干混砂浆添加剂配方分析
百检网 2021-12-06
一.背景砂浆作为一种建筑材料，已有上千年的历史。一直到十九世纪末，砂浆的主要胶结料仍然是熟石灰。水泥的出现， 取代了熟石灰，成为砂浆生产的主要胶结料。但是砂浆的生产方式一直是在施工现场进行拌制。建筑干混砂浆亦称预混砂浆、干砂浆、干粉砂浆、干拌砂浆等，它是在专业工厂将经干燥筛分处理的细料、无机胶凝材料、保水增稠材料、矿物掺合料和添加剂等经准确配料按一定比例均匀混合而制成的一种颗粒或粉状混合物（即砂浆半成品），到施工现场只需加水搅拌即可使用。干混砂浆的生产与应用，是建筑业和建材业的一次新技术革命，是未来材料发展的一个主要方向。砂浆是各类建筑和构筑工程中应用十分广泛的材料，以其薄层发挥粘结、装饰、防护和衬垫等作用。粘结功能为主的砂浆主要有砌筑砂浆、墙地砖粘贴砂浆、勾缝砂浆、锚固砂浆等；以装饰修效果为主的砂浆主要有各种抹面砂浆、内外墙腻子、彩色装饰砂浆等；起防护作用的有防水砂浆、各种耐蚀砂浆、地面自流平砂浆、耐磨砂浆、绝热保温砂浆、吸声砂浆、修复砂浆、防霉砂浆、屏蔽砂浆等。干混砂浆的种类很多，其成份也比较复杂。生产干混砂浆应尽量利用当地矿产资源和工业废渣，其原料组成一般如下：胶结料采用水泥、石膏、石灰等；主要集料有黄砂、石英砂、石灰石、白云石、膨胀珍珠岩等；矿物掺合料主要是工业副产品、工业废料及部分天然矿石等，如矿渣、粉煤灰、火山灰、细硅石粉；另外还有保水增稠材料及各种外加剂等。我国从上世纪80年代开始研究引进预拌砂浆技术，90年代末期开始出现具有一定规模的预拌砂浆生产企业。进入21世纪以来，随着国家相关政策的推动，国外先进理念和先进技术的引进，以及散装水泥工作者及预拌砂浆生产企业和用户的积*努力，我国的预拌砂浆生产开始呈现蓬勃发展的局面，干混砂浆行业进入一个快速发展的时期。二.砂浆添加剂的组成及机理干粉砂浆一般采用硅酸盐水泥作为胶凝材料，胶凝材料的用量一般占干粉砂浆的20%～40%；大多数的细集料是石英砂，且用量很大，一般需要经过干燥、筛分等预处理，以保证其粒度、质量符合配方的要求；有时还掺入粉煤灰、矿渣粉等作为掺和料；外加剂一般用量很小，在1%～3%左右，但作用巨大，常根据产品配方的要求来选用，以改善砂浆的和易性、分层度、强度、收缩和抗冻性能等指标。2.1矿物添加剂1）粉煤灰粉煤灰的主要成分是硅、铝、铁、钙、镁的氧化物，具有潜在的化学活性。粉煤灰中活性SiO2 与活性Al2O3 的比例称为“硅铝比”。在干粉砂浆中掺粉煤灰既降低了砂浆成本,又能保证砂浆在不增加水泥用量的前提下，增加胶结料，减少砂浆的流动性损失。2）硅灰硅灰是从生产硅铁合金或硅钢等时所排放的烟气中收集到的颗粒*细的烟尘。硅灰的主要成分是二氧化硅，一般占90 %左右，绝大部分是无定形的氧化硅，还含有其他成分如：氧化铁、氧化钙、氧化硫等。由于硅灰细度细,活性高,掺加硅灰对砂浆早期强度没有不良影响。掺有硅灰的砂浆，其毛细孔会相应变小,使得砂浆抗渗性、抗冻性及抗腐蚀性明显提高。硅灰：外观为灰色或灰白色粉末﹑耐火度>1600℃。容重：200～250千克/立方米。硅灰的化学成份见下表： SiO2Al2O3Fe2O3MgOCaONaOPH75～98%1.0±0.2%0.9±0.3%0.7±0.1%0.3±0.1%1.3±0.2%中性3）矿渣粉矿渣的主要化学成分为SiO2 、Al2O3、CaO，一般情况下，这三种氧化物的含量达约90% ,另外还有少量氧化镁、二氧化二铁、氧化钠、氧化钾等。含SiO2多的矿渣为酸性矿渣，含Al2O3和CaO多的为碱性矿渣。碱性矿渣的活性比酸性矿渣高。矿渣由于具有一定的自身水硬性，不宜长期存放。4）偏高岭土偏高岭土是一种高活性人工火山灰材料,在水泥水化产物Ca (OH) 2 的作用下发生火山灰反应，起辅助胶凝材料的作用。煅烧高岭土的加入，增加了反应体系的组分数和自由度，对提高水化反应和凝结速率、改善微结构有利。同时，高岭土具有较高的吸附性能，并且能够增加悬浮力，从而具备了一定的保水增稠性能。2.2化学添加剂化学添加剂的加入可以改善砂浆的是供应应用性能，添加量为水泥重量的0.1-1.2%。按照用途分为：保水增稠剂、减水剂、调凝剂、引气剂、保凝剂、缓凝剂、疏水剂、超塑化剂、纤维、消泡剂等。主要成分有纤维素醚、可分散乳胶粉等。2.2.1保水增稠材料 保水增稠剂主要有：纤维素醚类、淀粉醚等。在干粉砂浆中使用的纤维素醚主要是甲基羟乙基纤维素醚( MHEC) 和羟丙基甲基纤维素醚(HPMC)。纤维素醚是一种只需添加少量，就会使砂浆的特定性能有很大提高的一种高效外加剂，它是由不溶于水的纤维素经醚化反应使其转化为水溶性的纤维素醚而制得的，具有脱水葡萄糖的基本结构单元，根据其取代位置上的取代基团的种类和数量不同而具有不同的性质，它可作为增稠剂用于调整砂浆的稠度；其保水性可以很好调整砂浆的需水量，并能够在一定的时间内逐渐释放水分，可以很好地保证浆体与吸水基材更好地粘结。同时，纤维素醚可以调整砂浆的流变性能，增加和易性和工作性能。1）纤维素醚干粉砂浆中使用的纤维素醚主要是甲基羟乙基纤维素醚（MHEC)和甲基羟丙基纤维素醚（MC），特性：粘着性和施工性这是两个互相影响的因素；保水性，避免水分的快速蒸发，使得砂浆层的厚度能显著降低。羟丙基纤维素醚是*常用的保水增稠剂，它是以木质素纤维为原料，经烧碱处理后与氯化乙烯、氧化丙烯或氧化乙烯等醚化剂发生反应而生成粉状的非离子性纤维素醚，具有很好的水溶性、保水性、成膜性、表面活性、增稠性等。在水中的溶解度为2-3%。在水泥中加入0.2-0.5%的羟丙基甲基纤维素醚，可*大的增强水泥砂浆的保水性，防止水泥过快失水干燥和硬化开裂，增加砂浆的可塑性，改善施工作业性，提高粘结性，使他更好的粘结基材，防止施工时砂浆出现滑移现象，保证施工质量等。以下几种纤维素醚类化合物可用于干混砂浆中作为化学添加剂：1)Na-羧甲基纤维素；2）乙基纤维素；3）甲基纤维素；4）羟基纤维素乙醚；5）羟丙基甲基纤维素；6）淀粉酯等。上述各种纤维素醚的加入，使干混砂浆性能得以改善：1）增加和易性；2）增加粘附力；3）砂浆不易泌水和分离；4）提高抗渗性和抗冻性；5）提高砂浆的抗裂性；6）砂浆易于薄层施工。除以上各项性能外，不同的纤维素醚还有各自的特殊性能。 2）淀粉醚：淀粉醚可以使砂浆的稠度显著增加，需水量和屈服值也因此而略有增加，新拌砂浆的垂流程度会降低。这样使得批荡砂浆可以批得更厚，瓷砖胶能够粘附更重的瓷砖而少产生下垂。2.2.2可再分散乳胶粉：可再分散乳胶粉在干粉砂浆中一般是作为粘结剂掺入的，以往使用较多的是聚合物乳液，但是乳液改性的水泥砂浆一般为双组分或多组分砂浆，无法满足干粉砂浆的要求。而可再分散乳胶粉可以满足干粉砂浆的要求，现在得到了广泛的使用。可再分散乳胶粉基本上已经成为干拌砂浆的必不可少的一个组分。可再分散乳胶粉是细分散的有机聚合物，是水溶性的，是聚合物乳液经过喷雾干燥过程(以及选用适当的添加剂)形成的，它遇水可以再分散形成乳液，对无机和有机材料都具有较好的粘结性。在干拌砂浆加水搅拌时，聚合物颗粒自行分散，并不会同水泥粘聚，可再分散乳胶粉颗粒之间存在着润滑效应，使砂浆组分能够单独流动；另一方面可再分散乳胶粉加入后，有一定的引气作用，气泡在拌合过程中起着微珠的作用，因此可以改善砂浆的施工和易性。试验证明，加入可再分散聚合物乳胶粉的砂浆具有下列优点：1）砂浆的强度发展好，与基体粘结性好，尤其是早期粘结强度高；2）具有良好的抗裂性和抗冻性；3）工作性能好,易于快速抹灰。添加了可再分散乳胶粉的干粉砂浆的典型应用有：瓷砖和建筑粘结剂、瓷砖钩缝剂、保温板的粘结砂浆、自流平地面找平层、混凝土修补和修复砂浆、不同类型的抹灰砂浆等。在干粉粘结砂浆中通常都需要加入可再分散乳胶粉，它的加入使砂浆的粘结强度、抗剪强度、抗拉强度均有提高，可以降低砂浆的弹性模量，从而改善砂浆的韧性，*终可以避免砂浆易收缩开裂的缺点，粘结力的提高也可以使粘结层的厚度有较大下降(如瓷砖粘结用普通砂浆通常需要10mm的粘结厚度，而使用了掺入可再分散乳胶粉的干拌砂浆后粘结层厚度可降至3mm左右)。可再分散聚合物乳胶粉能改善砂浆的上述性能, 是因为其可以在砂浆颗粒表面形成聚合物膜，膜上部分表面有气孔，而气孔表面被砂浆填充，使应力集中降低，并在外力的作用下会产生松弛而不破坏。另外，砂浆在水泥水化后形成刚性骨架，而聚合物形成的膜可以提高刚性骨架的弹性和韧性。用于干拌砂浆的可再分散乳胶粉主要有以下几种：1）苯乙烯-丁二烯共聚物；2）苯乙烯-丙烯酸共聚物；3）醋酸乙烯酯共聚物；4）聚丙烯酸酯均聚物；5）醋酸苯乙烯共聚物；6）醋酸乙烯-乙烯的共聚物。由于可再分散乳胶粉的加入会引入一定量的气泡，因此在实际应用中可以视引入气泡量的大小同时加入微量的消泡剂。2.2.3膨胀剂膨胀剂是干拌砂浆中另一个重要的抗裂防渗组分。现在使用较广泛的膨胀剂有AEA、UEA、CEA等。AEA膨胀剂具有能量大、掺量小，后期强度高，干缩小，含碱量低等优点。AEA组分中高铝熟料中铝酸钙矿物CA等**与CaSO4、Ca(OH)2作用，水化生成水化硫铝酸钙(钙矾石)而膨胀。UEA也是生成钙矾石产生膨胀，CEA则主要是生成氢氧化钙。AEA膨胀剂是铝酸钙类膨胀剂，是一定比例的高铝熟料天然明矾石、石膏共同磨制成的膨胀型外加剂。AEA加入后形成的膨胀主要是两个方面：水泥水化初期，AEA组分中高铝熟料中铝酸钙矿物CA先与CaSO4、Ca(OH)2作用，水化生成水化硫铝酸钙(钙矾石)而膨胀，膨胀量较大。生成的钙矾石与水化氢氧化铝凝胶使膨胀相与胶凝相合理匹配，既保证了膨胀效能又保证了强度。中后期，明矾石在石灰石膏激发下也生成钙矾石而产生微膨胀，改善了水泥集料界面微区结构。砂浆中掺入AEA后，初、中期生成的大量的钙矾石使砂浆体积膨胀，内部结构更致密，改善了砂浆的孔结构，大孔减少，总孔隙率减小，抗渗性大大提高。当砂浆后期处于干燥状态时，初、中期产生的膨胀能抵消后期的全部或部分收缩，从而使抗裂防渗性得到提高。UEA膨胀剂是由硫酸盐、氧化铝、硫铝酸钾和硫酸钙等无机化合物制成。UEA以适量掺入水泥中，可达到补偿收缩和抗裂防渗漏的功能，UEA加入普通水泥中拌和后与硅酸钙水化反应后折出Ca(OH)2，作用生成化硫铝酸钙(C2A•3CaSO4•32H2O)即钙矾石，使水泥砂浆适度膨胀，水泥砂浆膨胀率与UEA掺量成正比，使砂浆致密，提高抗裂性及抗渗性。林文添把掺有UEA的水泥砂浆用于外墙面，取得了良好的防渗漏效果。CEA膨胀剂熟料是由石灰石、粘土(或高铝粘土)、铁粉制成生料，经1350～1400℃煅烧而成，再经粉磨制成CEA膨胀剂。CEA膨胀剂有两个膨胀源：CaO水化形成Ca(OH)2；C3A和活性Al2O3在石膏和Ca(OH)2介质中形成钙矾石。2.2.4促凝剂促凝剂用于调整砂浆的凝结硬化性能。广泛使用甲酸钙和碳酸锂。甲酸钙的典型掺量为1%，碳酸锂为0.2%。2.2.5调凝剂调凝剂有速凝剂和缓凝剂两类。速凝剂用于加快砂浆的凝结硬化，广泛使用甲酸钙和碳酸锂，铝酸盐、硅酸钠也可用作速凝剂。缓凝剂用于减缓砂浆的凝结硬化，酒石酸、柠檬酸及其盐以及葡萄糖酸盐已被成功使用，通常用量在0.05-0.25%。2.2.6疏水剂（防水剂）可防止水渗入到砂浆中，同时砂浆仍能保持敞开状态以进行水蒸气扩散。主要用具有疏水性的聚合物可再分散粉末，特点是在多年后也不会被雨水从灰浆中冲洗掉，所以具有使用寿命明显延长的优点，并提高了硬化砂浆与基材之间的粘接力。防水剂主要有：氯化铁、有机硅烷化合物、脂肪酸盐、聚丙烯纤维、丁苯橡胶等高分子化合物。氯化铁防水剂防水效果好，但易产生钢筋和金属预埋件锈蚀。脂肪酸盐同水泥相中的钙离子反应生成的不溶性钙盐沉积在毛细管的壁上起到堵孔的作用，同时使得这些毛细管管壁变成憎水性的表面，从而起到了防水作用。这些产品的单位成本相对较低，但搅拌砂浆时需要较长的时间才能与水拌和均匀。2.2.7减水剂减水剂的基本功能是减少砂浆的需水量，从而提高砂浆抗压强度。干粉砂浆主要使用的减水剂有：干酪素、萘系减水剂、三聚氰胺甲醛缩合物、聚羧酸。1）干酪素是一种性能优异的超塑化剂，特别是对于薄层砂浆，但由于是天然产品，质量和价格常有波动；2）木质素系减水剂包括木质素磺酸钠( 木钠) 、木钙、木镁；3）萘系减水剂常用β-萘磺酸甲醛缩合物；4）三聚氰胺甲醛缩合物是性能良好的超塑化剂，但对薄层砂浆效果有限；5）聚羧酸是*新开发的技术，具有高效能而且无甲醛排放；由于CE类与常用的萘系减水剂配合后会发生聚凝使砼混合物失去工作性，因此工程上需要选用非萘系高效减水剂。2.2.8引气剂 通过物理作用在砂浆中引入微气泡，降低砂浆密度，施工性更好。主要是脂肪磺酸钠盐和硫酸钠盐加入比例为0.01-0.06%。2.2.9超塑化剂 砂浆塑化剂是一种由有机高聚物和无机化学外加剂复合而成的粉状引气型砂浆外加剂，属阴离子型表面活性材料。它能显著地降低溶液的表面张力，在砂浆加水搅拌过程中产生大量封闭而微小的气泡(直径一般为0.25～2.5mm)，微泡间距小，稳定性好，能显著改善砂浆的和易性；它可分散水泥颗粒，促进水泥水化反应，提高砂浆强度、抗渗性和抗冻融性，可降低部分水泥用量；它粘性好,用其拌制的砂浆附着力强,能很好地防止墙面起壳(空鼓)、开裂、渗水等建筑通病；它可改善施工环境，减轻劳动强度，促进文明施工；是一种经济效益和社会效益非常显著的既可提高工程质量又可降低施工成本的环保节能型产品。砂浆塑化剂在国外已被广泛应用，其中以日本、美国应用*为普及。木质素磺酸盐是干粉砂浆中常用的一种增塑剂，它是造纸厂的废料，其一般掺量为0.2%～0.3%。塑化剂常用于需要有良好自流平性能的砂浆中，如自流平垫层、面层砂浆或找平砂浆。在砌筑砂浆中掺入增塑剂，可以改善砂浆的和易性，提高砂浆的保水性、流动性和粘聚性，可克服水泥混合砂浆易爆灰，收缩大和强度低等缺点，从而保证砌体的质量。在抹灰砂浆中可节省50%石灰膏，且砂浆不易泌水或分离；砂浆与基材的粘结性好；面层没有盐析现象，抗裂、抗霜冻和耐候性良好等。2.2.10消泡剂 消泡剂主要用来降低砂浆中的空气含量。目前干粉砂浆中用的粉状消泡剂主要是多元醇和聚硅氧烷等。应用消泡剂除了调整气泡含量以外，还可以减少收缩。实际应用中，为了提高综合性能，需要同时使用多种添加剂。这时需要注意各种添加剂之间的相互影响。另外，还须注意添加剂的添加量。太少，不能体现添加剂的作用；太多，可能会有副作用。2.2.11有机纤维用于砂浆中的纤维按其材料性质可分为金属纤维、无机纤维和有机纤维。在砂浆中掺入纤维，能大大提高其抗裂防渗性能。在干拌砂浆中通常加入有机纤维来改善砂浆的抗渗、抗裂性能。常用的有机纤维有：聚丙烯纤维(PP)、聚酰胺(尼龙)(PA)纤维、聚乙烯醇(维纶)(PVA)纤维、聚丙烯腈(PAN)、聚乙烯纤维、聚酯纤维等。其中聚丙烯纤维是目前实际用量*大的，它是以丙烯单体在一定条件下聚合而结构规整的结晶型聚合物，具有耐化学腐蚀、加工性好、质轻、蠕变收缩小、价格低廉等特点，且因为聚丙烯纤维耐酸碱、不与水泥基材料发生化学反应，所以得到了国内外的广泛关注。纤维掺入砂浆后的抗裂作用主要分为两个阶段：一是塑性砂浆阶段；二是硬化砂浆体阶段。在砂浆的塑性阶段，均匀分布的纤维呈现三维网络结构，起到了支撑细骨料的作用，阻止了细骨料的沉降减少了离析。而离析是砂浆表层开裂的主要原因，纤维的加入减少了砂浆的离析也就降低了砂浆表层开裂的可能性。塑性阶段的砂浆由于水分的蒸发，砂浆收缩会产生拉应力，而纤维的加入可以承受这种拉应力。在砂浆的硬化阶段，由于干燥收缩、碳化收缩、温度收缩的存在，在砂浆内部也会产生应力，应力的存在使砂浆中出现微裂纹，而纤维的加入可以降低微裂缝**的应力集中，防止微裂缝扩展。袁震宇等通过砂浆平板的抗裂试验分析也得出结论：在砂浆中加入聚丙烯纤维能明显减少塑性收缩裂缝的产生，改善砂浆的抗裂性。当砂浆中的聚丙烯纤维体积掺量分别为0.05%和0.10%时,可分别减少65%和75%的裂缝。而华南理工大学材料学院的黄承亚等人通过改性聚丙烯纤维水泥基复合材料力学性能试验也证实：水泥砂浆中加入少量的聚丙烯纤维可以提高水泥砂浆的抗折、抗压强度。纤维在水泥砂浆中的*佳用量为0.9kg/m3左右，超过这一用量，纤维对水泥砂浆的增强增韧效果提高不显著，且不经济。在砂浆中加入纤维可以提高砂浆的抗渗性。当水泥基体收缩时，由于纤维起着的微细钢筋的作用，有效地消耗了能量，凝结后即使有微裂纹的产生，在内部和外部应力作用下，裂纹的扩展要受到纤维网状系统的阻碍，很难发展成为较大的裂缝，这样也就难以形成贯通的渗水通路，从而提高了砂浆的抗渗性。三.干混砂浆案例分析3.1配方研制思路混凝土粘结剂：活性粉状材料（5-20%）、水泥（70-90%）、表面活性剂（2-20%）组成活性粉状材料：矿渣、沸石粉、粉煤灰、硅灰表面活性剂：木质素系，萘系，树脂系，糖蜜，氯化物、硫酸盐、有机胺中的一种或多种复配。3.2参考配方：参考配方1： 组分A投料量（g/L）B投料量（g/L）硅酸盐水泥400~450350~400石英砂500~550550~600纤维素醚1~51~4可再分散胶粉10~3030~50添加剂30~5030~50参考配方2：组分A投料量（g/L）硅灰 750~850可再分散性胶乳30~100纤维素醚60~100木质素磺酸盐10~30硫酸钠10~20四.市面常见砂浆添加剂：普通水泥、高铝水泥、特种水泥、石膏、石灰、胶粉、石英砂，河沙，石灰石沙、火山灰、粉煤渣、矿渣、纤维素醚、消泡剂、引汽剂、缓凝剂、促凝剂、塑化剂、抗收缩剂、润湿剂、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、沸石、重晶石、磷酸二氢钠、聚丙烯酸钠、氟硅酸钠、棕檬酸盐、脂肪磺酸钠盐和硫酸钠、疏水剂（SEAL80 、硬脂酸盐）、奈系减水剂、蜜胺型减水剂、水泥膨胀剂、有机硅烷粉、木质纤维素、淀粉醚、改性海藻、保温砂浆添加剂、干混砂浆添加剂、增稠剂、防水剂、防裂剂、外墙外(内)保温砂浆、干混砂浆、聚苯颗粒胶浆、聚苯板抹灰保温材料、聚苯抹灰粉刷石膏 苏州禾川化工新材料科技有限公司（简称：禾川技术），为企业，科研的生产研发提供专业化解决方案。禾川技术以苏州大学为产学研基地，融合了中科院有机所、应化所、浙江大学、南京大学、苏州大学、华东理工大学等多家科研机构与高校的外围专家博士团队，依托生物纳米科技园、苏州大学、中科院纳米所强大的仪器测试平台，凭借强大的科研实力，多年丰富的研发经验，共同建立化工材料分析中心，新材料研发中心。禾川技术致力于化工行业材料检测、材料分析、配方还原、新领域新材料的开发；推进新项目整体研发进度，缩短研发周期，推动化工产业自主研发的进程。公司：苏州禾川化工新材料科技有限公司地址：江苏省苏州市工业园区星湖街218号联系人：胡工手机;152 0173 3840电话：400-101-7153邮箱：service@baijiantest.com网址：http://www.baijiantest.com