（材料学专业论文）干混砂浆的研制及性能研究.pdf

摘要 干混砂浆是种由胶凝材料、细集料、矿物掺合料、化学添加剂等均匀混合而成的 新型建筑砂浆，具有质量稳定、便于施工、利用废料、利于环保等方面的优越性。目前 我国干混砂浆只在少数大城市应用，而且限于少量的特种砂浆，普通干粉砂浆和保温砂 浆更少。本文以普通干粉砂浆和外保温砂浆( e p s 保温砂浆) 作为研究对象，主要进行 最佳配合比的设计及性能研究。 普通干粉砂浆的研制：首先通过对比试验研究了h p m c 和f a 掺量对砂浆和易性与 抗压强度的影响，确定了h p m c 和f a 的适宜掺量；进而通过在灰砂比分别为1 ：2 ，1 ：3 ， 1 ：4 ，1 ：5 ，1 ：7 的普通水泥砂浆中双掺h p m c 和f a 的方法，确定了强度等级m 5 o m 3 0 的砂浆配合比，可以指导不同强度等级普通干粉砂浆的生产。性能测试表明，本文配制 的干粉砂浆和易性好，既有足够的抗压强度又有较高的粘结强度。 e p s 保温砂浆的研制：首先选取e p s “c + f a ) 、f ：f 坝c + f a ) 和e v c 为影响因子，。 以抗压强度和干表观密度为考核指标进行正交试验研究，运用极差分析及回归分析方法 分析正交试验结果，分析得出e p s f c + f a l 是影响抗压强度与干表观密度的主要因素： 进而固定其他两个因素，根据技术指标中抗压强度与干表观密度取值，运用回归方程分 中eps保温砂浆的导热系数和胶粉料粘结强度确定了最终配合比。最后全面研究了所配 制eps保温砂浆的综合性能，其中包括抗压强度、压剪粘结强度、干表观密度、线性收 缩率、导热系数、软化系数等以及胶粉料的基本性能。试验结果表明所配制的e p s 保温 砂浆具有重量轻、导热系数小，粉煤灰掺量大，使用方便等优点。 本文借助扫描电镜( s e m ) 及汞压力测孔法( m i p ) 等现代测试分析手段，从细观的角度 分析纤维索、乳胶粉、粉煤灰和纤维对砂浆性能的影响机理，从而从结构与性能相结合 的角度加深理解其对砂浆性能影响的宏观规律。 关键词：干混砂浆 保温砂浆一 纤维素聚丙烯纤维乳胶粉 导热系数强度微观结构 a b s t r a c t d r y m i x e dm o r t a ri san e wk i n do fb u i l d i n gm o r t a rt h a ti sm a d eb yu n i f o r m l ym i x i n g b i n d i n gm a t e r i a l s ，f i n ea g g r e g a t e s ，m i n e r a l a d d i t i v e sa n dc h e m i c a la d d i t i v e s i th a s m a n y a d v a n t a g e ss u c ha ss t a b l eq u a l i t y ，c o n s t r u c t i n ge x p e d i e n t l y , u s i n gb y p r o d u c t sa n dg o o dt o e n v i r o n m e n t n o w ，o u rd r y m i x e dm o r t a ri so n l yu s i n gi ns e v e r a lb i gc i t i e s ，a n di sl i m i t e di n s p e c i f i cm o r t a ra ts m a l ld o s a g e ，n o r m a ld r yp o w d e rm o r t a ra n di n s u l a t i o nm o r t a ra r eu s i n g l i t t l e ，a n dt h o s et w ok i n d so fm o r t a rw e r es t u d i e di nt h i sp a p e i ，m a i n l ya b o u tt h em i xp r o p o r t i o n d e s i g na n dp e r f o r m a n c e n o r m a ld r yp o w d e rm o r t a rc o m p o s i t i o nw a sd e s i g n e db yt h ef o l l o w i n gs t a g e s ：f i r s t ，w i t h c o n t r a s te x p e r i m e n t s ，p r o p e ra d d i t i o nc o n t e n to fh p m ca n df aa r ed e t e r m i n e d t h es e c o n d s t a g e ，a d d i n gt h eh p m ca n df a t ot h ep r i m a r yn o r m a lc e m e n tm o r t a rw i t hd i f f e r e n tc sr a t i o s s u c ha s1 ：2 ，1 ：3 ，1 ：4 ，1 ：5 ，1 ：7 ，t h ed r y m i x e dm o r t a r sw i t hd i f f e r e n ts t r e n g t hg t a d e ，w h i c hs t r e n g t h a r et om e e tm 5 0 m 3 0a r ep r e p a r e d i t sm i xp r o p o r t i o nc a nb eg u i d e l i n e sf o rt h ep r o d u c t i o no f n o r m a ld r y m i x e dm o r t a rw i t hd i f f e r e n ts t r e n g t hg r a d e t h et e s t so np e r f o r m a n c e ss h o w e d t h a ni th a sg o o dw o r k a b i l i t y , p r o p e rc o m p r e s s i o ns t r e n g t ha n dh i g hb o n ds t r e n g t h e x t e r n a lt h e r m a li n s u l a t i o nm o r t a rm i xp r o p o r t i o nw a sd e s i g n e db yt h ef o l l o w i n g s t a g e s ：f i r s r , c h o o s i n ge p s ( c + f a ) r a t i o ，f a ( c + f a ) r a t i oa n de v a cr a t i ot ob et h ep r i m a r y f a c t o r so np e r f o r m a n c eo fm o r t a r , t h es t u d yd e s i g nb yo r t h o g o n a ld e s i g n ，a n db a s e do n p r o p e r t i e st e s to fc o m p r e s s i o ns t r e n g t h a n dd r y a p p a r e n td e n s i t yh a s b e e nc a r r i e d o u t ；t h e n ，w i t ht h eh e l po fe x t r e m ed e v i a t i o na n a l y s i sa n dr e g r e s s i o na n a l y s i s ，t h er e s u l t so f c r o s se x p e r i m e n td e s i g nw e r es t u d i e d ，t h ea n a l y s i ss h o w e d ，o ft h et h r e ef a c t o r s ，t h ee p s ( c + f a ) r a t i oi st h em o s tp r i m a r yf a c t o rt oc o m p r e s s i o ns t r e n g t ha n dd r ya p p a r e n td e n s i t y u s i n gt h e r e g r e s s i o ne q v a t i o n ，w i t ht h ee p s ( c + f a ) r a t i oi sv a r i a b l ea n dt h eo t h e rt w of a c t o r sa r e c o n s t a n t ，t h es c o p e o f e p s ( c + f a ) r a t i o a n dt h e p r i m a r y m i x p r o p o r t i o n w a s o b t a i n e d a c c o r d i n gt ot h et h e r m a lc o n d u c t i v i t yc o e f f i c i e n to fe p st h e r m a li n s u l a t i o nm o r t a r a n da d h e s i v es t r e n g t ho fm i n e r a lb i n d e r , t h el a s tm i xp r o p o r t i o ni se s t a b l i s h e d f i n a l l y ，t h e p e r f o r m a n c e s o ne p st h e r m a li n s u l a t i o nm o r t a ra n dm i n e r a lb i n d e ra r er e s e a r c h e d g e n e r a l l y , s u c ha sc o m p r e s s i o ns t r e n g t h ，p r e s s u r ea n ds h e a ra d h e s i v es t r e n g t h ，d r ya p p a r e n t d e n s i t y , d r ys h r i n k a g ec o n d u c t i v i t y , t h e r m a lc o n d u c t i v i t yc o e f f i c i e n t ，s o f t e n i n gc o e f f i c i e n ta n d n s e e t i n gt i m e ，t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ee x t e r n a lt h e r m a li n s u l a t i o nm o r t a rw h a tw es t u d i e d h a sm a n ya d v a n t a g e so fl i g h tw e i g h t ，l o wh e a tc o n d u c t i v i t yf a c t o r , h i g hf l ya s hc o n t e n ta n du s e s i m p l i c i t y t h ee f f e c tm e c h a n i s mt h a tt h em o d i f i e dm o r t a rw i t hc e l l u l o s e ，e m u l s i o np o w d e r , f l ya s h a n df i b e rw a sa n a l y z i e df r o mt h ep o i n to fm i c r o s t r u c t u r eb ys e ma n dm i p , a n dt h em a c r o r u l e so ft h o s em o d i f i e dm o r t a r sw e r eu n d e r s t o o dd e e p l yb yc o m b i n i n gt h em i c r o s t r u c t u r ew i t h p r o p e r t i e s k e yw o r d s ：d r y m i x e dm o r t a r t h e r m a li n s u l a t i o nm o r t a rc e l l u l o s e p o l y p m p y l e n e f i b e re m u l s i o n p o w d e rt h e r m a lc o n d u c t i v i t yc o e f f i c i e n t s t r e n g t h m i c r o s t r u c t u r e i i i 学位论文独创性声明： 本人所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，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。与我一同工作的同事对本研 究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。如不实， 本人负全部责任。 论文作者( 签名) ： 姜：抱一g 年月f 日 学位论文使用授权说明： 河海大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊( 光 盘版) 电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件或电子文档，可 以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅。 论文全部或部分内容的公布( 包括刊登) 授权河海大学研究生院办理。 论文作者( 签名) ： 至! ：i 色枷年月心日 第一章绪论 第一章绪论 随着现代住宅建设的发展和人们对居住环境的日益关注，以及建筑工业对建筑 工艺要求的不断提高，建筑工程对建筑砂浆的强度、功能性等提出了更高的要求， 传统砂浆由于种种缺陷而无法满足现代建筑的要求，必将退出建筑工程的历史舞 台。为了适应现代建筑业发展的需要，一种具有优良特性的新型的建筑砂浆正在蓬 勃发展，它就是干混砂浆。 干混砂浆亦称为干粉砂浆、干拌砂浆或预混( 干) 砂浆，是指由专业生产厂家 生产的，经干燥筛分处理的细集料与无机胶结料、保水增稠材料、矿物掺合料和添 加剂按一定比例混合而成的一种颗粒状或粉状混合物【1 1 。通过计算机计量控制和机 械化生产，产品既可由专用罐车运输至工地加水拌和使用，也可采用包装形式运到 工地拆包加水拌和使用，是有别于传统砂浆与预拌砂浆的一种新型商品砂浆。因干 混砂浆具有集中生产与统一供应等特点，且有利于采用新技术与新材料，实行严格 质量控制，改进施工方法，保证工程质量创造等，因此其在优质、高效、节能、省 料和环保等方面的优越性必将随着推广应用而被接受和公认，发展干混砂浆将成为 必然的趋势。对干混砂浆的研究工作，值得社会各部门的重视。 本文作者在调查分析干混砂浆的要求和国内外发展现状的基础上，以干混砂浆 产品的配方研制为主要目标，结合国内原材料情况和国情，重点对普通干粉砂浆和 干混保温砂浆进行了试验研究。 1 1 课题研究背景 1 1 1 墙体材料与建筑砂浆 2 0 0 0 多年以前，以粘土为原料烧制秦砖汉瓦是一次墙体材料的革命，千古华夏 曾经有过历史的辉煌，发展至今，粘土砖仍占墙体材料总量的9 0 。 烧制粘土砖，以每年6 0 0 0 亿块计，大约耗煤7 0 0 0 万t ，生产实心粘土砖的煤 耗与砖混结构采暖煤耗约占全国能耗的2 0 ，成为大气中的主要污染源之一，更为 严重的问题是浪费土地，这么多砖要耗用土1 2 亿m 3 ，相当于6 0 万亩土地，扣除有 些粘土取自沙滩、丘陵，每年毁田电达二三十万亩1 2 j 。 河海大学硕士学位论文 粘土砖块体小，质量重，施工效率低，不能满足建筑高层化与施工现代化的要 求：粘土砖保温、隔热、吸声、装饰性能不强，粘土砖建筑不能满足多功能要求： 再加上粘土砖生产破坏生态，污染环境，浪费能源，已成为我国国民经济持续、稳 定与健康发展的一大障碍。因此，开发新型墙体材料已刻不容缓。 工业发达国家新型墙体材料已占整个墙体材料的6 0 9 0 ，新建住宅8 0 1 0 0 采用高效保温材料，以达到所规定的隔热保温标准。发达国家墙体材料的发 展方向主要反映在耐久、节能和功能三大方面，并注重墙体材料生产资源的开发研 究。墙体改革是我国国民经济和社会发展的需要，是建筑、建材行业传统产业自身 改造的需要，也是时代发展向我们提出的迫切要求。我国的墙体材料也须向节能利 废、隔热、高强、空心、大块型方向发展。 建材工业“十五”规划，对新型墙体材料的发展和结构调整重点作了明确规定， 即“发展新型墙体材料，促进经济与资源、环境协调发展”【”。其中要求，到2 0 0 5 年，新型墙体材料占墙体材料的比重达到4 0 以上，每年节约土地2 0 万亩，减少 二氧化碳排放量2 0 0 0 万t ，综合利用煤矸石9 0 0 0 万t 、粉煤灰4 5 0 0 万t ：在重点抓 好1 7 0 个大中城市用3 年时间过渡到完全禁止使用实心粘土砖的同时，积极引导其 他地区用新型墙体材料替代实心粘土砖。重点发展非粘土砖类空心制品、混凝土砌 块、各种轻质板材和复合板材，大力推广使用以粉煤灰、煤矸石等工业废渣和江砂 淤泥为原料的新型墙体材料生产技术与装备、重点发展混凝土砌块生产线，者力解 决混凝土砌块的施工应用配套技术：发展加气混凝土板材和加气混凝土砌块的生产 线，开发大型机械化切割机，完善发泡成型技术；重点抓好纸面石膏板的市场开拓 与推广应用工作，发展以农作物秸秆为原料的轻质板材；发展烧结空心砖生产线， 推广废渣高掺量、全煤矸石烧结新工艺【2 】。 随着我国墙体革新政策力度的加大，全国范围内新型墙体材料的用量日益增 多，实心粘土砖将逐渐退出历史舞台。墙体材料品种虽然改变了，但是对墙体材料 起着胶结、装饰、防护等关键性作用的建筑砂浆却在某种程度上影响了新型墙体材 料的声誉。这是因为很多地方在新型墙体材料的推广应用过程中，仍然沿用实心粘 土砖的配套材料一一传统的现场拌制砂浆。一方面，传统的砂浆生产方式是施工时 现场拌制，由于人员素质、设备工具、计量手段、气候条件、材料来源等多种因素 的不确定性，常出现配比随意、拌和不匀、计量不准等问题，难以保证砂浆的质量， 河海大学硕士学位论文 1 1 2 3 绿色环保 近年来，环保的呼声越来越高，而现场拌制砂浆粉尘量大、污染环境，干混砂 浆的生产是大规模集中生产，不仅完全可以杜绝现场堆放水泥、砂等带来的脏、乱、 差的局面，有利于环境保护与文明施工，而且原材料损耗低、浪费少，还可咀大量 利用矿渣、炉渣、粉煤灰等工业废料，既减少了对资源的破坏，又降低了生产成本。 1 1 2 4 施工性能良好 产品各种性能的提高，使施工更为便捷，劳动强度大为降低。如提高和易性， 使产品易涂抹，提高抗流挂性，使砂浆在施工中不下垂、不流挂；提高流动性，使 砂浆在旅工中能自动找平地面，降低劳动强度等。 1 1 3 干混砂浆生产的技术可行- 陛 干混砂浆产业化的发展离不开以下技术的突破、发展、日趋成熟。 1 1 3 1 增稠剂技术 普通砂浆是通过石灰膏改善砂浆和易性，石灰膏含水率高，在干混砂浆中不能 使用。因此，干混砂浆研究关键技术之一就是选择改善砂浆和易性的保水增稠材料。 目前国外常用的是纤维素醚纤维素醚是由天然纤维素经过醚化反应得到。纤维素醚 由于分予间的作用力( 范德华力) ，具有良好的保水能力，还可以保证无机粘接剂 水化作用的均匀性和完全性，因为它与水有大致相同的蒸发热和毛细管扩散作用。 纤维素醚的加入大大改善了砂浆和易性。 1 1 3 2 可再分散胶粉的生产 聚合物改性水泥砂浆的概念提出已久，然而聚合物用于干粉砂浆却是建立在可 再分散胶粉的产生基础上。可再分散胶粉又称为可再分散的聚合物粉末，它是通过 两步法来生产的。首先，通过乳液聚合制得作为原料的聚合物乳液，然后通过喷雾 干燥得到聚合物粉末。在喷雾干燥之前通常加入杀菌剂、喷雾干燥助剂和抑泡剂等 组分。在喷雾干燥过程中或结束后加入防结块剂如黏土、硅灰、碳酸钙等以防止树 脂在贮存过程中结块【4 1 。在干粉砂浆加水搅拌时，聚合物粉末可以很容易地再分散 或再乳化，得到聚合物颗粒为1 2 m m 的聚合物乳液。水泥水化进程先于聚合物乳 液中聚合物颗粒结成膜的过程，最终由于水泥水化和聚合物成膜形成了复台胶凝材 料相。此外，活性聚合物的颗粒表面与c a “、固体c a ( 0 h ) 2 或集料上的硅酸盐之间， 发生一系列物理化学反应，改善了水泥水化物和集料间的粘接，改善硬化后的乳液 第一章绪论 改性砂浆的性能。 1 1 3 3 矿物掺合料的开发利用 干混砂浆的质量既依赖于化学外加剂，又依赖于正确选择无机矿物掺合料。矿 物掺合料不仅改善砂浆性能，影响砂浆拌和物的凝结硬化过程，而且降低成本，保 护环境。因此对矿物掺合料的某些重要性质必须详细研究。例如矿物掺合料使化学 添加剂过量消耗的问题，矿物掺合料中破坏粘接剂( 水泥、石膏) 性能的杂质应尽 量少；矿物掺合料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，对矿物外加剂掺合料的综合开发研 究工作取得的丰硕成果，为干混砂浆的迅速发展做出了巨大贡献。 目前最常用的矿物掺合料为粉煤灰、矿渣微粉和石灰石粉。近几十年来的大量 试验研究和使用已为矿物掺合料的合理利用积累了大量的经验。比如，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 基本趋势稳定。随着粉煤灰掺量的增加， 干混砂浆的凝结时间延长。目前，大多自流平砂浆中都掺有一定量的粉煤灰。 1 1 3 4 生产设备与生产工艺 干混砂浆生产设备主要由混合机、干砂机、包装机、储料系统、输送系统、称 量系统及微机系统组成。 生产工艺可以采取塔式、组合式和水平式。目前，国外先进的干混砂浆生产厂 都是塔式工艺布局。采用气动浮化片技术及双阀配料的干混砂浆生产厂是2 0 世纪 9 0 年代世界干混砂浆行业最先进的生产技术，该技术与设备的性能已在许多干混砂 浆生产厂得到了验证和肯定，并且已成为许多世界著名干混砂浆生产企业的指定设 备。将所有原料提升到原料筒仓顶部，依靠原料自身的重量自然从料仓中流出，经 称量、配料、混合、包装等工序后成为最终产品，全部生产是在现代化的微机控制 系统操作下完成的，操作人员只要指定产品的类型和数量，其余操作全部由控制系 统自动完成，无需人工干预。采用独特的干混料流动技术及投料设备，全部采用密 闭的生产系统设备，不但现场清洁，无粉尘污染，保证了工人的健康，而且具有生 产容量大、配料精度高、使用灵活的特点。 河海大学硕士学位论文 1 1 4 干混砂浆关键技术 1 1 4 1 最佳配合比的确定 最佳配合比标志着干混砂浆的高质量与低成本，决定了干混砂浆的发展前景。 干混砂浆的质量取决于正确选择成分和各种成分的相互协调匹配。化学添加剂价格 比较高，并且对干混砂浆性能影响比较大，应该把化学添加荆的掺量放在首位。最 佳配合比的确定是干混砂浆生产的前提条件，需要大量的试验研究以及先进的分析 仪器。 1 1 4 2 配料与混合技术 千混砂浆生产的关键在于保证原材料的粒度，严格按配方要求准确配料，并且 提高混合的均匀性。使用先进、可靠的自动化设备，是生产高质量的干混料产品的 保证。 ( 1 ) 计算机配料系统 通过计算机系统实现配料的自动化。主要包括主控微机、电子计量称、传感装 置等。 骨料、胶接料计量设备和电控称重漏斗适于高速的计算循环和高精度称量。砂 和胶接料通过机电秤称重，并装备高速电一气路阀保证计量精度。外加剂使用振动 阻尼机电秤，测量精度高。对于轻骨料，采用体积计量方式 ( 2 ) 物料混合系统 物料混合系统是决定干混砂浆质量的核心，将称量好的物料卸入一单轴搅拌 机，特殊的物料可以用手工方式添加。单轴搅拌机内置涡流装置确保物料搅拌均匀。 在搅拌机下部装有振动器、水平指示器和脉冲开路阀，确保迅速清空搅拌机，快速 更换生产不同性质的砂浆产品。为了使胶凝材料能够均匀地加入到物料中，工艺过 程中采取二级混合的办法。即将胶接料和外加剂根据配方先进行一次混合。然后再 均匀地加入集料后进行第二次搅拌，这样在生产过程中就会避免干料不均的现象。 1 2 国内外研究发展现状 干混砂浆于1 8 9 3 年在欧洲首先发明，由奥地利的特里诺瓦( t e r r a n o 、，a ) 首先申请矿物质纹理外观的饰面干混砂浆的生产专利。然而2 0 世纪5 0 年代以前 欧洲绝大部分仍然使用现场搅拌砂浆，干混砂浆产业的兴起是在二次大战后的奥地 河海大学硕士学位论文 的4 0 5 0 年间【4 j 。这期间的建筑外加剂主要用于调节或改善水泥基材料的各种性 能。而目前，随着各种建筑物、构筑物对建筑材料各种性能的新要求，以及材料 结构功能一体化的新趋势，建筑外加剂已经从建筑材料的性能调节作用过渡至 材料或结构的功能调节或赋予其某些特定功能。粉末状外加剂技术的发展更是外加 剂产业的一次革命，为干混砂浆的发展奠定了基础。目前，干拌砂浆中广泛使用的 粉状外加剂如水溶性淀粉纤维索衍生物粉末，常用的有羟甲基乙基纤维素醚 ( m 髓c ) 和羟丙基甲基纤维素醚( h m p c ) ：以及可再分散乳胶粉，常用的如乙烯 一醋酸乙烯共聚物。目前，世界上比较先进的非离子型纤维素醚生产技术主要有美 国道化学公司( d o wc h 锄i c a lc o ) 、赫尔克里斯公司( h e r c i i l e sc o ) 、德国克莱力 特公司( c l a r i a mc 0 ) 的生产技术。日本信越化学( s h i n c t s uc h c m i c a lc o ) 和韩国 三星精细化学公司( s 啪s u n gf i n ec h e m i c a lc o ) 分别从美国道化学公司和德国吕 第哥公司( l d e d i g ec o ) 引进技术【2 2 】。2 0 0 0 年纤维素总产量为4 7 万t ，非离子型纤 维素醚明显地少于离子型纤维素醚。因为非离子型纤维索醚的生产对安全和环保有 较高地要求，所以至今仍只有美国、欧洲和日本少数几个工业发达的国家才能实现 大规模生产，价格一般较高。可再分散乳胶粉的研究始于1 9 3 4 年德国的聚醋酸乙 烯( p v a c ) 类可再分散乳胶粉和二战中日本的粉末乳胶。 直到上世纪6 0 年代，最低成膜温度为o 、有较好耐久性和耐碱性的可再分散 乳胶粉被开发出来后，可再分散乳胶粉的使用才广泛起来。1 9 5 7 年，由德国威凯化 学品公司首次成功开发出粉状聚合物一v n a p a s 可再分散胶粉，并且在1 9 6 9 年 首次生产出专用于自流平地坪材料的可再分散乳胶粉一r e 5 0 1 1 l 乳胶粉吼瑞士国 民淀粉化学有限公司( e l o t e x ) 开发了一种新型硅烷基粉末添加剂一s e a l 8 0 ，可以 帮助开发出具有憎水性能的干拌砂浆吼经过近半个世纪的发展，可再分散乳胶粉 的制备工艺已经得到了较好的完善，发达国家积累了丰富的经验，但是其根本矛盾 可再分散性与耐水性和粘合性之间的矛盾有待进一步解决。 在国内，国外化学外加剂厂商如威凯、克莱恩、拜耳，国民淀粉等公司的产品 己进入并在中国设有办事处或开发基地，为在中国生产商品砂浆解决了一些关键的 原材料。此外，近几年我国砂浆外加剂的研究应用也取得了很大的进展，1 9 9 5 年， 上海市建科院研制的砂浆稠化粉通过市建委技术鉴定，该成果达到国际先进水平： 新型塑化剂一强力灰粉是一种有机与无机塑化剂复合的干粉；f j 一1 型加气混凝土 第一章绪论 抹灰砂浆外加剂，可改善加气混凝土抹灰砂浆性能，保证施工质量。虽然我国砂浆 外加剂研究与应用已有了一定的进展，但与外加剂发展成熟的国家相比还有很大的 差距。比如我国h p m c 市场仍然以离子型产品( c m c ) 为主，占总消费量的9 5 以上。据统计，2 0 0 2 年我国 玎? m c 生产能力为3 5 0 0 妇，而实际产量只有2 0 0 0 多吨， 主要生产厂家分布在河北、山东、湖南、福建、四川、浙江和陕西等省。国内技术 与国外技术相比，在技术、设备、规模、售后服务、环保、自控等方面处于明显劣 势。可再分散乳胶粉的研究尚处于起步阶段，技术不成熟导致质量不稳定，更无统 一的国家标准可言，因而不同的产品，甚至不同产地的同一类产品的掺量问题均应 经试验确定。目前，我国应致力提高我国的砂浆外加剂水平，尽快实现聚合物粉末 国产化。 1 2 2 干混砂浆矿物外加剂 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。当前 已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。 近2 0 年来，不少国家加大了对工业废渣的研究开发力度，德、日、英、美、 俄等国均取得了很好的成绩。1 9 8 0 年德国开始将磨细矿渣粉用于混凝土工程中的掺 合料，日本从6 0 年代经济腾飞时开始利用冶金渣生产水泥和道路材料，英国从1 9 2 3 年开始利用矿渣生产水泥，9 0 年代后用钢渣生产沥青混凝土骨料、大体积混凝土， 制定了相应的国家标准。 我国对于矿物外加剂的研究开发始于2 0 世纪7 0 年代中期，在粉煤灰作为矿物 外加荆的开发利用方面积累了丰富的经验。随着现代测试技术的发展，人们不仅掌 握了矿物外加剂对砂浆性能的影响规律，而且逐渐认识到了其影响性能的微观机 理，这就进一步有利于对矿物外加剂的开发利用。目前我国对粉煤灰、矿渣等掺合 料在干混砂浆中的利用主要着力于活性激发，以及适宜掺量的确定。 秦鸿根等【7 】采用钢渣的磨细粉和其他外加剂一起作为掺合料和矿物增稠剂，取 代石灰膏及部分水泥制得了干粉砂浆，在保证砂浆性能的同时，又节约了成本，降 低了能耗，保护了环境。 刘德、卢忠远【8 】用机械磨细和化学激发相结合的方法，增强低等级粉煤灰的活 性，在水泥和砂子中掺入石灰石、细化的粉煤灰，并加入o 0 8 的激发剂，按不同 的原材料配比配制出强度等级为m 2 5 m 1 0 系列的干粉砂浆。 河海大学硕士学位论文 金骏分析了矿渣的细度及其掺量对砂浆性能的影响；蔡雪军等u 1 】利用钢渣和 粉煤灰生产砂浆干粉料，取得了良好的效果；李相国掣坫1 利用含碳量超过1 8 的粉 煤灰及辅助材料、水泥等研制成低成本、环保型的粉煤灰系列干拌砂浆粉。 鞠丽艳、张雄【1 6 】研究了废石粉部分取代砂用于水泥砂浆时，其掺量、温度、储 存时间对预拌商品砂浆稠度、凝结、收缩性、抗压强度等性能的影响。试验表明， 废石粉部分取代砂，可以改善砂浆的和易性，减少砂浆收缩，提高抗压强度并有利 于施工。 莫健瑶【1 8 1 在干拌砂浆的基础上采用大掺量粉煤灰技术，采用多功能化学外加 剂，利用粉状改性剂对粉煤灰强度的补充效应，研究了配制高性能建筑砂浆的配制 机理，测定了其抗压强度，粘结抗剪强度。 1 2 _ 3 系列标准 国外，发达国家在砂浆商品化的进程方面起步较早，发展至今，无论在外加剂 的质量标准方面，还是干混砂浆产品的生产、旖工规范方面都较为完善。欧美、日 本等国已颁布的一系列商品砂浆技术标准，规定了砂浆的技术指标及试验方法。其 中包括：r e a d y m i ) 【e db u i l d i n gm o n a r sb s4 7 2 1 ：1 9 8 1 ；m e t h o d so ft e s t i l l gm o n 盯s ，s c r e e d s a n dp l a s t e r sp a n1 p h y s i c a lt c s t 吨b s4 5 5 4 ：p a r1 ：1 9 9 8 ；m e m o d so ft e s t i n gm o n a r s ， s c f c e d sa n dp l a s t e r s p a n 2 ，c h e m i c a l 柚a l y s i s a n da g g r e g a t e 芦a d j n gb s4 5 5 1 ：p a n 2 ：1 9 9 8 ；m o n a rf o ru n i tm a s o m ya s t mc2 7 0 - 0 1 a ；a d l l e s i v e sf o ru s ew i t 王lc e r a m i ct i l e s 锄dm o s a i c sb s5 9 8 0 ：1 9 8 0 等【矧。而我国的建筑砂浆工业化生产目前尚处于发展阶 段，多在小范围内试用，技术规模不够完善。我国已制定、发布的产品标准为特种 干混砂浆的大量生产和全面推广应用奠定了坚实的技术基础，如j g 8 6 0 2 0 0 0 混 凝土小型空心砌块砌筑砂浆；j c 8 6 1 2 0 0 0 混凝土小型空心砌块灌孔砂浆；j c 8 9 0 一2 0 0 1 蒸压加气混凝土用砌筑砂浆与抹面砂浆；j c ，r 9 0 6 2 0 0 2 混凝土地面用 水泥基耐磨材料；j c 厂r 9 0 7 2 0 0 2 混凝土界面处理剂；j c 厂r 5 4 7 2 0 0 4 陶瓷墙 地砖用胶黏剂。 上海等地在推广应用商品砂浆方面先行了一步，早在2 0 0 0 年初就已发布了地 方标准预拌砂浆生产与应用技术规程( d g t j 0 8 5 0 2 2 0 0 0 ) 和干粉砂浆生 产与应用技术规程( d g t j 0 8 5 0 2 a 一2 0 0 0 ) ：2 0 0 3 年，北京颁布北京市干拌砂 浆应用技术规程( 试行) ( d b j ，r 0 1 7 3 2 0 0 3 ) ；深圳市2 0 0 3 年审查通过了深圳 河海大学硕士学位论文 国应自己生产相应的化学外加剂，以降低干混砂浆的制作成本。 ( 4 ) 开发自己的生产工艺与生产设各。目前我国的生产工艺还不成熟，一般 生产企业的生产线都是从国外引进的。投资一条生产线一般在2 0 0 0 3 0 0 0 万人民 币，价格昂贵。我国干混砂浆企业的设备多数依赖进口，其成本较高。只有开发出 符合我国国情的生产工艺与设备，才能为全面建设干混砂浆企业创造条件，不但降 低了投资成本，而且降低了生产成本。 1 3 国内需求及本文主要研究内容 1 3 1 国内建筑对商品砂浆的需求 我国建筑业近2 0 年的迅速发展，房屋建筑逐年增加，主要是公共建筑、厂房 和住宅建设，而住宅占的比例最大。另外还有大量的旧宅需要修补，需用大量的灰 浆。 一般墙体砌筑的砂浆用量约占墙体体积的1 ：6 1 ：1 2 。而抹灰在一般民用建筑每 平方米的建筑面积有3 5 时的内表抹灰，有o 1 5 o 7 5 吖的外表抹灰。其抹灰的 造价约占建巍总价的1 0 1 5 ，从工期上看约占总工期的3 0 4 0 1 3 引，因而 灰浆对建筑物造价和能否更快地投产销售有着很大地影响。 不同的建筑物需要各种品种的灰浆，其中量大面广的是砌筑砂浆、基层抹灰灰 浆、灌注灰浆( 包括地坪灰浆) ，首先从大宗灰浆入手，其商品化市场容量大。 能源问题是当前世界各国普遍重视的问题，并被列为人类面l 瞄的四大生存问题 之一。在全世界的能耗中，由于建筑能耗占人类能耗的比例甚高( 一般在3 0 4 0 ) 故世界各国又都将建筑节能列为节能工作的重点。所谓建筑节能，绝不是狭义的单 指控制在建筑和建筑业中消耗能源的数量，而是积极采取措施提高能源的利用效 率，即要在建筑中合理地使用能源，有效地利用能源。 在我国，能源短缺目前已成为制约我国国民经济发展的重要因素。我国民生领 域能耗巨大。高耗能建筑的兴建，势必会导致能源短缺的加剧，制约国民经济的发 展。2 0 世纪9 0 年代中期所作的统计资料表明，在我国一次能耗总消费量中，城乡 民生能耗占3 2 2 。仅城镇采暖一项，即占全国商品能源总消耗的9 6 ，而我国 采暖区城镇人口仅占全国总人口的1 3 6 。随着人民生活水平的提高，采暖、空调 需求日益增加，建筑能耗的增长将远高于能源生产增长的速度。 河海大学硕士学位论文 建筑绝热保温材料是建筑节能的物质基础，性能优良的建筑绝热保温材料和良 好的保温技术，在建筑和工业保温中往往可起到事半功倍的效果。 根据建筑节能“十五”计划纲要，“十五”期间的建筑节能工作，要坚持节 约建筑用能与改善建筑热环境、墙体改革相结合的原则，北方严寒与寒冷地区城市 新建采暖居住建筑应全面执行节能5 0 的设计标准。“十一五”规划中提出实施建 筑节能工程，其中包括在北京等直辖市试行节能6 5 的地方标准，并逐步成为国 家标准，力争“十二五”期间在北方寒冷地区和有条件的城市推广。这些都需要与 之相适应的配套材料。其中大量的是砂浆，包括砌筑砂浆、修补砂浆、防水砂浆、 保温砂浆、罩面砂浆、地面砂浆、面砖粘结剂、混凝土界面剂，嵌缝砂浆、外墙外 保温体积专用砂浆等。 针对国情及国内需求，本文选择普通干粉砂浆、外墙外保温砂浆进行试验研究。 1 3 2 本文主要研究内容 干混砂浆配合比的设计具有极大的社会意义。本文通过对干混砂浆掺合料、外 加剂对砂浆性能及机理的分析，根据性能达标要求以及节能利废的原则通过试验设 计出合理的配合比。由此，本文的主要内容如下： ( 1 ) 收集近几年国内外相关的资料，了解本课题的最新研究动态，确定研究 方法。 ( 2 ) 合理选择原材料，确定试验方案及技术指标。 ( 3 ) 普通干粉砂浆配合比的确定。首先以对比试验研究纤维素及粉煤灰对砂 浆性能的影响，进而在不同灰砂比的基准砂浆中合理掺入纤维素、粉煤灰而配制出 强度等级为m 5 o m 3 0 系列的普通干粉砂浆。最后进行性能测试。 ( 4 ) e p s 保温砂浆配合比的确定。在对原材料充分了解认识的基础上，应用 正交设计以强度和干表观密度为考察依据进行试验研究，对试验结果进行回归分 析，以回归方程指导设计初始配方，测定初始配合比的导热系数与粘结强度，以性 能较优原则确定最终配方。最后进行性能测试。 ( 5 ) 应用扫描电镜和m 弹孔结构分析等现代测试分析手段进行材料结构微观 机理讨论。 1 4 第二章试验研究概况 第二章试验研究概况 2 1 原材料情况及分析 普通干粉砂浆，除应具有足够的抗压强度外，还应具备满足施工需要的良好工 作性能。而对于外墙外保温砂浆系统，除应具有较好的保温性能外，对砂浆的保水 性能、粘结性能以及抗裂性均有一定的要求。本文在综合比较常用基本材料经济技 术指标的基础上，对于普通干粉砂浆，选用水泥为主要胶结料，砂为细集料，并掺 入少量纤维素提高工作性能。对于保温砂浆选用水泥为主要胶结料，聚苯乙烯( e p s ) 泡沫颗粒为超轻骨料，并掺入少量纤维素、乳胶粉提高和改善砂浆的工作性能以及 粘结性能，加入适量聚丙烯纤维作为增韧材料。试验中两种砂浆中均掺入粉煤灰以 改善性能、降低成本。 2 1 1 胶凝材料一水泥 通常情况下，干混砂浆宜选用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥， 并应符合相应标准的规定，必须为新鲜、干燥、未被污染或积压成块，特殊砂浆必 须选用特种水泥。 本文试验选用中国水泥厂产海螺牌3 2 5 级普通硅酸盐水泥，其基本性能见表 2 】 表2 1 水泥基本性能 2 1 - 2 细集料一砂 普通干粉砂浆用砂应符合普通混凝土用砂质量标准及检验方法( j g j 5 2 ) 的 规定，且砂的最大粒径应通过5 m m 筛孔。干燥后砂的含水率应小于0 5 【1 1 。砂的 细度模数和颗粒级配对砂浆的性能有一定的影响，所以普通干粉砂浆应选用中砂或 者 日砂。本试验用砂为天然河砂，基本物理性能见表2 2 河坶大学硕士学位论文 表2 2 天然河砂的物理性能 2 1 3 矿物掺合料一粉煤灰 粉煤灰，作为排放量最大的一种工业废料，在所有燃煤副产品中占有绝对大的 比例，其又称飞灰，是指从煤粉炉排出的烟气中收集到的细颗粒粉末。肉眼看到的 粉煤灰为灰色粉末状物质。通常原状灰的颜色越浅，表明粉煤灰的烧失量越低，并 且同级别的粉煤灰颜色越浅，还表明粉煤灰的颗粒越细。借助光学显微镜和扫描电 镜以及其他手段，可以观察粉煤灰的颗粒形貌。粉煤灰的颗粒基本上由低铁玻璃珠、 高铁玻璃珠、多孔玻璃体及碳粒组成。各种颗粒成分的组合比例，取决于燃烧程度， 决定着粉煤灰的品质。粉煤灰的粒径波动于o 0 0 1 0 1 m m 之间，其粒径分布范围 较窄，是一匀质级配材料。国内的最新研究是把粉煤灰颗粒级配划分为三个基本粒 群【3 5 】：微米级粗粒( 粒径在4 5 u m 以上) ；微米级细粒( 粒径为1 4 5 u m ) ； 亚微米级尘粒( 粒径在l u m 以下) 。密实玻璃珠主要富集在小粒径粉煤灰部分，粒 径在2 0 u r n 以下；多孔玻璃体则集中在大颗粒粉煤灰部分。 近半个多世纪以来，伴随粉煤灰质量的稳定，以及国内外对粉煤灰的综合利用 技术的不断进步，粉煤灰在混凝土中的应用来越广。从以前的以粉煤灰等量取代细 集料、改善拌和物和易性，至今可以通过物理化学的方式激发粉煤灰活性，用来取 代一定量的胶凝材料；通过特殊的制备工艺制备具有特殊用途的粉煤灰制品。 在干粉砂浆中掺入适宜的粉煤灰，有利于环境保护，大大降低干粉砂浆的成本， 而且利用粉煤灰的形态效应、微集料效应可以减少用水量，使细集料的级配更加合 理，从而改善砂浆的工作性能，提高试体的抗渗能力，降低收缩率，此外，粉煤灰 的火山灰效应可使砂浆后期强度持续增长。 干粉砂浆矿物掺合料中的粉煤灰质量指标应符合表2 3 的规定i ”。