两种典型增稠剂对预拌砂浆性能的影响研究

2022-06-25孙栋梁

重庆建筑 2022年6期

孙栋梁

（西卡四川建筑材料有限公司，四川成都 611436）

0 引言

预拌砂浆又称湿拌砂浆，是一种将水泥、水、砂、矿物掺合料和相关功能外加剂，按照一定的比例，在专业生产厂经计量、拌和后，使用砂浆运输车转运至指定地点，放入专用容器存储，并在指定的时间内使用完毕的拌合物，属于绿色建筑材料[1]。其生产由科学的试验室试配，严格的性能检测，精确的设备计量，规模化生产，成品具有良好的拌合均匀度，质量可靠稳定。预拌砂浆的生产可以根据用户不同的需求灵活安排，进而满足不同的设计需求和施工工艺；预拌砂浆施工占地面积小，粉尘排放量少、噪音小，可减少对道路和周边环境的污染，有利于文明施工。此外，预拌砂浆采用机械化施工，可大大缩短工程建设周期、节能降耗。推广应用预拌砂浆对降低资源消耗、减少环境污染、提高工程质量、提升建筑业现代化施工水平都有着十分重要的作用[2]。

为了满足施工现场随取样随使用、不施工不硬化、即上墙即产生强度的要求，预拌砂浆需要一定的开放时间，开放时间覆盖预拌砂浆搅拌站集中生产制备、专业配送和工地现取样现使用的全过程质量需求。砂浆拌合物运送至施工现场后，储存在专用的砂浆存储器中，可在规定的时间内不离席、不泌水、不凝结，用于施工后，可正常凝结硬化，不影响施工进度，其他相关性能指标也不受影响。这些优良性能主要是外加剂在预拌砂浆中起到了至关重要的作用[3]。增稠剂则是预拌砂浆外加剂中尤为重要的一类，能将增稠、保水良好地兼容在一起，掺入砂浆增稠剂不仅能显著改善砂浆拌合物的施工和易性、保水性，而且能显著提高砂浆硬化体的各项性能指标[4]。本文选用了市场上两种典型预拌砂浆增稠剂羟丙基甲基纤维（HPMC）和聚丙烯酰胺（PAM），研究增稠剂对预拌砂浆稠度、保水性和力学性能的影响。

1 原材料和试验方法

1.1 厡材料

水泥：普通硅酸盐水泥42.5 级，重庆天助水泥厂生产，性能指标见表1。

表1 水泥性能指标

粉煤灰：重庆珞璜电厂生产的II 级粉煤灰，性能指标见表2。

表2 粉煤灰性能指标

砂：长江砂，堆积密度1480kg/m3，细度模数2.81，Ⅱ区中砂，连续级配，含泥量0.2%，表观密度2655kg/m3。

羟丙基甲基纤维素（HPMC）：德州沃福纤维素有限公司产，粘度75000mPa.s，细度18.5%（45μm 方孔筛余）。

聚丙烯酰胺（PAM）：河北森隆化工有限公司产。

水：自来水。

1.2 试验方法

（1）稠度试验测试方法

试验依照《建筑砂浆基本性能试验方法标准》（JGJ/T 70—2009）的第4 章条文规定进行。

（2）保水率测试方法

试验依照《建筑砂浆基本性能试验方法标准》的第7 章条文规定进行，其中滤纸数量为8。

（3）抗压强度测试方法

试验依照《建筑砂浆基本性能试验方法标准》的第9 章条文规定进行，试模70.7×70.7×70.7 mm。

增稠剂对预拌砂浆性能的影响研究配合比见表3。

表3 试验配合比

2 结果与分析

2.1 增稠剂对预拌砂浆稠度的影响

增稠剂掺量对预拌砂浆稠度的影响曲线如图1 所示。

图1 增稠剂掺量对预拌砂浆稠度的影响曲线

由图1 可以看出，在预拌砂浆体系中分别加入羟丙基甲基纤维素（HPMC）、聚丙烯酰胺（PAM），砂浆拌合物的稠度得到一定程度的改善。羟丙基甲基纤维素（HPMC）在试验掺量范围内，0.08%掺量组稠度最佳；聚丙烯酰胺（PAM）掺量为0.02%时拌合物稠度得到较好的改善，随着掺量的增大，拌合物稠度变化不大。羟丙基甲基纤维素（HPMC）主要构成为无支链的长纤维分子，单一的一个纤维素纤维含有超过1 万个的独立脱水葡萄糖单元，束状排列的纤维分子呈胶体状，能快速在砂浆拌合物体系中形成一层薄膜，加速水泥浆体和颗粒之间的融合，发挥良好的润滑剂作用[5]，从而提高砂浆拌合物的工作性能。就聚丙烯酰胺（PAM）来说，其属于一类水溶性合成高分子，是丙烯酰胺（AM）的共聚物与均聚物的统称，分为阴离子型(APAM)、阳离子型(CPAM)、非离子型（NPAM）以及两性离子型四类。聚丙烯酰胺（PAM）含有高极性的酰氨基（CH3CONH—），具有一定的水溶性和亲水性，可使砂浆拌合物稠度增大。

2.2 增稠剂对预拌砂浆保水性能的影响

增稠剂掺量对预拌砂浆保水率的影响曲线如图2 所示。

图2 增稠剂掺量对预拌砂浆保水率的影响曲线

由图2 可以看出，随着增稠剂掺量的增加，预拌砂浆拌合物保水率不断提高，但各自增大的程度差异明显：羟丙基甲基纤维素（HPMC）掺量达到0.08%时，保水率达到最大为95%，而聚丙烯酰胺（PAM）掺量相同时，拌合物保水率仅为88%，也就是说羟丙基甲基纤维素（HPMC）的保水效率明显高于聚丙烯酰胺（PAM）。羟丙基甲基纤维素（HPMC）分子结构中含有羟基（—OH）和醚键（—O—），水分子和基团上的氧原子结合形成氢键，使游离的水分子变成了结合水，吸附在矿物颗粒表面，水分子的自由移动被束缚，阻止了浆体中水分过快散失，进而发挥了良好的保水能力；聚丙烯酰胺（PAM）部分溶于水，具有一定交联度，通过聚合物的亲水部分进行水合作用，协同聚合物分子链段之间的静电斥力作用，促使聚合物的线团结构在溶液环境中完全打开而达到增稠效果。聚丙烯酰胺（PAM）所含酰氨基（CH3CONH—）与水分子的作用效果不如羟丙基甲基纤维素（HPMC）的羟基（—OH）和醚键（—O—）[6-7]，因此体系保水性的改善不如羟丙基甲基纤维素（HPMC）。

从上述试验数据可以得出，在符合规范规定的前提下，即满足预拌砂浆保水率不应低于88%的条件下，羟丙基甲基纤维素（HPMC）的掺量仅为聚丙烯酰胺（PAM）的25%。

2.3 增稠剂对预拌砂浆力学性能的影响

增稠剂掺量对预拌砂浆28d 抗压强度的影响曲线如图3 所示，增稠剂掺量对预拌砂浆28d 抗折强度的影响曲线如图4 所示。

分析图3 和图4 可以看出，随着聚丙烯酰胺（PAM）掺量的增大，砂浆硬化体28d 抗压强度和抗折强度都呈现先增大后减小的变化，这种现象可能是由于在砂浆拌合物中加入增稠剂，聚丙烯酰胺（PAM）分子基团与水泥浆体中的钙离子结合，降低了浆液中氢氧化钙（CaOH）的浓度，减缓了水泥水化反应的速度，形成的水化产物结构更均匀密实。同时，聚丙烯酰胺（PAM）分子基团还可与浆液中的其他金属离子发生胶凝作用，填充砂浆硬化体中的空隙，适宜掺量范围内，两种情况协同作用使得砂浆硬化体强度得到一定程度的提高[8]。

图3 增稠剂掺量对预拌砂浆28d抗压强度的影响曲线

图4 增稠剂掺量对预拌砂浆28d抗折强度的影响曲线

与聚丙烯酰胺（PAM）情况相反，随着羟丙基甲基纤维素（HPMC）掺量的增加，砂浆硬化体28d 抗压强度和抗折强度较基准组明显降低：当羟丙基甲基纤维素（HPMC）掺量为0.06%时，砂浆硬化体28d 抗压强度和抗折强度较基准组分别降低了32%和24%，但当增稠剂掺量为0.02%时，28d 抗压强度和抗折强度仍可达19.1MPa 和5.4MPa，均满足规范要求。羟丙基甲基纤维素（HPMC）中含有烷基基团（R-CH2—），可有效降低溶液的表面自由能，因而具备一定的引气作用，随着增稠剂掺量的增大致使砂浆拌合物在搅拌过程中产生的气泡也增多，形成的气泡被矿物颗粒及水化产物包裹住不易排出，留在硬化体中形成孔洞，导致砂浆试件结构疏松，力学性能下降[9]。