光亮剂与防水剂对水泥石抗泛霜性能的影响

2021-12-30朱洪波韩亚倩张祎璐杨正宏

新型建筑材料 2021年12期

朱洪波，韩亚倩，张祎璐，杨正宏

（先进土木工程材料教育部重点实验室，同济大学，上海 201804）

0 前言

硅酸盐水泥制品的泛霜问题严重影响外观[1-2]，国内外学者为此进行了大量研究，已知泛霜产物主要为CaCO3[3-4]，来自水泥水化产物Ca（OH）2迁移至表面后碳化形成。研究认为[5-6]，可利用粉煤灰[7]、偏高岭土[8-9]等具有火山灰效应的材料来消耗Ca（OH）2，以减少泛霜，但其不能根治并且会影响外观。另有研究指出[10]，通过表面防水处理可以有效减少泛霜，内掺防水剂利用憎水性有机基团封闭孔隙，进而阻止外部水浸入材料内部，降低可溶性盐的迁移。光亮剂和硅烷防水剂都是水泥及装饰材料的常用功能材料，但传统表征泛霜程度的方法具有主观性，缺乏定量分析，本文就此进行了相关的实验研究。

1 实验

1.1 原材料与实验配合比

P·W52.5水泥（C）：产自阿尔博波特兰（安庆）有限公司，化学成分见表1；氧化铁红颜料（YL）：产自乐清市溪边自动化有限公司；光亮剂（GLJ）：苏州市建筑科学研究院有限公司，由六甲基环三硅氧烷等多种高分子聚合物和无机电解质配制而成；防水剂：异丁基三乙氧基硅烷（YDJ）和异辛基三乙氧基硅烷（YXJ），有效含量均≥98.9%，北京蒙泰建材伟业有限公司；水（W）：自来水。

表1 水泥的化学成分

1.2 实验方法

实验配合比如表2所示。

表2 实验配合比 g

（1）试样制备。先将水泥、颜料通过行星式净浆搅拌机（JC/T 681—1997型）慢速搅拌2 min后加水，再慢搅1 min、快搅2 min，最后将水泥净浆浇筑于直径9 cm，高3 cm的圆饼形塑料模具中，手动振实、排空气泡，在实验室自然条件下[温度（20±5）℃，相对湿度（50±5）%]养护1 d后脱模。防水剂和光亮剂均预先溶于拌合水中。自然条件下养护90 d。

（2）热重分析（DTG-TG）。采用美国TA公司生产的STA 650型联合热分析仪，保护气氛为N2，升温速率为20℃/min。按照“米”字形分布取样，每个圆板试样上平均设9个点，以Φ0.6 mm钻头钻取样品，深度2 mm。

（3）压汞分析（MIP）。采用的压汞测孔仪型号为AutoporeⅣ9500。

2 实验结果与分析

2.1 试样外观

各组试块自然条件下养护90 d的外观如图1所示。

根据图1中各试样表面的颜色，按照由深至浅的情况，可以大致判断其泛霜程度依次为基准>2#试样>3#试样>1#试样。

图1 各试样外观

2.2 热重分析（见图2）

图2表明，在DTG曲线的100、450、740℃处分别有水分蒸发、C-S-H与AFt分解产生的3个明显的吸热峰，水泥水化产物氢氧化钙CH晶体的分解吸热峰，以及CaCO3的分解脱碳峰[11]。CaCO3来自水泥水化产物CH的碳化，因为测试样品取自试块表面，所以CaCO3的峰十分明显。TG曲线上600~800℃的质量损失为CO2的质量，通过分子质量可换算得到基准、1#、2#、3#试样中CaCO3的质量百分含量分别为40.34%、29.11%、34.00%、31.89%。添加光亮剂及2种防水剂均可以减少硅酸盐水泥泛霜的产生，其中光亮剂的抑制效果最为明显，可减少泛霜产物量11.23个百分点，内掺YGJ和YXJ分别减少泛霜量6.34个百分点和8.45个百分点。各试样CaCO3的含量实测值大小顺序与根据图1得到的泛霜程度完全对应。

图2 各试样的TG-DTG曲线

2.3 孔径分布

各试样的压汞实验测试结果如图3所示，对图3的数据进行分段统计，结果如表3所示。

图3 各试样的压汞实验结果

表3 孔径分布分析

从图3和表3看出，基准样和掺光亮剂试样的孔尺寸集中在0~1000 nm，掺GLJ试样的平均尺寸略大于基准样的，掺GLJ试样的孔径尺寸在50~200 nm时达到63.08%，而大于200 nm的孔为14.71%，远小于基准样的。有研究表明[12]，孔径小于20 nm时为无害孔，孔径在20~50 nm的为有害孔，孔径在50~200 nm的为少害孔，大于200 nm的为多害孔。这种划分是根据离子在不同孔径中的扩散与迁移速率来判断的，孔径大的扩散与迁移速率较快，因此可能对水泥石的侵害作用较大。上述结果说明，内掺光亮剂可以减少多害孔，增加少害孔，并且起到均匀细化材料孔结构的效果，从而减少水泥的泛霜产物向表面迁移。

从图3还可以看出，基准样和掺2种防水剂试样的孔径集中在0~1000 nm，但后两者中超出1000 nm的孔明显更多，基准、2#、3#试样中大于200 nm的孔分别为44.10%，47.73%和47.75%。当孔径大于1000 nm时，毛细水可以直接以液体的形式向外流，从而将内部的碱带到材料表面，这对硅酸盐水泥的泛霜是不利的，但是硅烷防水剂的掺入，一方面，可以在材料内部的微细孔和毛细孔中形成牢固的憎水性表面层，形成斥水性网状分子膜；另一方面，与水泥中的—OH反应，消耗掉水泥中的羟基，从而减少水泥的泛霜[13]。但是上述结果说明，内掺硅烷防水剂会增加体系内有害孔，使内部孔隙不均匀，对其耐久性不利。