新型湿拌砂浆外加剂的性能研究

陈文钊乐晓鹏郑大锋

（1广州市盈坚建材科技发展有限公司) (2广东南珠建材科技有限公司) (3华南理工大学化学与化工学院）

新型湿拌砂浆外加剂的性能研究

陈文钊1乐晓鹏2郑大锋3

（1广州市盈坚建材科技发展有限公司) (2广东南珠建材科技有限公司) (3华南理工大学化学与化工学院）

针对湿拌砂浆施工时间较短、工作性能损失快的缺点，采用保坍组分、保水增稠组分、引气组分、缓凝组分复配制备了新型砂浆外加剂。当外加剂掺量为2.0%时，砂浆初始堆积密度为1831 kg/m3，4h稠度损失率为21.5%，保水率为88.7%，凝结时间为23.6h。SEM试验显示外加剂促进了钙矾石的生成，因此提高了硬化砂浆的抗压强度。实验结果表明，该新型湿拌砂浆外加剂是一种性能优良的外加剂，具有较好的应用前景。

混拌砂浆；外加剂；稠度损失；保水率；SEM

1　前言

为了保护环境、节约资源，近年来我国对商品湿拌砂浆进行了大力推广[1]。2014年，仅上半年全国就有17个省生产商品湿拌（普通）砂浆，产量为179.06万m3，比上年同期增加31.33万m3。随着建筑技术的发展和社会环保意识的增强，商品湿拌砂浆将成为砂浆发展的必然要求。

传统湿拌砂浆施工操作时间较短，工作性能损失快，制约了其快速发展[2]。为了延长商品湿拌砂浆的工作时间，常用的方法是添加性能优良的砂浆外加剂。但目前的砂浆外加剂性能低下、水平参差不齐，其发展远远落后于混凝土减水剂[3]。因此，砂浆外加剂研究将越来越成为未来砂浆行业发展的关注热点。

基于湿拌砂浆的缺点，我们以保坍组分为基本原料，与保水增稠组分、引气组分、缓凝组分复配制备新型砂浆外加剂，提高湿拌砂浆的应用性能。本产品对绿色建材的发展和环境保护都具有重要的社会和经济意义。

2　实验部分

2.1原料

普通硅酸盐水泥，粤秀PO 42.5水泥，购于珠江水泥厂；粉煤灰（GB1596-91II级），购于广州黄埔发电厂；普通河砂，堆积密度为1450kg/m3，表观密度为2610kg/m3，含泥量为2.3%，细度模数为2.61。

新型砂浆外加剂：自制，主要成分为保坍组分，与保水增稠组分、引气组分、缓凝组分复配而成。

2.2砂浆性能测试

称取一定质量水泥、粉煤灰、河砂、一定量的外加剂溶液和适量水置于水泥胶砂搅拌机中搅拌，制得湿拌砂浆。砂浆配合比按照M 10砂浆设计，m(水泥):m(粉煤灰):m(砂)=200:130:1300。调节用水量，控制砂浆初始稠度为（90±5）m m。

砂浆的稠度、堆积密度、保水率、凝结时间、抗压强度等性能按照《建筑砂浆基本性能试验方法》(J GJ 70-2009)测定。

将新拌砂浆置于标准养护箱（温度20℃，湿度90%）内养护至指定龄期后取出破碎，用无水乙醇反复浸泡多次以终止水化，并在50℃下烘干至恒重。取片层碎片，在德国ZEISS Corp公司的M erl i n扫描电子显微镜下观察硬化砂浆的微观形貌。

3　实验结果与讨论

在实际工程中，为了确保砂浆的新拌性能和后期的强度性能，一般要求砂浆初始堆积密度不低于1750 kg/m3，保水率不低于88%，4h稠度损失不超过30%，凝结时间不超过24h。本试验研究了新型砂浆外加剂掺量对湿拌砂浆应用性能的影响。

3.1外加剂掺量对砂浆堆积密度的影响

由图1可知，当外加剂的掺量为1.5%时，砂浆堆积密度为1875kg/m3；当掺量为2.0%时，砂浆堆积密度为1831kg/m3；当掺量为3.0%时，砂浆堆积密度降低到1807kg/m3。由此可见，砂浆的堆积密度随着外加剂掺量的增加而降低，但在3.0%掺量范围内，砂浆堆积密度均高于建筑工程要求的1750kg/m3，故该新型砂浆外加剂能够保证硬化砂浆的后期强度。

图1　外加剂掺量对砂浆堆积密度的影响

3.2外加剂掺量对砂浆4h稠度损失的影响

由图2可知，砂浆的稠度损失率随着外加剂掺量的增加而降低。当新型外加剂的掺量为1.5%时，砂浆4h稠度损失率为33.0%；掺量为2.0%，4h稠度损失率降低为21.5%；掺量增加至3.0%时，砂浆4h稠度损失率仅为13.2%。这是因为该砂浆外加剂具有一定的引气性能，可在砂浆中引入大量微小细腻的气泡。气泡的“托浮”作用使颗粒润滑，提高砂浆的工作性能[4]。此外，外加剂中含有的增稠组分也提高了砂浆的粘聚性，有利于降低稠度损失。实验表明，当新型砂浆外加剂掺量为2.0%时，砂浆4h稠度损失率即可满足施工要求。

图2　外加剂掺量对砂浆4h稠度损失率的影响

3.3外加剂掺量对砂浆保水性能的影响

保水率实验结果由图3所示。由实验结果可知，砂浆的保水率随着外加剂掺量的增加而降低。当外加剂掺量为1.5%时，砂浆保水率为90.3%；当掺量为3.0%时，砂浆保水率降低至87.8%。这可能是因为该外加剂具有一定的减水性能。掺量提高，砂浆需水量降低，因此保水率下降。当外加剂用量低于3.0%时，砂浆保水率基本可满足建筑工程的施工要求。

图3　外加剂掺量对砂浆保水率的影响

3.4外加剂掺量对砂浆凝结时间的影响

凝结时间是表征湿拌砂浆工作时间的重要指标。砂浆凝结时间如果过短，不利于长距离运输，且工作时间短。实验研究了外加剂掺量对砂浆凝结时间的影响，结果如图4所示。

由图4可知，随着外加剂掺量提高，砂浆凝结时间延长。当掺量为3.0%时，砂浆凝结时间已经达到27.8h，超出24h的要求。这是因为该砂浆外加剂含有缓凝组分，延缓了水泥水化速率，使砂浆工作时间延长。为了保证工程进度，外加剂的掺量应以不超过2.0%为宜。

图4　外加剂掺量对砂浆凝结时间的影响

3.5外加剂掺量对硬化砂浆抗压强度的影响

砂浆的主要功能是粘结砖块、石头等其他建筑材料，硬化后要求具有一定强度。实验研究了外加剂掺量对硬化砂浆抗压强度的影响，结果如表1所示。

表1　外加剂掺量对硬化砂浆抗压强度的影响

由表1可知，当外加剂掺量低于2.0%时，砂浆抗压强度随外加剂掺量提高而增大。当外加剂掺量为1.5%时，砂浆14d抗压强度已达14.3M Pa，28d抗压强度达20.6M Pa，均高于同龄期空白砂浆的抗压强度。这是因为此新型砂浆外加剂中含有减水保塑组分，当砂浆初始稠度保持一致时，外加剂的掺入使砂浆用水量减少，因此抗压强度提高。但当外加剂掺量为3.0%时，硬化砂浆抗压强度有所降低，14d抗压强度降为12.1M Pa。这主要是因为外加剂中含有引气组分。当掺量过高时，外加剂在砂浆中引入过多气泡，降低了结构的密实性，使砂浆抗压强度降低。

3.6外加剂对硬化砂浆微观形貌的影响

通过对砂浆断面扫描电镜观察，从微观形貌的角度解释外加剂影响硬化砂浆抗压强度的机理。实验分别选取了28d水化龄期的空白砂浆和掺2.0%外加剂砂浆试样进行扫描电镜观察，如图5所示。

如图5所示，图3(a)为空白砂浆试样，多为絮状水化产物；图3(b)则多见短针状钙矾石（AFt）[5,6]。AFt在孔隙处成簇状向孔内生长，并出现片层结构，可能是因为随着水化反应的进行，AFt转化成水化硫铝酸钙（AFm），此时水化产物直径多在1μm左右。这说明，外加剂的掺入促进了对硬化砂浆早期强度有增强作用的水化产物AFt大量生成，导致砂浆抗压强度提高。

图5　外加剂对硬化砂浆的微观形貌的影响

4　结论

⑴采用保坍组分，与保水增稠组分、引气组分、缓凝组分复配制备了新型砂浆外加剂。当砂浆初始稠度为（90±5）m m，外加剂掺量为2.0%时，砂浆初始堆积密度为1831 kg/m3；4h稠度损失率为21.5%；保水率为88.7%；凝结时间为23.6h。砂浆的各项应用性能满足行业要求。

⑵当外加剂掺量为2.0%时，硬化砂浆14d抗压强度为16.7M Pa，28d抗压强度为22.1M Pa。砂浆具有较高的强度，不容易出现空鼓、开裂等问题。SEM结果显示，外加剂促进了短针状AFt的生成，有利于硬化砂浆的早期强度，因此砂浆抗压强度提高。●

[1]鞠丽艳,李春龙.商品砂浆的技术进展[J].新型建筑材料, 2001,(10):19-21.

[2]吴村,富恩久.商品砂浆的现状与未来[J].混凝土,2005, (1):61-63.

[3]张招.关于当前建筑砂浆外加剂的几个问题[J].建筑技术, 2001,(5):322.

[4]张粉芹,王海波,王起才.掺合料和引气剂对混凝土孔结构与性能影响的研究[J].水力发电学报,2010,29(1):180-185.

[5]Zeng Q i ang,LiKe-fei,TeddyFen-chong,Patri ck Dangl a.Pore structure ofcem entpastes bl endi ng w i th hi gh-vol um e fl y-ash[J].Cem ent and Concrete Research. 2012,1(42):194-204.

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