1-2]。外墙、室内厨房和地下室的渗漏不但影响了建筑物的使用寿命和安全，而且直接损害建筑物的装饰效果，造成墙壁变色、发霉、涂料起皮、粉层脱落等。雨水浸湿了墙面，增大了屋内的湿度，降低了保温隔热效果，给居民的工作和生活带来极大的不便，特别是高层建筑的成片渗漏危害更大[3-6]。因此，如何提高干混普通防水砂浆的防水性能，是应用人工砂生产干混普通防水砂浆的重点研究内容。

本文全部利用人工砂取代天然砂生产干混普通防水砂浆，针对人工砂中的石粉含量、增稠保水材料和膨胀剂对干混普通防水砂浆性能的影响进行了比较系统的研究，并通过SEM和孔结构技术分析了其作用机理。

1 原材料、试验方法和试验方案

1.1 原材料

水泥为山水P·O42.5水泥（性能指标如表1）；粉煤灰为山东济南黄台电厂产Ⅱ级粉煤灰（性能指标如表2）；人工砂S为石灰岩碎石经机械破碎筛分制得（S性能指标如表3）；砂浆增稠保水材料HT，自配，为无机、有机保水材料复配而成；膨胀剂F，为硫铝酸盐型膨胀剂；饮用自来水。

表1 水泥物理力学性能

表2 粉煤灰基本性能

表3 人工砂S的技术指标

表4 试验方案

1.2 试验方法

砂浆的拌制、试件的成型及其稠度、保水性、凝结时间、抗压强度、拉伸粘结强度和抗渗性试验的测定均按照《建筑砂浆基本性能试验方法标准》（JGJ70-2009）进行。采用砂浆搅拌机进行搅拌，搅拌时间不少于3min，采用标准养护。

1.3 试验方案

通过试验检测砂浆稠度、保水性、凝结时间、抗压强度、抗渗压力和拉伸粘结强度，综合确定干混普通防水砂浆的配合比。

参照住建部《预拌砂浆》（JG/T230-2007）和《砌筑砂浆配合比设计规范标准》（JGJ 98-2000），设计干混普通防水砂浆强度等级为M15，稠度控制值为70～80mm。将人工砂S通过75μm筛，筛除人工砂S中的石粉备用，并得人工砂S1，分别研究石粉含量、增稠保水材料和膨胀剂对干混普通防水砂浆各种性能的影响。其试验方案见表4所示。

2 试验结果与分析

2.1 试验结果

不同编号砂浆配合比试验结果见表5。

2.2 试验结果分析

(1) 从表5中1～4试验中可以看出：干混普通防水砂浆在达到规定稠度(70～80mm)时，由于石粉的存在，人工砂防水砂浆的各种性能发生改变，随着石粉含量的逐渐增加，保水性先增加后降低，石粉含量为12%时，其砂浆保水性最高；凝结时间逐渐缩短；抗压强度先增加后有所下降，但石粉含量在12%～18%之间时，对抗压强度影响不大；拉伸粘结强度先增加后降低，石粉含量为12%时，其砂浆拉伸粘结强度最大，达0.23MPa，再增加石粉含量将会影响其粘结强度；28d抗渗压力先增大后降低，石粉含量为12%时，其28d抗渗压力最大。

(2) 从表5中3、5、6、7试验中可以看出：干混普通防水砂浆在达到规定稠度(70～80mm)时，随着增稠保水材料HT掺量的增加，其普通防水砂浆各种性能发生变化，保水性和拉伸粘结强度逐渐增大；凝结时间逐渐延长；抗压强度和28d抗渗压力逐渐降低。综合考虑增稠保水材料HT对普通防水砂浆各种性能的影响，掺量为3%比较适合。

表5 不同编号砂浆配合比试验结果

(3) 从表5中3、8、9、10试验中可以看出：干混普通防水砂浆在达到规定稠度(70～80mm)时，随着膨胀剂F掺量的增加，干混普通防水砂浆各种性能发生变化，保水性和拉伸粘结强度逐渐降低；凝结时间和抗压强度变化不大；但28d抗渗压力逐渐增加，当膨胀剂F掺量为12%时，其28d抗渗压力可达1.4MPa。综合考虑膨胀剂F对干混普通防水砂浆各种性能的影响，应根据砂浆抗渗等级要求掺加不同掺量的膨胀剂，并适当调整增稠保水材料HT的掺量。

3 机理分析

为了探讨石粉含量、增稠保水材料HT和膨胀剂F对干混普通防水砂浆微观结构的影响，根据表4配合比，选择1、3、6、7、9、10号配合比进行试配，拌制砂浆，制作砂浆试件，养护至28d龄期后，从距离砂浆试件表面5mm以内的部位取样，进行SEM和孔结构分析，不同配合比的干混普通防水砂浆SEM和孔结构分析试验结果如图1和表6。

表6 孔结构试验结果 %

3.1 SEM分析

从图1中1、3试样均可以看到板状Ca(OH)2晶体，但1试样看不到CSA纤维和针状钙矾石晶体，而3试样能看到CSA纤维和针状钙矾石晶体，且3试样比1试样在颗粒分布上均匀且堆积紧密，这是由于石粉起到了很好的分散均化浆体颗粒的作用，有利于砂浆强度的发挥以及水化反应的进一步发展，并使砂浆内部结构更加致密化，这从表5中7d、 28d强度和28d抗渗等级的宏观数据上得到印证。

从图1中3、6、7试样均可以看到板状Ca(OH)2晶体，但3、6试样可以清楚的看到细长的纤维状C-S-H凝胶和针棒状钙矾石晶体，且3试样图中纤维状C-S-H凝胶和针棒状钙矾石晶体能交结在一起，而7试样很难看到细长的纤维状C-S-H凝胶和针棒状钙矾石晶体，且大孔明显增多，颗粒分布较差；这是由于虽然增稠保水材料HT的加入对浆体颗粒起到很好的分散均化的作用，但掺量过高，由于引起气泡较多和大泡增多，且易出现分散不均或结团现象而起负面作用，降低其砂浆浆体结构的致密度[7]，这从表5中7d、 28d强度和28d抗渗等级的宏观数据上得到证实。

从图1中3、9、10试样均可以看到板状Ca(OH)2晶体、纤维状C-S-H、CSA凝胶和针棒状钙矾石晶体，但9、10试样图中纤维状凝胶和针棒状钙矾石晶体能很好地交结在一起，且水化产物丰富均匀，结构非常致密，无明显孔隙出现。出现此种情况是由于石粉、增稠保水材料HT和膨胀剂F三种材料共同作用的结果，特别是膨胀剂的作用；主要表现为：三种材料吸附于水泥浆体颗粒表面，具有同种电性，同性相斥原理均匀地将颗粒分散开来，而不至于出现成团现象，有利于浆体水化的进行和水化产物的形成和伸展；且由于膨胀剂与浆体水化产物Ca(OH)2反应生成具有膨胀作用的钙矾石，使钙矾石数量增多而填充更多空隙，从而降低孔隙率，使浆体结构致密度提高。这从表5中28d抗渗等级的宏观数据上得到证实。

3.2 孔结构分析

砂浆的性能与其内部结构有直接关系。Mehta教授指出：孔径d<20nm为无害孔；d在20～50nm为少害孔；d在50～l00nm为有害孔；d>100nm为多害孔[8]。砂浆硬化体中孔径d>l00nm的孔对砂浆的性能有较大的危害，即砂浆中孔径大于100nm的多害孔越多，砂浆的密实性越差，性能越低。

从表6中1、3试样可以看出：当人工砂砂浆中加入石粉后，砂浆硬化体中无害孔和少害孔数量明显增多，特别是无害孔增加比较明显，多害孔数量明显降低；且总孔隙率明显降低。这说明石粉的加入明显改善硬化浆体孔径分布，即细化孔径，降低总孔隙率，从而使普通防水砂浆宏观性能提高。

从表6中3、6、7试样可以看出：随着增稠保水材料HT掺量的增加，其孔径分布和总孔隙率发生明显变化，即砂浆硬化体中无害孔和少害孔数量逐渐减少，特别是无害孔减少比较明显，而多害孔数量明显增多，且总孔隙率逐渐增大。这是由于砂浆中增稠保水材料的加入，将会引入部分气泡，当其掺量较少（≤3%）时，此气泡将会均匀地分布在浆体中，使水化产物颗粒分布均匀，孔径尺寸适当，结构致密；当其掺量较多（>3%）后，虽然可增加新拌砂浆的粘度，增加颗粒之间粘结力，但由于气泡较多，使水化产物颗粒间隙增大，分散性较差，且易会出现连续孔较多，从而降低砂浆的致密度。

从表6中3、9、10试样可以看出：随着膨胀剂F掺量的增加，其孔径分布和总孔隙率发生明显变化，即无害孔和少害孔数量逐渐增大，而有害孔和多害孔逐渐降低，且总孔隙率逐渐减少。这是由于膨胀剂的加入，与水化产物Ca(OH)2反应生成具有微膨胀性的钙矾石，可以隔断毛细孔渗水通道，减少有害孔和多害孔数量，补偿了砂浆的收缩，增强砂浆的密实度；另外，加上与石粉和增稠保水材料的复合作用，水化产物的分布更加均匀化，砂浆内部形成空间网络结构，因此，三种材料的共同作用，提高了干混普通防水砂浆的拉伸粘结强度和抗渗性。