絮凝剂对湿拌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

作为一种绿色建筑材料，湿拌砂浆具有粘结性强、抗裂性能优异、良好的耐久性和施工便捷等优点[1-3]，不仅适用于承重墙、非承重墙中各种混凝土砖、粉煤灰砖和粘土砖的砌筑和抹灰，更能满足普通及特殊场合的地面找平和地下室、建筑物屋面及内外墙面、人防、隧道和家装等工程的防水防渗及渗漏修复的需求[4-6]，因而在国内外得到广泛应用。

已有文献和成功案例表明，湿拌砂浆的原材料来源丰富，诸如机制砂、河砂、石英砂、石粉和陶瓷粉等集料均可用于制备湿拌砂浆，其中以机制砂最为常见。但由于近年环保政策收紧和经济下行等因素的影响，为了节约制砂成本和提高洗砂效率，部分企业在制砂过程中掺加大量絮凝剂，导致制备得到的机制砂应用于混凝土和砂浆时产生了一系列问题，因此如何克服絮凝剂带来的不良影响显得尤为重要。本试验采用KZJ-WM30 型湿拌砂浆增塑剂对砂浆进行改性，探讨不同的絮凝剂种类和掺量、强度等级下絮凝剂对砂浆性能的影响情况。

1 试验原料及试验方法

1.1 试验原材料

1.1.1 水泥

采用42.5 级“红狮”牌普通硅酸盐水泥（代号C）作为砂浆的胶凝材料，其性能指标见表1：

表1 红狮水泥性能指标

1.1.2 细集料

采用过5mm 筛的机制砂(代号S)作为砂浆的细集料，其性能指标见表2：

表2 机制砂性能指标

1.1.3 粉煤灰

采用福能电厂Ⅱ级粉煤灰（代号FA），其需水量比97%，含水量0.2%，烧失量2.1%。

1.1.4 添加剂

采用KZJ-WM30 型湿拌砂浆增塑剂，为半透明液体，无毒且不含氯离子等对预拌砂浆有害的组分，其性能指标如表3所示。

表3 KZJ-WM30型湿拌砂浆增塑剂性能参数

1.1.5 絮凝剂

采用1200 万分子量阴离子型聚丙烯酰胺(代号XN1)、1800 万分子量阴离子型聚丙烯酰胺(代号XN2)、非离子型聚丙烯酰胺(代号XN3)、阳离子型聚丙烯酰胺(代号XN4)和聚合氯化铝(代号XN5) 等当前常见的絮凝剂进行测试分析。

1.2 试验方法

⑴保证增塑剂用量不变，于砂浆中依次加入集料总量7%的不同类型的絮凝剂溶液(浓度为0.10%)，测试砂浆的工作性能，其配合比见表4：

表4 不同类型絮凝剂下M10砂浆配合比(kg/m3)

⑵保证增塑剂用量不变，于砂浆中依次加入集料总量7%的不同浓度的絮凝剂溶液(浓度为0.02%～0.10%，每0.02%浓度为一组)，测试砂浆的工作性能，其配合比见表5：

表5 不同浓度絮凝剂下M10砂浆配合比(kg/m3)

⑶保证砂浆初始稠度不变，于砂浆中依次加入集料总量7%的絮凝剂溶液(浓度为0.10%)，测试不同强度等级下砂浆的工作性能，配合比见表6。

表6 不同强度等级下砂浆配合比(kg/m3)

2 试验结果及分析

2.1 不同类型絮凝剂对砂浆性能的影响

从表7 可以看出，掺加絮凝剂后，砂浆的抗压强度较基准有所降低。稠度方面，XN2 对砂浆稠度及损失的影响最大，其次为XN1、XN3 和XN4，而XN5 的影响最小，而且由于初始稠度的减小，砂浆的湿密度也随之提高；另一方面，聚丙烯酰胺具有的絮凝性、粘合性和降阻性可以通过机械、物理或化学作用使悬浮物质絮凝，并通过电中和及架桥吸附效应有效地降低流体的摩擦阻力，起到粘合作用；同时聚丙烯酰胺在中性、酸性和碱性条件下均易水解呈半网状结构，发挥增稠作用[7-8]，所以掺加聚丙烯酰胺后砂浆的保水率和拉伸粘结强度提高。综上所述，XN2对砂浆的综合性能影响最大。

表7 不同类型絮凝剂对砂浆性能的影响

2.2 不同浓度絮凝剂对砂浆的性能影响

不同浓度的XN2对砂浆的性能影响如表8所示。在其浓度逐步上升的情况下，砂浆的稠度和抗压强度降低，保水率、湿密度和拉伸粘结强度提高。由于增塑剂中引气和增稠组分含量较高，一方面增稠剂分子之间呈现复杂的、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，使自由水转变为结合水，提高了砂浆的保水率和拉伸粘结强度；另一方面，引气组分具有表面活性，于砂浆体系内引入大量微小的气泡，产生的滚珠效应增加了砂浆的可塑性和柔滑性，当聚丙烯酰胺浓度提高时，砂浆体系中微小气泡与结合水一起被包裹在网状结构中，产生的稳泡效应降低了砂浆的抗压强度[9]。需要注意的是，由于聚丙烯酰胺的絮凝作用要高于引气组分的滚珠效应，在增塑剂掺量不变而聚丙烯酰胺的浓度上升的情况下，砂浆的初始稠度减小，2h稠度损失增大。

表8 不同浓度絮凝剂对砂浆的性能影响

2.3 不同强度等级下絮凝剂对砂浆性能的影响

由表9 的数据可知，随着强度等级上升，砂浆体系中的集料和XN2的用量逐渐减少，砂浆的2h稠度经时损失也随之减小；同时M10～M25 强度等级下掺加絮凝剂的砂浆相对于未掺加絮凝剂的基准砂浆,抗压强度降幅分别为31.7%、27.3%、20.5%和13.4%，说明絮凝剂对砂浆抗压强度的负面作用随着强度等级上升而降低[10]，究其原因主要是由于高强砂浆胶凝材料较高，且随着XN2 用量的降低，其对于增塑剂的吸附和稳泡、絮凝作用也在减弱，改善了絮凝剂对砂浆抗压强度的不利影响。另一方面，因为高强砂浆的增塑剂用量较高，加之聚丙烯酰胺的增稠效应在一定程度上进一步改善了湿拌砂浆的和易性，所以其湿密度、保水率和拉伸粘结强度要明显高于低强砂浆。

表9 不同强度等级下絮凝剂对砂浆性能的影响

3 结论

通过采用KZJ-WM30 型湿拌砂浆增塑剂进行试验，研究了不同的絮凝剂种类和掺量、强度等级下絮凝剂对湿拌砂浆的性能影响。试验结果表明，相较于其他类型的絮凝剂，1800 万分子量阴离子型聚丙烯酰胺对湿拌砂浆综合性能的影响更大；当其浓度逐渐上升时，砂浆的稠度和抗压强度降低，保水率、湿密度和拉伸粘结强度提高。除此之外，絮凝剂对高强砂浆工作性能的影响幅度要小于低强砂浆。