调节剂对防水砂浆性能的影响研究

陈周鹏

（科之杰新材料集团有限公司）

0 引言

在国内外，刚性防水砂浆作为一类环保型绿色建材，因其具有原材料来源广泛、粘结性强、防水抗渗抗开裂性能优异、良好的耐候性、耐久性、密实性、施工方便快捷等诸多优点而备受市场青睐[1-3]。已有的工程成功案例表明，防水砂浆还具有出色的耐纯碱生产介质、尿素、硝铵、海水、盐酸及酸碱性盐腐蚀能力，适用于地下室、建筑物屋面及内外墙面、各类水池、人防、隧道、粮仓、厂房和家装等工程的防水防渗及渗漏修复[4-6]。目前用于刚性防水砂浆中的砂源多为机制砂，但市场上的机制砂仍存在质量波动、絮凝剂含量超标等问题，因此调节剂应运而生。本实验采用KZJ-T 型防水砂浆调节剂，探讨了在不同的调节剂和防水剂掺量、温度、胶砂比下其对防水砂浆性能的影响情况。

1 试验原材料及试验方法

1.1 试验原材料

⑴水泥

采用42.5 级“建福”牌普通硅酸盐水泥（代号C）作为砂浆的胶凝材料，其性能指标如表1。

表1 建福水泥性能指标

⑵细集料

采用325 目碳酸钙粉(代号S1)和70～140 目机制砂(代号S2)作为砂浆的细集料，其性能指标如表2、表3。

表2 碳酸钙粉性能指标

表3 机制砂性能指标

⑶可再分散乳胶粉

采用可再分散乳胶粉作为防水砂浆的关键改性组分（代号JF），为白色粉末，固体含量99.23%，灰分9.73%，堆积密度412g/L，pH 值7.5。

⑷添加剂

采用KZJ-M600 型砂浆防水剂（主要成分为聚阴离子纤维素型流变调节剂、高级脂肪酸和环氧乙烷-环氧丙烷共聚物，为白色粉末）与KZJ-T 型防水砂浆调节剂（主要成分为亚硝酸-硫铝酸盐复合型早强活性剂、多元醇类改性磷酸酯及晶核纳米增强剂，为透明液体），其性能指标如表4、表5。

表4 KZJ-M600 型砂浆防水剂性能参数

表5 KZJ-T 型防水砂浆调节剂性能参数

1.2 试验方法

⑴保持防水剂掺量不变的情况下，于砂浆中依次加入胶凝材料总量1.0%～2.5%的调节剂，测试砂浆的工作性能，其配合比如表6。

表6 不同掺量调节剂下防水砂浆配合比（㎏/m3）

⑵保持调节剂掺量不变的情况下，于砂浆中依次加入胶凝材料总量1.5%～3.0%的防水剂，测试砂浆的工作性能，其配合比如表7。

表7 不同防水剂掺量下防水砂浆配合比（㎏/m3）

⑶保证砂浆初始稠度不变，往砂浆中加入胶凝材料总量的1.9%的调节剂，测试其在-5～35℃下对砂浆的影响，配合比同表6。

⑷保持砂浆初始稠度不变、调节剂和防水剂掺量分别为胶凝材料总量1.9%和2.4%的情况下，调整砂浆胶砂比，测试砂浆的工作性能，配合比如表8。

表8 不同胶砂比下防水砂浆配合比（㎏/m3）

2 试验结果及分析

2.1 不同调节剂掺量对砂浆性能的影响

从表9 可以看出，调节剂掺量与防水砂浆工作性能的联系呈现出正相关态势：调节剂掺量在0～1.9%的范围内时，防水砂浆的各项指标也随之增加；掺量超过1.9%后，剩余的调节剂不再对水泥颗粒进行激发，砂浆的各项性能指标则趋于平稳。究其原因，调节剂中所含的晶核纳米增强组分[7-8]通过碱激发作用促进水泥水化进程，有助于后者形成致密的水化硅酸钙凝胶和氢氧化钙晶体以增加砂浆的体系密实度，提高砂浆的强度和渗透压力。同时，调节剂通过其原子基团与水泥颗粒间的重构作用，改变水泥颗粒表面的电荷分布状态，增大后者间的静电斥力，提高游离水的比例以增加砂浆稠度，减小其经时损失。

表9 不同调节剂掺量对砂浆性能的影响

2.2 调节剂对不同防水剂掺量下砂浆的性能影响

表10 的结果说明，在防水剂掺量逐步上升的情况下，防水砂浆的稠度、保水率、渗透压力、强度和粘度逐步提高，经时损失减小。由于防水剂中消泡和增稠组分含量较高，一方面增稠组分作为高分子化合物，分子之间呈现复杂具有一定交联度的三维网状结构，其亲水基团遇水解离与水分子形成氢键，并在网络和水之间产生浓度差，进而吸收水分以维持浓度平衡，使游离水变成结合水，以提高防水砂浆的粘度和保水率；增稠组分亦具有表面活性，产生的“滚珠”效应增加了砂浆的可塑性和柔滑性；同时基于增稠组分对水泥水化进程的缓凝作用，砂浆的稠度损失逐步降低。另一方面，消泡组分作用于防水砂浆时，可以破坏砂浆中有害气泡的弹性膜，抑制有害气泡的产生；若有害气泡已经产生，消泡剂微粒在接触泡沫后会立即捕获泡沫表面的憎水链端，迅速铺展形成很薄的双膜层，随后进一步扩散并层状侵入，取代原泡沫的膜壁，并在周围表面张力大的膜层强力牵引下破坏定向膜的力学平衡而起到破泡和抑泡的效果，从而提高砂浆的表观密度、抗压强度和抗渗能力。虽然当防水剂掺量升高时，砂浆强度也逐步提高，但需要注意的是，当掺量超过2.4%时，砂浆的粘度过高，此时将不利于砂浆施工。

表10 调节剂对不同防水剂掺量下砂浆的性能影响

2.3 调节剂对不同胶砂比下砂浆性能的影响

不同胶砂比下调节剂对防水砂浆的影响情况如表11 所示。试验数据说明，随着胶砂比下降，防水砂浆的各项性能指标均有所降低。由于水泥、防水剂和调节剂用量更多，在初始稠度相同的情况下，胶砂比小的砂浆的水胶比越小，此时水泥颗粒间相互连接形成骨架结构所需时间越短，凝结硬化过程中多余水分蒸发后形成的孔隙越少，砂浆体系密实度和抗压强度也越高。

表11 调节剂对不同胶砂比下砂浆性能的影响

调节剂也提升了砂浆的防水抗渗能力，这主要是因为调节剂通过改变砂浆中水泥分子的晶形结构与排列方式，增强其包裹胶结集料的能力，减少砂浆内部不良的多相晶体结构和孔结构；其次调节剂的分散作用有助于胶粉、水泥与集料充分混合均匀，增加拌合水的有效利用，提升单位体积内有效水泥颗粒的比例；再次，调节剂进一步改善胶粉的成膜能力，成膜的聚合物胶粉作为增强材料持久分布于整个砂浆体系中，填充砂浆的孔隙，增加砂浆的内聚力和密实度，保证砂浆在外力的作用下会产生松弛而不被破坏，从而有效减少砂浆内部缺陷，抑制外界水分渗透，提高砂浆的渗透压力。从实际使用的角度来看，当胶砂比为1:1.5 时，该配合比的防水砂浆可以较好地兼顾工作性能和成本，具有性价比优势。

2.4 调节剂对不同温度下砂浆性能的影响

不同温度下调节剂对防水砂浆性能的影响如表12所示。从中可以看出，随着温度上升，砂浆的各项指标均有所增长，说明调节剂及防水剂的活性随着温度升高而增大。当温度较低时，调节剂活性受到抑制，水泥的水化速度有所降低；随着温度升高，调节剂的激发作用可以促进碳酸钙粉中的活性物质溶出以提高其早期强度[9-11]，所以容易得到性能更为优异的防水砂浆成品，最终通过提高水泥的水化程度，加速水泥浆体到水化物膜层、再到凝聚结构、最终发展为致密结晶结构的进程。

表12 不同温度下调节剂对砂浆性能的影响

3 结论

本实验采用KZJ-T 型防水砂浆调节剂、KZJ-M600型砂浆防水剂搭配可再分散乳胶粉对防水砂浆进行改性，并研究了在不同的防水剂掺量、胶砂比和温度下调节剂对刚性防水砂浆的性能影响。试验数据表明，当调节剂和防水剂掺量、胶砂比及温度分别为1.9%、2.4%、1:1.5 和-5～35℃时，调节剂和防水剂可以发挥协同作用，激发防水砂浆的早期和后期强度，改善砂浆的各项性能指标。