兩種典型增稠劑對預拌砂漿性能的影響研究

孫棟梁

（西卡四川建筑材料有限公司，四川成都 611436）

0 引言

預拌砂漿又稱濕拌砂漿，是一種將水泥、水、砂、礦物摻合料和相關功能外加劑，按照一定的比例，在專業生產廠經計量、拌和后，使用砂漿運輸車轉運至指定地點，放入專用容器存儲，并在指定的時間內使用完畢的拌合物，屬于綠色建筑材料[1]。 其生產由科學的試驗室試配，嚴格的性能檢測，精確的設備計量，規模化生產，成品具有良好的拌合均勻度，質量可靠穩定。 預拌砂漿的生產可以根據用戶不同的需求靈活安排，進而滿足不同的設計需求和施工工藝；預拌砂漿施工占地面積小，粉塵排放量少、噪音小，可減少對道路和周邊環境的污染，有利于文明施工。 此外，預拌砂漿采用機械化施工，可大大縮短工程建設周期、節能降耗。推廣應用預拌砂漿對降低資源消耗、減少環境污染、提高工程質量、提升建筑業現代化施工水平都有著十分重要的作用[2]。

為了滿足施工現場隨取樣隨使用、 不施工不硬化、 即上墻即產生強度的要求，預拌砂漿需要一定的開放時間，開放時間覆蓋預拌砂漿攪拌站集中生產制備、專業配送和工地現取樣現使用的全過程質量需求。砂漿拌合物運送至施工現場后，儲存在專用的砂漿存儲器中，可在規定的時間內不離席、不泌水、不凝結，用于施工后，可正常凝結硬化，不影響施工進度，其他相關性能指標也不受影響。這些優良性能主要是外加劑在預拌砂漿中起到了至關重要的作用[3]。增稠劑則是預拌砂漿外加劑中尤為重要的一類，能將增稠、保水良好地兼容在一起，摻入砂漿增稠劑不僅能顯著改善砂漿拌合物的施工和易性、保水性，而且能顯著提高砂漿硬化體的各項性能指標[4]。本文選用了市場上兩種典型預拌砂漿增稠劑羥丙基甲基纖維（HPMC）和聚丙烯酰胺（PAM），研究增稠劑對預拌砂漿稠度、保水性和力學性能的影響。

1 原材料和試驗方法

1.1 厡材料

水泥：普通硅酸鹽水泥42.5 級，重慶天助水泥廠生產，性能指標見表1。

表1 水泥性能指標

粉煤灰：重慶珞璜電廠生產的II 級粉煤灰，性能指標見表2。

表2 粉煤灰性能指標

砂：長江砂，堆積密度1480kg/m3，細度模數2.81，Ⅱ區中砂，連續級配，含泥量0.2%，表觀密度2655kg/m3。

羥丙基甲基纖維素（HPMC）：德州沃福纖維素有限公司產，粘度75000mPa.s，細度18.5%（45μm 方孔篩余）。

聚丙烯酰胺（PAM）：河北森隆化工有限公司產。

水：自來水。

1.2 試驗方法

（1） 稠度試驗測試方法

試驗依照 《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》（JGJ/T 70—2009）的第4 章條文規定進行。

（2） 保水率測試方法

試驗依照《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》的第7 章條文規定進行，其中濾紙數量為8。

（3） 抗壓強度測試方法

試驗依照《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》的第9 章條文規定進行，試模70.7×70.7×70.7 mm。

增稠劑對預拌砂漿性能的影響研究配合比見表3。

表3 試驗配合比

2 結果與分析

2.1 增稠劑對預拌砂漿稠度的影響

增稠劑摻量對預拌砂漿稠度的影響曲線如圖1 所示。

圖1 增稠劑摻量對預拌砂漿稠度的影響曲線

由圖1 可以看出，在預拌砂漿體系中分別加入羥丙基甲基纖維素（HPMC）、 聚 丙 烯 酰 胺（PAM），砂漿拌合物的稠度得到一定程度的改善。羥丙基甲基纖維素（HPMC）在試驗摻量范圍內，0.08%摻量組稠度最佳；聚丙烯酰胺（PAM）摻量為0.02%時拌合物稠度得到較好的改善，隨著摻量的增大，拌合物稠度變化不大。羥丙基甲基纖維素（HPMC）主要構成為無支鏈的長纖維分子，單一的一個纖維素纖維含有超過1 萬個的獨立脫水葡萄糖單元，束狀排列的纖維分子呈膠體狀，能快速在砂漿拌合物體系中形成一層薄膜，加速水泥漿體和顆粒之間的融合，發揮良好的潤滑劑作用[5]，從而提高砂漿拌合物的工作性能。 就聚丙烯酰胺（PAM）來說，其屬于一類水溶性合成高分子，是丙烯酰胺（AM）的共聚物與均聚物的統稱，分為陰離子型(APAM)、陽離子型(CPAM)、非離子型（NPAM）以及兩性離子型四類。 聚丙烯酰胺（PAM）含有高極性的酰氨基（CH3CONH—），具有一定的水溶性和親水性，可使砂漿拌合物稠度增大。

2.2 增稠劑對預拌砂漿保水性能的影響

增稠劑摻量對預拌砂漿保水率的影響曲線如圖2 所示。

圖2 增稠劑摻量對預拌砂漿保水率的影響曲線

由圖2 可以看出，隨著增稠劑摻量的增加，預拌砂漿拌合物保水率不斷提高，但各自增大的程度差異明顯：羥丙基甲基纖維素（HPMC）摻量達到0.08%時，保水率達到最大為95%，而聚丙烯酰胺（PAM）摻量相同時，拌合物保水率僅為88%，也就是說羥丙基甲基纖維素（HPMC）的保水效率明顯高于聚丙烯酰胺（PAM）。羥丙基甲基纖維素（HPMC）分子結構中含有羥基（—OH）和醚鍵（—O—），水分子和基團上的氧原子結合形成氫鍵，使游離的水分子變成了結合水，吸附在礦物顆粒表面，水分子的自由移動被束縛，阻止了漿體中水分過快散失，進而發揮了良好的保水能力；聚丙烯酰胺（PAM）部分溶于水，具有一定交聯度，通過聚合物的親水部分進行水合作用，協同聚合物分子鏈段之間的靜電斥力作用，促使聚合物的線團結構在溶液環境中完全打開而達到增稠效果。 聚丙烯酰胺（PAM）所含酰氨基（CH3CONH—）與水分子的作用效果不如羥丙基甲基纖維素（HPMC）的羥基（—OH）和醚鍵（—O—）[6-7]，因此體系保水性的改善不如羥丙基甲基纖維素（HPMC）。

從上述試驗數據可以得出，在符合規范規定的前提下，即滿足預拌砂漿保水率不應低于88%的條件下，羥丙基甲基纖維素（HPMC）的摻量僅為聚丙烯酰胺（PAM）的25%。

2.3 增稠劑對預拌砂漿力學性能的影響

增稠劑摻量對預拌砂漿28d 抗壓強度的影響曲線如圖3 所示，增稠劑摻量對預拌砂漿28d 抗折強度的影響曲線如圖4 所示。

分析圖3 和圖4 可以看出，隨著聚丙烯酰胺（PAM）摻量的增大，砂漿硬化體28d 抗壓強度和抗折強度都呈現先增大后減小的變化，這種現象可能是由于在砂漿拌合物中加入增稠劑，聚丙烯酰胺（PAM）分子基團與水泥漿體中的鈣離子結合，降低了漿液中氫氧化鈣（CaOH）的濃度，減緩了水泥水化反應的速度，形成的水化產物結構更均勻密實。 同時，聚丙烯酰胺（PAM）分子基團還可與漿液中的其他金屬離子發生膠凝作用，填充砂漿硬化體中的空隙，適宜摻量范圍內，兩種情況協同作用使得砂漿硬化體強度得到一定程度的提高[8]。

圖3 增稠劑摻量對預拌砂漿28d抗壓強度的影響曲線

圖4 增稠劑摻量對預拌砂漿28d抗折強度的影響曲線

與聚丙烯酰胺 （PAM） 情況相反，隨著羥丙基甲基纖維素（HPMC）摻量的增加，砂漿硬化體28d 抗壓強度和抗折強度較基準組明顯降低：當羥丙基甲基纖維素（HPMC）摻量為0.06%時，砂漿硬化體28d 抗壓強度和抗折強度較基準組分別降低了32%和24%，但當增稠劑摻量為0.02%時，28d 抗壓強度和抗折強度仍可達19.1MPa 和5.4MPa，均滿足規范要求。 羥丙基甲基纖維素（HPMC）中含有烷基基團（R-CH2—），可有效降低溶液的表面自由能，因而具備一定的引氣作用，隨著增稠劑摻量的增大致使砂漿拌合物在攪拌過程中產生的氣泡也增多，形成的氣泡被礦物顆粒及水化產物包裹住不易排出，留在硬化體中形成孔洞，導致砂漿試件結構疏松，力學性能下降[9]。

3 結論

在預拌砂漿中，分別加入羥丙基甲基纖維素（HPMC）和聚丙烯酰胺（PAM）可有效改善拌合物的稠度和保水性能。 聚丙烯酰胺（PAM）可一定程度上提高砂漿試件的28d 抗壓強度和抗折強度，羥丙基甲基纖維素（HPMC）則使砂漿硬化體強度降低。

在符合規范規定的前提下，即滿足預拌砂漿保水率不應低于88%的條件下，羥丙基甲基纖維素（HPMC）的摻量僅為聚丙烯酰胺（PAM）的25%，且抗壓強度和抗折強度均滿足規范要求，綜合考慮，應優先選用羥丙基甲基纖維素（HPMC）作為增稠劑。