微沫剂对砂浆性能的影响研究

李熙，季晓丽

（上海力阳道路加固科技股份有限公司，上海 201599）

微沫剂是一种棕色半透明高分子胶状物质，常用松香及碳酸钠为主要原料制备，是一种以松香钠盐为主体的憎水性阴离子表面活性剂。具有引气、分散、润湿等表面活性作用，其中以引气作用尤为显著，属于松香类引气剂中的一种。其作用机理主要有以下几点：提高水泥浆体中水化产物分布的均匀程度[1]；降低砂浆中毛细管孔隙率；其吸附效应增大了水泥浆体与集料界面的粘附力。

将微沫剂引入砂浆体系，经过适当的搅拌后，在砂浆中引进了大量微小独立的气泡，这些球状气泡如滚珠一样，可以大幅度地改善砂浆的和易性[2-3]；同时提高体系的均匀性，降低砂浆的泌水和离析；大量气泡的引入大幅度地降低新拌砂浆的密度，降低产品对建筑的负荷。本文采用扫描电镜和压汞分析的手段，研究微沫剂在砂浆中引入气泡的孔径形貌及孔径分布，就微沫剂的掺入对砂浆基本性能的影响进行试验研究。

1 试验

1.1 原材料

水泥：海螺水泥厂生产的P·O42.5R水泥，实测3 d抗压强度25.5 MPa，28 d抗压强度49.6 MPa。

聚羧酸高效减水剂：西卡化学生产的Sika Viscocrete-225P高性能超塑化剂，pH值为4.5（20℃，40%溶液），堆积密度0.65 g/cm3，氯离子含量≤0.1%，碱含量≤2%。

微沫剂：由松香粉、纯碱和水经90～100℃持续加热熬制皂化制备的胶状体，融于热水配制而成，发泡高度≥56 ml，pH值为8.5，有效成分含量为16.5%。

标准砂：厦门艾思欧标准砂有限公司生产。

1.2 主要仪器

日立公司生产的台式钨灯丝扫描电镜Hitachi TM4000，美国Quantachrome公司生产的Poremaster GT-60自动压汞仪，全自动压力机，行星式水泥砂浆搅拌机等。

1.3 试样制备及测试

本试验固定砂灰比为2.0，通过调整用水量使砂浆流动度控制在（140±5）mm。按配比称量原材料，充分搅拌均匀，使微沫剂的表面活性充分发挥，成型40 mm×40 mm×160 mm试块，标准条件下（温度20℃，相对湿度≥95%）养护至规定龄期后测试其性能。

砂浆的密度及28d抗压强度按照JGJ/T 70—2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》进行测试。

取28 d龄期试块，采用切块法获得观察样品，利用超声波清洁后对样品进行冷冻干燥处理。通过压汞分析研究砂浆试块内部孔径分布情况，利用SEM扫描电镜观察孔径形貌和尺寸。参照GB/T 21650.1—2008《压汞法和气体吸附法测定固体材料孔径分布和孔隙度第1部分：压汞法》进行测试分析。

2 试验结果与分析

2.1 微沫剂掺量对砂浆性能的影响（见表1）

表1 微沫剂掺量对砂浆性能的影响

由表1可以看出：

（1）随着微沫剂掺量的增加，砂浆的密度呈线性下降趋势，主要是因为微沫剂的掺加会引入大量密闭微小的气泡，随着微沫剂掺量的增加，引入砂浆体系的气泡逐渐增多，因而体系的密度逐渐下降。

（2）随着微沫剂掺量的增加，砂浆的28 d抗折强度与抗压强度均逐渐降低。当微沫剂掺量大于0.2%后，砂浆的28 d抗折强度与抗压强度损失明显增大。

（3）随微沫剂掺量的增加，砂浆的压折比基本呈逐渐降低的趋势，表明微沫剂的掺加能有效改善砂浆体系的韧性。

综合考虑，微沫剂掺量应控制在0.2%以内，能较大幅度降低体系的密度，改善体系的韧性，且体系的抗折与抗压强度损失率均在20%以内。

2.2 微沫剂对砂浆体系中孔结构的影响

微沫剂掺量为0.2%的砂浆体系内部气泡形貌见图1，孔径分布见图2。

由图1可见，微沫剂的引气效果显著，在砂浆内部C3S和C2S晶体周围均匀分布着大量密闭不连通的气泡，形貌呈较为规则的球形。微沫剂的掺加在砂浆体系中产生大量的密闭的气泡，气泡在浆体内均匀分布，随着水泥的逐渐硬化被固结在试块内部。在水泥硬化过程中，松香酸钠分子的亲水性加强了水泥颗粒表面与水的亲和作用，减少水分流失[3]，提高体系的保水性。固结在试块内部的大量密闭不连通的气泡降低了体系的体积吸水率，气泡的出现增大了体系的比表面积，分散由于水分冻融而产生的应力，从而提高了砂浆体系的韧性。

图1 微沫剂掺量为0.2%的砂浆体系内部气泡形貌

图2 微沫剂掺量为0.2%的砂浆孔径分布

由图2可以看出，微沫剂掺量为0.2%的砂浆破碎试样表面气泡孔径在10 nm～100 μm内均有分布，较为集中分布在50 nm～5 μm和10～100 μm范围，微沫剂在砂浆体系内产生的气泡多为纳米级。

3 结论

（1）随着微沫剂掺量的增加，体系的密度和28 d抗压、抗折强度逐渐下降，综合考虑，微沫剂掺量应控制在0.2%以内，能较大幅度降低体系的密度，改善体系的韧性，且体系的抗折与抗压强度损失率均在20%以内。

（2）微沫剂的掺加为水泥砂浆中引入大量微小密闭的气泡，气泡呈密闭不连通的状态，降低了体系中的毛细管孔隙率，隔断了水进出的通道，改善孔结构的分布。内部气泡孔径集中分布在50 nm～5 μm和10～100 μm范围，以纳米级气泡居多。

（3）微沫剂的掺入具有较大的经济效益，能大幅度节省原材料，在工程应用中，微沫剂掺量应根据实际性能要求进行设计。大掺量微沫剂可用于多数轻质建筑材料，如内外墙装饰材料、非承重墙体砌块、轻集料混凝土等。降低对建筑物的负重，同时提高建筑材料的使用寿命。

（4）微沫剂作为一种常用的引气剂，目前在应用中仍要注意一些问题：一是微沫剂的稳定性不够理想，松香原材料的纯度对微沫剂性能影响极大；二是应用中的使用不当，应科学合理的设计配合比确定微沫剂掺量，且微沫剂的引气效果对搅拌时间较为敏感，搅拌不足则引气量，极低和易性较差，搅拌过长，会由于“破泡”导致和易性的变差，适当的搅拌时间才能有效地发挥引气效果。