（材料科学与工程专业论文）瓷砖粘结砂浆的配制及性能研究.pdf

重庆大学硕士学位论文中文摘要 摘要 针对我国粘结砂浆生产、施工、应用中存在的主要问题，以大幅度提高粘结 砂浆施工性、粘结性、抗裂性、耐候性，满足瓷砖粘贴薄层施工，促进高性能干 拌瓷砖粘结砂浆发展为目标，系统研究了干拌特细砂瓷砖粘结砂浆的配制原理和 方法、粘结砂浆添加剂作用原理、粘结砂浆配方与性能。 m c 是干拌砂浆的高效保水剂，它使砂浆泌水率、分层度降低，粘聚性、抗流 挂性提高。m c 保水性随粘度增加而提高，粘度超过4 0 0 0 0 后，保水性不再明显增 加。m c 在干拌砂浆中的适宜掺量为o 2 , - 0 3 。掺用胶粉是提高于拌砂浆粘结强度 的有效途径，聚合物粘结剂中，v a c 厄综合改性效果最好。v c c e 可提高砂浆施 工性、粘结性、韧性和变形能力，使砂浆粘结强度显著提高，抗折强度，抗压强度 提高，断裂能和最大变形量增大。干拌砂浆中的胶粉的适宜掺量为0 5 1 2 。纤 维对水泥砂浆均有显著的增强作用，其中木质纤维增强效果最佳。聚丙烯纤维使 水泥砂浆收缩率降低，抗折强度抗压强度提高，最大变形量与断裂能增大，即使 砂浆韧性提高、脆性降低。木质纤维使砂浆裂缝宽度和裂缝数量显著降低，即木 质纤维能显著改善水泥砂浆抗裂性。纤维在干拌砂浆中的适宜掺量为0 8 1 2 。 采用保水剂、粘结剂改性，可配制施工性、粘结性、耐候性良好的特细砂瓷砖粘 结砂浆。它的抗流挂性好，滑移量小于2 m m ，有较充分的凉置时间，凉置2 0 m i n 的粘结强度大于1 o m p a ，可满足瓷砖粘贴薄层施工的要求。采用改性木质纤维， 可配制抗裂性较好的柔性瓷砖粘结砂浆。 工程应用表明，瓷砖粘结砂浆技术经济性大大优于传统粘结砂浆，是传统粘 结砂浆的升级换代产品，其指导工程实践具有极大的实际意义。 关键词：干拌砂浆，粘结砂浆，纤维素醚，可再分散乳胶粉，性能 重庆大学硕士学位论文英文摘要 a b s t r a c t i no r d e rt oo v e i c o m et h em a i ns h o r t c o m i n g s e x i s t i n g i nt h ep r o d u c t i o n , c o n s t r u c t i o n , a n da p p l i c a t i o no fb o n d i n gm o r t a ri no u rc o u n t q , a n di m p r o v ei t s w o r k a b i l i t y , a d h e s i v ec a p a c i 魄c r a c kr e s i s t a n ta n dc l i m a t er e s i s t a n tt om e e tt h en e e do f t h i n - l a y e rc o n s t r u c t i o no fc e r a m i ct i l eb o n d i n gg r e a t l y , s o m es y s t e m i ci n v e s t i g a t i o n s h a v eb e e nc a r r i e do u to nt h ep r e p a r a t i o nm e c h a n i s ma n dm e t h o do f d r y - m i x e ds u p e r f i n e s a n dm o r t a rf o rb o n d i n gc e r a m i ct i l e s 。a c t i o nm e c h a n i s mo f v a r i o u sa d d i t i v e s ，a i m i n gt o p r o m o t et h ed e v e l o p m e n to f h i g hp e r f o r m a n c em o r t a rf o rb o n d i n gc e r a m i ct i l e m ci st h el i i g h - e f f i c i e n c yw a t e r - r e t e n t i v ea g e n t sw h i c hw i l ld e c r e a s et h eb l e e d i n g r a t i oa n dd e l a m i n a t i o nd e g r e eo f m o r t a r , a n di m p r o v ei t sc o h e s i o na n ds a g g i n gr e s i s t a n t s i g n i f i c a n t l y t h ew a t e rr e t e n t i v ec a p a c i t yo fm o r t a ri si n c r e a s e da saf u n c t i o no fm c v i s c o s i t ya n di sn o td o n ea n ym o r ea g a i nw h e nm cv i s c o s i t ye x c d s4 0 0 0 0m p a 。s g e n e r a l l y , t h e s u i t a b l ed o s a g eo fm ci so 2 o 3 a d d i t i o no fr e d i s p e r s i b l el a t e x p o w d e ri s t h ee f f i c i e n tw a yt oi n c r e a s et h ea d h e s i v es t r e n g t ho fd r y - m i x e dm o r t a r a m o n gv a r i o u sp o l y m e ra d h e s i v ea g e n t s ，t h ei n t e g r a t i v em o d i f i c a t i o ne f f e c to fv a c e i st h eb e s t v a c ec a ni n c r e a s et h ew o r k a b i l i t y , a d h e s i v es 仃a n g t h , t o u g h n e s s 。c r a c k e n e r g ya n ds t r a i no fd r y - m i x e dm o r t a rs i g n i f i c a n t l y g e n e r a l l y , t h es u i t a b l ed o s a g eo f v a ei s0 5 1 2 f i b e rh a v ee v i d e n tr e i n f o r c i n ge f f e c to nc e m e n tm o r t a r , i nw h i c ht h e r e i n f o r c i n ga b i l i t yo fp o l y p r o p y l e n ef i b e ri st h eb e s t t h ea d d i t i o no fp o l y p r o p y l e n e f i b e rd e c r e a s e st h es h r i n k a g er a t i oo fm o r t a ra n di n c r e a s e si t st e n s i l es t r e n g t h , c r a c k e n e r g y , a n dt h em a xs u - a i n , i e i t st o u g h n e s sr i s e sa n db r i t t l e n e s sf a l l s p o l y p r o p y l e n e f i b e rr e d u c e st h ec r a c kw i d t ha n dc r a c kq u a l i t i e s ，t h a ti st os a yt h ec r a c kr e s i s t a n to f m o r t a ri sr e m a r k a b l yi m p r o v e d i t ss u i t a b l ed o s a g ei s0 8 1 2 b ym o d i f i c a t i o n 训t i l w a t e r - r e t e n t i v ea g e n t sa n do r g a n i cb o n d i n ga d m i x t u r e s ，o n ed r y - m i x e ds u p e r f i n es a n d m o r t a ru s e da sc e r a m i ct i l eb o n d i n gc a nb ep r e p a r e dw i t hg o o dw o r k a b i l i t y , a d h e s i v e c a p a c i t ya n dc l i m a t er e s i s t a n t t h et e s tr e s u l t s i n d i c a t et h a tt h i sm o r t a rh a ss o m e e x c e l l e n tp e r f o r m a n c e ss u c h 鹤g o o ds a g g i n gr e s i s t a n t , l i t t l es l i p p a g ea m o u n tl e s st h a n 2 m m , s u f f i c i e n to p e nt i m ea n db o n d i n gs t r e n g t ho v e l lm p aa f t e ro p e n i n gf 研1 0 m i n u t e s w h i c hm e e t st h en e e do f t h i nc o n s t r u c t i o no f c e r a m i ct i l eb o n d i n g b ya d d i t i o n o fp o l y p r o p y l e n ef i b e r , o n ef l e x i b l em o r t a rw i t h9 0 0 dc r a c kr e s i s t a n tu s e d 勰e e r a l ：i l i c t i l eb o n d i n gw a sp r e p a r e d a p p l i c a t i o n si nl o t so fp r a c t i c a lp r o j e c t ss h o wt h a tt h et e c h n i c a la n de c o n o m i c i i 重庆大学硕士学位论文英文摘要 p r o p e r t i e so ft h i sm o r t a l a r ef a rs u p e r i o rt ot h a to ft r a d i t i o n a lb o n d i n gm o r t a r i t s a p p l i c a t i o nf o r e g r o u n di sv e r yw i d ea n di sh o p e 觚t os u b s t i t u t et h et r a d i t i o n a lb o n d i n g m o r t a r k e y w o r d s ：d r y - m i x e dm o r t a r , b o n d i n gm o r t a r , c e l l u l o s ee s t e r , r e d i s p e r s i b l ep o w d e r , p r o p e r t y i i i 独创。l 生声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重废太堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：武晦筐 签字日期：埘年岁月寥日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重废太堂有关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被查阅和借阅。本人授权重庆态堂 可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。 保密() ，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密( ) 。 ( 请只在上述一个括号内打“”) 学位论文作者签名：武均崖 签字日期：谰年s 月z j 日 e 西 月去心 和。 年 纱 川 缸 飙 签 旧 彬 孚 尉 签 重庆大学硕士学位论文1 前言 1 前言 1 1 引言 建筑砂浆是一项用量大、用途广的建筑材料。人类用砂浆砌筑已有上千年的 历史了，但随着城市化的进程以及对环境保护的关注日益加强，现场搅拌混凝土 被逐渐禁止，发展干混砂浆和商品混凝土将成为必然的趋势。干混砂浆又称干拌 砂浆，干混料，它是将水泥、砂、掺合料、聚合物添加剂和其他类外加剂等在干 燥状态下预混，并以干粉料的形式包装的一类砂浆【1 】。工程施工时只需加水拌合即 可使用。 1 2 传统砂浆的缺点 1 2 1 传统砂浆的生产方式亟待改革 传统砂浆的生产方式一般是现场称量，现场搅拌，并且都是人工操作。相对 于发展迅速的商品混凝土，商品砂浆的应用还需要进一步的推广。传统砂浆相对 于商品砂浆来说，主要有以下缺点： 材料计量不够精确。现场人工称量由于设备因素，人工失误及各种不可避 免误差，或是施工人员贪图省事，马虎了事，以至于计量的精确度大大降低，对 砂浆质量造成不可忽略的影响。 骨料粒径不能满足要求。一般情况下，砌筑砂浆要求骨料的粒径为o 3 m m ，表面抹灰为0 1 2 m m ，瓷砖粘接砂浆为o 0 6 m m ，勾缝剂和表面装饰砂 浆为o o 3 m m 。而现场施工时很难保证其中不掺杂超出要求范围的颗粒，更遑论 实现合理的颗粒级配了。 难以使用聚合物。由于对砂浆越来越高的质量要求，如今的砂浆都会掺入 一些聚合物外加剂。但是聚合物外加剂的使用需要精确称量和均匀搅拌，使用时 经常要考虑几种外加剂的复合应用，而现场很难满足其专业化要求【2 】。 效率低下。现场配制设计由于胶凝材料、集料和外加剂需分别购买、存放、 计算用量。需要大量的人力物力和空间，效率低，进度慢。 物料浪费大，污染较严重。现场配制砂浆需要较大面积的细骨料堆场、石 灰膏沉淀池、水泥库等，既占用了施工场地，又不利于文明施工。且在现场施工 会造成大量的粉尘和噪音污染。 砂浆品种有限。现场搅拌的砂浆往往是由水泥和沙子再加以少量的外加剂 而成的。而外加剂的种类往往也就是工地常备的几种，而现代化的建筑业对砂浆 的要求越来越精细化，多样化。在各种不同的部位，不同的气候，不同的材质， 重庆大学硕士学位论文1 前言 需要的砂浆也不同。现场拌制的砂浆显然不能满足以上要求。 1 2 2 传统砂浆的性能有待提高 传统砂浆同混凝土一样是脆性材料，存在着拉压比低，干缩变形大，抗渗性， 抗裂性，耐腐蚀性差等缺点。近年来，随着混凝土砌块和各类墙板的大量应用， 以及对外墙抗裂、抗渗要求的提高，对砂浆性能特别是粘结强度和抗裂性能均提 出了更高的要求，传统砂浆的脆性过大，粘结力不足的缺点就不能够满足实际工 程的要求。这主要体现在以下几方面： 现在先进的建筑技术采用了众多振动或变形稳定性并非很好的基材，例如 木材或薄水泥板等，其基材自身会发生运动，由此而产生的应力只能由具备充分 的韧性的砂浆加以吸纳。 装修时常要求在光滑的基材如p v c 或瓷砖上进行粘合，传统砂浆根本不能 与这些基材形成牢固的粘合。 将瓷砖铺贴到新浇混凝土上之前，由于混凝土在收缩的同时又会使粘合产 生应力，所以必须遵守一定的静置时间。砂浆的韧性越高，其吸收的应力也越多， 新浇混凝土可越早粘贴瓷砖。 瓷砖与水泥的粘合以水泥凝胶体渗入瓷砖背面孔隙为基础。先进的瓷砖制 造技术使瓷砖背面孔隙明显减水，粘合性能显著减弱，若采用传统砂浆则不能够 形成牢固的粘结。 1 2 3 千混砂浆必将取代传统砂浆 干混砂浆属于商品砂浆，和商品混凝土一样，具有集中生产与统一供应等特 点，能为采用新技术与新材料、实行严格质量控制、改进施工方法、保证工程质 量创造有利的条件。干混砂浆在品质、效率、经济和环保等方面的优越性，随着 研究开发和推广应用已日益显示出来。 产品品种众多。在西方国家，干混砂浆从2 0 世纪5 0 年代初发展到现在，已 有5 0 多个品种，其中包括所有的砌筑砂浆、抹灰砂浆、修补浆和粘结砂浆等几类。 每大类又包括多个品种。这些砂浆除要求牢固和耐久外，还应根据工程需要具有 不同的功能，如保温、透气、防潮、防水，防霉、耐磨等。如抹灰砂浆和砌筑砂 浆对保水性的要求明显不同。后者的保水性应比前者低。但即使同样是砌筑砂浆， 也应视不同的砌筑对象而赋予不同的保水性，砌筑吸水系数高的材料一般要使用 保水性好的砌筑砂浆，反之亦然。对抹灰砂浆来说，不同的应用场合对力学性能 的要求有显著区别。墙面抹灰砂浆比地面抹灰砂浆一般应有较低的力学性能。即 使用于同一建筑物的抹灰砂浆也因部位、位向不同而具有不同的力学性能；即 使同一部位。用于基层、中间层和表层的砂浆应具有不同的力学性能。随着建筑 节能的推广和建筑品质的提高。外墙外保温体系正在国内兴起。用于该体系高效 2 重庆大学硕士学位论文1 前言 保温层的粘结和抗冲击保护必须要用特种砂浆。同时外层可涂敷代替墙面砖的装 饰砂浆。这些砂浆都应是均质的，且在生产时都要加入一定量的外加剂。这类外 加剂的种类很多，而掺量很小。配比或掺量失当都会引起质量或经济上的不良后 果。此外，砂浆的物理力学性能还与胶凝材料种类、集料粒径级配、配合比和均 匀性有直接关系。制备特种砂浆和专用砂浆对这些参数和性质有严格的要求。而 现场配制的砂浆很难满足这些要求。特种砂浆和专用砂浆须专业人员进行研究和 掌握，这只有在工厂里才能得以实现。因此。有必要对各种砂浆进行工厂化预生 产。 备料快，施工快，可大副提高施工效率。现场配制设计由于胶凝材料、集 料和外加剂需分别购买、存放、计算用量。需要大量的人力物力和空间，效率低， 进度慢。若采用干混砂浆仅需一次就可以买到符合要求的产品，可随到随用。只 要加水搅拌就可使用，可大幅度提高工作效率；且加入外加剂和易性好，更能大 幅度提高施工效率。如贴瓷砖工效可提高3 倍以上。甚至高至5 倍。 保水性好，和易性好，耐久性好。这是配料合理、混合均匀的结果。是保 证施工质量的最关键的一步，也是干混砂浆最主要的优点。现场配制的砂浆由于 受设备、技术和管理条件的限制，很难甚至不可能达到这样的品质。而干混砂浆 在专业技术人员的设计和管理下。用专用设备进行集中配料和混合，其用料合理， 配料准确，混拌均匀，从而使产品品质均一，达到设计要求。 省工，省料，省钱，省心。由于备料快、施工快。所以采用干混砂浆可大 幅度缩短工时。现场拌制的砂浆因配料难以按配方执行，所以会造成原材料的不 合理使用。干混砂浆则因配料合理而避免了这种现象，同时施工用料省，且能减 少砂浆损失，材料消耗可降低5 0 以上。建立一个干混砂浆厂需要一定的投资。 投产以后还需机器运转和维修的费用，并要支付经营、管理及机器操作和维修人 员的工资，但这些可与分散的搅拌机相应的费用和原材料浪费造成的损失相补偿， 且工地现场拌制的砂浆质量不符合要求。重新返工或短期内就得维修，需花费更 多的费用。据预测。服役5 0 年后。用干混砂浆施工的抹面工程其初建和在这期间 维修的总费用仅是传统抹灰砂浆的1 2 。用于外墙抹灰的干混砂浆可取代陶瓷面砖 和涂料，且寿命长( 可保持2 5 年) ，因而综合投资少得多。由于备料简便、施工质量 易于得到保证。省心也就成为必然的结果【3 】o 降低了粉尘和噪声污染，有利于文明施工。商品砂浆对场地占用率大大降 低，更便于文明施工管理。以往现场自拌砂浆，一般砂的储存量至少要考虑3 5 天的用量，占地约5 0 m2 以上。而商品砂浆是随用随进，当天用完，故仅需原砂堆 场的1 3 1 2 面积。商品砂浆的使用大大降低了工程建设的粉尘污染和噪音，提高了 城市环境的空气质量，是真正意义上的环保、绿色产品。在城市工程建设中，混 重庆大学硕士学位论文1 前言 凝土也基本实现了商品化集中搅拌如果能全面推行商品砂浆的话，那么施工现 场可减少干散砂石、水泥现场用量的9 0 以上。且筛选黄砂产生的粉尘及水泥搬 运、拆包、搅拌时粉尘大大减少了，这将大大提高城市道路环境和空气质量。而 且现场砂浆搅拌机露天作业的噪音源也可彻底消灭【4 】。 发展高性能干拌砂浆势在必行，为此，应尽快组织力量，针对干拌砂浆的关 键技术问题展开研究，形成高性能干拌砂浆的成套技术，支持其快速、健康发展。 发展高性能干拌砂浆，迫切需要解决以下方面的技术问题： 研究开发高性能砂浆外加剂。应用外加剂是改善砂浆性能的主要途径之一， 也是砂浆技术进步的主要标志之一。在整合混凝土外加剂技术基础上，研究开发 适合于高性能砂浆的专用外加剂，支持和推动高性能干拌砂浆的发展。 砂的级配、形貌及其与砂浆性能的关系。砂浆对细骨料的粒径分布、形貌比 混凝土更敏感。根据砂浆的性能要求，砂子按粒径分级搭配使用是干拌砂浆的重 要内容。 高性能砂浆掺合料技术。利用掺合料改善砂浆性能是砂浆改性的又一重要途 径，同时掺合料技术还具有降低干拌砂浆成本、利用工业废渣等效益。 砂浆的收缩与开裂问题。研究开发砂浆增韧、抗裂的实用技术，避免砂浆开 裂是高性能干拌砂浆技术的重大技术突破。 干拌砂浆的施工机具与施工方法。 本论文针对我国建筑砂浆生产、施工、应用中存在的主要问题，吸收、借鉴 发达国家发展干拌砂浆的经验，以大幅度提高砂浆技术经济水平、实现砂浆工业 化生产、推动高性能干拌砂浆发展为目标，在对现有砂浆技术整合的基础上，对 影响、制约我国干拌砂浆发展的关键技术进行系统深入的研究，完成高性能干拌 砂浆的研究与开发，并进行大规模工程应用。建立并形成干拌砂浆的技术体系， 将有关干拌砂浆配比、材性、生产工艺、施工方法等研究纳入系统中。本研究将 形成高性能干拌砂浆研究、开发、生产与应用的成套技术，使研究成果能够在生 产实践和工程应用中充分体现。 本论文目标和意义： 为高性能干拌砂浆发展提供技术支撑，推动和带动我市干拌砂浆产业的形 成和发展。 改变砂浆现场配制的陋习，实现其工业化生产。由于砂浆量大面广，其生 产方式的提升可以显著提高住宅建设工业化水平。 大幅度提高砂浆技术水平及其工程质量，提高砂浆的科技含量和住宅建设 的科技贡献率。 砂浆的商品化、产业化为砂浆技术的发展提供了更好的平台，有利于砂浆 4 重庆大学硕士学位论文1 前言 的技术进步，有利于高技术、高性能砂浆的发展，有利于砂浆产品的系列化、标 准化、规范化，使砂浆的发展纳入可持续发展轨道。 减少施工单位工作量，降低工人劳动强度，提高施工效率，加快施工进度， 减少现场设施，提高施工现场的文明程度，减少对城市环境的污染。 改变传统建材粗放的生产、施工方式，提高住宅部品的工业化水平与集约 化程度。对住宅部品的结构调整、高性能建材产业的发展具有牵引和推动作用。 1 3 干混砂浆的原材料组成 生产干混砂浆所需的主要原材料有水泥、砂、矿物掺合料，另外加入一些用 量很小但是对最终性能有大幅提升的化学添加剂【6 】。 1 3 1 集料 集料有砂类、黄砂，石英等，一般用量所占比例很大。但是目前主要还是采 用河砂较多。首先要求砂子是干净、干燥的分级原砂，所采集的砂子应是已经去 除表层土，杂草或其他杂质。破碎过的原料也可以使用，但是在使用前需要检测 其适宜性。砂子粒径应涵盖o 4 m m 的所有尺寸，这样才比较适宜做砂浆的细骨 料。由于海砂含盐分多，一般不建议使用海砂。 砂子的物理和化学性质应该符合相应要求。总的来说砂子应为适合且以检测 合格的用作建筑用砂浆的原料。 对砂子的粒径也有一定的要求。根据不同的产品要求，砂子需分成不同等级。 对于细骨料产品，砂子粒径为0 o 6 m m ，有时需o 0 3 5 m m 。对于粗骨料产品， 如砌筑砂浆，用o 4 m m 粒径的骨料。这应至少包括三种粒径，如o o 5 m m 、 o 5 m m 1 2 m m 以及1 2 m m 4 m m ，4 或5 种粒径更好。河砂中通常缺少超细的粒 径( 容易被河水冲走沉积在别处) ，可以使用中细石灰石粉来代替。不同要求的干 混砂浆所采用的砂子的形态也是有所区别的，如自流平砂浆就应采用圆形的砂子 来生产。砂子的含水率也是一个重要指标，各级砂料的湿度一般含水率应低于 0 2 ，所以砂子在分级前需要进行干燥处理。 1 3 2 胶凝材料 干混砂浆的胶凝材料宜选用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥、 高铝水泥( 主要是生产自流平砂浆时使用) 、白水泥、天然石膏、无水石膏、半水 石膏、石灰、铝酸钙水泥以及铝酸钙水泥组成的复合胶凝材料等，并应符合相应 标准的规定。 1 3 3 ：i j n n 普通干混砂浆根据不同要求采用的外加剂种类很多，主要是起防水、抗冻、 早强、抗裂和抗渗等作用，但是在使用这些外加剂之前应该通过试验确定其与无 重庆大学硕士学位论文 1 前言 机胶凝材料的相容性良好并且对砂浆的耐久性无不良影响。 粘结剂 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，无法满足干混砂浆的要求。现在使用较广的是单组分的可再分散乳胶 粉。 干混砂浆中采用的可再分散乳胶粉是水溶性的，它在水中形成乳胶液，对各 类物质具有很好的粘结性，但它的粘结机理与矿物水化物( 水泥) 粘结机理有根本区 别。在干混砂浆加水搅拌时，聚合物颗粒自行分散，并不会同水泥粘聚，一方面 由于细分散有机聚合物颗粒之间润滑效应，使砂浆的组分能够单独流动；另一方 面细分散有机聚合物对空气有诱导效应，赋予砂浆可压缩性，因此，可以改善砂 浆的施工和易性。 实践证明，加入细分散有机聚合物的砂浆具有下列优点；1 ) 砂浆的强度发展 很好，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 ) - r 作性能好，易于快速抹灰。在粘结砂浆中，可再分散乳胶粉的加入能使砂浆的 抗弯强度、抗裂性、附着强度、弹性、韧性都有改善，最终可以避免砂浆收缩开 裂，还可以减少粘结层的厚度。可再分散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，而在骨架内聚合物形成的聚合物膜具有活动接头的功能， 可以保证刚性骨架的弹性和韧性。聚合物膜抗拉强度比普通砂浆的抗拉强度要大 10 倍以上，所以，可再分散乳胶粉还可以改善砂浆的抗拉强度【”。 目前用在干混砂浆中的细分散有机聚合物主要有以下几种：1 ) 苯乙烯丁二烯 共聚物；2 ) 苯乙烯丙烯酸共聚物；3 ) 醋酸乙烯酯均聚物；4 ) 聚丙烯酸酯均聚物； 5 ) 醋酸苯乙烯共聚物；6 ) 醋酸乙烯酯乙烯共聚物等。因为加入可再分散乳胶粉 会增加砂浆的气孔率，所以必须同时引入消泡剂，以消除气泡 s i l 9 】f 。 保水剂 目前在干混砂浆中使用的保水剂主要是纤维素醚类物质。纤维素醚是由天然 纤维素经过醚化反应得到，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，可作为增粘剂、保水剂、引气 剂等。 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：na 羧甲 基纤维素；乙基纤维素；甲基纤维素；羟基纤维素乙醚；羟丙基甲基纤 维素；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 6 重庆大学硕士学位论文1 前言 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【l l 】。 在瓷砖粘结剂中掺入纤维素醚，可以大幅度提高瓷砖胶泥的保水能力。纤维 素醚抑制了水分由胶泥往底材或砖块的过快流失，令胶泥有足够的水分得以全面 凝固，延长了修正时间，提高了粘结强度。此外，纤维素醚也改善了胶泥的可塑 性，使施工更容易，并增加了胶泥与砖体的接触面积，减少胶泥的滑移和流挂， 即便是将单位面积质量大且表面致密度高的瓷砖粘贴于垂直表面，也不会使胶泥 产生下滑。纤维素醚还可以延缓胶泥表皮的形成，延长开放时间，提高胶泥的使 用率【1 2 】【1 3 】【。 稳定剂 采用稳定剂能赋予干混砂浆适宜的稠度及和易性，它能够避免砂浆在硬化前 产生沉淀和水分蒸发，也能改善砂浆最终硬化体的性能。稳定剂可以是无机矿物f 如 层状硅酸盐) ，也可以是有机合成物( 如各种纤维素醚) 。木质素磺酸盐是干混砂浆 中常用的一种增塑剂，是造纸厂的废料，其一般掺量为o 2 - 0 3 。稳定剂还可 以提高砂浆的粘结强度。聚乙烯醇在于混砂浆中作为阻凝剂，同时也是一种粘结 剂，也可以提高砂浆的粘结强度。碳酸锂作为干混砂浆凝固和硬化的加速剂。醋 酸作为石膏组分缓溶剂，可以调节干混砂浆中石膏的硬化凝固速度。还可以采用 酒石酸钾、聚烷基酰胺、某些磷酸盐和硼酸盐作为石膏硬化的缓凝剂。 其它外加剂 其它在砂浆中加入的外加剂还有促凝剂、缓凝剂、增塑剂、减水剂、消泡剂 等。 1 3 4 矿物掺合料 干混砂浆质量既依赖于化学添加剂，又依赖于正确选择无机矿物外加剂。其 配方组成必须考虑砂浆拌和物的凝固硬化过程。当前己广泛应用的矿物外加剂有 粉煤灰、矿渣微粉、石灰石粉、硅灰、珍珠岩等。矿物外加剂的某些重要性质必 须详细研究，例如矿物外加剂使化学添加剂过量消耗的问题。矿物外加剂中破坏 粘结剂性能的杂质应尽量少。矿物外加剂的活性成分改变水泥的水化和硬化机理， 会导致不能控制的收缩和膨胀。我国正在制定矿物外加剂的国家标准。 目前最常用的矿物外加剂粉煤灰、矿渣微粉和石灰石粉，都属于工业废料， 从矿物组成来看，都是含有很高氧化钙的铝硅酸盐和碳酸盐，在水中有不同的溶 解性。由于粉煤灰本身的性质，使掺加粉煤灰的砂浆具有早期强度低，后期强度 持续增长的特点，这是粉煤灰的活性被持续激发所致。此种砂浆的早期收缩较大， 到2 8 d 基本趋于稳定；随着粉煤灰掺量的增加，干混砂浆的凝结时间延长。综合 以上因素，一般认为粉煤灰用量为水泥用量的5 0 左右是合理的叫】。 7 重庆大学硕士学位论文1 前言 矿渣微粉是将矿渣磨细至超细程度( 比表面积达8 5 0 m 2 k g ) f 拘g 渣，其活性与 其比表面积密切相关。单掺矿渣微粉的砂浆有泌水现象，一般与减水剂或有保水 作用的外加剂混掺。矿渣和减水剂共同作用可使新拌砂浆的含气量、硬化砂浆的 孔隙率达到最低，硬化砂浆的体积密度达到最大。同时使砂浆的吸水率明显降低， 抗冻性和抗渗性都有所提高。 我国石灰石资源很丰富，有效地应用石灰石矿物外加剂，有着积极的社会效 益。掺石灰石粉的砂浆随着其替代水泥量的减少，强度提高，砂浆的和易性变好， 一般合理掺量为5 l o 。石灰石粉与其它磨细矿物外加剂一样，对水泥颗粒有 一定的分散作用，致使水泥颗粒的絮凝结构难以形成，从而改善了砂浆的和易性。 掺适量的石灰石粉替代水泥后，其强度超过纯水泥砂浆的强度，这是石灰石粉的 物理、化学作用的共同结果。有人通过电子显微镜观察到c a c 0 3 表面长满了水化 产物，可以认为石灰石粉起着微晶和催化的作用，使大量水化产物生长在其表面， 降低了溶液中的离子浓度，加速了c 3 s 颗粒表面的离子向溶液中的迁移，使c 3 s 的水化速度提高。而一部分c a c 0 3 的“消失”，证实了c a c 0 3 通过参与化学反应而 对砂浆的强度产生贡献。有实验表明石灰石粉与矿渣微粉共掺时，可以改善矿渣 微粉的泌水缺陷，随着石灰石粉替代矿渣微粉的比例增加，砂浆的泌水量明显降 低，至石灰石粉与矿渣微粉的比例为4 ：1 时，砂浆已没有泌水现象。同样石灰石 粉与矿渣微粉共掺时，也表现出对强度极有利的复合效果。因为在掺有石灰石粉 和矿粉的砂浆中加入水后，首先是水泥熟料矿物与水作用生成c s h 、a r 、c a ( o i - i h 等，一部分c 3 a 与c a c 0 3 反应生成c c a ，由于石灰石粉的存在，上述水化反应速 度加快，致使一定龄期内的水化产物增多；而水化产物中的c a ( o h ) 2 又是矿粉的 活性激发剂，又可以提高矿粉的水化速度，而矿粉对于c a ( o h ) z 的“消耗”，对于水 泥颗粒的水化反应无疑又是一种推动作用。所以石灰石粉对水泥水化和矿粉水化 的直接与间接的促进作用，使得水泥+ 矿粉+ 石粉三元体系比水泥+ 矿粉二元体系具 有更高的强度值”“。 矿物外加剂的颗粒组成也很重要，它必须在保持良好渗透性情况下，使砂浆 致密涂刷，保证砂浆有良好的性能，如较高的抗拉强度和最少的化学添加剂消耗。 薄层涂抹的干混砂浆，最大矿物外加剂颗粒不应超过0 4 , - 0 6 m m ，大于0 4 - - 0 6 m m 的只能用于厚膜涂层或者装饰涂层的砂浆。不大于0 1 m m 颗粒矿物外加剂，可用 于粉刷和抹平砂浆。矿物外加剂越细，比表面积越大，导致粘结剂( 水泥、石膏) 需用量增加。为了达到细矿物外加剂砂浆必要的塑性和和易性，用水量也会增加， 水灰比偏离适宜量，易导致开裂。正确选择矿物外加剂颗粒组成标志之一是最小 的水灰比，并在最少的粘结剂和化学添加剂的消耗下，获得最好的机械物理性能。 重庆大学硕士学位论文 1 前言 1 3 5 抗裂、抗渗组分 纤维 在于混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( p p ) 、木质纤维、聚乙烯纤维、聚酯纤维等。 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 降低微裂缝尖端的应力集中，防止微裂缝扩展。 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【l 6 】f l7 】【1 8 】【嘲。 膨胀剂 干混砂浆中另一个重要的抗裂防渗组分是膨胀剂。现在使用较广泛的膨胀剂有 u e a 、c e a 、a e a 、g n a 等。a e a 与g n a 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。a e a 、g n a 组分中高铝熟料中铝酸钙矿物c a 等首先与c a s 0 4 、c a ( o h ) 2 作用，水化生成水化硫铝酸钙( 钙矾石) 而膨胀。u e a 也是生成钙矾石产生膨胀，c e a 则主要是生成氢氧化钙。 a e a 加入到砂浆中，初期和中期生成的大量的钙矾石使砂浆体积膨胀，内部 结构更加致密，改善了砂浆内部的孔结构，大孔减少，总的孔隙率减小，从而使 抗渗性提高。当砂浆后期处于干燥状态时，初期和中期的膨胀可以补偿后期的部 分甚至全部收缩，因此膨胀剂具有较好的抗裂防渗作用 2 0 1 2 1 2 2 2 3 1 。 木质纤维 木质素纤维是天然木材经过化学处理得到的有机纤维。通过筛选、分裂、高 温处理、漂白、化学处理、中和、筛分成不同长度和粗细度的纤维以适应不同应 用材料的需要由于处理温度高达2 6 0 ( 2 以上，在通常条件下是化学上非常稳定的 物质，不为一般的溶剂、酸、碱腐蚀。木质纤维易分散在保温材料中形成三维空 间结果，并能吸附自重6 8 倍的水分。这种结和特点提高了材料的和易性能，操作 性能，抗滑坠性能，加快了施工速度；木质纤维尺寸稳定性和热稳定性在保温材料 中起到了很好的保温抗裂作用；木质纤维的传输水分功能使得浆料表面与基层界 9 重庆大学硕士学位论文 1 前言 面水化反应充足，从而提高了保温材料的表面强度、与基层的粘结强度和材料强 度的均匀性。以上这些性能使得木质纤维在保温材料中成为不可缺少的添加剂。 1 4 干混砂浆的发展现状 1 4 1 国内干混砂浆的发展现状 长期以来，由于受传统观念的影响，我国建筑市场砂浆产品的工业化生产和 商品化使用严重滞后。2 0 世纪8 0 年代，上海出现干混砂浆的雏形【5 】，如以水泥和 细集料为主要成分外掺化学外加剂在工厂制备的干混砂浆。后来，在上海发展起 来的加气混凝土专用砂浆也属于干砂浆。只是到了9 0 年代末，出于提高建筑工程 质量的目的中国才有了具有一定规模的干混砂浆生产厂家。目前，我国干混砂 浆生产厂家只有3 0 0 家，年产量仅1 2 0 万t 。厂家主要分布在北京、上海、广州及其 周边地区。其他省市形成规模的干混砂浆生产厂几乎还是个空白，干混砂浆在我 国的发展空间还很大。 我国干拌砂浆整体上尚处于起步阶段。2 0 0 0 年以来，北京、上海、广州等地 千拌砂浆发展迅速，干拌砂浆的优越性开始被国人所接受，干拌砂浆取代现场拌 合砂浆成为趋势。我市尚无干拌砂浆生产线，建筑砂浆品种单一，性能低下，砂 浆工程中的空鼓、开裂、脱落、渗漏己成为建筑工程的质量通病，是建材行业和 住宅产业的最薄弱环节之一，已成为住宅产业发展的制约因素。由于一直采用现 场配制的生产方式，阻碍了砂浆的技术进步，失去了在建筑业快速发展过程中同 步协调发展的机遇。砂浆的生产形式、技术性能已严重不适应住宅产业现代化的 发展。 砂浆落后的生产形态制约了我国砂浆技术的发展。砂浆新技术的研究开发缺 乏目标和动力，砂浆的基础研究与应用研究极其薄弱，施工性差、粘结力低、收 缩率大是其主要缺陷。砌筑砂浆用于红砖砌筑可满足使用的要求，但对于混凝土 空心砌块等新型墙材的砌筑，因小砌块空心率高、布浆面窄、立缝长、表面光滑、 吸水率小，因此，其砌筑砂浆必须具有良好的粘结性、保水性及和易性。显然现 场配制的传统砂浆已不能满足砌体的要求。由于没有高性能干拌砂浆可供使用， 混凝土空心砌块砌筑时采用现场配制的普通水泥砂浆，是造成砌体开裂、渗漏的 主要原因之一。加气混凝土砌块墙和混凝土剪力墙的抹灰费工、费时，由于砂浆 粘结强度较低和保水性达不到要求，抹灰层空鼓、开裂非常普遍。外墙作涂料的 基层砂浆与贴瓷砖时不作区分，由于砂浆干缩率较大，韧性不足，出现砂浆层微 裂纹，其应力使涂料层开裂，这是造成我国外墙涂料普遍开裂的主要原因之一。 为了尽快改变我国砂浆的落后状态，提升砂浆生产的工业化水平和技术水平， 发展高性能砂浆，使砂浆发展纳入可持续发展轨道，必须改变砂浆的生产形态， 1 0 重庆大学硕士学位论文1 前言 使砂浆生产从现场配制转变为工厂化预生产，即发展干拌砂浆。性能高品质化， 产品系列化、标准化、绿色化，生产工业化，施工高效化是建筑砂浆发展的大趋 势。高性能化的主要方向是：( 1 ) 提高砂浆的韧性和抗裂性，解决砂浆易开裂的通 病。( 2 ) 改善和易性与施工性，提高施工质量，满足机械施工的要求，提高施工效 率。( 3 ) 满足粘贴、保温隔热、防水等特定功能需要的改性。我国建筑砂浆商品化 的趋势已经确定，干拌砂浆发展初期，拟优先发展技术含量较高、附加值较高的 外保温砂浆、粘结砂浆、低收缩抗裂砂浆等。技术上则以砂浆外加剂和掺合料为 突破口。 目前国内对干混砂浆的研究主要集中在： “本地化”生产。干混砂浆生产对原料种类、产地、质量的依靠程度强，即同 一配方在不同地区生产出来的产品，质量、性能都可能会不一样，并且当地气候、 施工环境对干混砂浆的施工质量影响也非常大。所以，在投产干混砂浆生产线前 都必须做制备工艺和性能参数研究工作。目前，我国很多地区都在做类似的生产 研究，研发适合本地使用的最佳配料方案。 开发满足用户需要的新品种。我国现有的干混砂浆生产企业产品种类还比 较少，开发用户需要的新品种是各企业的当务之急。 开发国内的生产设备、质量检测仪器设备和工艺测试手段。目前我国干混 砂浆生产企业所使用的设备基本上是从国外进口，国产化还需要做很多工作。 降低成本。主要集中在降低生产设备投资和降低生产成本两个方面。 在今后的一段时间内，对干混砂浆的研究主要集中在两个方面：一是进行新 的砂浆品种的开发研究；二是对干混砂浆生产工艺的研究和完善。国内的研究大 多侧重于前一方面。在这方面的研究主要是围绕着开发砂浆外加剂进行的。通过 外加剂改善砂浆的某种或几种特性，这些研究为今后的进一步发展提供了大量的 经验。但是也应当看到，这是一种过渡形态的改良方式，传统砂浆所存在的缺点 并没有得到彻底的解决。如果不能改变传统砂浆在工地生产的模式，那么就不能 真正地解决砂浆的质量问题，我们在加强砂浆品种开发的同时，应加强砂浆生产 工艺的开发研究。干混砂浆生产工艺的研究应围绕以下的基本思路进行： 1 ) 确定干混砂浆的生产工艺流程。充分借鉴和利用国内外于混砂浆的生产工 艺流程，确定砂浆生产线的配置。 2 ) 干混砂浆生产设备的设计与选型。 3 ) 建立干混砂浆的数据库系统，对常用的砂浆配合比实现数据库