（材料学专业论文）干粉砂浆泛碱抑制研究.pdf

摘要 曼! 曼曼曼曼曼i_i _ i 曼! 曼曼曼曼皇皇 摘要 本课题从干粉砂浆的配料和砂浆所处的外部环境入手，通过实验验证了造成 砂浆泛碱产生的主要因素，利用x 衍射分析和s e m 分析了泛碱产物的具体的矿物 组成，同时使用专业的图像处理软件i m a g e p r o p l u s 6 o 对干粉砂浆表面产生的 泛碱面积进行精确定量的测量，判断砂浆泛碱的程度。在此研究的基础之上，通 过选择掺加吸收砂浆中析出的碱性物质的粉煤灰、降低砂浆水灰比的减水剂、提 高砂浆内部结构密实度的膨胀剂、在砂浆表面形成有效的防水涂层的防水剂、改 变砂子的颗粒级配提高砂浆的密实度等抑制砂浆表面泛碱程度的实验，对不同影 响因素进行了研究，利用正交实验分析出这些抑制砂浆泛碱的方法对砂浆泛碱程 度影响的主次关系，最终初步确定出合理的砂浆泛碱抑制剂配比。 通过大量的试验数据发现：粉煤灰、膨胀剂、减水剂、防水剂都能不同程度 地抑制泛碱的产生，同时颗粒级配和外部环境的湿度和温度也对砂浆泛碱程度有 一定影响。综合分析实验结果确定对砂浆泛碱具有较好的抑制效果的组分和添加 量为：3 0 粉煤灰、6 膨胀剂、0 8 减水剂、0 3 防水剂、颗粒级配为( 4 0 - 7 0 ) ： ( 7 0 1 4 0 ) = 1 ：3 。试验还进行了对已泛碱砂浆表面的清洁尝试，对采取了泛碱 清除措施的砂浆表面进行了防水涂层的保护，有效防止砂浆表面的再次泛碱，对 实际工程中已经存在的砂浆泛碱同样具有参考意义。 关键词干粉砂浆；泛碱；外加剂：粉煤灰；减水剂 一卜 a b s t r a c t 曼曼曼曼曼曼曼曼皇皇曼曼鼍曼鲁舅舅鼍曼曼曼曼曼曼曼皇曼! 曼曼鼍曼曼曼曼蔓曼曼i i 曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼! 曼曼曼曼曼曼曼曼! 曼曼皇量曼曼曼曼鼍 a b s t r a c t m o r t a rs u r f a c ee f f l o r e s c e n c es e r i o u s l yi n f l u e n c e s t h eb u i l d i n gs u r f a c ev i s u a l e f f e c t t h i s s u b j e c tv e r i f i e dt h ep r i m a r yf a c t o ro fm o r t a re f f l o r e s c e n c eb yt h e e x p e r i m e n tw h i c hs t a r t e dw i t ht h ed r y - m i xm o r t a ri n g r e d i e n ta n dt h ee x t e r n a l e n v i r o n m e n ti n f l u e n c e a n dt h es u b j e c ta n a l y z e dt h ee f f l o r e s c e n c em i n e r a lc o n s t i t u e n t t h r o u g hx r da n a l y s i sa n ds e m s i m u l t a n e o u s l yi tu s e di m a g ep r o c e s s i n gs o f t w a r e i m a g e - p r o p l u s 6 0t om e a s u r et h em o r t a re f f l o r e s c e n c ea r e a b a s e do nt h er e s e a r c h ，w e s t u d i e dt h ei m p a c to fd i f f e r e n tf a c t o r st oe f f l o r e s c e n c et h r o u g hu s i n gf l y - a s ht oa b s o r ba l k a l i s e p a r a t e db ym o r t a r , r e d u c i n gt h em o r t a rw a t e rr a t i ob yw a t e rr e d u c i n ga g e n t ，e n h a n c i n gt h e m o r t a ri n t e r n a ls t r u c t u r ec o m p a c t n e s sb ye x p e n s i v ea g e n t ，f o r m i n gt h ee f f e c t i v ew a t e r p r o o f c o a t i n gb yw a t e r p r o o f i n ga g e n ti nt h em o r t a rs u r f a c e ，a n dc h a n g i n gs a n dg r a i nc o m p o s i t i o nt o e n h a n c et h em o r t a rc o m p a c t n e s sa n ds oo nt os u p p r e s st h em o r t a rs u r f a c ee f f l o r e s c e n c ed e g r e e t h e nw ep r o c e e dt of i v ef a c t o r sa n dt h r e el e v e l so ft h eo r t h o g o n a le x p e r i m e n tt o a n a l y z et h ep r i m a r ya n ds e c o n d a r yr e l a t i o n sa b o u tt h e e f f e c t st oi n h i b i tt h e p h e n o m e n o no fe f f l o r e s c e n c e , a n di n i t i a l l yd e v e l o p e dt h er e a s o n a b l er a t i oi n h i b i t o r f o re f f l o r e s c e n c e m e a n w h i l et h ee x p e r i m e n t sf i n a l l yc a r r i e do i lc l e a n i n gt h e e f f l o r e s c e n c eo ns u r f a c eo fm o r t a ra n da f t e rt h a tw ec a r r i e d0 1 1t h ew a t e r p r o o fc o a t i n g p r o t e c t i o nt ot h es u r f a c eo f m o r t a rt op r e v e n tm o r t a rs u r f a c ee f f l o r e s c e n c ea g a i n t h ea n a l y s i sr e v e a l e d ： f l ya s h , w a t e r - r e d u c i n ga g e n t ，e x p a n s i v ea g e n t ,a n d w a t e r p r o o f i n ga g e n tc a nr e d u c et h ed e g r e eo fe f f l o r e s c e n c e s i m u l t a n e o u s l yt h eg r a i n c o m p o s i t i o na n de x t e r n a le n v i r o n m e n t sh u m i d i t ya n dt h et e m p e r a t u r ea l s op l a ya c e r t a i ne x t e n tr o l et ot h em o r t a re f f l o r e s c e n c e m e a n w h i l et h ee x p e r i m e n t sf i n a l l y c a r r i e do nc l e a n i n gt h ee f f l o r e s c e n c e0 1 1s u r f a c eo fm o r t a ra n da f t e rt h a tw ec a r d e do n t h ew a t e r p r o o fc o a t i n gp r o t e c t i o nt ot h es u r f a c eo fm o r t a rt op r e v e n tm o r t a rs u r f a c e e f f l o r e s c e n c ea g a i n ，a n di tw a sr e f e r e n c et oa c t u a lp r o j e c t k e y w o r d sd r y - m i xm o r t a r ；e f f l o r e s c e n c e ；a d m i x t u r e ；f l ya s h ；w a t e r - r e d u c i n ga g e n t i n 独创性声明 本人声明所呈交的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，也不包含为获得北京工业大学或获得其他教育 机构的学位或证书使用过的材料。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。 签名：至垃 日期：笪丝簪 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：自缝 导师签名： 第1 章绪论 1 1 前言 第1 章绪论 1 1 1 千粉砂浆的应用 干粉砂浆又称干混砂浆、干拌砂浆，它在2 0 世纪5 0 年代末即开始应用于欧 美国家，亚洲国家进入2 0 世纪8 0 年代以来干粉砂浆得以迅速发展【l 】。中国在干 粉砂浆生产、应用领域虽起步较晚，最初开始于上世纪9 0 年代中期，仅有十几 年的历史，但发展迅速，规模扩张势头强劲，在我国发展潜力很大【2 】。 干粉砂浆就是将水泥、砂、矿物掺合料和功能性添加剂按_ 定比例，在生产 厂于干燥状态下均匀拌制，混合成的一种颗粒状或粉状状态的混合物，建筑用时 只要按规定比例加水拌合后即可直接使用【3 1 。 干粉砂浆的种类很多，像砌筑砂浆、抹面砂浆、防水砂浆和保温砂浆等，由 于它的工业化配置生产，质量稳定，建筑功能优越，因此，能够满足建筑上任何 局部使用功能的要求。它的出现是对传统建材从卿念到技术的一个重大突破，是 对建筑业技术瓶颈的一种全新的解决方案【4 】。 1 1 2 干粉砂浆的优势 干粉砂浆的优越性可用四个字来概括：多快好省。 多是指品种多。在西方国家，干粉砂浆从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、修补砂浆和粘结砂浆等几大类， 每大类包括几个品种。这些砂浆除一般要求牢固和耐久外，还应根据工程需要具 有不同的功能，如保温、透气、防潮、防水、防毒、耐磨等，这个优点使得干粉 砂浆能应用在各个建筑领域【4 】。 快是指备料快、施工快。现场配制设计由于胶凝材料、骨料和聚合物需要分 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 用干粉砂浆仅需一次就可以买到符合要求的砂浆，预拌砂浆可随调随用，即使预 混砂浆也只要加水搅拌就可以使用，可大幅提高工作效掣5 1 。 - 3 - 北京t 业人学t 学硕f ：学位论文 好是指保水性好、合易性好、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，也是干粉砂浆最主要的优点。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。 省是指省工、省料、省心。它们具体指的是；1 、由于备料快、施工快，所 以采用干粉砂浆可大幅降低工时；2 、干粉砂浆配料合理从而避免现场拌制的砂 浆的原料不合理使用，同时施工用料省，且减少砂浆损失，材料消耗降低5 0 以上；3 、由于备料简便、施工品质易于得到保证，省心也就成为必然的结果【4 1 。 除具有上述这些优点外，采用干粉砂浆还可做到文明施工，主要包括以下几 点：1 、原料占用场地少。现场拌制砂浆时其原材料占用较多的场地，特别是在 大城市里，这个问题更加突出，干粉砂浆可大幅度地减少材料堆放地；2 、有利 于环境保护。现场拌制砂浆，粉尘量大，污染环境，而用干粉砂浆不仅如上述所 述少占堆放地，而且可避免粉尘飞扬，从而减少环境污染，保护市容，达到文明 生产。 1 1 3 干粉砂浆的组成及外加剂特性 生产干粉砂浆所需的主要原材料有细骨料、胶凝材料、矿物掺合料，现在一 般为了改善砂浆的性能均掺入一定量的外加剂。 1 1 3 1 细骨料细骨料主要有砂类、黄砂，石英等，在砂浆组成中一般占有较 大的比例。 1 1 3 2 胶凝材料干粉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赳5 1 。 1 1 3 3 矿物掺合料当前已广泛使用的矿物掺合料有粉煤灰、矿渣微粉、石灰 石粉、硅灰、珍岩等。主要是采用粉煤灰作为掺合料。粉煤灰一般使用火电厂的 收尘粉煤灰，细度、烧失量和水分都有一定的要求【6 】。 粉煤灰在干粉砂浆中应用时，应考虑到煤煤灰自身的特点，由于掺入粉煤灰 后，砂浆具有早期强度低，后期强度持续增长的特点，这种砂浆的早期干缩较大 凝结时间延长。 第1 帚绪论 在干粉砂浆中掺入矿渣微粉后，砂浆会出现泌水现象，因此矿渣微粉在干粉 砂浆中应用时一般与具有保水作用的外加剂复合掺入【7 】。 1 1 3 4 外加剂普通干粉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# t , 7 3 1 1 剂之前应该通过试 验确定其与无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。 ( 1 ) 可再分散乳胶粉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。现在使用较广的是 可再分散乳胶粉【8 】。 可再分散乳胶粉基本上已经成为干粉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。在于粉砂浆加水搅拌时，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【3 】。 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，可再分散乳胶粉能改善砂浆的以上性能的 原理是：可再分散乳胶粉加入到砂浆中遇水再分散形成乳液，在砂浆凝结硬化过 程中乳液可再一次脱水，在砂浆颗粒表面形成聚合物膜结构可填充细骨料和胶凝 材料界面上的缺陷，使应力集中降低，并在外力作用会产生松弛而不破坏。另外， 砂浆在水泥水化后形成了刚性骨架，而可再分散乳胶粉形成的膜结构可以提高刚 性骨架的弹性和韧性【2 1 。 ( 2 ) 保水增稠材料干粉砂浆中的保水增稠外加剂可以使砂浆性能得到改善： 1 ) 增加和易性；2 ) 提高粘结力；3 ) 砂浆保水性好，不易泌水和离析；4 ) 可以提高 抗渗性和抗冻性；5 ) 提高砂浆的抗裂性；6 ) 使砂浆更易进行薄层施工。 保水增稠材料主要种类是纤维素醚。可用于干粉砂浆的纤维素醚有n a - 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【2 】。 ( 3 ) 抗渗、抗裂组分在干粉砂浆中通常加入有机纤维来改善砂浆的抗渗、 北京t 业人学下学硕i j 学位论文 抗裂性能。常用的有机纤维有：聚丙烯纤维( p p ) 、聚酰胺( 尼龙) ( p a ) 纤维、 聚乙烯醇( 维纶) ( p v a ) 纤维、聚丙烯腈( p a n ) 、聚乙烯纤维、聚酯纤维等f 3 1 。 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【3 】。 干粉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荆 有u e a 、c e a 、a e a 等。a e 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 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 9 1 。 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【9 】。 ( 4 ) 减水剂减水剂是指在保持砂浆稠度基本相同的条件下，能减少拌合用 水量的添加剂。目前多为液体，粉状的不多。其应用最广的萘系减水剂，它能产 生减水作用主要由于吸附和分散作用。由于水泥在加水搅拌的过程中，由于水泥 矿物质含有不同的电荷组分，正负电荷相互吸引导致水泥砂浆产生絮凝结构，其 中包裹着很多拌合水，所以无法提供较多的水用于水泥水化，但加入减水剂就会 将这些多余的水释放出来，从而减少拌合水用量。减水剂还有湿润和润滑作用， 改善了水泥砂浆的和易性【l o 】。 1 2 国内外研究动态 干粉砂浆虽然优势很大，但其在长期的应用中会出现了一些质量问题，例女1 ：i - 开裂、渗漏、空鼓、泛碱等。其中干粉砂浆泛碱现象出现的非常的普遍而且难以 治理【l i 】。 泛碱现象俗称为析白或起霜，是建筑物的表面经常发生的现象，其中包括砂 浆表面，混凝土表面，粘土砖表面和瓷砖表面等。泛碱一般呈白色粉末、絮团或 第1 章绪论 絮片状。在许多建筑物墙面，尤其是雨篷和墙连接处、屋面排水口处及许多抹灰 砂浆表面处出现这种现象。它对于建筑物犹如皮肤病对于人体一样，有损于外表 的美观，严重影响建筑工程观感质量评定等级，有时还会影响其着色效果及基层与 表面装修、贴面、粉刷层的粘结质量，甚至还会造成质量事故，延长交工时间【1 2 1 。 在国外，早在1 9 世纪人民就已经大量描述了砌筑墙体等泛碱现象，r i t c h i e 在1 9 6 0 年发表了文章e f f l o r e s c e n c e 。在以后的时间里，研究人员针对泛碱问题 进行大量研究，对泛碱形成机理和预防途径都有较多的研究成果，其中d o w 和 g l a s s e r 在2 0 0 3 年发表的关于水泥系统中泛碱形成机理的文章，详细阐述了水泥系 统的泛碱最主要成分c a c 0 3 形成的过程，如图1 1 所示： 图1 1 水泥系统中碳酸钙的形成过程 f i g 卜1c a l c i u mc a r b o n a t ef o r m i n gp r o c e s si nc e m e n ts y s t e m 通过国内外科学工作者的大量的研究发现，水泥系统的泛碱是由于水泥、砂、 石及外加剂等材料中的可溶性成分被水溶解后，伴随着砂浆表面的水分蒸发，在硬 化体表面析出或与空气中的c 0 2 等作用生成白色沉积物的结果。这些白色物质 的化学成分随使用材料、施工工艺及发生的时间、季节、环境等的不同而有所不 同。据x 射线衍射分析结果，常见的有c a ( o h ) 2 、c a c 0 3 、c a s 0 4 、n a 2 s 0 4 、n a 2 c 0 3 、 k 2 c 0 3 等【t 3 q 4 。 ( 1 ) 因水泥中硅酸盐熟料c a o 含量占6 0 - - 7 0 ，在水化过程中c 3 s 、c 2 s 水化 生成c - s - h 凝胶的同时，析出大量c a ( o h ) 2 ，这是一种极易溶解的物质。随着水分的 蒸发迁移到砂浆的表面，再与空气中的c 0 2 作用生成c a c 0 3 而泛碱【l 引。 一7 一 北京t 业人学l ：掌硕l j 学位论文 ( 2 ) 水泥中的n a 2 0 、k 2 0 与水反应生成n a o h 、k o h ，再与空气中的c 0 2 作用， 则生成n a 2 c 0 3 、k 2 c 0 3 而产生泛碱【1 2 】。 ( 3 ) 当空气中的酸性氧化物s 0 2 、c 0 2 溶于雨水后浸渍建筑物表面时，则会生成 c a s 0 4 、c a c 0 3 而产生泛碱。 ( 4 ) 泛碱发生的外部条件是低温、阴凉，具有较大的湿度及适度的风【1 3 1 。在 温度较高的夏季和冬季的日照面，由于水分在材料内部发生蒸发，使大部分可溶性 成分未来得及带出表面便在材料内部析出，因而较少发生泛碱。泛碱现象一年四 季都可能发生，但在冬季温度较低时背阴面最为常见【1 6 1 。 泛碱按照其生成过程的不同可以分为一次泛碱和二次泛碱两种。原材料中的 可溶性成分溶于搅拌水( 一次水) 中，随着硬化体的干燥硬化而产生的泛碱为一次 泛碱。材料干燥硬化后，由于养护水、雨水、地下水等( 二次水) 的浸入，使材料中 的可溶性成分溶解后干燥析出而产生的泛碱为二次泛碱。此外洽有可溶性盐类 的水浸渍建筑物硬化体表面，干燥后产生的泛碱也称为二次泛碱。旌工中通常所 说的泛碱主要是指一次泛碱，但实际常见的泛碱往往是二者混合的结果【1 7 1 。 b e n s t e d ，j 在2 0 0 0 年发表了文章( e f f l o r e s c e n c e p r e v e n t i o ni sb e t t e rt h a nc u r e ) ) ， 提出泛碱一定要从预防开始，预防胜于防治。本文观点认为从源头预防泛碱才是 真正经济合算的办法，一味的只是在泛碱产生之后采取补救措施，不仅有可能再 次产生泛碱，而且建筑物结构也会在一次次的对泛碱治理的过程中遭到长远的损 毁。 在生产实践中人民一直在寻找有效的抑制砂浆泛碱的途径。目前，采取抑制 泛碱的途径都是根据泛碱形成条件进行预防处理，方法主要有：1 降低n a 、k 盐 类物质的存在；2 尽量选择可溶性盐类低的粗细集料；3 掺入外加剂使水分减少， 使c a ( o h ) 2 稳定存在砂浆内，不迁移到砂浆表面【1 7 1 8 】；4 提高砂浆密实度，阻止 盐碱类物质迁移到表面1 9 】；5 在砂浆表面涂防水层，产生憎水薄膜，与大气隔离， 阻止c o h ) 2 与二氧化碳反映【2 0 】。 美国的a s t m 专门制定了减少在新建砖石建筑墙体表面泛碱的指导标准c 1 4 0 0 0 1 ( s t a n d a r dg u i d ef o rr e d u c t i o no f e f f l o r e s c e n c ep o t e n t i a li nn e wm a s o n r y w a l l s ，主要从建筑施工的角度给出了相关的建议： ( 1 ) 把墙壁吸水率降到最低，做到溅落到墙壁上的水能迅速的凝聚并且滑 第1 章绪论 i i i ii i - - i _ ii ii i 落，必要时采用合适的憎水涂层。 ( 2 ) 保证砌体之间的紧密的结合，还有砂浆和石体之间的紧密的结合。 ( 3 ) 建筑过程中保证建筑物的顶部、外墙体以及未完成的工程表面远离雨 水的侵袭。在建筑物顶部和墙体的结合处使用防雨板。 ( 4 ) 原料在运输过程中禁止接触可溶性物、肥料、空气污染物以及湿度大 的物质等，在储藏过程中不要和性质不同的原料混放在一起，最好独立存放。 ( 5 ) 对原料的质量严格控制，包括砖石材料的泛碱潜力的评价，水泥中碱 性氧化物的含量。虽然目前没有相关a s t m 标准可以测量砂浆的泛碱程度，但是 砂浆的泛碱和他原料中砂子，水泥，水中含有的可溶性盐、氯化物和硫酸盐的数 量正相关。 c d o wa n df p g l a s s e r 在2 0 0 2 年发表文章( ( c a l c i u mc a r b o n a t ee f f l o r e s c e n c e o np o r t l a n dc e m e n ta n db u i l d i n gm a t e r i a l s ) ) ，对抑制砂浆泛碱提出以下几点建议： ( 1 ) 尽量使用低碱水泥。 ( 2 ) 如果可以加入可以吸收碱的原料，可以较好的实现抑制泛碱的效果。 比如加入粉煤灰等具有潜在活性的废弃物。 ( 3 ) 使用抗渗性好的砂浆，目的是降低砂浆从外部遭到可溶性物侵蚀的能 力。 ( 4 ) 谨记不要使用水泥砂浆去粘结可以反应生成可溶性物的两个物体。 ( 5 ) 通过清洗外部表面的方式可以去除砂浆表面的泛碱，然面如果使用酸 来清洗表面，可能会腐蚀砂浆表面，提高砂浆的表面渗透能力，从而产出更坏的 结果。 ( 6 ) 虽然泛碱非常难预测，但是它时常和湿冷的气候相关联，特别是冬天 和早春季节的建筑物尤为明显。因此建议在北方湿冷的气候条件下，十月之后到 春天这段时间，尽量避免使用大量的水来清洗建筑物，因为这样的行为会严重增 加表面泛碱的可能性。 王宗昌在1 9 9 8 年发表文章混凝土表面泛碱的原因及对策，对混凝土表面 泛碱现象进行了研究。为提高建筑和外观质量，对外露的构件，采用彩色混凝土的 必须预防其泛碱，对不进行外装修的普通建筑混凝土，也应预防泛碱。目前尚无 可以阻止内部含氢氧化钙的水分向表面析出的添加剂，唯一的方法只能是针对形 北京t 业大学t 学硕l j 学位论文 成泛碱的机理采取相应的措施。 混凝土在初凝时，渗出至结构表面的水分越多，出现泛碱的严重性就越大。也 就是说水灰比大的混凝土泛碱较多，而干硬性混凝土就较少。为此，在满足施工操 作的前提下减少拌合用水量是减少泛碱的方法之一。实际上这对工程所要求的坍 落度不存在影响，如大型设备基础、桥梁、水渠和路面没有防泛碱的必要，在使用 过程中表面析出的碳酸钙会很快被雨水带走。 预防泛碱的另一有效途径是让氢氧化钙在未到达混凝土表面前就能同二氧 化碳发生反应，在内部生成碳酸钙，而水化蒸发的只是水分，氢氧化钙无法被带出 表面。这同养护方法有一定关系，如有条件时增加混凝土周围空气中的含水量，降 低蒸发干燥速度，也可减少泛碱。因蒸发干燥速度放慢后，空气中的二氧化碳就有 机会从孔隙或裂纹中进入内部，与溶解在游离水中的氢氧化钙发生反应生成碳酸 钙而沉积在原处。空气中二氧化碳进入混凝土内部的通道与内部水分向外析出的 通道是一致的如把构件放在密闭的室内养护是最理想的。也可把构件放在封闭 的塑料棚中用不透水的布盖上，但应防止凝积水珠滴在其上，否则会产生更严重 泛碱。养护的构件不应紧密堆集，以免块件之间接触面上水分不易散发而使表面 面泛碱。大体积室外混凝土的养护必须覆盖草袋或塑料薄膜，保持表面的湿度和 足够的养护时间，一般效果较好。 在浇筑结构未完全达到干燥前，不应过早停止养护和覆盖，必须移动时也应在 逐渐干燥后再移动。如早期重视了预防泛碱，而后期却干裸，使构件受风吹日晒，而 急骤干燥，含氢氧化钙的水分析出又同样要产生泛碱现象。 混凝土构件在施工时水量配合比应合理，尤其粗细骨料选用要适当，振捣密实， 使外部水分不易进入构件内部是预防再次泛白的关键所在。假如混凝土需外部喷 涂处理，必须等完全干燥后再进行，以预防泛白和避免涂刷后出现返碱使涂层粘 结不牢或变色。 泛碱对混凝土结构件的强度、化学稳定性和耐久性无影响。有的泛碱与混凝 土或砂浆使用含盐碱性的拌合水有关，与混凝土或砂浆使用未洗净含盐碱的粗、 细骨料有关。这种情况在西北地区比较明显。但其普遍性和严重性很少见有报道 和讨论。 龙鳘在2 0 0 7 年发表文章建筑物外墙砖泛碱分析，对抑制外墙砖表面泛碱 第1 苹绪论 进行研究。其中提出的预防泛碱的措施有： ( 1 ) 防潮设计。建筑物的底层墙体内设置防潮层，防止地面的水分通过墙体 进入外墙砖的粘结砂浆内，避免c a ( o h ) 2 渗出形成泛碱。 ( 2 ) 压顶设计。雨水极易渗入建筑物的压顶处引起泛碱，施工时要作专门防 水、防漏设计，防止雨水渗入，如可设计外墙砖压顶代替水泥砂浆压顶。 ( 3 ) 外墙砖界面设计。外墙砖都存在着许多毛细孔，一部分c a ( o h ) 2 就是从 这些毛细孔随水分流出的。设计要求，粘贴外墙砖前，应对外墙砖的除正立面以 外的其他五个界面涂刷防护剂，如用1 0 7 胶水泥浆等涂刷使其渗入外墙砖的表层 内形成封密层，防止c a ( o h h 的渗出。 ( 4 ) 勾缝设计。外墙砖的砖缝，是泛碱形成的主要通道。从设计上想法阻塞 该通道，可从根本上解决泛碱问题。方法一是外墙砖贴好后，将砖缝清理干净，用 专用密封胶填缝，如玻璃胶、建筑胶和密封胶条等：方法二是在勾缝砂浆内添加 1 0 7 胶水等。 ( 5 ) 水泥品种及用量的选用。如可能，砂浆的水泥不要选用硅酸盐水泥，可 选用矿渣水泥、火山灰水泥、复合水泥或高铝水泥。矿渣水泥、火山灰水泥和复 合水泥，水化时产生的c a ( o h h 含量相对较少，高铝水泥水化时不产生c a ( o h ) 2 。用 含碱量低的砂浆粘贴外墙砖，可一定程度减轻泛碱的发生。如当地只有硅酸盐水 泥，可在砂浆内加入水泥质量2 0 一4 0 的粉煤灰。粉煤灰中的活性氧化硅、活性 氧化铝等与熟料水化时产生的c a ( o h ) 2 进行反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙。 这样，砂浆内便无c a ( o h ) 2 渗出。用水泥砂浆，要控制水泥用量，不能太多或太少， 否则都会使得砂浆内空隙增多。 ( 6 ) 砂的选用。砂内如含有盐、碱等可溶物，可溶物渗到外墙砖的表面，这 也会形成泛碱。施工前对砂浆成分进行分析，尽量选用不含或少含可溶物的砂。 ( 7 ) 水的选择及用水量的控制。尽量先用含碱、盐等可溶性成分少的水，如 饮用水、纯净水等。不允许使用河、塘中含有多种有害成分的水。在保证粘贴外 墙砖施工可操作的情况下，尽量减少砂浆的用水量。砂浆沉入度宜为6 - 8 c m ，灌浆 法砂浆沉入度宜为8 1 2 c m 。水分少，砂浆干燥后形成的毛细孔也少。同时，外渗 的和流进的水分也少，可减少泛碱的形成。 作为建筑行业的企业也从建筑物泛碱中看到了商机，于是加大了在这方面的 北京工业大学t 学硕七学位论文 研究力度，瑞士的i c i 集团国民淀粉化学公司旗下的成员e l o t c x 成功开发出抑制泛 碱添加剂，e l o t e xe r a 系列能够减少甚至消除泛碱现象，产品包括e l o t e x e r a l 0 0 高活性树脂基抗泛碱添加剂、e l o t e x e r a s e a l l 2 0 高活性树脂和硅烷 基抗泛碱及憎水性添加剂1 2 n ，同时发表了文章泛碱的形成机理和预防措施， 文章主要详细的介绍了易来泰开发的泛碱抑制剂e r a l 和e r a s e a l l 2 0 在实验 室内对砂浆泛碱抑制的效果。其中e r a l 0 0 和e r a s e a l l 2 0 它们再分散以后可以 形成尺寸为几个m l n 的小颗粒。这些小颗粒可以封闭孔隙降低水的迁移。此外， 这些添加剂还具有束缚自由c a 2 + 的潜力，而又不会对水泥的水化产生缓凝作用。 e r a l 0 0 和e r a s e a l l 2 0 两种添加剂均为粉末产品，可以直接用于干拌砂浆。另 一个优点是它们在低掺量下即已表现出良好的效梨2 1 1 。 在我国，北京筑宝新技术公司开发了一种建材泛碱清洗剂筑宝8 10 ，对砂浆表 面的泛碱清除效果不错。 1 3 研究目的和意义 砂浆在建筑行业的应用的范围非常的广泛，用量也非常的大，所以对其出现 的问题不能视而不见，只有下大力量进行治理研究，解决泛碱问题才能更有利于 砂浆的更广泛的应用。 目前虽然有大量的文献资料提出了影响泛碱的因素，但是不同的因素对泛碱 的影响程度缺乏详细的分析，同时也没有找出一种有效的测量方法来准确的测量 出砂浆表面泛碱的程度的变化。 本研究目的是通过了解泛碱成因，泛碱的促进条件，在此基础上详细分析不 同的因素对砂浆泛碱的影响程度，并且得到有效的测量砂浆泛碱程度变化趋势的 方法，对现实工程指导具有重要意义。 1 4 研究内容 根据影响泛碱的主要因素来确定改善的措施，然后选择合理的评价方法对改 善后砂浆泛碱情况进行评价，同时从理论上对有效改善措施进行分析。 砂浆泛碱产生的原因主要可以分为：其一是作为泛碱成分的砂浆原料水化产 生的碱性物质的存在；其二就是作为泛碱的载体的多余水分的存在；其三就是作 为泛碱通道的砂浆体空隙的存在；其四就是外在环境的低温高湿。所以本课题的 第1 章绪论 研究方案主要从这几个方面来入手，来对砂浆的泛碱抑制进行研究。 ( 1 ) 通过向砂浆原料中掺加组分来吸收由于砂浆原料水泥水化产生的游离 的碱性物质。本实验选取的是活性混合材粉煤灰，使游离碱与其化合成稳定的成 分，不再迁移至砂浆表面。 ( 2 ) 通过向砂浆中添加减水剂来减少砂浆水化后剩余的水分。减少砂浆中多 余水分的存在会使游离的碱缺少一个被带至砂浆表面的载体，达到抑制泛碱的目 的。 ( 3 ) 通过改善砂浆的密实度来抑制泛碱。通过加入膨胀剂，防水剂和改变砂 子的颗粒级配等途径来降低砂浆的孔隙率。游离的碱要迁移至表面，必须要有一 个通道的存在，砂浆孔隙率的降低导致可溶性盐的迁移的通道的数量减少，从而 抑制泛碱。 以上实验均在干湿循环条件下，进行泛碱现象的研究，通过对泛碱面积占试 样总面积的百分比来分析泛碱的不同程度，确定是否有效的抑制泛碱，最终找出 最有效方法来抑制泛碱。 实验最后进行正交实验综合考虑这些抑制泛碱的方法的综合作用于砂浆的 内部产生的抑制砂浆泛碱的效果，从中选择抑制泛碱效果较好的配方。同时对砂 浆表面已经存在的泛碱进行人工物理方法清除，最后再对其表面进行防水涂层的 保护，考察其在于湿循环养护环境下的防水涂层对泛碱的抑制效果。 第2 章实验原料与实验方法 第2 章实验原料与实验方法 2 1 实验原料 ( 1 ) 水泥 作为胶凝材料，水泥是干粉砂浆中重要的组成成分，起着粘结剂的作用【。 与传统的混合砂浆相比，用于干粉砂浆中的水泥对质量要求更高且更为严格，尤 其强调水泥质量的稳定性。本试验所用水泥采用普通硅酸盐4 2 5 水泥，其化学 成分如表2 1 所示： 表2 - 1 水泥化学成分( ) t a b l e2 - 1 c h e m i c a lc o m p o s i t i o no f c e m e n t ( 2 ) 砂 干粉砂浆中的骨料有细集料( 建筑砂) 、装饰骨料( 石英砂、色石渣、膨胀 珍珠岩、云母等) 。其中，应用最广泛用量最大的主要是建筑砂忉。本试验采用 建筑细砂、石英砂，其细度模数为4 0 - 7 0 目，7 0 - 1 4 0 日。 ( 3 ) 甲基纤维素醚 干粉砂浆中应用最广泛的化学添加剂主要为甲基纤维素醚，它可以使灰( 砂) 浆材料获得适宜的保水性和稠度，有效地提高抹灰材料的工作性 7 1 ：同时，可以 使水分在很长的一段时间内逐步释放，从而保证灰( 砂) 浆与基底的结合。本试 验采用的甲基纤维素醚粘度为1 5 万。 ( 4 ) 可再分散性聚合物胶粉 可再分散性聚合物胶粉的加入能显著提高干粉砂浆的韧性，增加其粘结强度 及可变性性能。从聚合物胶粉的不同成膜温度来考虑所选用的聚合物胶粉【1 3 】。通 过查资料及产品来源的难易程度确定本试验所使用的胶粉。 本试验采用的胶粉基本参数见表2 2 所示。 一1 5 一 北京t 业大学1 = 学硕士学位论文 表2 - 2 可再分散胶粉的基本参数 t a b l e2 - 2p a r a m e t e ro fr u b b e rp o w d e r e ：乙烯v a c ：醋酸乙烯 ( 5 ) 减水剂 减水剂是旨在保持砂浆稠度基本相同的条件下，能减少拌合用水量的添加 剂，本试验采用萘系高效减水剂( f d n 高效减水剂) 。 ( 6 ) 粉煤灰 选用低钙粉煤灰，s i 0 2 + a 1 2 0 3 + f e a 0 3 8 0 ，比表面积为2 9 0 0 c m 2 g ，其化学 成分见表2 - 3 所示： 表2 - 3 粉煤灰的化学成分 t a b l e2 - 3c h e m i c a lc o m p o s i t i o no ff l ya s h ( 7 ) 防水剂 本试验选用液态硅烷作为防水剂。 ( 8 ) 膨胀剂 本试验采用硫铝酸钙型作为膨胀剂。 ( 9 ) 重质碳酸钙 重质碳酸钙，简称重钙，是用机械方法直接粉碎天然的方解石、石灰石、自 垩、贝壳等制得。通常用作填料，广泛用于入造地砖、橡胶、塑料、造纸、涂料、 油漆、油墨、电缆、建筑用品、食品、医药、纺织、饲料、牙膏等日用化工行业， 作填充剂起到增加产品的体积，降低生产成本【2 2 1 。 ( 1 0 ) 木质纤维素 木质纤维素是天然可再生木材经过化学处理、机械法加工得到的有机絮状纤 维物质，无毒、无味、无污染、无放射性。广泛用于混凝土砂浆、石膏制品、木 一1 i 卜 第2 章实验原科与实验方法 浆海棉、沥青道路等领域，对防止涂层开裂、提高保水性、提高生产的稳定性和 施工的合宜性、增加强度、增强对表面的附着力等有良好的效果 2 3 】。 2 2 实验装置及试验用仪器 ( 1 ) 水泥胶砂搅拌机 j j 一5 型行星式水泥胶砂搅拌机，宁波泰富工贸有限公司 ( 2 ) 恒温恒湿养护箱 y h 一4 0 b 型标准恒温恒湿养护箱，中国科析仪器设备厂泊头 ( 3 ) 压力实验机 y e w - - 2 0 0 型2 0 0 千牛微机控制水泥压力实验机，北京力智方科技开发有限 公司+ ( 4 ) 天平 架盘药物天平，北京医用天平厂 ( 5 ) 水泥成型试模 4 0 r a m x 4 0 m x1 6 0 m 水泥胶砂三联试模，沧州三星建材实验仪器厂 ( 6 ) 控温控湿设备 f h b s 一3 0 型标准养护室全自动控温控湿设备，北京市建强仪器厂 ( 7 ) 拉拔仪 f b y - i v 型拉拔仪，电源为单向2 2 0 v ( 交流) ，功率为2 0 0 w ，拉拔速度为 0 1 - 2 0 0 m m m i n ( 8 ) 拉拔接头 ( 5 0 4 - 1 ) 哪( 5 0 4 - 1 ) h i m 的正方形有足够强度的金属板，最小厚度l o m m ( 9 ) 拉伸强度成形框 由橡胶或硅酮密封材料制成，表面平整光滑，并保证砂浆不从试模与砂浆 混凝土板之间流出 ( 10 ) 比长仪 i s o 一1 6 0 型砂浆比长仪，辽宁省瓦房店市仪器厂 ( 1 1 ) 水泥胶砂振实台 适用于水泥胶砂三联试模 1 7 - 北京丁业大学工学硕士学位论文 ( 1 2 ) 试验用水泥板 水泥板规格长度与宽度为1 6 0 r a m x1 6 0 m ，厚度为5 咖 ( 13 ) 膏状乳液胶粘剂 由水性聚合物分散液、有机外加剂和矿物填料等组成的膏糊状混合物，可直 接使用。 ( 1 4 ) d 8a d v a n c e 型x 射线衍射仪 德国b r u k e r a x s 公司生产，在本实验中用于物质的分析 ( 15 ) 图像分析软件i m a g e p r o p l u s 6 0 2 3 试验方法 2 3 1 砂浆的制备 本课题所需的砂浆试样是在正方形的水泥板( 1 6 0 m m x l 6 0 m m x 5 m m ) 表面 上涂上已经配好的砂浆，要求砂浆表面涂抹均匀，确保平整。 标准实验条件为：空气温度( 2 3 士2 ) ，相对湿度( 5 0 士5 ) ，实验区的循 环风速低于0 2 m s 。 2 3 2 砂浆的养护环境 砂浆对外部环境的湿度和温度的变化非常的敏感，为了课题的需要，首先通 过调整砂浆的外部环境来选择一种能够有效的促使砂浆表面泛碱的外部环境。 首先温度不变，改变湿度，得到砂浆泛碱数据如表2 - 4 ： 表2 - 4 不同湿度下的泛碱面积 t a b l e2 - 4e f f l o r e s c e n c ea r e ai nd i f f e r e n th u m i d i t y 然后湿度不变，改变温度，得到砂浆泛碱数据如表2 5 ： 第2 章实验原科与实验方法 皇量曼曼鼍曼量曼曼皂曼曼曼曼量曼曼曼舅舅曼曼皇皇曼曼曼曼皇皇曼曼i ii i ! 量i 曼量量 、 表2 - 5 不同温度下的泛碱面积 t a b l e2 - 5e f f l o r e s e e n c ea r e ai nd i f f e r e n tt e m p e r a t u r e 最后温度湿度一起调整，得到砂浆泛碱数据如表2 6 ： 表2 _ 6 不同温度和湿度下的泛碱面积 t a b l e2 - 6e f f l o r e s c e n c ea r e ai nd i f f e r e n tt e m p e r a t u r ea n dh u m i d i t y 由以上试验数据表明，温度和湿度的变