木质磺酸钙改性制备复合砂浆外加剂的研究
水泥 2010-03-10
1 前言
砂浆外加剂以微小的掺入，不但可以提高砂浆的工作性能和施工质量、加快施工进度，而且可以提高砂浆的强度或节约水泥、石灰膏，保护环境，因此应用范围越来越广泛。目前。施工所用的砂浆外加剂主要是引气型外加剂，并以松香树脂类和合成表面活性剂等两类砂浆塑化剂为代表。随着新型墙体材料的开发与应用，对砌筑砂浆提出了更高的要求。以普通混凝土小型空心砌块、蒸压灰砂砖及粉煤灰加气混凝土砌块所用的砌筑砂浆为例，除了要求具有较高的强度外，还应具有良好的工作性、粘结性和耐久性。而使用普通的砌筑砂浆和传统的砂浆外加剂难以满足上述要求。本文针对某砂浆外加剂生产企业现有产品进行更新换代，以木质素磺酸钙为主要原料，制备优质、低成本的砂浆外加剂，生产适用于普通混凝土小型空心砌块、蒸压灰砂砖及粉煤灰加气昆凝土砌块的砂浆外加剂。
2 试验原材料
①碱性木质磺酸钙，外观：深竭色颗粒；产地：湖南；
②松香，产地：湖南、江西；
③ 氢氧化钙，烧碱，工业硫酸，碳酸钠，硫酸钠，磺酸，二乙醇胺。三乙醇胺；
④ 表面活性剂(fas、aes、mes、las、bx—10)，保水剂：羧甲基纤维素(cmc)、羟乙基甲基纤维素(hemc)以及羟丙基甲基纤维素(hpmc)，消泡剂；
⑤添充料、吸附剂：海泡石，产地：湖南宁乡县、湘潭县；粉煤灰，产地：株洲电厂；
⑥ 水泥：韶峰牌425普通硅酸盐水泥；
⑦ 中砂：细度模数2.6；
⑧ 水：饮用水。
3 试验方法
3.1 试验标准
参考湖南省地方标准(砂浆外加剂)(暂定)dbj／t-2002，结合建筑工程施工实际操作情况选择配合比
3.2 外加剂的研制
3.2、1 母剂的制作工艺(见图1)
[Page]
3.2.2 产品制备
将母剂按照一定的比例与添充料、吸附剂混合，得粉状产品。
3.3 砌筑砂浆试验
3.3.1 砂浆配合比
针对应用较为普遍的灰砂比1.6～1.2左右m2.5、m7.5砌筑砂浆，其工作性能差的情况，试验选择的水泥砂浆配合比----空白试验：水泥：中砂=1800g：14370g；掺外加剂砂浆试验：水泥：中砂：外加剂=1800g：14370g：3.6g(水泥重量的0.2%)。
3.3.2 砂浆试验
为比较所配外加剂的性能，试验室砂浆搅拌采用人工搅拌。初步分析外加剂的工作性能。砂浆稠度试验取两次试验结果的算术平均值。分层度试验取两次试验结果的平均值作为所测砂浆的分层度值。砂浆抗压强度试验采用无底模、尺寸7.07cm×7.07cm×7.07cm 的试模，以6个试件测值的算术平均值为该组试件的抗压强度值。
4 试验结果与讨论
4．1 砂浆的工作性
工作性是评价砂浆性能的重要指标，也是试验室砂浆外加剂试配的首要任务及衡量研制方案成功与否的标志。砂浆的工作性能主要指砂浆的稠度及保水性。
4.1.1 砂浆的稠度
试验中砂浆的稠度在水泥用量和种类、砂子粗细以及搅拌时间相同的情况下。与用水量多少、外加剂的品种和质量有关。由表1可以看出：
[Page]
① 砂浆空白试验(编号1)沉入度为33mm，砂浆的工作性能差，不易铺展、操作费力，外加水量增加，泌水明显。不能满足施工要求；
②原产品配方未对碱性木质磺酸钙进行改性。采用磺酸中和以碳酸钠调整ph值。产品对砂浆的工作性能改善效果不明显，在未减水情况下，泌水较明显；减水率10.5%时其沉入度仅为35mm(见表1编号2)。使用效果和经济效益不明显；
③ 由表1中可看出，加入试配的各种外加剂后，沉入度增加较为明显，范围在63mm～102mm 之间。沉入度增加可解决砂浆工作性能差、不易铺展、操作费力等困难，减轻了工人的劳动强度、利于提高施工质量；
④ 为达到掺入外加剂后，使砂浆的工作性能明显改善的目的，选择有效的途径对木质磺酸钙进行改性与活化以及对松香皂改性是本试验的关键所在。编号3、9、15、16为改性木质磺酸钙与松香皂、表面活性剂、保水剂复合的试验结果，减水率为10.5%～15.8%，沉入度提高到61mm～70mm；编号11、18、20、21为在其它条件不变的情况下，仅以改性松香皂取代松香皂的试验结果，减水率为14.0% ～ 22.8%。沉入度提高到71mm～92mm。试验表明，木钙改性与松香皂改性同等重要；
⑤ 各试验试配方案均加入一定比例的表明活性剂，充分发挥表面活性剂的降低表面自由能、分散、润湿、润滑、起泡作用。编号5、6、7为各阴离子表面活性剂单独使用时的试验情况，成本上升分别达68.1% 、112%和58.9%；编号12、15、18为其它条件相同情况下，两种阴离子表面活性剂复配的试验情况.成本仅上升0.6%、2.1%和7.6%。因此，阴离子表面活性剂的复配对产品成本影响很大。
4.1.2 砂浆的保水性
保水性表面砂浆保持水分的能力。保水性不好的砂浆在使用中容易离析、泌水，特别在多孔轻质墙体施工中水分更容易被吸收，影响砂浆的铺砌、硬化及粘结。从表1中可发现，试配的各方案泌水与离析均较低，这是因为：
① 引气型外加剂加入砂浆后引入了一定量的空气降低了泌水与离析。
②cmc、mc、hemc、hpmc等保水剂的加入。使砂浆的泌水性、保水性能得到明显改善，并提高砂浆的粘附力提高砂浆的抗裂性。
表1中编号4、5、6、12、13、14、17、18、19、20、21等分层度均为较理想值。
4.2 砂浆的强度
4.2.1 引气剂对强度的影响
理论上分析，砂浆的强度与水灰比关系甚微，只与水泥用量有关。试验中，试配的引气剂加入后。与空白试验对比。大部分试配方案强度均有一定的下降。[Page]
实际上，水泥水化反应所需的结合水只占水泥重量的23%左右。施工中为了获得必要的流动性，常需要较多的水(较大的水灰比)。当砂浆硬化后，多余的水分就残留在砂浆中形成水泡或蒸发后形成气孔，大大地减少了砂浆抵抗荷载的实际有效断面，而且可能产生应力集中，造成砂浆强度下降。一般地，空气含量增加1% ，强度下降5%左右。试验研究表明。由引气剂造成的负面影响造成砂浆强度的降低可用降低用水量来抵消一部分。编号14试验即是在编号12的基础上减水6.25%，检测结果强度上升16.7%。
4.2.2 早强剂及消泡剂加入的效果
由于本试验试配的外加剂均为引气型外加剂，需加入早强剂进行增强；同时应采用一定量的消泡剂进行适当消泡，在不影响砂浆和易性的前提下，提高砂浆的密实度。
① 表1中编号3、4、6、7、8、10等试验未加早强剂、消泡剂，砂浆平均强度为1.9mp，比空白试验强度下降约42.4% ；
② 表1中编号12、13、14、15、17等试验加消泡剂、未加早强剂，砂浆平均强度为2.6mp，比空白试验强度下降约21.2% ：
③ 表1中编号9、11、16、19、20、21等试验加早强剂、消泡剂，砂浆平均强度为3.78mp，比空白试验强度提高约14.65% 。
4.2.3 减水率
加入试配外加剂后，减水效果比较明显，最大减水率为22.8%(表1中编号18)。
5 结论
5.1 将碱性木质磺酸钙改性活化、将松香皂化和改性。并与表面活性剂复合，可制备出成本低廉、优质高效的砂浆外加剂。与原配方相比，试配方案中编号20、21沉入度提高35mm～37mm，强度有一定的提高，保水性能佳，原材料成本下降91元/t～103元/t。
5.2 相对于机械搅拌方式，砂浆搅拌采用人工搅拌方式能够较快地获得砂浆外加剂的工作性能信息。并能较为准确地确定砂浆搅拌所需的最短时间，利于确定所配置的外加剂的优劣。
5.3 木钙及松香皂改性内在机理、外加剂对水泥的适应性以及砂浆的耐久性试验等研究正在深入进行中。
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