（材料学专业论文）干粉砂浆外加剂的研究.pdf

摘要 摘要 作者在分析研究了国内关于干粉砂浆外加剂对干粉砂浆的改性作用利机理的现状后，认 为目前国内外主要使用的纤维素醚类、吸附性层状硅酸盐类和消化石灰粉类干粉砂浆保水增 稠外加荆在性能和经济效j 孟上均存在定的缺陷和不足。为了解决这个问题推动干粉砂浆 在国内的应姆，作者在参j l i 【目前国内干粉砂浆， 加剂的研究成果的基础上，采用复合外加剂 的方法对其存在的缺点进行改性。 通过对千粉砂浆外加荆中可能的无机组分和有机组分的探索性试验，对外加剂中的成份 进行了预选。通过试验，选取了偏高岭土m ，矿渣微粉平ij 磨细石粉作为外加剂可能的无机 组分；选取纤维素醚h 、萘系高效减水剂j 作为外加剂可能的有机组分。 在探索性试验的基础上，选择适合的有机物和无机物复合进行干粉抹灰砂浆外加剂的研 制，按上海市干粉砂浆生产与应用技术规程( d j t j 0 8 - 5 0 2 a - 2 0 0 0 ) 和广东省干粉砂浆 应用技术规程( d b j1 5 - x x 一2 0 0 4 ) 中对干粉抹灰砂浆的性能求，对复合外加削中各组分对 砂浆性能的影响效应进行了深入而系统的分析。通过正交化试验设计和最优掺量试验和对试 验结果的分析、研究，得到了满足规范要求的三种复合型干粉抹灰砂浆外加剂配方和两种砌 筑砂浆外加剂配方。然质对这儿种外加荆的性能进行综合比较幕i 经济成本分析，最终得到了 性能最优、成本最低的干粉抹灰砂浆外加剂最优配方和砌筑砂浆外加剂晟优配方。 针对在千粉砂浆推广使用过程中，遇到的表现较为突出的普通干粉砂浆中粉煤灰的适宜 掺量和加入纤维素醚类外加剂干粉砂浆的含气镀的控制的问题。对普通千粉抹面砂浆中粉煤 灰的掺鼙和砂浆含气量的变化对建筑砂浆各个性能方面的影响进行了较系统的研究。通过试 验结果的对比分析，提出了干粉抹灰砂浆中粉煤灰的适宜掺量范围和砂浆含气量的最佳值和 适宜范围。 为了拓展干粉砂浆外加剂的选材范同填补国内应用空角，将江苏地方性资源一盱胎凹 凸棒石粘- 十对干粉砂浆性能的影响和作用机理进行了深入研究。发现凹凸棒石粘士能够在一 定程度上提高干粉砂浆的保水性，少量的x 型凹士加入砂浆可以极大的改善砂浆的孔径结 构，从而人幅度的提高其强度和抗渗性能，将其与磨细彳i 粉复合可制备高晶质的干粉砌筑砂 浆外加剂：同时又发现了煅烧z 型凹凸棒石粘士具有极高的火山灰效应，并将其应用于干 粉砂浆外加剂的载体来提高砂浆强度等方面的性能。通过凹士对干粉砂浆性能改性的系统研 究，得到了几种新型砂浆外加剂，目前国内外尚无相关报道。这不仅是一个大胆的创新，同 时具有极高的经济效益和社会效益。 关键词：干粉砂浆，外加剂，保水增稠，纤维素醚，偏高岭土，凹凸棒石粘土。舍气量 东南人学颀：b 学位论文 a b s t r a c t o nt h eb a s i so fr e v i e w i n ga n da n a l y z i n gt h er e s e a r c ho nt h es t a t u si nq u oo ft h em o d i 竹i n g m e c h a n i c so fd r y - m i x e dm o r t a ra d m i x t u r ea th o m e t h ea u t h o rh e l dt h a tt h ea d m i x t u r ew i t hs u c h a sc e l l u l o s ee t h e r , a d s o r o t i v ep h y i l o s i l i c a t ea n dp u l v e r i z e dl i m et h a ta r em o s t l yu s e da th o m ea l l e x i s tl i m i t a t i o n sa n dd e f i c i e n c i e si nt h ep e r f o r m a n c et oac e r t a i n t ya n dh a v en o tm u c he c o n o m y b e n e f i t t os o l v et h e s ep r o b l e m sa n dp r o m o t et h ea p p l i c a t i o no f d r y m i x e dm o a a ri no u rc o u n t r y , t h ea u t h o ra d o p t e dam e t h o do fc o m p o s i t ea d m i x t u r et om o d i f yt h ee x i s t i n gs h o r t c o m i n g so ft h e p r e s e n td r y m i x e dm o r t a ra d m i x t u r e t h ec o m p o s i t i o no f t h ea d m i x t u r ew e r e p r i m a r ye l e c t e dt h o u g he x p l o r a t o r ye x p e r i m e n t so n t h el i k e l ye x i s t i n gi n o r g a n i ca n do r g a n i cc o m p o s i t i o n m e t a k a o l i n ，m i c r os l a gp o w e ra n dm i l l e d r o c kp o w e rw e r es e l e c t e da st h el i k e l yi n o r g a n i c c o m p o s i t i o n sa n dc e l l u l o s ee t h e r ，h i g h e f f i c i e n c yw a t e rr e d u c i n ga g e n tw e r es e l e c t e da st h el i k e l yo r g a n i cc o m p o s i t i o n st h o u g has e r i e s o f e x p e r i m e n t s t h ep r o p e ro r g a n i ca n di n o r g a n i cc o m p o s i t i o n sw e r es e l e c t e dt os y n t h e s i st h ed r y - m i x e d m o r t a ra d m i x t u r ea f t e rs e r i e so fe x p l o r a t o r ye x p e r i m e n t s a c c o r d i n gt ot h ep e r f o r m a n c e r e q u i r e m e n t i nd j t j 0 8 5 0 2 a 2 0 0 0a n dd b j1 5 x x - 2 0 0 4 t h ei n f l u e n c e sc a i l s e d b yt h e c o m p o s i t i o n so ft h ed r y m i x e dm o r t a ra d m i x t u r ew e r er e s e a r c h e ds y s t e m a t i c a l l y t h e r ek i n d so f c o m p o s i t ed r y - m i x e dm o r t a ra d m i x t u r ef o rp l a s t e r i n ga n dt w of o rm a s o n r yw e r eg a i n e dt h o u g h o r t h o g o n a le x p e r i m e n ta n dt h eo p t i m a l l y - a m o u n tf i l l e de x p e r i m e n t t h ea d m i x t u r eo f t h eh i g h e s t p e r f o r m a n c ea n dl o w e s tc o s tf o rb o t hp i a s t e r i n ga n dm a s o n r yw a sg a i n e dt h o u g ha n a l y z i n ga n d c o m p a r i n gt h es y n t h e s i sp e r f o r m a n c ea n dc o s to f s e v e r a lk i n d st h a th a db e e nr e s e a r c h e d a i m i n ga tt h ep r o b l e m st h a tt h ep r o p e rm i x i n gq u a n t i t yo ff l ya s ha n da i rc o n t e n ti n d r y m i x e dm o r t a rw i t hc e l l u l o s ee t h e ra d m i x t u r e 。t h ea u t h o rh a sp r o c e e d e ds y s t e m a t i c a lr e s e a r c h o nt h e i ri n f l u e n c e so na l la s p e c t so ft h ec o n s t r u c tm o r t a r t h r o u g ha n a l y z i n gt h er e s u l t so ft h e e x p e r i m e n t a t i o n sc o n t r a s t i v e l y , t h ep r o p e rr a n g e sf o rt h em i x i n gq u a n t i t yo ff l ya s ha n da i r c o n t e n ti nd r y m i x e dm o r t a ra r ep u tf o r w a r d ， i no r d e rt oe x t e n dt h er a n g eo fs e l e c t e dm a t e r i a l sa n d 硎u pt h eb l a n ko fa p p l i c a t i o na t h o m e , t h ea u t h o rh a sm a d ep r o f o a n dr e s e a r c h e sa b o u tt h ei n f l u e n c e so nt h ep e r f o r m a n c eo f d r y m i x e dm o r t a rc a u s e db yp a l y g o r s k i t ew h i c hi sas o r to f e n d e m i cr e s o u r c ey i e l d e di nj i a n g s u 1 1 1 ep a l y g o r s k i t e sm e c h a n i s mo fa c t i o nh a sa l s ob e e nr e s e a r c h e d i tw a sf i n dt h a tp a l y g o r s k i t e c o u l di m p r o v et h ew a t e rr e t e n t i o no f d r y m i x e dm o r t a rt oac e r t a i n t y t h ea p e r t u r ef r a m eo f t h e m o r t a rc o u l da l s ob ei m p r o v e dn o t a b l yw i t ho n l yal i t t l ex i y p ep a l y g o r s k i t eb e i n ga d d e d c o n s e q u e n t l yt h ei n t e n s i o na n di m p e r v i o u sp e r f o r m a n c e so ft h em o r t a ra r cg r e a t l yi m p r o v e d d r y m i x e dm a s o n r ym o r t a ra d m i x t u r eo f g o o dq u a l i t yc a nh ep r e p a r e di fp a l y g o r s k i t ea n dm i l l e d r o c kp o w e ra r ec o m p o s i t e m e a n w h i l ei tw a sf i n dt h a tt e m p e r e dz - t y p ep a l y g o r s k i t eh a d a p p a r e n ta s he f f e c t s oi tc a nb ea p p l i e da sc a r r i e ro ft h ea d m i x t u r ei no r d e rt oi m p r o v et h e p e r f o r m a n c eo ft h ed r y - m i x e dm o r t a r s e v e r a lk i n d so fa d m i x t u r ew e r eg a i n e dt h o u g h r e s e a r c h i n gt h em e c h a n i c so fm o d i f y i n gt h em o r t a rb yp a l y g o r s k i t e ，a n dn or e p o r t sh a v eb e e n f o u n da th o m et i l ln o w t h i sf i n d i n gi sn o to n l yan o t a b l ei n n o v a t i o nb u ta l s oo f g r e a te c o n o m y b e n e f i ta n ds o c i e t yb e n e f i t k e yw o r d s ：d r y m i x e dm o r t a r , a d m i x t u r e ，m o i s t u r er e t e n t i o na n dt h i c k e n i n g , c e l l u l o s ee t h e r , m e t a k a o l i n ，p a l y g o r s k i t e ，a i rc o n t e n t n 东南大学学位论文独创性声明 本人声明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 其他入已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构 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 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：致 日 期：越：旦 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，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致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包 括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：导师签名： 日期：w 印； 第一章绪论 第一章绪论 1 1 本文的研究背景和意义 干粉砂浆又称砂浆干粉( 混) 料，系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， 用袋装或散装的形式运到建筑工地，加水拌和后就可直接使用的砂浆类建筑材料。 以干粉砂浆替代现场拌制的传统砂浆，无论从竹约投资、提高一j ：程质量，还是减少环 境污染和施二 现场d i 有量等方面都具有特殊优越性，必将成为建筑业的发展方向。随着人 民生活水平提高和建筑业的不断发展。国家和个人对建筑物的质量将会有更高的要求，而 提高建筑的质量与水平，采用高质量的建材是前提。大力发展新型建材、绿色建材己纳入 我国发展规划，如同商品混凝土的推“与发展一样，干粉砂浆必将在我国得到迅速发展。 相对于传统工艺配制的砂浆，干粉砂浆有许多明显的优势“1 ： ( 1 ) 首先是产品质量高。不同州途的砂浆如砌筑砂浆、抹灰砂浆、地面砂浆等，对材料 的抗收缩、抗龟裂保温、防潮等特性的要求不同，且施一l 。要求的和易性、保水性、凝同时 问等也不同。这些特性需要按照科学的配方和严格配制才能实现的，旌一 现场无法备齐要 求豹所有原料，现场的施 ：设备也无法保证满足质量要求。而大规模自动化生产出来的干 粉砂浆，产品质量可靠且稳定，许多微量化学添加剂保证了产品满足特殊的质量要求。 ( 2 ) 其次是生产效率商。国外许多干粉料生产厂的年产量都在3 0 5 0 万吨左右，有各种 干粉砂浆产品可以满足市场的要求。采用于粉砂浆后，不但大大提高施一 速度，而且便于 施工管理以及现代化施：i ：机具的推广使用，从而提高建筑业整体现代化水平 ( 3 ) 再者是对环境污染少，便于文明施工。大规模集中生产干粉料，不仅原材料损耗低 浪费少，而且部分产品可利用如粉煤灰等工业废料，变废为宝，成为一定意义上的“绿色 建材”。干粉砂浆的定量包装便丁运输与存放，施，j ：单位可根据需要定量采购，既节约了原 材料，又方便了施i ：管理。施 ：现场避免堆积如山的各种原材料，减少对周围环境的影响。 尤其在火中城市，拥挤的交通、狭窄的现场，干粉砂浆可以解决许多问题。 砂浆商晶化生产技术将使砂浆质鲐得到控制和改善，迸一步保证了工程质量，虽然在 一定程度上提高了产品成本，但质量的提高和浪费的减少以及对环境的改善效益远大于成 本上升，同时建筑砂浆又形成了一个新的产业，为住宅产业化创造新的增氏点。 1 2 干粉砂浆在国内外应用发展现状 1 2 1 干粉砂浆在国外的发展状况 商品砂浆中的干粉砂浆早在2 0 世纪5 0 年代末，就在欧洲得到了普遍的应用。德国、 奥地利和芬兰等国家早已经将干粉砂浆作为主要的砂浆类建筑材料“。1 9 8 2 年起美国也逐 步进行商品砂浆的生产与应用并制定了相芙规范与标准。国外干粉砂浆生产厂年产量一般 都在1 5 3 0 万吨左右，产品晶种丰富。在欧i f | ，大约有8 5 的建筑砂浆属于千粉砂浆，1 0 0 万人口的城市著不多就有2 个干粉砂浆生产厂”。目前在一些发达国家，商品砂浆的产量 很大。仅德国就有7 5 个干粉砂浆1 厂，美国和日本目前仍是世界上最人的两个商品砂浆生 产国。在饿罗斯，一般的混凝t 烧拌站可同时生产商品砂浆。根据掺入外加荆的不同，商 品砂浆的品种很多，法国一个砂浆t 厂就能生产4 0 。5 0 种，包括砌筑、抹灰、保温、嵌缝、 修复及防水砂浆等，可以很好地满足各种施 ：要求”1 。 在发展中国家，商品砂浆也有较快的发展。一些程i i f f 国家( 如新加坡、泰国、马来西亚 东南大学硕l 学位论文 等) 虽起步较晚，但发展非常迅速。1 9 8 4 年，新加坡建立第一个千粉砂浆生产厂。主要生 产墙面砂浆产品。马来两亚于1 9 8 7 年也投产了一条干粉砂浆生产线，同样用于生产墙面砂 浆产品。随着商品砂浆市场的迅速发展，东南亚市场上的商品砂浆产品的种类也丰富起来， 许多新产品如自流平砂浆、防火砂浆彩色墙面砂浆等都已成功投放市场。目前在韩国、泰 国、马来两甄、新加坡等亚洲国家和地区。都有大规模的专业干粉砂浆生产厂 1 2 2 干粉砂浆在国内的发展状况 干粉建材在国内已有2 0 余年的历史，我国幅员辽阔，砂、石灰、石粉等原材料储量丰 富，水泥质量也与国际接轨，且产量居世界之首，这些都是干粉建材发展的有利因素。出 于提高建筑：【：程质量的目的，我国在上世纪9 0 年代末开始加大宣传力度和采用政府政策引 导、干预的措施，积极灌输商品砂浆的观念，通过投入一定的人力、物力进行开发研究， 以科研单位牵头制定了一些相关规程，取得了一定的成绩。在有关标准中也纳入了己较普 及的特种干粉砂浆，如墙地砖胶粘剂、界面处理剂等。今天已发展到3 0 0 家生产厂，年产 量达1 2 0 万吨。厂家主要分布在北京、上海、广州及其周边地区。大多厂家为单一产品。 只有少数几个大厂可生产系列产品”。 最初主要产品是混凝土地面用水泥基耐磨材料( 曾称为混凝十地面硬化剂) 、瓷砖私结 剂，混凝士界面剂、腻子等。现在种类已有很多，除上述种类外，还有外墙保温体系专用 砂浆、嵌缝剂，自流平砂浆、防火砂浆、防水砂浆、修补砂浆、无机灌浆材料和彩色饰面 砂浆等等。 为禁止石灰膏在建筑j ：地的使用和防止建设丁程施工现场砂石堆放及砂浆搅拌所产 生的粉尘污染强化建筑：l ：地文明施工管理，切实保障j ：程质量，上海市建委和市环保局 目前联合发文，就迸一步加强推行建设j i ：稃使用预抨( 商品) 砂浆做出具体规定：从2 0 0 3 年1 月1 日起，上海市环线以内的新开一i ：程必须使川预拌( 商品) 砂浆；2 0 0 3 年7 月1 日起，上海 市外环线以内的新开 ：程，以及市郊区( 县) 城镇地区撕开l ：建筑和住宅工程必须使用预拌 ( 商品) 砂浆；2 0 0 4 年1 月1 日起，上海市范围内新开工程全部使嬲预拌( 商晶) 砂浆：商晶砂浆 的生产、使用将列入文明施工、工程质量评定的检查与考核范围，作为评比各级文明工地( 场 站) 、优质工程奖项的条件之一”1 。 由于干粉砂浆的蓬勃发展，国外很多化丁：巨头开始在中国设立办事处或公司，生产或 销售干粉砂浆用的聚合物干粉。例如美国国比淀粉公司、德国瓦克公司、科莱恩公司、拜 耳公司、c f f 公司等在中国销售干粉砂浆用聚合物干粉。聚合物干粉种类主要包括纤维素 醚、聚醋酸乙烯脂及其共聚物等。国内也有很多公司生产或与国外公司合作生产销售聚合 物干粉，产品犬多限于纤维素醚类产品，价格便宜，但质量还有待于提高。 1 2 3 干粉砂浆的种类和普通组成 干粉砂浆的种类丰富，目前广泛应用在建筑丁程中的主要有以下几种：( 1 ) 牯结砂浆： 如瓷砖粘结剂、填缝剂、保温隔热复合系统专用粘结砂浆等：( 2 ) 抹灰砂浆：如内外墙打底 抹灰、腻子，彩色装饰砂浆、隔热砂浆等；( 3 ) 砌筑砂浆：如普通砌筑砂浆、混凝土砌块专 用薄床砂浆、保温砌筑砂浆等；( 4 ) 地坪砂浆：如普通地坪砂浆、自流平砂浆等。 酱通干粉砂浆主要由：无机胶结料水泥，细集料砂子，矿物掺合料、保水增稠材料和化 学添加剂等5 种以上物料组成”。 ( 1 ) 无机胶结材料 无杌胶结材料是指本身具有水硬话性并对混凝土强度有贡献的材科，包括水泥、消石灰粉 等。水泥是最主要的无机胶结材料。也是干粉砂浆的重要组成部分，其性能直接影响到砂 浆的流变性、硬化性、强度、干缩率等。传统砂浆常采【l j 加石灰青的办法来改善砂浆的保 水性、和易性等性能，在于粉砂浆中，加入消石灰粉也是为了达到同样的目的。但消石灰 2 第一章绪论 粉对砂浆最终的抗渗性和干缩性存在一定的负面影响。 ( 2 ) 细集辩 建筑砂浆一般采用细度模数在2 3 3 0 之间的中砂进行配料。集料的级配和细度模数会 影响砂浆的塑性及其埂化体的力学性能，集料颗粒的形状也会影响砂浆的工作性。颗粒越 接近球状，砂浆越容易操作。这是由于球形颗粒具有“滚珠”作用，而多角形颗粒会形成 较多的机械啮合，使内摩擦增大。由于球形颗粒的表面积与体积之比较小，包裹颗粒所需 的水泥浆较少，因而能剩余较多的水泥浆增进砂浆的：c 作性。同理。圆滑表面的颗粒比粗 糙颗粒的和易性要好。 ( 3 ) 矿物掺和料 常用的矿物掺和料是工业副产品或工业废料，如粉煤灰等。粉煤灰的颗粒非常细、呈 球形，掺入后可在用水量增加很少的情况下改善砂浆的1 ：作性，并减少砂浆因缺乏细粉料 而产生的离析和泌水现象。粉煤灰的价格一般比水泥低得多，替代部分水泥用量还能降低 砂浆的生产成本。 ( 4 ) 保水增稠材料 干粉砂浆中采州的保水增稠材辩需具有水溶性，一般为有机聚合物粉末。它在拌和物 中的可分散性好，对各类物质具有很好的胶豁性。有机聚合物能在砂浆颗粒表面形成聚合 物膜，这种聚合物膜的抗拉强度比普通砂浆火1 0 倍以上，可使砂浆具有良好的粘结性和可 压缩性，不松散离析，减缓水分的渗入和蒸发，使砂浆比较容易操作，有利于砂浆的薄层 作业，并可使砂浆具有良好的抗裂、抗冻性能，避免收缩裂缝的产生。但保水增稠材料会 增加砂浆的气孔率，使砂浆密度降低、强度性能有所下降。 ( 5 ) 化学添加剂 化学添加剂从功能上可分为减水剂、调凝荆、引气剂、增塑剂等。减水剂能够在保持 砂浆 ：作性不变的情况下显著地降低砂浆的水灰比，使硬化体的强度、抗渗性、耐久性 等性能得到改善。调凝剂是调节水泥凝结时间的外加剂，分为速凝剂和缓凝剂两种，分别 用以加速或延缓水泥矿物的水化。引气刺可在砂浆中引进定量的微细气泡，其主要作崩是 减少砂浆的泌水和离析现象，改善其工作性，并对提高砂浆的耐久性有一定作用，对水泥 的凝结和硬化速度没有显著的影响。为了提高干粉砂浆的综合性能，实际应用中采用复合 添加剂。国外的经验表明选择适宜的化学添加剂，不但可以提高砂浆的施工性能，而且 还可以降低材料成本。 1 3 国内关于干粉砂浆外加剂对干粉砂浆改性作用的研究现状 1 3 1 保水增稠外加剂干粉砂浆中的应用 当前许多施工现场在砂浆中掺用保水增稠外加剂。主要是想取代石灰膏，因石灰膏价 格与水泥近似，且会带来淋制过程中对环境污染严重、大城市禁l t 在市内运输石灰青等问 题。 稠化粉外加剂具有改善砂浆和易性、提高保水性、增加砂浆粘聚性等作用”。 保水增稠外加剂系指用于干粉砂浆中改善砂浆可操作性及保水能力、减少收缩开裂， 增强砂浆粘结力的非石灰型粉状材料。目前主要采用的保水增稠材料为砂浆稠化粉。 砂浆稠化粉是一种有机与无机复合材料。无机材料是稠化粉的主要组分。它对稠化粉 保水性能有着重要的影响。有机材料是稠化粉的重要组分，它对稠化粉保水性能起着主要 的作用“1 。稠化粉赋予干粉砂浆合宜的稠度和和易性，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浆体的性能。稠化粉可代替全部石灰膏在粉刷、砌筑 和其它建筑砂浆中使用，_ i ：i j 量为干粉砂浆干料总质量的4 左右，具有用量少、使j ：f ；i 方便 等特性。砂浆各项物理力学性能均满足规范要求，砂浆与砖及硅基体粘结良好，耐久性能 良好。 东南大学硕：学位论文 研制干粉砂浆稠化粉与传统保水材料石灰膏或其它诸如消石灰粉类保水材料相比较， 具有以f 特点“：( 1 ) 稠化粉为粉状干物料，而石灰膏含水达5 0 ；( 2 ) 稠化粉不含石灰， 避免了砂浆因石灰过烧或消化不良等囡素而导致砂浆层起壳，爆裂和开裂等质量通病：( 3 ) 稠化耪本身具有一定的潜在水硬性，砂浆的耐水性良好：( 4 ) 掺入稠化粉砂浆不仅耐水性良 好，而且在大气中强度也稳定增长；( 5 ) 掺入稠化粉砂浆耐久性及粘结强度均优于同标号混 合砂浆。 1 3 2 目前国内干粉砂浆保水增稠外加剂的研究现状和不足 作者通过对上海、广东和北京等地的干粉砂浆外加剂的生产考察并查阅了大量资料。 认为目前国内干粉砂浆保水增稠外加荆主要可以分为纤维素醚类、高吸附性层状硅酸盐类 ( 膨润土、偏高蛉士等) 、消化石灰粉类和其它类。消化石灰粉类外加剂因为其污染成本较 高和质量较难控制已基本淘汰。 纤维索醚类外加剂具有_ j 量小( 用量通常仅为水泥质量的0 5 2 ) 、保水性好( 羟 乙基甲基纤维素醚加入量在大于4 时。砂浆保水率达9 9 以上”) ，粘聚力高、耐久性好 ( 抗冻性高) 等特点而被广泛使用；但其本身具有引气作用，掺量过大会带来降低砂浆的 强度、增加干燥收缩等的弊病，因此，必须对砂浆含气量加以控制。可以通过与别的物质 复合并尽可能的降 氐纤维素醚的用量来改善这一缺陷。 高吸附性层状硅酸盐类外加剂”掺入砂浆后能够吸附砂浆中的水分而起到保水增稠 作用，同时由于其较小的粒径能够改善砂浆的颗粒级配，起到细混凝士的作用，从而改善 砂浆的和易性，使得砂浆不易离析；但由于此类外加剂用量较大，原材料成本相对较高， 而且不同地区所产的原材料品质差别很大，目前应_ i j 范围不广。 由于目前国内干粉砂浆外加剂在晶质、质量上地区性差异很大；国内尚无规范的行业 性标准，地方性标准细节上差异较人：再加上成本较高，阻碍了干粉砂浆在国内的进展。 1 4 开发新型干粉砂浆外加剂的迫切性 目前建筑施 i 技术在不断创新，建筑市场迫切需要各种新技术、新材料，开发新型的 砂浆外加剂。开发新型外加剂，取代或减j , ：f i 灰青的用量，以解决石灰膏在淋制和运输等 环节造成的城市环境污染，减少石灰符开采造成的景观和环境的破坏。研制新型的具有改 善砂浆和易性、保水性，提高砂浆粘聚性。且具有经济价值的砂浆外加剂十分必要。新型 外加_ ；f l f 可以是有机材料和无机材料复合产品，也可以是经权威部门鉴定并经实际施工应用 证明能代替石灰膏等无机掺加料的有机或高分子聚合材料”1 。 开发新型外加剂，还是彻底改变我国现在的砌筑砂浆拌制传统落后工艺和生产状态， 促进预拌砂浆和干拌砂浆系列产品推广的关键环节：也是砂浆从现场配制向工厂化生产和 集中搅拌商品砂浆方向发展的重要途径。 1 。5 本文的研究目的和研究内容 1 5 1 研究目的 根据江苏省建筑业对商品砂浆的需求现状，研制适合江苏本地的商品砂浆外加剂，砂 浆配方井为制定芙r 丁干粉砂浆的地方规程提供依据。 为了解决目前国内千粉砂浆保水增稠外加剂研究中存在的问题，推动干粉砂浆在国内 的应用，作者在参照目前国内干粉砂浆外加荆的研究成果的基础上，采用复合外加剂的方 法对其可能存在的缺点进行改性，采娟复合化的技术路线，以期获得i + 2 3 1 1 4 的复合效应。 同时借鉴目前国内已有的地方性规程( d g t j 0 8 5 0 2 a - 2 0 0 0 、d b j1 5 - x x 2 0 0 4 等) 对所制 得的干粉砂浆的性能进行检测，研制满足有关规程的性能要求的成本较低的、适合江苏地 4 第一章绪论 方资源特点的干粉砂浆外加剂配方 1 5 2 研究内容 针对各种干粉砂浆的性能要求选择具有保水增稠作用的无机组分、有机组分复合 首先进行探索性试验，确定外加剂基本可能的组分后，再进行外加剂正交设计试验，以确 定外加剂的最优配方。在得到外加剂最优配方的基础上，针对所研制的外加剂对砂浆性能 的影响，重点研究矿物掺台料对性能的影响。改善砂浆收缩性能和粘结强度的途径。 针对各种干粉砂浆的性能要求，选择具有保水增稠作用的无机组分、有机组分复合， 首先进行探索性试验，确定外加剂基本可能的组分后，再进行外加荆正交设计试验，以确 定外加荆的最优配方。在得到外加剂最优配方的基础上，针对所研制的外加剂对砂浆性能 的影响，重点研究矿物掺合料对性能的影响改善砂浆收缩性能和粘结强度的途径 干粉抹灰砂浆的成分主要是由无机胶结料水泥、细集料砂子、矿物掺合料、保水增稠 材料和化学添加剂等物料组成。课题按以下的几个步骤进行： a 原材料试验：选择适当的原材料( 水泥、砂、粉煤灰、高效减水剂、保水增稠的无 机物和有机物等) 进行原材料质量检测试验。试验所用原材料必须满足相应产品标准要求。 b 探索性试验，根据文献资料的报道，设计可能的配方，按照标准建筑砂浆基本性 能试验方法( j g j ? 0 9 0 ) 要求，探索保证砌筑以及抹灰砂浆稠度条件下，改善其他砂浆性 能指标要求( 分层度、保水率、凝结时间、强度等) 。从而确定可能的干粉砂浆外加剂配方。 c 在上述探索性试验的基础上，对可能的干耪砂浆外加剂成分对干粉砂浆各项性能的 影响进行正交设计实验，从而确定砌筑以及抹灰砂浆外加荆最优配方 d 考察矿物掺台料一粉媒灰的最优掺撞问题 e 对江苏省地方资源一凹凸棒缸粘土应用予于粉砂浆中。考察凹凸棒石粘土作为新型 干粉砂浆外加荆的应用可行性。 f 降低干粉抹灰砂浆成本的研究，并根据市场现行价格进行技术经济分析。 东南人学硕t 学位论文 2 1 试验原材料 第二章原材料和研究方案 2 1 1 水泥 江南水泥厂生产钟山牌4 2 5 普通硅酸盐水泥。水泥性能列于表2 1 、化学成分列于表 2 2 表2 1 水泥的性能 2 1 2 粉煤灰 i 级粉煤灰由南京热电厂生产，其化学成分和性能测试结果见表2 3 和表2 4 。n 级粉 煤灰采用了两个电厂的产品，分别是镇江科电粉煤灰开发有限责任公司生产的i i 级粉煤灰 与南京大厂区聚力粉煤灰厂生产的i i 级粉煤灰。其化学成分和性能测试结果分别见表2 5 至表2 7 。 表2 3i 级粉煤灰的化学成分 6 第二章原材抖与实验方案 表2 , 9 矿渣微粉碱含晕与物理力学性能指标 2 1 。4 细集料 砂：江砂产地；长江上游湖北地区，细度模数为2 , 5 1 。堆积密度为1 4 5 0k g m 3 ，表 观密度为2 6 1 0k m 3 ，空隙率为4 4 ，含泥量为2 8 6 。砂的筛分试验结果见表2 1 0 ，级 配曲线见图2 1 ，属于中砂级配区。 2 , 1 5 纤维素醚 纤维素醚( h ) ，泸州天普精细化工厂生产。型号：i - i k - 7 5 0 0 0 s 。 纤维索醚( h ) 是纤维素醚工业中掺量最低、物化性能最好、用途最广泛的纤维素醚类， 属于非离子性高分子化合物。与离子型甲基羧甲基纤维素不同，他与重金属不起反应根 7 东南犬学硕1 。学位论文 据其成品中甲氧基含鼙和羟丙基含量的比例不同，可得到在性能上有所差别的品种。h p m c 的性能指标列于表2 1 1 2 1 6 减水剂 j 型高效减水剂是由江苏省建科院博特新材料有限公司生产的超早强高效减水剂。依 据g b $ 0 7 6 1 9 9 7 砼外加剂进行试验，试验结果列于表2 。t 2 。 表2 1 0 砂的筛分试验 盆 谣 躲 妊 磷 筛孔尺寸( m m ) 图2 1 砂的级配曲线 b 、c 为中砂的级配标准曲线，d 为砂的级配曲线。所以该砂为中砂。 8 第二章原材料与实验方案 表2 1 2j 型高效减水剂性能指标 2 1 7 偏高岭土 中国安徽滁州市扬天粉体工程有限公司生产1 2 5 0 目藕选煅烧高蛉士表观密度： 2 5 0 2 k g m 3 ，比表面积：2 1 0 0 m 2 k g 。偏高岭土的规格、性能列于表2 1 3 ，偏高岭土的化学 分析列于表2 1 4 。 表2 1 3 偏高岭土的规格、性能 细度( 目)白度( )水分( ) l 七1 t ( 咖n | ) p h 值 吸油值( g q o o g ) 8 、1 0 、1 2 5 09 2o 5 9 东南丈学卿i 士学位论文 2 1 。8 凹凸棒石粘土 凹凸棒石粘土粉：由江苏盱眙某非金属矿业有限公司提供的凹凸棒石型粘土粉( 包括x 型凹凸棒石粘土、y 型凹土和z 型凹凸棒石粘土粉三种产品) 、白云石凹凸棒石型粘士粉和 蒙脱石凹凸棒石型粘土粉。x 型凹凸棒石粘土粉与y 型凹土粉均为z 型凹土粉经过不同生 产工艺精选、加工厉的成品，这三种样鼎由同一种矿加：r ：而成，凹凸棒石含量在8 0 - 9 0 左右。白云石凹凸棒石粘土粉( 简称白云石粉) 中凹凸棒石含量在1 0 一3 0 9 6 ，白云石在7 0 左右：蒙脱石凹凸棒石粘士粉( 简称蒙脱布粉) 中凹凸榨石含量在3 0 左右，蒙脱石含量 为5 0 一6 0 。各种凹凸棒石粘士的表观密度与比表面积测试值列于表2 1 5 ；凹凸棒石牯土 的主要氧化物含量列于表2 1 6 。 袭2 1 5 各种凹凸棒石粘士的主要物理性能 含量5 04 - 6 1 394 - 9 8 93 - 1 0 , 5鼠7 - 67i 1 卜i 6o3 - 0 5l8 - 2 50 6 ln3 2 - 06 31 0 5 和l i ，8 2 1 9 磨细石粉 由南京市宁嘉混凝土搅拌公司提供，主要成分为c a c 0 3 ，表观密度：2 6 3 4k g m 3 ，比 表面积：6 3 0 7m 2 k g 。 2 1 1 0 水 自来水。 2 2 试验研究方案 2 2 1 试验方法、模具和测量仪器 2 2 砂浆基本性能试验 砂浆的稠度、分层度、凝结时间、强度和收缩性能均采用j g j t 0 9 0 规定的方法测试。 按d j t j 0 8 5 0 2 a 一2 0 0 0 要求。砌筑砂浆分层度不大于2 t i m ，抹灰砂浆分层度不大于2 0 u 1 0 筛二章原材科与实验方案 分层度在砂浆试验中非常重要，它是确定砂浆保水性能工作性能的重要指标。 2 2 1 2 保水率试验 建筑砂浆保水性是砂浆的一个重要指标，尤其对于抹灰砂浆而言，较好的保水性能使 砂浆易于施工，在施工过程中容易刮平，获得平整的表面，有效的防止砂浆在施工完成后 因失水而引起的空鼓，开裂，脱落。一方面可使砂浆与混凝土板之闻产生良好的粘结，另 一方面还可以使水泥充分水化，提高外墙抹灰砂浆的耐久性能。 保水率试验按照广东省干粉砂浆应用技术规程o e j1 5 一】( 】( 一2 0 0 4 中的砂浆保水性试 验方法进行。 试验仪器和工具主要包括：( 1 ) 准备可密封的取样容器；( 2 ) 内径1 0 0 m ，内部深度2 5 m 的金属圆形试模；( 3 ) 一个2 k g 的重物或砝码；( 4 ) 2 片1 1 0 m m x l l o m 医_ f j 棉纱；( 5 ) 8 片直 径1 1 0 m 超自中速定性滤纸；( 6 ) 两片直径1 1 0 m 坚间金属或玻璃的不透水片；( 7 ) 电子天 平： 量程2 0 0 9 ，分度值0 0 1 9 。 试验步骤为： ( 1 ) 称量洁净干燥试模质量m l 和8 片超自滤纸质量m 2 ： ( 2 ) 将砂浆分约l o 次填入试模，并刚抹刀边添边压，当填充砂浆略高于试模边缘时， 用抹刀以4 5 度角一次性将试模面多余的砂浆刮去，然后再用抹刀以较平的角度在 试模面反方向将砂浆荡平； ( 3 ) 抹掉试模边的砂浆，称量试模和盛载的砂浆，为m ，； ( 4 ) 用两片医用棉纱覆盖在砂浆面，再在棉纱面放上8 片滤纸；用不透水片盖在滤纸 面上，再以2 k g 重物把不透水片压着： ( 5 ) 静置2 分钟后，移走重物及不透水片。取出滤纸( 不包括棉纱) ，得m 4 ； ( 6 ) 从砂浆的配比和加水量查取禽水率； ( 7 ) 用砂浆的另一样本重复上述测试。 试验结果分析方法： ( 1 ) 保水率按下式计算 w 【l a ( m , - m 2 ) ( m 3 - m i ) 1x 1 0 0 式中：w 保水性，； m t 干燥试模质量，昏 m 2 8 片滤纸未吸水前质量，g ； m 3 试模与砂浆总质量，g ； m 4 8 片滤纸吸水后质量，g ； a 电p 浆含水率，； ( 2 ) 将两次试验所得的平均值作为砂浆保水性的测试结果，如两个测定值中有一个超 出测定值的5 筠，则此组试验结果无效。 按d b j1 5 一x x 一2 0 0 4 的要求。干粉砌筑砂浆保水率不低于8 8 ；干粉抹灰砂浆的保水率 不低于9 2 5 。 东南大学硕士学位论文 图2 3 干粉砂浆保水率测量方法幽2 4 干粉砂浆保水率测量容器 2 2 1 3 砂浆含气量试验 按照广东省干粉砂浆应用技术规程d b j1 5 - x x - 2 0 0 4 中规定的砂浆含气量试验方法， 使用意大利生产的c 3 5 4 型砂浆含气量测定仪( 图2 s ) 测定。 仪器说明：压力容器容量为i 升，由带两个夹钳的上盖密封加压。加压室和手动气泵 ( 红色球形钮) 连接在一起用米提供必要的压力。t e s t 按钮( 绿色) 为减压阀，c o r r e c t l 0 n 按钮( 黑色) 为释压阀。侧面两个带龙头的阀fj 是注水和摊气用的。压力室和压力容器与压 力计连接，结果直接通过特制的刻度盘以百分数表示。 试验操作：将新拌制的砂浆放入压力容器井使之密实，但不要用振捣器。沿容器边抹 平砂浆表面，称山此时容器的重量。接着擦干净容器上沿，盖上上盖，同时扣紧两个夹钳。 仪器侧面的两个阀门必须保持打开状态，用塑料挤瓶向一个阀门注水直到容器中的所有空 气通过另一个阀门排完为止。这时操作手动气泵( 红色球形按钮) 加压使黑色仪表指针指 到红色指针处( 此为初始压力) 。儿秒钟后如果压力减小不大。通过气泵加压使黑指针再 次指到红指针处。如果黑指针超过红指针，则通过轻按c o r r e c t i o n 按钮( 黑色) 来调节指 针，直到回到红指针处。两个阀门都关闭后。按下t e s t ( 绿色) 按钮至压力补偿完成。用 手指轻敲仪表盘直到指针不再转动。此时砂浆的岔气量百分数就可以直接读取 图2 5 干粉砂浆含气量测量仪 2 2 1 4 砂浆抗渗压力试验 按照广东省标准d b j1 5 一x x 一2 0 0 4 中规定的砂浆抗渗压力试验方法测定砂浆1 4 d 抗渗压 力 试验仪器包括；砂浆渗透试验仪、截头圆锥