材料组成对干粉砂浆性能的影响

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材料组成对干粉砂浆性能的影响

庄梓豪，韦江雄，赵三银，饶平根，余其俊

（华南理工大学　材料学院，广东　广州　５１０６４０）

摘要　：研究了经改性处理的某无机矿粉（Ｍ）、甲基羟乙基纤维素和可再分散乳胶粉等在单掺和复掺条件下对干粉砂浆保水率、抗折抗压强度、粘结拉力和抗渗性能等的影响。研究结果表明：当甲基羟乙基纤维素的掺量达到水

泥的０．３５％时，砂浆的保水率达到９９％　；同时，改性无机矿粉（Ｍ）也能提高砂浆的保水率。采用正交试验方法，经过优化研究确定外加剂的最佳配比为０．３％甲基羟乙基纤维素、２％可再分散乳胶粉和６％改性无机矿粉（Ｍ），即能满足砂浆的施工性能，又能降低砂浆的成本。关键词　：干粉砂浆　；　　改性无机矿粉　；　　粘结强度　；　　保水率中图分类号：ＴＵ５７＋８．１２　　　　文献标识码：Ｂ　　　　文章编号：１００４－１６７２（２００６）０４－００３１－０３

ＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆＩｎｇｒｅｄｉｅｎｔｓｏｎＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＰｏｌｙｍｅｒ－ＭｏｄｉｆｉｅｄＭｏｒｔａｒｓ／ＺｈｕａｎｇＺｉ－ｈａｏｅｔａｌ／／ＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＡｂｓｔｒａｃｔ：　　Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ａ　ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ｉｎｏｒｇａｎｉｃ　ｍｉｎｅｒａｌ　ｐｏｗｄｅｒ　（Ｍ），　ｈｙｄｒｏｘｙｅｔｈｙｌ　ｍｅｔｈｙｌ　ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ　ａｎｄ　ｖｉｎｙｌ　ｃｏ－ｐｏｌｙｍｅｒ　ｏｎｗａｔｅｒ　ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ　ｃａｐａｃｉｔｙ，　ｆｌｅｘｕｒａｌ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ，　ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ，　ａｄｈｅｓｉｖｅ　ｔｅｎｓｉｏｎ　ａｎｄ　ｉｍｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｏｌｙｍｅｒ－ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ｍｏｒｔａｒ　（ＰＭＭ）　ｗａｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ．　Ｔｅｓｔｉｎｇ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｗａｔｅｒ　ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｏｆ　ＰＭＭ　ｗａｓ　ｕｐ　ｔｏ　９９％　ｗｈｅｎａｄｄｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈｙｄｒｏｘｙｅｔｈｙｌ　ｍｅｔｈｙｌ　ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ　ｒｅａｃｈｅｄ　０．３５％　ｂｙ　ｍａｓｓ　ｏｄ　ｃｅｍｅｎｔ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ａｎｄ　ａｄｄｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ｉｎｏｒｇａｎｉｃｍｉｎｅｒａｌ　ｐｏｗｄｅｒ　ｃｏｕｌｄ　ａｌｓｏ　ｅｎｈａｎｃｅ　ｗａｔｅｒ　ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｏｆ　ＰＭＭ．　Ｂｙ　ｍｅａｎｓ　ｏｆ　ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｏｐｔｉｍｉｚｅｄ　ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｉｎｇ　ｏｆ　０．３％　ｈｙｄｒｏｘｙｅｔｈｙｌ　ｍｅｔｈｙｌ　ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ，　２％　ｖｉｎｙｌ　ｃｏ－ｐｏｌｙｍｅｒ　ａｎｄ　６％　Ｍ　ｂｙ　ｍａｓｓ　ｗｏｕｌｄ　ｓａｔｉｓｆｙ　ｔｈｅｍｏｒｔａｒ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｒｅｄｕｃｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｃｏｓｔ　ｏｆ　ｍｏｒｔａｒ　ａｓ　ｗｅｌｌ．

Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ：　ｐｏｗｄｅｒｅｄ　ｍｏｒｔａｒ；　　　　ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ｉｎｏｒｇａｎｉｃ　ｍｉｎｅｒａｌ　ｐｏｗｄｅｒ；　　　　ａｄｈｅｓｉｖｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ；　　　ｗａｔｅｒ　ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ　ｒａｔｉｏ

１　前言

有针对性地在砂浆中掺入有机和无机组分，可以起到改善与提高砂浆工作性能和使用性能。但较多种类的有机和无机材料的掺入，会增加了材料内部组成、水化与硬化过程以及硬化体结构的复杂性；而且，如果材料种类选用不当或使用量不合适，还会起到反作用和增加生产成本。已有研究表明［１］　　：砂浆中掺入甲基羟乙基纤维素能显著提高砂浆的保水性能和黏附力，减少砂浆的开裂和提高挂瓷砖性能。但是，甲基羟乙基纤维素的掺加又会在砂浆中引入大量的气泡，砂浆的空隙率大大增加，从而使得砂浆的强度和抗渗性能大大降低［２］。此外，甲基羟乙基纤维素价格昂贵，是提高砂浆生产成本和阻碍干拌砂浆推广的最主要因素。

本研究采用保水性能良好的改性无机矿粉（Ｍ）部分取代甲基羟乙基纤维素，在满足砂浆保水性能的基础上，能够提高砂浆的强度、抗渗等性能和降低砂浆的生产成本。在研究甲基羟乙基纤维素和Ｍ对保水性影响的基础上，进一步采用正交试验方法，

优化了砂浆组成，最终确定干粉砂浆的生产配比。

表１是《深圳市工程建设规范干拌砂浆生产与应用技术规程》中规定的一些关于干拌砂浆的技术指标［３］。

表１　　干粉砂浆的性能指标

２　　原材料与试验２．１　原材料

Ｐ．Ｏ　４２．５水泥：珠江水泥厂生产；中砂：细度模数２．３３　；甲基羟乙基纤维素　：Ｃ８５６４纤维素醚，德国产　　；可再分散乳胶粉　　：主要成分为乙烯基共聚物，法国产　；改性无机矿粉（Ｍ）　：白色粉末，呈片状结晶，易溶于水，水溶液呈糊状，具有良好的保水性能，市场参考价格＜１０００元／ｔ　；拌和水：自来水。２．２　试验方法砂浆试样的养护、抗压和抗折强度参照ＧＢ／Ｔ１７６７１－１９９９执行［４］　；稠度、保水率和粘结强度均参

３２照深圳市工程建设规范《干拌砂浆应用技术规程》和中华人民共和国电力行业标准ＤＬ／Ｔ　５１２６－２００１

《聚合物改性砂浆试验规程》［５］

中的有关规定执行。其中粘结强度试验根据文献［５］所示方法进行，在７０ｍｍ×７０ｍｍ×２０ｍｍ的基体表面上成型４０ｍｍ×４０ｍｍ×１０ｍｍ的砂浆试体，养护至规定龄期后，采用专用模具在５５６７型Ｉｎｓｔｒｏｎ万能试验机上进行。２．３　试验２．３．１　单组分的影响

试验所用灰砂比为３:７，水灰比为０．５。Ｍ的掺

量为水泥掺量的０￣１０％，甲基羟乙基纤维素的掺量

为水泥掺量的０￣０．３５％。在一定水灰比情况下，甲基羟乙基纤维素和Ｍ对砂浆保水性能的影响如图１和图２所示。２．３．２　多组分的协同作用

采用正交试验方法，研究甲基羟乙基纤维素、乳胶粉和Ｍ的复掺对干粉砂浆强度、保水率和粘结力的影响。试验所用灰砂比为３:７，砂浆稠度控制在８５￣９５　ｍｍ之间，拌合水用量根据砂浆稠度确定。试验配比详见表２和表３。

表２　　正交试验的因素及水平［６］

表　３　正交试验质量百分比

３　　结果与讨论

３．１　甲基羟乙基纤维素和Ｍ对砂浆保水性能的影响

从图１和图２可知，甲基羟乙基纤维素和Ｍ都能提高砂浆的保水率。随着甲基羟乙基纤维素掺量的增加，砂浆的保水率迅速上升，当其掺量达到水泥质量的０．３５％，砂浆的保水率达到９９％；而Ｍ在

材料组成对干粉砂浆性能的影响　　庄梓豪

掺量低于６％时，保水率随其掺量提高幅度较大，但在掺量超过６％之后，砂浆的保水率变化不敏感。这表明，Ｍ在小掺量的情况下能显著提高砂浆的保水率，用其部分取代价格昂贵的甲基羟乙基纤维素能在维持砂浆保水率的基础上降低生产成本。

图１　　甲基羟乙基纤维素对砂

图２　　改性无机矿粉（Ｍ）浆保水率的影响

对砂浆保水率的影响

３．２　正交试验结果

在正交试验设计中，用Ｍ部分取代甲基羟乙基纤维素，并且掺加可再分散乳胶粉，实现砂浆性能的优化。甲基羟乙基纤维素的掺量范围为０．１％￣０．３％，可再分散乳胶粉为２％￣４％，Ｍ为２％￣６％。

根据砂浆的抗压抗折强度、保水率和７天粘结强度三个方面探讨外加剂对砂浆性能的影响。试验采用Ｌ９（３３）的三因素三水平的正交试验表进行，选用甲基羟乙基纤维素、可再分散乳胶粉和Ｍ作为变化的三个因素。正交试验结果如表４所示，方差分析如表５所示。

表４　　　正交试验结果

３．２．１　正交试验结果分析

（１）　强度分析。甲基羟乙基纤维素会显著地降低砂浆抗压和抗折强度，乳胶粉能提高砂浆的抗折强度，而Ｍ略能提高砂浆早期抗压强度。三种外加剂复掺，砂浆的折压比提高，表明砂浆的柔顺性也提高。各因素对抗压强度影响显著性如下　：甲基羟乙基纤维素＞可再分散乳胶粉＞Ｍ。对抗折强度影响显

化学建材２００６年　第２２卷　第４期

著性如下：可再分散乳胶粉＞甲基羟乙基纤维素＞Ｍ。

表５　　方差分析表

注：＊表示显著，＊＊示异常显著；Ａ：甲基羟乙基纤维素，Ｂ：可再分散乳胶粉，Ｃ：改性无机矿粉

（２）　保水率分析。甲基羟乙基纤维素能非常显著提高砂浆保水率，Ｍ能显著提高对砂浆保水率，正交分析的结果与单组分分析的结果是一致的，而可再分散乳胶粉对砂浆保水率的影响不显著。各因素影响大小顺序如下：甲基羟乙基纤维素＞Ｍ＞可再分散乳胶粉。

（３）　粘结强度分析。可再分散乳胶粉能显著提高砂浆粘结强度，主要是由于其能够在砂浆形成连续的聚合物膜，改善Ｃ－Ｓ－Ｈ凝胶和砂浆界面的黏结性能［７］，而Ｍ对黏结强度影响不显著。各因素影响顺序如下：可再分散乳胶粉＞甲基羟乙基纤维素＞Ｍ。３．２．２　正交试验最佳配比确定

甲基羟乙基纤维素（Ａ）能显著提高砂浆的保水性和粘结强度，从而能够有效地解决砂浆由于早期失水而造成开裂、空鼓等常见问题，所以选择Ａ３，即甲基羟乙基纤维素掺量为０．３％。可再分散乳胶粉（Ｂ）能提高砂浆的抗折强度和粘结强度，但其价格昂贵，所以选择Ｂ１，即可再分散乳胶粉的掺量为２％。改性无机矿粉Ｍ（Ｃ）能提高砂浆的保水性，掺加Ｍ是为了部分取代甲基羟乙基纤维素，在维持砂浆保水率的基础上，降低砂浆生产成本，所以选择Ｃ３，即Ｍ的掺量为６％。

采用正交试验方法，经过优化研究最终确定外加剂的最佳配比为０．３％甲基羟乙基纤维素、２％可再分散乳胶粉和６％改性无机矿粉（Ｍ），即正交试验中７＃配比，即能满足砂浆的施工性能，又能降低砂浆的成本。其性能如表６所示。

由表６可知，该砂浆２８天强度等级达Ｍ１０，其７天粘结强度达０．７８　ＭＰａ。在砂浆稠度为９１　ｍｍ时，其保水率达９７．５％，可满足砂浆保水性能，从而解决开裂等问题。此外，由于其具有良好的流动性能，可满足机械喷涂施工的要求，提高施工效率。

砂浆抗渗试验结果表明，砂浆在抗渗压力达１．５

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ＭＰａ时，砂浆未被击穿，渗水高度为１２　ｍｍ，可满足防水砂浆的要求。

表６　　干拌砂浆的最优配比及其性能

４　　结论

（１）　甲基羟乙基纤维素能显著提高砂浆的保水性，当其掺量达到水泥质量的０．３５％，砂浆的保水率达到９９％。但会降低砂浆的强度，特别是早期强度，且其价格十分昂贵，大量掺加会增加砂浆的生产成本。

（２）　可再分散乳胶粉能提高砂浆的抗折强度，提高砂浆的粘结强度，但其价格也非常昂贵。

（３）　改性无机矿粉Ｍ能改善砂浆的保水性，而且价格便宜，部分取代甲基羟乙基纤维素能极大地降低砂浆的生产成本。其部分取代甲基羟乙基纤维素，略能提高砂浆的强度，特别是早期强度。

（４）　本试验确定干拌砂浆外加剂的最佳配比为　：０．３％甲基羟乙基纤维素、２％可再分散乳胶粉和６％改性无机矿粉Ｍ。

　　参考文献：

［１］　王新民，李颂．　新型建筑干拌砂浆指南［Ｍ］．　北京：中国建筑工业出版社，２００４．［２］　程波，钱晓倩，詹树林．　低收缩防水抗裂干粉砂浆的研究［Ｊ］．　新型墙材，２００３，（１１）：３３－３６．［３］　ＤＧ／ＴＪ　０８－５０２－２０００，　干粉砂浆生产和应用技术规程［Ｓ］．［４］　张国防，王培铭，吴建国．　聚合物干粉对水泥砂浆耐久性能的影响［Ｊ］．　中国水泥，　２００４，（１１）．［５］　ＤＬ／Ｔ　５１２６－２００１，　聚合物改性砂浆试验规程［Ｓ］．［６］　中国科学院数学研究所概率统计室．　常用数理统计表［Ｍ］．　北京：科学出版社，　１９７４．

［７］　Ｒｕ　Ｗａｎｇ，　Ｐｅｉ－Ｍｉｎｇ　Ｗａｎｇ，　Ｘｉｎ－Ｇｕｉ　Ｌｉ，　Ｐｈｙｓｉｃａｌ　ａｎｄ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒ－ｔｉｅｓ　ｏｆ　ｓｔｙｒｅｎｅ–ｂｕｔａｄｉｅｎｅ　ｒｕｂｂｅｒ　ｅｍｕｌｓｉｏｎ　ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ｃｅｍｅｎｔ　ｍｏｒｔａｒｓ，Ｃｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　３５——————————收稿日期：２００６－０３－１３作者简介：庄梓豪，研究生，单位地址：（５１０６４０）广州市　五山，Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｚ－ｚｚｈ８２１１０４＠１６３．ｃｏｍ