纤维素醚在抹灰砂浆机械化施工中的应用

·栏目特约撰稿人：冯文利



纤维素醚在抹灰砂浆机械化施工中的应用

·栏目特约撰稿人：冯文利

山东方达康工业纤维素有限公司董事长

植物保护学学士/植物病生理学硕士/高级工程师/天津

城建大学济南大学河北农业大学客座教授/中国散协专

家组成员

从事羟丙基甲基纤维素、可再分散乳胶粉生产工艺及砂浆配方技术研究/发明“冯氏砂子级配鉴定法”“三三三理论”“砂浆激活理论”“砂浆动态平衡理论”“砂浆现场质量鉴定法”/主编《中国砂浆与装备技术》《建筑预拌砂浆添加剂和设备百问》《建筑材料商品砂浆添加剂选用》

抹灰砂浆的机械化施工在近年来取得了突破性的发展。抹灰砂浆也由传统的工地自拌发展到了目前常见的干混砂浆和湿拌砂浆，其性能的优越性和稳定性是助推机械化抹灰发展的关键因素，而纤维素醚作为抹灰砂浆的核心添加剂，有着不可替代的作用。

一、综述

1.纤维素醚

纤维素醚是指纤维素上的羟基部分或全部被醚基取代的纤维衍生物。在钙离子存在的情况下，由于非离子型水溶性纤维素醚具有悬浮稳定性和保水作用，被广泛应用在建材工业中。其重要特性是在建筑材料中的保水能力，一定掺量的纤维素醚保持的水分可在砂浆中保持足够长的时间使水泥持续水化，提高砂浆与基材的附着力。通过改性的纤维素醚对砂浆的稠度和抗下滑能力都有很大的影响，随着纤维素醚黏度和掺量的增加，砂浆稠度增大；纤维素醚粒径越细，新拌砂浆的初始稠度上升越快。

⒉抹灰砂浆

抹灰砂浆是应用涂刷在建筑基面上起到找平或者提供保护的一类砂浆统称。其主要是用水泥、填料、骨料和多种功能性外加剂配制而成。本实验所配制的抹灰砂浆主要用在加气混凝土砌块、粉煤灰砌块、陶粒砖等轻质墙体上面用于找平的砂浆。

目前，国内经济走势下行，各行各业都在探索转型升级，“互联网+”的思维已经在诸多行业中形成一种新的经营和销售模式，并且成效显著，对传统模式造成强力冲击。在建筑施工中，最传统的莫过于抹灰砂浆的人工操作，不管是近代还是现代，不管是农村还是城市，我国的施工方式就是将抹灰砂浆用抹刀一抹子一抹子地刮到墙上去，然后用铝合金刮杠刮平，这样的施工方式显然费时费力，效率低，尤其在劳动力人口越来越少的今天，这样的施工模式显然非常落后，必然会遭到淘汰。目前，国内抹灰砂浆的机械化施工主要分三种模式，一是以干粉砂浆为主体的机械化抹灰施工；二是以湿拌砂浆为主体的机械化抹灰施工；三是以工地现场搅拌砂浆为主体的机械化抹灰施工。这三种施工方式因地域而异，因砂浆而异，因当地的政策而异。由于机械化抹灰施工在国内刚开始普及，所以失败的很多，遇到的问题也很多，总体来说，就是人机料的配合不够娴熟。具体到施工工人就是旧思维下的新模式，一遇到困难就丧失信心；具体到喷涂设备，则是耐磨性以及工作的连续性和设计的合理性需要提高。具体到砂浆，则要求不离析、不沉降，和易性好，流动度好，硬化后不会出现空鼓开裂。但目前能把这三方面全部做好的只有一小部分。所以，在抹灰砂浆的机械化施工向全国推广过程中，一定要做好先期的实验储备，详细掌握里面的每一个技术环节，做好培训工作。

二、实验目的和意义

在抹灰砂浆机械化施工过程中，由于人机料的配合没有达到要求，经常会出现设备堵管、砂浆流挂、蹦砂粒、干得太快或太慢、砂浆硬化后空鼓开裂等问题。这些问题严重影响着抹灰砂浆的施工进程，因此，我们要把好质量关，通过实验将砂浆的状态调整到最好。在做实验的过程中，我们要分析每一项原材料在其中所起到的作用和原理，我们要达到能够根据外界因素的变化随时调整砂浆配方的能力。就普通抹灰砂浆而言，保水率、2h稠度损失、强度等指标是衡量砂浆性能的要素，但对于机械化施工而言，这些指标是不够的，本实验还要通过砂浆的开放时间、流动度、抗流挂性等试验及全面的分析，配比出最适合于机械化施工的抹灰砂浆，并通过市场上常见的螺杆泵进行操作实践，为机械化施工在全国的推广提供试验依据。

三、试验过程和讨论

⒈主要实验设备

不锈钢保水率测定仪、砂浆稠度仪、凝结时间测定仪、抗折抗压一体机、流动度跳桌、饰面砖拉伸强度测定仪、砂浆喷涂机等。

⒉主要实验材料

42.5普通硅酸盐水泥、II级粉煤灰、级配砂、纤维素醚。

⒊实验配方

水泥　粉煤灰　级配砂　纤维素醚120　 100　 100　 0.35

⒋抹灰砂浆保水率实验以及结果分析

依据DIN18555- 7《矿物基粘接砂浆的测试——用滤纸法测保水率》，分别将黏度为5万、10万、15万、20万以及方达康机喷专用纤维素醚（以下简称FDKJP）进行保水率的测试。具体步骤如下：

（1）称量干燥洁净的测保水用的试模和不透水片的质量m1以及8片中速定性滤纸质量m2。

（2）将新拌合的砂浆分三次填入试模，并用捣棒由内到外插捣数次，使砂浆表面略高于试模边缘，然后用抹刀将多余的砂浆刮去，再用抹刀以较平的角度在试模表面反方向刮平砂浆。

（3）清理试模周边的保温砂浆，称量试模、下不透水片与保温砂浆的总质量m3。

（4）用2片金属滤网覆盖在砂浆表面，再在滤网表面放上8片滤纸，用不透水片盖在滤纸表面，以2kg的重物把不透水片压着。

（5）静止2min后移走重物及不透水片，取出滤纸（不包括滤网），迅速称量滤纸质量m4。

（6）计算保水率。

（7）重复试验，取两组实验数据的平均值，如果两个测试值中有一个超出平均值的5%，则视为这组数据无效。最后得到的实验数据如下：

从上述实验数据可以看出，抹灰砂浆的保水率在纤维素醚的黏度从5万到10万时是增长趋势，从10万到20万时是降低趋势，而FDKJP的保水率达到了93%以上。砂浆的保水率越高，砂浆越不容易出现泌水现象。在用砂浆喷涂机进行喷涂实验的时候，发现当纤维素醚的保水率低于92%时，砂浆在放置一段时间后容易发生泌水现象，而且，在刚开始喷涂时，特别容易堵管，所以在配制适用于机械化施工的抹灰砂浆时，我们应选择保水率较高的纤维素醚。

⒌抹灰砂浆2h稠度损失实验以及结果分析

根据GB/T25181- 2010《预拌砂浆》规定要求，普通抹灰砂浆的两小时稠度损失要求小于30%。本实验将黏度为5万、10万、15万、20万以及FDKJP进行2h稠度损失实验，具体步骤如下：

（1）用湿抹布润湿砂浆稠度仪的容积筒、试锥表面，并用润滑油轻擦滑杆。

（2）将新拌合的砂浆装入容积筒内，用捣棒均匀地插捣数次，使砂浆表面低于容积筒10mm。

（3）将试锥尖端轻抵砂浆表面，拧紧制动螺母，并调整表盘指针，在滑杆顶部和螺杆底部接触时，调整表盘指针归零。

（4）拧开制动螺母，试锥插入砂浆10s后，拧紧制动螺母，旋转表盘螺母，在滑杆顶部和螺杆底部再次接触时，记录砂浆的稠度值。

（5）在标准养护室内将砂浆放置2h，然后重复以上实验步骤，计算砂浆的2h稠度损失。最后得到的实验数据如下：

从上述实验数据可以看出，随着纤维素醚黏度的增高，砂浆的2h稠度损失值要逐渐变小，也说明纤维素醚黏度越高，砂浆的稠度稳定性越好，砂浆的抗分层性能越好。但在实际喷涂时发现，在后期的找平处理时，由于纤维素醚的黏度太高，砂浆和抹子之间的粘聚性也会越大，不利于施工。所以，在保证砂浆不沉降、不分层的情况下，纤维素醚的黏度值越低越好。

⒍抹灰砂浆开放时间实验以及结果分析

抹灰砂浆在喷涂到墙上之后，由于墙体基材的吸水和砂浆表面水分的蒸发，会使砂浆在较短的时间内形成一定的强度，影响后续的找平施工，所以有必要对砂浆的凝结时间进行分析。将黏度为5万、10万、15万、20万以及FDKJP进行凝结时间测试。具体的实验步骤如下：

（1）将制备好的砂浆装入砂浆容器内，使砂浆表面低于容积筒10mm。

（2）将容器放在凝结时间测定仪的压力表座上，调节螺母，使贯入试针与砂浆表面接触。

（3）压入试针到砂浆内部深度为25mm，然后再拧紧相关螺母，使压力表指针调到零位。

（4）砂浆表面泌水不清除，测定贯入阻力值，用截面为30mm的贯入试针与砂浆表面接触，在10s内缓慢而均匀地垂直压入砂浆内部25mm深，每次贯入时记录仪表读数，贯入杆至少离开容器边缘或任何早先贯入部位12mm。

（5）在标准养护条件下，实际贯入阻力值在成型后2h开始测定，然后每隔半小时测定一次，至贯入阻力达到0.3MPa后，改为15min测定一次，直至贯入阻力值达到0.7MPa为止。实验数据如下：

从上述实验数据可以看出，纤维素醚的黏度值在10万到20万的区间内，凝结时间变化不大，并且和保水率也呈现一定的相关性，也就是说，保水率越高，砂浆的凝结时间越长。

⒎抹灰砂浆流动度实验以及结果分析

喷涂设备的损耗和抹灰砂浆的流动度有很大的关系。本测试依然将黏度为5万、10万、15万、20万以及FDKJP进行流动度测试。具体步骤如下：

（1）测试之前，先用湿抹布擦拭流动度锥形模和水平流动台，将锥形模放置在流动台中央。

（2）迅速将新拌好的砂浆填入试模内，抹去圆锥体试模顶部和四周多余砂浆。

（3）提起试模1min±20s后，从四个不同方向沿直径等距离测定砂浆流动所形成的饼的直径。

（4）跳桌15次，使砂浆进一步流动，再一次从四个不同方向沿直径等距离测定砂浆流动所形成的饼的直径。

例如我们在多媒体实验演示的过程中，主要选择一些操作难度较高且具有一定危险性的化学实验，利用多媒体演示的方法在确保实验成功率的同时，保障了学生的安全。我们根据具体的实验内容，通过互联网搜集相关的实验视频，在利用微课制作软件进行视频的编辑，将教师的讲解有效融入多媒体实验视频中。通过这样的形式，我们不仅在课堂上将多媒体试验视频进行播放，还通过互联网将视频发布给学生，让学生能够随时随地对实验过程进行复习，从而进一步提升了初中化学实验教学的效率。此外，这样的实验教学模式，在发展学生化学素养的同时，也为学生发展了信息化应用素养，使学生获得了更加全面的发展。

（5）根据加水量和干粉料质量之比计算水料比。

（6）分析在同等水料比的条件下试验砂浆的流动度。试验结果如下：

从实验数据可以看出，在同等水料比的情况下，纤维素醚的黏度越高，砂浆的流动度越低。也就说明纤维素醚的黏度越高，砂浆的阻力越大，对设备的磨损也就越大。所以，再次从流动度试验中得出对于抹灰砂浆的机械化施工来说，纤维素醚的黏度越低越好。

⒏抹灰砂浆抗流挂性实验以及结果分析

抹灰砂浆在喷涂到墙面之后，如果砂浆的抗流挂性不好，会使砂浆下垂，甚至滑落，严重影响砂浆的平整度，给后期的施工造成极大麻烦。所以，好的砂浆一定要有优良的触变性和抗流挂性。本实验将纤维素醚黏度为5万、10万、15万、20万以及FDKJP进行抗滑移试验。具体步骤如下：

（1）将新拌好的砂浆用凹形抹刀均匀地抹在纤维增强水泥板上待用。

（2）将表面积为100mm×100mm的陶质砖粘贴在纤维增强水泥板上，静置1min。

（3）然后将纤维增强水泥板垂直竖立，在（20±2）min后测量瓷砖滑移的距离。

通过实验发现，5万和10万黏度的纤维素醚在将纤维增强板垂直竖立后，瓷砖直接滑了下来，而15万黏度和20万黏度的纤维素醚以及FDKJP均没有滑移现象，并且FDKJP具有很好的触变性，再将瓷砖旋转一定角度仍然垂直竖立，都不会发生滑移现象。另外，通过机喷实践发现FDKJP这款纤维素喷出来的砂浆表面特别平整，非常有利于施工。

⒐抹灰砂浆的强度实验以及结果分析

用黏度为5万、10万、15万、20万、25万的纤维素醚配制成机械化施工用的抹灰砂浆试样，用70.7mm× 70.7mm×70.7mm的钢制有底三联试模制作成模具，每组试样做三个，在恒温恒湿箱（温度23±2℃，相对湿度50±10%）中养护28d，然后在烘箱中烘干至恒重，用DYE- 300型数字式抗压压力试验机测定其抗压强度，记录数据，取平均值，得到的折线图如下：

通过上述实验发现，随着纤维素醚黏度的增高，抹灰砂浆的强度值越低。这是由于纤维素醚在水中形成高粘溶液，在砂浆的搅拌过程中，会引入大量稳定的气泡，在水泥硬化后，这些气泡会形成大量的空隙，从而使砂浆的强度值降低。所以，适用于机械化施工的抹灰砂浆，一定要能达到设计要求的强度值，一定要选用合适的纤维素醚。

四、结论

人机料的配合是机械化施工的关键因素，而砂浆的质量则是重中之重。通过实验发现，只有使用合适的纤维素醚，才能确保砂浆的各个性能均能满足机喷需要。在机喷实践中，经过山东方达康工业纤维素有限公司改性过的纤维素醚，达到保水率大于92%，2h稠度损失率小于5%，具有合适的开放时间和良好抗流挂性，并且对砂浆的强度值影响不大。