新型湿拌砂浆外加剂及其应用

2020-04-20朱玉雪郝利国赵海洋力乙鹏

硅酸盐通报 2020年3期

朱玉雪，郝利国，赵海洋，力乙鹏

(1.中建材中岩科技有限公司，北京 100024；2.中国建筑材料科学研究总院，北京 100024； 3.建材行业防护修复与加固材料工程技术中心，北京 100024)

0 引言

湿拌砂浆，又称预拌砂浆，是指水泥、细集料、外加剂和水经合理配制和工厂化作业，由搅拌罐车运输至工地，在专用容器中储存，并在一定时间内保持工作性能的成品砂浆[1]。其具有节约资源、保护环境和质量稳定的优势，但会导致外加剂成本提高、生产管理复杂化和运输成本上升[2-3]。

传统湿拌砂浆外加剂由减水增强组分(含引气剂)、增稠保水组分和缓凝组分构成[4-5]。其中，减水增强组分采用高效减水剂掺量高，采用聚羧酸系高性能减水剂适应性较差，且均须复合引气剂使用。增稠保水组分以纤维素醚为主，溶解度低、高温天气易分层、且导致力学性能显著降低[6-9]。缓凝组分超掺容易引起凝结时间过长，影响施工进度，无机盐类缓凝组分对砂浆后期强度造成不利影响[4-5]。

针对上述问题，我公司采用和易型聚羧酸系高性能减水剂作为减水增强组分，降低减水剂减水率、提高其引气性、改善砂浆和易性；采用改性纤维素醚作为增稠保水组分，提高其溶解度、复配后外加剂无分层现象，持续进行物理释水，提高砂浆长时保塑性能；采用超缓释型聚羧酸系高性能减水剂，其在水泥基材料碱性条件下持续释放羧基、延缓水泥水化及其凝结时间、持续进行化学释水，且不影响砂浆力学性能。

1 实验

1.1 原材料及配合比

选用北京水泥厂生产的P·O 42.5水泥，粉煤灰使用唐山都电厂生产的Ⅱ级粉煤灰，砂细度模数2.2～2.5。

采用M10配合比，具体数值见表1。砂浆初始稠度控制在(90±2) mm。不同组分对砂浆性能研究时采用0#配比，产品应用性能研究时采用1#～3#配比。

表1 湿拌砂浆配合比Table 1 Mixing ratio of wet mixed mortar /(kg·m-3)

1.2 实验方法

砂浆的稠度、容重、保水性、凝结时间和抗压强度试验均按照 JGJ 70—2009《建筑砂浆基本性能的试验方法》进行。

2 结果与讨论

2.1 减水增强组分

选取萘系高效减水剂、减水型PCE和和易型PCE进行对比研究，根据用水量和外加剂掺量研究其减水率，根据砂浆容重判断减水剂引气性能，根据抗压强度研究其对砂浆力学性能的影响，具体结果见表2。

表2 使用不同种类减水剂的湿拌砂浆性能Table 2 Performance of wet mixed mortar using different types of water reducer

图1 不同种类增稠保水组分的湿拌砂浆稠度经时变化情况Fig.1 Change in the consistency of wet mixed mortar with different types of thickening and water-retaining components

由表2可知：(1)减水率：减水型PCE>和易型PCE>萘系。(2)引气性：三者均具有一定引气性，使砂浆容重降低，和易型PCE>减水型PCE>萘系。(3)和易性：三者均能够改善砂浆和易性，萘系减水率低、和易性较好，减水型PCE减水率最高容易引起砂浆离析、泌水和板结，和易型PCE在保持较高减水率的同时、提高了引气性能、有助于改善砂浆和易性。(4)力学性能：三者均能够起到减水增强作用，和易型PCE≈减水型PCE>萘系。

2.2 增稠保水组分

选取空白组(Blank)、改性纤维素醚(MCE)和羟丙基甲基纤维素(HPMC)进行研究，其中MCE和HPMC的掺量有三种，均为0.02%、0.05%、0.08%，不同种类增稠保水组分的湿拌砂浆稠度经时变化情况见图1。

由图1砂浆稠度经时变化可知：改性纤维素醚和HPMC均有效提高了砂浆稠度及其保持性能，但改性纤维素醚单独使用时并未对稠度保持性能有所提高。

表3 使用不同种类增稠保水组分的湿拌砂浆性能Table 3 Performance of wet mixed mortar using different types of thickening and water retention components

表3为使用不同种类增稠保水组分的湿拌砂浆性能，由表3可知：(1)HPMC掺量的提高，砂浆用水量增加、容重降低、保水率提高、凝结时间延长、但各龄期抗压强度降低明显。(2)MCE溶解度大大提高，不会产生分层现象，单独使用时对用水量、容重和强度的影响不敏感，但对保水率和稠度保持性能提高不如HPMC。

2.3 缓释/缓凝组分

选用超缓释的PCE(USR-PCE)与白糖(SUC)、葡萄糖酸钠(SG)对比缓释性能，不同种类缓凝/缓释组分的掺量见表4，试验结果见图2和表4。

由图2可知：(1)在稠度及其保持性能方面，超缓释母液最优，葡萄糖酸钠优于白糖。(2)两种缓凝剂和超缓释型PCE均能提高砂浆稠度及其保持性能。

由表4可知：(1)常规缓凝剂的掺加会提高砂浆稠度、显著延长砂浆凝结时间、但力学性能降低明显。(2)超缓释PCE几乎无减水率，能够随水化反应的进行不断释放羧基，明显延缓水泥水化、延长砂浆凝结时间，可以提高砂浆稠度及其保持性能，并对砂浆强度无不利影响。

表4 使用不同种类缓凝/缓释组分的湿拌砂浆性能Table 4 Performance of wet mixed mortar using different types of retarding/slow-release components

2.4 湿拌砂浆外加剂成品应用性能

对比湿拌砂浆外加剂成品应用性能，其中SS为市售湿拌砂浆外加剂成品，CT为由减水型PCE、HPMC、白糖和葡萄糖酸钠复配而成的湿拌砂浆外加剂，ZY为由和易型PCE、改性纤维素醚和超缓释型PCE复配而成的湿拌砂浆外加剂。SS、CT和ZY为外加剂编号，外加剂折固掺量为1.0%，1、2和3为配合比编号(具体见表1)。

图3 使用不同外加剂的湿拌砂浆稠度经时变化情况
Fig.3 Change in the consistency of wet mixed mortar with different admixtures

由图3可知：市售产品和传统复配产品稠度保持性能相差不大，并且对砂浆类型不敏感，改变掺合料种类时稠度变化波动较小。

ZY在掺粉煤灰和矿粉的湿拌砂浆中适应性明显优于另外两个产品。ZY采用了超缓释PCE与改性纤维素醚相结合的方法，超缓释产品缓释性能的发挥需要在碱性条件下进行，因此其对掺有活性矿物掺合料的砂浆适应性更强。超缓释PCE在水泥和掺合料水化开始后，逐渐释放羧基、持续延缓水化，释放的水分被改性纤维素醚缓慢吸收，使稠度保持性能得以发挥而不会发生泌水现象。实验室研究表明，初始稠度控制在100 mm时，通过调整ZY掺量可以调配24～48 h，稠度≥90 mm的超长开放时间湿拌砂浆。