新型濕拌砂漿外加劑及其應(yīng)用

朱玉雪，郝利國，趙海洋，力乙鵬

(1.中建材中巖科技有限公司，北京 100024；2.中國建筑材料科學(xué)研究總院，北京 100024； 3.建材行業(yè)防護(hù)修復(fù)與加固材料工程技術(shù)中心，北京 100024)

0 引 言

濕拌砂漿，又稱預(yù)拌砂漿，是指水泥、細(xì)集料、外加劑和水經(jīng)合理配制和工廠化作業(yè)，由攪拌罐車運輸至工地，在專用容器中儲存，并在一定時間內(nèi)保持工作性能的成品砂漿[1]。其具有節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境和質(zhì)量穩(wěn)定的優(yōu)勢，但會導(dǎo)致外加劑成本提高、生產(chǎn)管理復(fù)雜化和運輸成本上升[2-3]。

傳統(tǒng)濕拌砂漿外加劑由減水增強(qiáng)組分(含引氣劑)、增稠保水組分和緩凝組分構(gòu)成[4-5]。其中，減水增強(qiáng)組分采用高效減水劑摻量高，采用聚羧酸系高性能減水劑適應(yīng)性較差，且均須復(fù)合引氣劑使用。增稠保水組分以纖維素醚為主，溶解度低、高溫天氣易分層、且導(dǎo)致力學(xué)性能顯著降低[6-9]。緩凝組分超摻容易引起凝結(jié)時間過長，影響施工進(jìn)度，無機(jī)鹽類緩凝組分對砂漿后期強(qiáng)度造成不利影響[4-5]。

針對上述問題，我公司采用和易型聚羧酸系高性能減水劑作為減水增強(qiáng)組分，降低減水劑減水率、提高其引氣性、改善砂漿和易性；采用改性纖維素醚作為增稠保水組分，提高其溶解度、復(fù)配后外加劑無分層現(xiàn)象，持續(xù)進(jìn)行物理釋水，提高砂漿長時保塑性能；采用超緩釋型聚羧酸系高性能減水劑，其在水泥基材料堿性條件下持續(xù)釋放羧基、延緩水泥水化及其凝結(jié)時間、持續(xù)進(jìn)行化學(xué)釋水，且不影響砂漿力學(xué)性能。

1 實 驗

1.1 原材料及配合比

選用北京水泥廠生產(chǎn)的P·O 42.5水泥，粉煤灰使用唐山都電廠生產(chǎn)的Ⅱ級粉煤灰，砂細(xì)度模數(shù)2.2～2.5。

采用M10配合比，具體數(shù)值見表1。砂漿初始稠度控制在(90±2) mm。不同組分對砂漿性能研究時采用0#配比，產(chǎn)品應(yīng)用性能研究時采用1#～3#配比。

表1 濕拌砂漿配合比Table 1 Mixing ratio of wet mixed mortar /(kg·m-3)

1.2 實驗方法

砂漿的稠度、容重、保水性、凝結(jié)時間和抗壓強(qiáng)度試驗均按照 JGJ 70—2009《建筑砂漿基本性能的試驗方法》進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 減水增強(qiáng)組分

選取萘系高效減水劑、減水型PCE和和易型PCE進(jìn)行對比研究，根據(jù)用水量和外加劑摻量研究其減水率，根據(jù)砂漿容重判斷減水劑引氣性能，根據(jù)抗壓強(qiáng)度研究其對砂漿力學(xué)性能的影響，具體結(jié)果見表2。

表2 使用不同種類減水劑的濕拌砂漿性能Table 2 Performance of wet mixed mortar using different types of water reducer

圖1 不同種類增稠保水組分的濕拌砂漿稠度經(jīng)時 變化情況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)減水率：減水型PCE>和易型PCE>萘系。(2)引氣性：三者均具有一定引氣性，使砂漿容重降低，和易型PCE>減水型PCE>萘系。(3)和易性：三者均能夠改善砂漿和易性，萘系減水率低、和易性較好，減水型PCE減水率最高容易引起砂漿離析、泌水和板結(jié)，和易型PCE在保持較高減水率的同時、提高了引氣性能、有助于改善砂漿和易性。(4)力學(xué)性能：三者均能夠起到減水增強(qiáng)作用，和易型PCE≈減水型PCE>萘系。

2.2 增稠保水組分

選取空白組(Blank)、改性纖維素醚(MCE)和羥丙基甲基纖維素(HPMC)進(jìn)行研究，其中MCE和HPMC的摻量有三種，均為0.02%、0.05%、0.08%，不同種類增稠保水組分的濕拌砂漿稠度經(jīng)時變化情況見圖1。

由圖1砂漿稠度經(jīng)時變化可知：改性纖維素醚和HPMC均有效提高了砂漿稠度及其保持性能，但改性纖維素醚單獨使用時并未對稠度保持性能有所提高。

表3 使用不同種類增稠保水組分的濕拌砂漿性能Table 3 Performance of wet mixed mortar using different types of thickening and water retention components

表3為使用不同種類增稠保水組分的濕拌砂漿性能，由表3可知：(1)HPMC摻量的提高，砂漿用水量增加、容重降低、保水率提高、凝結(jié)時間延長、但各齡期抗壓強(qiáng)度降低明顯。(2)MCE溶解度大大提高，不會產(chǎn)生分層現(xiàn)象，單獨使用時對用水量、容重和強(qiáng)度的影響不敏感，但對保水率和稠度保持性能提高不如HPMC。

2.3 緩釋/緩凝組分

選用超緩釋的PCE(USR-PCE)與白糖(SUC)、葡萄糖酸鈉(SG)對比緩釋性能，不同種類緩凝/緩釋組分的摻量見表4，試驗結(jié)果見圖2和表4。

由圖2可知：(1)在稠度及其保持性能方面，超緩釋母液最優(yōu)，葡萄糖酸鈉優(yōu)于白糖。(2)兩種緩凝劑和超緩釋型PCE均能提高砂漿稠度及其保持性能。

由表4可知：(1)常規(guī)緩凝劑的摻加會提高砂漿稠度、顯著延長砂漿凝結(jié)時間、但力學(xué)性能降低明顯。(2)超緩釋PCE幾乎無減水率，能夠隨水化反應(yīng)的進(jìn)行不斷釋放羧基，明顯延緩水泥水化、延長砂漿凝結(jié)時間，可以提高砂漿稠度及其保持性能，并對砂漿強(qiáng)度無不利影響。

表4 使用不同種類緩凝/緩釋組分的濕拌砂漿性能Table 4 Performance of wet mixed mortar using different types of retarding/slow-release components

2.4 濕拌砂漿外加劑成品應(yīng)用性能

對比濕拌砂漿外加劑成品應(yīng)用性能，其中SS為市售濕拌砂漿外加劑成品，CT為由減水型PCE、HPMC、白糖和葡萄糖酸鈉復(fù)配而成的濕拌砂漿外加劑，ZY為由和易型PCE、改性纖維素醚和超緩釋型PCE復(fù)配而成的濕拌砂漿外加劑。SS、CT和ZY為外加劑編號，外加劑折固摻量為1.0%，1、2和3為配合比編號(具體見表1)。

圖3 使用不同外加劑的濕拌砂漿稠度經(jīng)時變化情況
Fig.3 Change in the consistency of wet mixed mortar with different admixtures

由圖3可知：市售產(chǎn)品和傳統(tǒng)復(fù)配產(chǎn)品稠度保持性能相差不大，并且對砂漿類型不敏感，改變摻合料種類時稠度變化波動較小。

ZY在摻粉煤灰和礦粉的濕拌砂漿中適應(yīng)性明顯優(yōu)于另外兩個產(chǎn)品。ZY采用了超緩釋PCE與改性纖維素醚相結(jié)合的方法，超緩釋產(chǎn)品緩釋性能的發(fā)揮需要在堿性條件下進(jìn)行，因此其對摻有活性礦物摻合料的砂漿適應(yīng)性更強(qiáng)。超緩釋PCE在水泥和摻合料水化開始后，逐漸釋放羧基、持續(xù)延緩水化，釋放的水分被改性纖維素醚緩慢吸收，使稠度保持性能得以發(fā)揮而不會發(fā)生泌水現(xiàn)象。實驗室研究表明，初始稠度控制在100 mm時，通過調(diào)整ZY摻量可以調(diào)配24～48 h，稠度≥90 mm的超長開放時間濕拌砂漿。

表5 使用不同外加劑的濕拌砂漿性能Table 5 Performance of wet mixed mortar with different admixtures

由表5可知：市售產(chǎn)品較傳統(tǒng)復(fù)配產(chǎn)品用水量略低，但比ZY用水量明顯提高，說明其保水增稠組分仍為傳統(tǒng)纖維素醚類，用水量的降低可能是由于減水組分比例較高。

ZY引氣性低，容重較其它樣品高；使用ZY的濕拌砂漿各齡期抗壓強(qiáng)度和14 d粘接強(qiáng)度均高于其他產(chǎn)品，這是由于對纖維素醚進(jìn)行改性，降低了其對各齡期強(qiáng)度的影響，有利于砂漿強(qiáng)度的發(fā)展。

3 結(jié) 論

(1)新型濕拌砂漿外加劑減水增強(qiáng)組分采用和易型聚羧酸系高性能減水劑，該組分引氣性好有助于提高砂漿和易型。

(2)新型濕拌砂漿外加劑增稠保水組分采用改性纖維素醚，該組分具有物理吸水和釋水功能，引氣性和對力學(xué)性能的不利影響較小。

(3)新型濕拌砂漿外加劑減水增強(qiáng)組分采用超緩釋型聚羧酸系高性能減水劑，該組分通過化學(xué)釋水提高砂漿保塑型，不影響砂漿強(qiáng)度的發(fā)展。

(4)新型濕拌砂漿外加劑采用超緩釋型PCE化學(xué)釋水功能和改性纖維素醚物理吸水釋水功能，實現(xiàn)了濕拌砂漿24～48 h的開放時間，且不影響砂漿力學(xué)性能的發(fā)展。