水泥基饰面砂浆泛碱性能及抑制措施研究

1、 水泥基饰面砂浆泛碱性能及抑制措施研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：石齐指导教师：吴芳副教授专业：材料科学与工程学科门类：工学重庆大学材料科学与工程学院二 O一四年五月 Research on Efflorescence and Suppression Measures of Cement Based Decorative Mortar A Thesis Submitted to Chongqing Universityin Partial Fulfillment of the Requirement for theMasters Degree of EngineeringBySh

2、i QiSupervised by Ass. Prof. Wu FangSpecialty: Material Science and EngineeringCollege of Material Science and Engineering of Chongqing University, Chongqing, China May, 2014 重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要水泥基饰面砂浆由于其内部或外部环境水的迁移导致可溶性碱或盐在砂浆表面析出，造成泛碱和色差等缺陷，严重影响建筑外墙面的装饰性，且泛碱会随着环境条件的变化反复出现而难以根治。组成材料对饰面砂浆泛碱有重要影响，因此揭示材料组

3、成对饰面砂浆初次泛碱和二次泛碱的影响规律，并分析比较饰面砂浆泛碱的抑制措施，对于配制综合性能优良的饰面砂浆具有重要意义。本文分析了组成材料对水泥基饰面砂浆泛碱性能的影响，并比较几种外加剂对饰面砂浆泛碱的抑制效果，重点研究了抗泛碱剂抑制水泥基饰面砂浆泛碱的作用机理。研究结果表明：可再分散乳胶粉和纤维素醚均能降低饰面砂浆的吸水量，提高饰面砂浆柔韧性和界面粘结性能，有效降低饰面砂浆的泛碱程度，且两种聚合物复掺时具有较好的协同作用；消泡剂和膨胀剂可以减轻饰面砂浆的泛碱程度，但存在一定的负面作用。石灰石粉和石英粉均能降低砂浆的吸水量，使得水泥基饰面砂浆的泛碱程度较轻，且掺石英粉的经济性和对于降低砂浆吸水

4、量和提高砂浆抗泛碱性的作用效果明显优于石灰石粉。掺抗泛碱剂和防水剂均能降低饰面砂浆的吸水量，提高饰面砂浆抗泛碱性，其中掺抗泛碱剂的作用效果最佳，而防水剂外涂则可以获得更佳的抑制效果。抗泛碱剂能降低水泥基饰面砂浆中 Ca(OH)2的含量，改善饰面砂浆的孔结构，减少骨料与水泥石的界面区域缺陷，提高饰面砂浆的致密性。关键词：水泥基饰面砂浆，泛碱，氢氧化钙，孔结构I 重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACT Efflorescence and colour difference of cement based decorative mortar，related towater migration

5、from internal or external environment，are caused by soluble alkali orsalt in the mortar surface precipitation，that seriously affect outer wall decoration of thebuilding. Especially，the efflorescence of cement based decorative mortars is alsodifficult to cure with recurrent attacks on account of envi

6、ronmental conditions change.Constituent materials have a significant impact on the efflorescence of decorativemortar, thus that is very important to reveal the influence of the material composition onthe initial and secondary efflorescence. In addition, analysis and comparision of theinhibition meas

7、ures of the efflorescence of decorative mortar is of great significance forthe preparation of excellent comprehensive performance of decorative mortar.This paper reports an study of the influence of constituent materials and additiveson the efflorescence of decorative mortar，and a comparision of the

8、 inhibitory effect ofseveral additives on the efflorescence of decorative mortar. We focus on the mechanismof inhibiting efflorescence of cement based decorative mortar by means of additives.The results show that: Redispersible powder and cellulose ethers can all reduce water absorption，andimprove t

9、he waterproofness resistance , flexibility and interfacial adhesion properties ofcement decorative mortar, and effectively reduce efflorescence degree. Moreover，double mixing the two kinds of polymers can obtain better synergy. Defoamer andexpansive agent can reduce the efflorescence degree of decor

10、ative mortar, but there aresome negative effect. The addition of limestone powder and quartz powder can both reduce waterabsorption, which improves efflorescence resistance of cement based decorative mortar .While mixing quartz powder can achieve better economic efficiency, but also canreduce water

11、absorption，and improve the mechanical properties and efflorescenceresistance of cement based decorative mortar. The addition of inhibit efflorescence agent and waterproofing agent can allreduce water absorptio，and improve the efflorescence resistance of cement baseddecorative mortar, in which inhibi

12、t efflorescence agent gets the best effect. In additionthe decorative mortar coated waterproofing agent obtains better inhibitory effect. Inhibit efflorescence agents can reduce the calcium hydroxide content ofII 重庆大学硕士学位论文英文摘要cement based decorative mortar, and improve pore structure. Thus the impe

13、rfection ofthe interface area between aggregate and cement slurry can be reduced, which enhancesthe compactness of decorative mortar .Keywords: cement based decorative mortar, efflorescence, calcium hydroxide, porestructureIII 重庆大学硕士学位论文目录目录中文摘要.I英文摘要. II1绪论. 1课题背景. 1国内外装饰砂浆的应用与发展现状 . 1国外的应用与发展现状 .

14、1国内的应用与发展现状 . 3水泥基饰面砂浆泛碱的研究概况 . 3饰面砂浆的组成材料 . 3水泥基饰面砂浆泛碱的形成机理 . 5聚合物与填料和外加剂抑制水泥基饰面砂浆泛碱的研究. 6研究的目的与意义 . 7主要研究内容 . 82原材料和试验方法 . 9试验原材料. 9水泥. 9砂. 9聚合物. 9惰性矿物掺合料 . 10着色剂. 10外加剂. 10水. 10试验配合比及试件成型方法 . 10试验配合比 . 10试件成型方法 . 11主要测试方法 . 11泛碱性能 . 11吸水量. 12抗折、抗压强度 . 12拉伸粘结强度 . 132.3.5 X射线衍射分析（XRD）. 14IV 重庆大学硕士学

15、位论文目录扫描电镜微观形貌分析（SEM） . 14孔结构分析 . 143组成材料对水泥基饰面砂浆泛碱性能的影响 . 15可再分散乳胶粉对水泥基饰面砂浆泛碱性能的影响 . 15可再分散乳胶粉对水泥基饰面砂浆吸水量的影响 . 15可再分散乳胶粉对水泥基饰面砂浆力学性能的影响. 16可再分散乳胶粉对水泥基饰面砂浆泛碱面积的影响. 17纤维素醚对水泥基饰面砂浆泛碱性能的影响 . 18纤维素醚对水泥基饰面砂浆吸水量的影响 . 18纤维素醚对水泥基饰面砂浆力学性能的影响 . 19纤维素醚对水泥基饰面砂浆泛碱面积的影响 . 20乳胶粉与纤维素醚复掺对水泥基饰面砂浆泛碱性能的影响 . 21乳胶粉与纤维素醚复掺

16、对水泥基饰面砂浆吸水量的影响. 21乳胶粉与纤维素醚复掺对水泥基饰面砂浆力学性能的影响. 22乳胶粉与纤维素醚复掺对水泥基饰面砂浆泛碱面积的影响. 23消泡剂对水泥基饰面砂浆泛碱性能的影响 . 24消泡剂对水泥基饰面砂浆吸水量的影响 . 24消泡剂对水泥基饰面砂浆力学性能的影响 . 25消泡剂对水泥基饰面砂浆泛碱面积的影响 . 25膨胀剂对水泥基饰面砂浆泛碱性能的影响 . 27膨胀剂对水泥基饰面砂浆吸水量的影响 . 27膨胀剂对水泥基饰面砂浆力学性能的影响 . 28膨胀剂对水泥基饰面砂浆泛碱面积的影响 . 29惰性填料对水泥基饰面砂浆泛碱性能的影响 . 30惰性填料对水泥基饰面砂浆吸水量的影响

17、 . 30惰性填料对水泥基饰面砂浆力学性能的影响 . 31惰性填料对水泥基饰面砂浆泛碱面积的影响 . 33本章小结. 344水泥基饰面砂浆泛碱的抑制措施 . 36抗泛碱剂对水泥基饰面砂浆泛碱的抑制作用 . 36抗泛碱剂对水泥基饰面砂浆吸水量的影响 . 36抗泛碱剂对水泥基饰面砂浆力学性能的影响 . 37抗泛碱剂对水泥基饰面砂浆泛碱面积的影响 . 38防水剂内掺对水泥基饰面砂浆泛碱的抑制作用 . 39V 重庆大学硕士学位论文目录防水剂对水泥基饰面砂浆吸水量的影响 . 39防水剂对水泥基饰面砂浆力学性能的影响 . 40防水剂对水泥基饰面砂浆泛碱面积的影响 . 40防水剂外涂对水泥基饰面砂浆泛碱的抑

18、制作用 . 41本章小结. 425水泥基饰面砂浆泛碱机理分析. 44水泥基饰面砂浆水化产物 XRD分析 . 45水泥基饰面砂浆 SEM分析 . 48水泥基饰面砂浆孔结构分析 . 50本章小结. 526结论与展望 . 53本文的主要结论 . 53水泥基饰面砂浆泛碱性能研究展望 . 54致谢. 55参考文献. 56录. 60附A.作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录 . 60B.作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目 . 60VI 重庆大学硕士学位论文1绪论1 绪论课题背景饰面砂浆是我国从国外引进的一种新型墙体装饰材料，在国内提出将其装饰效果扩大并商品化还是近十多来年的事1。饰面砂浆是由胶凝材料、骨

19、料、聚合物粘结剂、颜料和外加剂等所组成的用于建筑墙体表面及顶棚装饰的材料。由于饰面砂浆的组成成分，弹性模量、热膨胀系数等热、力学性能与外保温体系的抹面砂浆相近，故与外保温系统有良好的匹配性和相容性2。彩色饰面砂浆与外墙贴面砖相比，具有施工速度快、效率高、价格低廉等优势。薄抹型饰面砂浆厚度仅为1mm3mm，质量轻，可大大降低外保温系统负荷，作为高层建筑装饰时，不会因负风压问题出现掉砖现象，从而使外墙外保温系统在使用过程中更具安全性。随着我国中小城市的迅猛发展，城市化进程越来越快，许多老城区或城中村面临改造和翻新。20世纪末，对于外墙面装饰，人们的审美标准仍倾向于使用瓷砖或涂料。然而，瓷砖使用一段

20、时间后，表面出现锈蚀、脏污甚至突发坠落情况，而且因瓷砖表面相对光滑，旧墙改造中在原有瓷砖表面进行粉刷涂料存在很大难度。若翻新旧墙面时采用涂料，则需要界面剂对基材界面进行特殊处理，而且涂料装饰层很薄，既不耐用也不经济3。目前，我国每年的新建建筑约20亿m2，外墙面积约10亿m2，这些饰面层大都使用瓷砖或乳胶漆，具有丰富装饰效果的饰面砂浆只占极少的市场份额，而彩色饰面砂浆在发达国家已广泛代替涂料和瓷砖应用于建筑物的墙面装饰。究其原因，除了国内市场对饰面砂浆缺乏认知以及原材料质量参差不齐外，更重要的是受到水泥基饰面砂浆泛碱、开裂以及色差等问题的困扰。随着外墙外保温统在建筑外墙上应用的普及，外墙的饰面

21、系统也不再是一个独立的系统，而是以优良的柔韧性、防水性和抗开裂性与外保温系统相匹配。而这些特性正是饰面砂浆所具有的，瓷砖和乳胶漆所欠缺的。从外墙保温装饰系统的角度来看，饰面砂浆在国内具有广泛的应用前景。国内外装饰砂浆的应用与发展现状国外的应用与发展现状在欧洲，装饰砂浆有近百年的发展应用历史，俗称“Stucco”，即灰泥。灰泥是目前使用最广的建筑材料之一。它的历史可以追溯至古代，古埃及人和古罗马人曾广泛使用灰泥作为建筑材料4。灰泥最初是采用石灰制成，后来加入瓷胶，从而变得更加坚固。灰泥在西班1 重庆大学硕士学位论文1绪论牙的南部最早得到大规模的使用，著名的西班牙“白色城镇”建筑大量的采用了灰泥。

22、后由西班牙移民把灰泥带到美国，在加利福尼亚州得到广泛运用。1769年，建筑工人开始使用土坯灰泥。到了 19世纪，当时世界格局正从战争转为和平，各国也以提高人民生活质量为主要国策，使得建筑业得到蓬勃发展，各种新的建筑形态大量出现。Stucco就是在这个时期的欧洲和北美地区出现，它起源于德国妇女用涂料和沙粒混合后涂抹墙体，修复和加固战后建筑物。 Stucco原本是为地中海的建筑风格大量采用天然泥沙及石材做外墙装饰而出现的替代品。当时因水泥制品大量涌现，有人想出了用水泥及砂子加色粉的做法来取代那些价格昂贵的真材石料，因为它的效果非常像欧洲乡村泥沙涂抹的土墙，故名“彩色水泥砂浆”，也称 Stucco，

23、并开始流行起来。经过上百年的发展，Stucco已经发展成为多个种类、性格独特的建筑装饰材料5。Stucco目前分为石灰质 Stucco、水泥质 Stucco和聚合物质 Stucco，具有应用广泛、施工方便、抗裂性好、耐候性强、装饰自然的特点，并具有极好的抗污、防霉性能。Stucco广泛用于民用与商用建筑的室内外装饰。由于 Stucco具有良好的设计灵活性和与其它建筑材料的兼容性，其用途变得日益广泛，还可以用于不同风格的建筑。Stucco灰泥建筑已经成为地中海国家以及美国加利福尼亚州和佛罗里达州的标准，而且已经延伸至美国的其它地区等非传统市场，主要原因是欧式建筑对世界各国的建筑风格都产生了很大的

24、影响。彩色的 Stucco让消费者和开发商能够很廉价地进行欧式建筑的外观设计。设计师、建筑师和业主非常亲睐彩色 Stucco所具有的设计灵活性、自然美和不褪色的性质以及与其它与覆面材料的兼容性。彩色 Stucco可以用于平面和曲面墙壁，实现富有创造性的设计方案。另外，Stucco相对于聚苯板外墙保温系统而言，其耐火性能好，易于维护。从上世纪七十年代开始，法国普通民用建筑的外墙，开始普遍使用一种外墙防水装饰砂浆，法文名字叫 Enduit Monocouche。这是一种在传统的抹灰砂浆和Stucco的基础上发展出来的新型外墙装饰材料。其最显著的特征是单层，即单次施工完成（而传统的墙体饰面材料，一般

25、分为找平抹灰层、保温层、防水层、装饰层等多道施工程序）。这种材料同时具备了外墙材料所需的找平、防水、装饰之三大功能。这种材料因为内外都着色，故又称为全着色抹面装饰一体化砂浆。这种材料主要由无机材料构成，施工成品的厚度控制在 15mm20mm。所以也被称为无机厚层装饰砂浆。在今天的法国，这种外墙材料进过几十年的发展，几乎取代了过去所有的外墙材料，使用在几乎所有的新建筑中。当然这不包括法国的一些高层建筑，例如写字楼、公寓等。这些高层建筑，或用货真价实的石材在外墙干挂做装饰，或是用玻璃或者其他材料做外墙装饰。除去这些高层的建筑外，其余建筑几乎都在使用 Enduit Monocouche这种外墙防水装

26、饰砂浆6-7。事实上，在2 重庆大学硕士学位论文1绪论1975年这种墙面装饰材料开始使用的时候，法国全年只有 600多万平米的墙面施工使用这种材料，到了 2006年，使用这种材料的墙面施工面积达 6000万平米，约 75%的新建房屋都使用这种外墙装饰材料。装饰砂浆不仅是应用于传统的木制建筑物中，而且其模块化建筑物也非常流行，效果非常好。发达国家的街道中心建筑、零售店、高科技商业建筑、酒店以及包括医院在内的任何形式的建筑中也都很常见。显然，他们所寻求的是持久耐用、环保节能、经济实用的产品，因此这将是现代建筑发展的趋势之一。对一些较高的建筑，相比采用类似石头这样预制板式结构的体系，装饰砂浆更轻、更

27、经济，而且使用便捷，所以在这个市场上它也将会更具竞争性8。国内的应用与发展现状国内饰面砂浆的发展起步较晚，目前只有少量酒店、别墅、写字楼、高档公寓和部分民用住宅使用饰面砂浆，但原材料和产品应用技术大多从国外引进，缺乏独立自主研发、设计和施工的墙体饰面材料及其产品。近几年，部分学者及企业研究人员制备出了不同胶凝体系、不同用途的饰面砂浆。比如，瓦克上海技术中心研制的聚合物改性水泥基干混饰面砂浆，通过对砂浆配方的科学合理优化可以使其达到良好的装饰效果；北京建筑材料科学研究9总院制备的以铝酸盐水泥为主、硅酸盐水泥和石膏为辅的三元胶凝体系饰面砂浆抗泛碱效果较好，为解决饰面砂浆色差问题提供了一些技术途径1

28、0。然而，这些试验研究与大面积施工存在区别，研制出的饰面砂浆配方所要达到的预期效果大多也未在工程实际应用当中得到验证。尽管我国饰面砂浆研究与应用方兴未艾，并且伴随着泛碱、色差、开裂和施工等问题。尽管如此，随着我国经济的不断发展和产业的不断转型升级，响应国家建筑节能环保的号召，高性能墙体饰面材料的深入研究应用是不可避免的趋势。水泥基饰面砂浆泛碱的研究概况饰面砂浆的组成材料饰面砂浆主要是由胶凝材料、骨料、填料、聚合物、外加剂和着色剂等组成。利用聚合物粉料对饰面砂浆进行改性使其发展成性能优异的墙体装饰材料已经成为装饰砂浆的重要工艺，所以装饰砂浆大多也是聚合物砂浆。胶凝材料：胶凝材料在饰面砂浆中起到至

29、关重要的粘结作用，是墙体饰面砂浆的主要组成部分。配制饰面砂浆通常采用硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥和石灰以及掺丙烯酸聚合物的低水泥量体系等作为胶凝材料。骨料：骨料的品质和颗粒级配是影响饰面砂浆工作性能、力学性能和耐久性的重要因素，因此需采用级配良好的天然彩砂和石英砂。为取得丰富多彩的3 重庆大学硕士学位论文1绪论装饰效果，还可以用玻璃、碎石、彩釉砂、陶瓷碎粒等辅助性装饰骨料。填料：饰面砂浆中较少使用到填料，通常是偏高岭土、石灰石粉、石英粉等，主要作用是改善砂浆的工作性和密实度。偏高岭土是一种高活性矿物掺料，能够与水泥水化产生的 Ca(OH)2反应，提高砂浆的强度和密实度，降低砂浆泛碱的可

30、能性。而石灰石粉和石英粉只是作为惰性矿物掺合料用来减少水泥用量、填充砂浆中的孔隙。但填料对砂浆工作性、力学性能和抗泛碱性的影响与其细度有密切关系。可再分散性乳胶粉：聚合物胶粉是水泥基材料中常见的聚合物外加剂11-16。在干粉砂浆中掺胶粉作为聚合物胶粘剂具有特殊的意义 17-21。目前在干粉砂浆中的聚合物胶粉主要有苯乙烯 -丁二烯共聚物、苯乙烯 -丙烯酸共聚物、醋酸乙烯酯均聚物、聚丙烯酸酯均聚物、醋酸苯乙烯共聚物、醋酸乙烯酯-乙烯共聚物等，大多数为醋酸乙烯-乙烯共聚物粉料。聚合物粉料通常是白色，广泛用于水泥基材料中，如保温板的粘接砂浆、瓷砖的钩缝剂、瓷砖和建筑粘接剂、自流平地面的找平层、防水抹面

31、砂浆、混凝土修补砂浆等。掺入可再分散性乳胶粉以后，可改善砂浆与基体的粘结性能，还可使面层避免起灰，砂浆抗裂性和封闭性均有提高22-26。纤维素醚：为了保证饰面砂浆具有足够的保水能力，防止水分的过度蒸发和基层的吸水造成开裂、泛碱、色差和强度低等问题，需要在砂浆中掺保水剂。保水剂能使砂浆获得良好的保水性和增稠效果，包括纤维素醚类（如甲基纤维素醚、羟乙基纤维素醚和羟丙基纤维素醚等）和水溶性聚合物类（如聚丙烯酰胺、聚乙烯醇等），而纤维素醚是目前砂浆中最常见的保水剂。纤维素醚的保水作用能使砂浆拌合物在水化硬化过程中不会因为失水而导致水泥水化不充分，引起砂浆表面起粉，其增稠作用则能改善砂浆的粘结性能。纤维

32、素醚改善饰面砂浆工作性主要体现在保水性、抗流挂性和可操作时间等方面，但与其组成结构和相对分子量有密切关系，因此配制饰面砂浆要选用合适粘度的纤维素醚 27-30。减水剂：为了保证饰面浆体在实际工程应用当中正常施工，需要加掺减水剂来使砂浆具有较好的流动性和可操作性。为了使饰面砂浆特别是薄层饰面砂浆具有一定的力学性能，一方面要严格控制加水量，另一方面要选择与胶凝材料相容性好的高效减水剂。目前使用的高效减水剂有萘系高效减水剂、脂肪族磺酸盐系高效减水剂、蜜胺树脂高效减水剂、氨基磺酸盐系高效减水剂和聚羧酸类高效减水剂。其中，聚羧酸类作为新一代绿色环保型高效减水剂，是建筑行业关注和研究的热点。事实上，聚羧酸

33、类减水剂与不同种类的水泥具有相对较好的相容性，其掺量低、减水效率高的特点可以很好的控制饰面砂浆的流动性，并且在低水灰比时能使砂浆具有良好的保坍性能，是配制饰面砂浆的合理选择31。4 重庆大学硕士学位论文1绪论消泡剂：饰面砂浆中掺消泡剂的主要作用是消除聚合物引人或拌合时搅拌形成的气泡，常用的有醇类、脂肪酸类、酰胺类、磷酸酯类和有机硅化合物等。消泡剂能够减少砂浆中大孔数量，从而改善砂浆的孔隙结构，降低了砂浆的孔隙率，改善其抗渗、抗冻和耐久性能等性能。但是消泡剂的针对性很强，同一种消泡剂在一种体系中产生抑泡作用，而在另一种体系中可能产生引气作用，因此需要谨慎合理的选用消泡剂32。着色剂：着色剂在外墙

34、饰面材料中是必不可少的组成部分。现代建筑业的快速发展改变了人们的审美标准和装饰风格，建筑物的外观也变得绚丽多彩，而使用着色剂就能达到这种装饰效果。目前着色剂分有机着色剂和无机着色剂两种，但应用到外墙饰面材料中的大多还是无机着色剂，如氧化铁红、氧化铁黄等。氧化铁着色剂由于具有优良的着色效果，价格便宜，又具有吸收紫外线而保护砂浆体系中的基料不发生降解的优点，因此获得了广泛的应用。水泥基饰面砂浆泛碱的形成机理水泥基饰面砂浆泛碱是一个相对复杂的物理、化学和物理化学过程。不同的研究者对水泥基饰面砂浆泛碱的形成机理有着不同的理解，然而大多认同的是砂浆内部的水分迁移和表面水分蒸发带出的可溶性盐在砂浆表面形成

35、白色沉积物造成的，严重影响饰面砂浆的装饰效果。国内外学者33-35对这些白色结晶物的物相均进行了分析，测得的主要成分是CaCO3，另外还有少量的 CaSO42H2O、K2SO4、Na2SO4等硫酸盐类物质。笔者认为泛碱的主要产物 CaCO3主要来源于两方面：一是硅酸盐水泥水化过程中产生大量 Ca2+和 OH-，这些离子随毛细孔溶液水分的迁移渗透到砂浆表面，与空气中的 CO2反应生成 CaCO3；二是水泥基饰面砂浆的其他组分如辅助胶凝材料、矿物掺合料和外加剂本身含有的可溶性碱和盐，这些可溶性碱和盐经过一系列物理化学变化在砂浆表面形成 CaCO3。而 CaSO42H2O、Na2SO4、K2SO4一

36、方面来源于水泥基饰面砂浆原材料本身，另一方面是因为硅酸盐水泥中的碱含量过高，对应的水泥基饰面砂浆加水拌合后，形成大量游离的 Ca2+、Na+和 K+，Ca2+、Na+和K+与水泥基材料中的 SO42-反应生成水溶性碱盐，这些水溶性碱以水为载体迁移至材料表面，并随着水分蒸发而析出。秦麟卿、谢济仁等36-37认为水泥基材料泛碱需具备四个必要条件：水泥基材料中存在可溶性的盐或者碱；水泥基材料中存在溶解可溶性盐的自由水；水泥基材料中存在可溶性盐向表面迁移的毛细管；具有有利于水泥基材料表面水分挥发的低温高湿环境。Thamos Aberle38提出水泥基材料的泛碱分为初次泛碱和二次泛碱两种类型：初次泛碱是

37、在施工数天或者数周后，在砂浆水化硬化过程中发生的，原因是砂浆中多余的水分向砂浆表面迁移或者苛刻的气候条件；二次5 重庆大学硕士学位论文1绪论泛碱是在施工数月或者数年后水泥基材料表面发生湿气冷凝或者受到外部水的侵入，使砂浆中的可溶性盐溶解并在表面析出造成的，而且二次泛碱形成的白斑更加不规则、不均匀。朱绘美、王培铭等39研究了纤维素醚对水泥基饰面砂浆耐沾污性和抗泛碱性的影响，认为砂浆表面分布较多的小孔时，容易被水化产物或者泛碱产物阻塞，早期泛碱比较严重；而砂浆表面分布着较多的大孔时，由于水分可以自由迁移，Ca(OH)2沉积在孔隙内部不易迁移到砂浆表面，早期泛碱程度较轻，但当再次受到外部水的侵入时，

38、这部分Ca(OH)2会溶解迁移到砂浆表面与空气中的CO2反应，加剧水泥基饰面砂浆的后期泛碱。聚合物与填料和外加剂抑制水泥基饰面砂浆泛碱的研究水泥基饰面砂浆泛碱是多种内部因素和外界环境因素共同造成的。人们从不同的角度针对水泥基饰面砂浆泛碱的抑制方面进行了广泛研究。在聚合物对水泥基饰面砂浆泛碱的影响方面，张明良 40研究了不同配方的水泥基干混饰面砂浆的泛碱程度，表明经过可再分散乳胶粉改性的水泥基饰面砂浆具有较低的吸水性，有利于砂浆保持干燥状态，从而保持砂浆的饰面效果和对外墙保温体系的持久性。吴开胜等 41研究了无可见泛碱水泥基瓷砖填缝剂的最佳配比，表明经过三元共聚物改性的水泥基瓷砖填缝剂泛碱面积明

39、显降低，且三元共聚物对填缝剂二次泛碱的抑制效果更加显著。滕朝晖等 42研究了可再分散乳胶粉和羟丙基甲基纤维素醚等对装饰砂浆泛碱的影响，认为这两种聚合物均能较好的抑制装饰砂浆泛碱，并通过对比装饰砂浆泛碱面积随可再分散乳胶粉和纤维素醚掺量变化的降幅大小，表明纤维素醚抑制装饰砂浆泛碱的作用强于可再分散乳胶粉。在水泥基饰面砂浆中添加一定细度的填料也是目前常用的解决泛碱问题的措施之一，如活性二氧化硅、偏高岭土、石灰石粉等。在填料对水泥基饰面砂浆泛碱的影响方面，马先伟等43研究了超细CaCO3和纳米SiO2对水泥基饰面砂浆性能的影响，结果表明超细CaCO3和纳米SiO2改善了水泥基饰面砂浆的各项性能，尤其

40、是降低了孔隙率，虽然没有对水泥基饰面砂浆的泛碱进行进一步研究，但由于这两种超细填料提高了砂浆的密实度，进而有利于控制水泥基饰面砂浆的泛碱。石中涛等44研究了建筑外墙装饰面层表面起霜的控制措施，认为在配制水泥基材料时掺矿物掺合料可减少水泥基材料中游离碱的含量，并降低水泥水化过程中产生的Ca(OH)2浓度，从而预防外墙装饰面层表面产生泛碱现象。王霞等45研究了饰面砂浆性能的影响因素，表明掺适量的偏高岭土和石灰石粉可以提高砂浆的结构致密性，从而有效抑制干粉砂浆表面泛碱，同时也提高了砂浆的力学性能。朱绘美等46对比研究了纳米SiO2、纳米TiO2和纳米CaCO3三种纳米材料在水泥基饰面砂浆中的6 重庆

41、大学硕士学位论文1绪论应用效果，试验表明：掺入1.0%2.0%的纳米SiO2能显著改善砂浆的防水性、抗泛碱性和耐沾污性；纳米TiO2能显著提高砂浆的耐沾污性，但对砂浆抗泛碱性影响不大，还会使毛细孔吸水率显著增大；纳米CaCO3能显著改善砂浆的防水性和抗泛碱性，但对砂浆的耐沾污性不利；从饰面砂浆的总体性能考虑，纳米SiO2在水泥基饰面砂浆中的应用效果最好。在外加剂对水泥基饰面砂浆泛碱的影响方面，刘利等47研究了外墙外保温聚合物砂浆的吸水性能，分析了不同种类不同掺量的憎水剂对聚合物砂浆吸水率、不透水性和孔结构的影响，结果表明硬脂酸类憎水剂与聚合物砂浆的匹配性较好，从而有利于控制砂浆泛碱。等48研究

42、了有机硅粉憎水剂在不同干混砂浆中的应用性能，结果表明硅烷/硅氧烷粉剂憎水剂用于聚合物砂浆，具有很好的憎水效果和突出的水珠滚落效应。黄永茂等49研究了硅烷防水剂对砂浆泛碱的抑制效果及掺防水剂对砂浆力学性能的影响，表面掺硅烷防水剂可以明显降低砂浆的泛碱程度，其抑制效果在一定掺量范围内随着加入量的增大而增加，并且对砂浆力学性能无不利影响。李光球等50研究了ERA 100泛碱抑制剂和有机硅憎水剂对饰面砂浆抗泛碱性的影响，提出了改善饰面砂浆抗泛碱性的可行性措施，试验表明：在保证饰面砂浆力学性能、耐沾污性和耐候性的前提下尽可能降低水泥用量；通过掺泛碱抑制剂来改善饰面砂浆的抗泛碱性，并且在饰面砂浆施工完毕后

43、在砂浆表面喷涂有机硅憎水剂以阻止饰面砂浆发生二次泛碱。赵海洋等51研究了彩色装饰砂浆颜色的影响因素，探讨不同颜料分散剂、钛白粉和加水量对装饰砂浆性能的影响，表明在装饰砂浆中掺无机颜料可以减小砂浆的色差和取得较好的经济性，而掺一定量的钛白粉可以提高砂浆的耐候性、避免泛花，同时要严格控制装饰砂浆的加水量。研究的目的与意义水泥基饰面砂浆是一种聚合物改性水泥砂浆材料，在传统饰面砂浆的基础上通过掺适当的聚合物进行改性来改善其抗折强度和拉伸粘结强度，使其具有优异的抗裂性、抗渗透气性和耐久性，且与墙面基层具有良好的相容性。由墙体饰面砂浆（JC/T 1024-2007）标准中的技术要求可知，既要求水泥基饰面砂

44、浆具有较好的防水抗裂性能和力学性能，同时还需要优异的抗泛碱性，才能适用于外墙饰面层的装饰，这也有利于避免因泛碱而引起的成本问题。课题组研究成员在外墙装饰用高性能砂浆的配制及其性能研究中，通过分析组成材料对装饰砂浆性能的影响，确定了装饰砂浆的基础配合比，经正交试验进一步优化配合比，配制出工作性和力学性能优异，且多种装饰效果、经济性较好的装饰砂浆。但是饰面砂浆存在的泛碱现象一直是困扰其推广应用的关键问题，7 重庆大学硕士学位论文1绪论鉴于此，本文系统研究了组成材料对饰面砂浆泛碱的影响规律，并分析比较饰面砂浆泛碱的抑制措施，以期为配制综合性能优良的饰面砂浆提供指导。主要研究内容本文针对此问题，首先通

45、过研究可再分散乳胶粉、纤维素醚、消泡剂、膨胀剂和惰性填料对水泥基饰面砂浆吸水量、力学性能影响的基础上，探讨组成材料对水泥基饰面砂浆泛碱性能的影响，并确定其掺量的适宜范围；其次，研究抗泛碱剂和防水剂对水泥基饰面砂浆泛碱的抑制作用，并与防水剂外涂抑制水泥基饰面砂浆泛碱的作用效果进行对比，为水泥基饰面砂浆的泛碱控制提供更多有价值的参考；最后，通过 XRD、SEM和孔结构分析等现代测试技术，探索抗泛碱饰面砂浆的水化产物、微观形貌和孔结构与其泛碱性能的关系，为进一步探寻解决水泥基饰面砂浆泛碱的技术途径提供理论支持。8 重庆大学硕士学位论文2原材料和试验方法2 原材料和试验方法试验原材料水泥重庆腾辉白水泥

46、 生产的级白水泥，化学成分和性能参数见表。表 白水泥的化学成分和性能参数Table2.1 The Chemical composition and performance parameters of white cement80m方孔筛筛余量（%）标准稠度用水量（%）抗折强度抗压强度氧化镁三氧化初凝时间终凝时间(MPa)(MPa)（%）硫（%）（min）（min）3d28d63d1828d3555399砂试验用砂为南阳金辉矿业加工厂生产的 20-120目石英砂，颗粒级配见表 。表 石英砂的颗粒级配Table2.2 Grain composition of quartz sand目数20-404

47、0-8080-120质量百分比40%50%10%聚合物纤维素醚(HPMC)：重庆科之杰新材料公司生产；可再分散乳胶粉 5044N：德国瓦克公司生产，参数指标见表 。表 可再分散乳胶粉 5044N参数指标Table2.3 The parameter index of redispersible polymer powder 5023最低成膜参数分级柔性固体含（%）灰分（%）堆积密度（Kg/m3）保护胶体聚乙烯醇温度5044N98100 012 40055009 重庆大学硕士学位论文2原材料和试验方法惰性矿物掺合料石灰石粉：广西平南县冬山石灰石粉厂生产的 300目石灰石粉；石英粉：重庆光明石英砂厂

48、生产的 200目石英粉。着色剂采用成都新都化工原料厂生产的氧化铁红着色剂，参数指标见表 。表 着色剂的参数指标Table2.4 The parameter index of colorant水份含量1%细度（325目残余最高）水溶物（最高）着色力%(与标样比)1002参数成分氧化铁红Fe2O395%外加剂减水剂：试验采用重庆科之杰新材料公司生产的聚羧酸高效减水剂（简称Sup），固含量为 23%，推荐最佳掺量为 1%2%；消泡剂：试验采用 P818有机硅类消泡剂，活性含量为 30%，PH值为 6-8；膨胀剂：试验采用重庆三圣特种建材 生产的 UEA型高效膨胀剂；抗泛碱剂：试验采用南京斯泰宝贸易

49、生产的 ERA型抗泛碱剂，细度不小于 120目；防水剂：采用粉状硅烷类防水剂进行内掺试验，市售；采用乳液型有机硅防水剂进行外涂试验，苏州市建筑科学研究院生产。水试验拌合水为自来水。试验配合比及试件成型方法试验配合比表 试验配比/wt.%Table 2.5 Mix proportions of mortar/wt.%聚合物编号水泥石英砂减水剂着色剂水可再分散乳胶粉纤维素醚T1T28008001600160012122402401610 重庆大学硕士学位论文2原材料和试验方法根据课题组之前配制的工作性和力学性能优异的装饰砂浆，针对泛碱性能研究设计了如表 所示的配合比，共有 2个系列，其中：T1系列

50、为普通砂浆，旨在研究聚合物（可再分散乳胶粉、纤维素醚）改性对水泥基饰面砂浆泛碱性能的影响，包括单掺可再分散乳胶粉和单掺纤维素醚以及两种聚合物复掺对砂浆泛碱的影响；T2系列以聚合物改性后的水泥基饰面砂浆为基准，旨在研究惰性矿物掺合料（石灰石粉、石英粉）和外加剂（消泡剂、膨胀剂、抗泛碱剂、防水剂）对水泥基饰面砂浆泛碱性能的影响。试件成型方法采用符合 JC/T 681要求的行星式水泥胶砂搅拌机，按以下程序进行：首先将粉末材料缓慢加入搅拌锅内，慢速搅拌 30s，使材料分散均匀；然后将液体材料（减水剂、消泡剂和水）徐徐倒入搅拌锅与粉状材料混合，慢速搅拌 60s；清理搅拌叶和搅拌锅上的材料，慢速搅拌 75

51、s后停止搅拌；按水泥胶砂流动度测定方法（GB/2419-2005）的规定进行流动度测定，并通过用水量来控制砂浆流动度在 10510mm范围内，并按 GB/T 17671成型试件。主要测试方法泛碱性能目前，国内对于饰面砂浆泛碱性能的测试大多参照墙体饰面砂浆（ JC/T1024-2007）规定的“喷淋-干燥”循环法，但仅仅是对饰面砂浆早期泛碱程度进行主观的定性评级，缺乏真实有效的数据来衡量饰面砂浆泛碱程度的轻重。为了使砂浆达到较好的泛碱效果，以便更好的测试饰面砂浆的泛碱面积，本课题采用浸水法来测试饰面砂浆的泛碱程度，并利用图像处理软件 对泛碱面积进行定量分析52。详细步骤如下：泛碱试样制备及测试方

52、法按 搅拌砂浆，拌合均匀后涂覆于 100mm100mm5mm石棉板上，成型2mm3mm后进行养护，然后采用浸水法来测试饰面砂浆的泛碱程度：一是在温度为（202），相对湿度为 50%的条件下，养护 1天，然后将砂浆试样完全浸水 8h后取出晾干，测试砂浆试样的泛碱情况，用于模拟测试砂浆的初次泛碱；二是在温度为（202），相对湿度为 50%的条件下，养护 7天，然后将砂浆试样完全浸水 24h后取出晾干，测试砂浆试样的泛碱情况，用于模拟测试砂浆的二次泛碱。试样泛碱程度的测定及表述本试验以方形砂浆试样表面泛碱的总面积占整个试样面积的百分比来作为砂浆泛碱的评定参数。采用数码相机将待测试样表面拍摄下来 ,利

53、用图像处理软件对其表面产生的泛碱面积进行测量，并计算出泛碱面积占抹面砂11 重庆大学硕士学位论文2原材料和试验方法浆总面积的百分比，以一组三个砂浆试样的泛碱面积算术平均值为试验结果。吸水量仪器1）三联试模：符合 GB/T17671的要求；2）平底盘子：最小深度 20mm，能够容纳 3个待测试件的平底盘子；3）隔板：三个 1mm厚的硬质熟料片（例如聚四氯乙烯），尺寸为（）mm（）mm。试件制备把隔板插入三联试模的中间，与三联模较小的面平行。按照 GB/T17671成型六个饰面砂浆试件，在标准条件下养护 5d后脱模，继续养护 16d，用中性的密封材料涂抹于试件的四个长方形面上加以密封。再在标准试验

54、条件下养护 7d。试验步骤称取每个试件的质量，精确到 。之后，把试件垂直放在平底盘子里，使未密封的中间成型面朝下，浸入水中（510）mm，见图 。试件相互独立。30min时，从水中取出试件，用挤干的湿布迅速地擦去表面的水分，称量并记录。之后，把试件再放入盘子里，240min时重复上诉操作。图 吸水量试验示意图Fig.2.1 The schematic diagram of water absorption test结果计算每个试件的吸水量按下式计算：吸水量（g）=浸入后试件的质量（g）浸入前试件的质量（g）。吸水量取六个试验结果的算术平均值，精确到 。抗折、抗压强度试验在标准试验条件下养护 5

55、d，然后脱模，继续养护 23d。取三个试件的抗折强度算术平均值为试验结果，精确到 ；用抗折试验后的试件进行抗压强12 重庆大学硕士学位论文2原材料和试验方法度测定，取六个试件测定值的算术平均值为试验结果，精确到 0.01 MPa拉伸粘结强度试验中先成型尺寸为 70mm70mm的砂浆小垫块，在小垫块上用特制的泡沫板成型一个 40mm40mm5mm的待测砂浆小试件如图 所示。试件在标准试验条件下养护至 27d龄期，用适宜的 AB胶将拉伸接头粘结在砂浆成型面上，继续养护 24h后测定拉伸粘结强度。实验过程为用 AB胶将特制的小铁片牢固的粘在待测小试件的上面，然后将小垫块固定在夹具内，下端用螺钉将小垫

56、块固定。然后开启仪器进行测试，直至待测试件拉离垫块并记录数据。整个试验过程，采用三个试件为一组，取测定值的算术平均值，拉伸机见图 。成型小试件拆模后待测小试件图 试件制备过程图用 AB胶粘小铁块Fig.2.2 Specimen preparation process图 拉伸试验示意图Fig.2.3 The schematic diagram of tensile test13 重庆大学硕士学位论文2原材料和试验方法拉伸粘结强度计算公式：P = F/SP拉拔粘结强度，单位为兆帕（MPa）；F最大破坏荷载，单位为牛顿（N）；S粘结面积，1600mm2。如果破坏模式为高强粘结剂与拉拔头之间界面破坏应

57、重新进行测定。试验结果计算精确至 。2.3.5 X射线衍射分析（XRD）试块养护至规定的龄期后，去除表面碳化层，用铁锤将样品砸成 510mm左右的小块，随意选取试样中细小颗粒，立即用无水乙醇终止水化，取出后在 60烘箱内烘至恒重，研磨成粉并过 筛，送样检测。试验采用日本理学公司生产的 X射线衍射仪(RigakuD/max-1200X射线衍射仪)，铜靶，工作功率 3KW，步长 ，扫描速度 2 /min，扫描范围 5 -70。 扫描电镜微观形貌分析（SEM）试块养护至规定的龄期后，去除表面碳化层，用铁锤将样品砸成 510mm左右的小块，随意选取试样中表面平整的试块，立即用无水乙醇终止水化，取出后在

58、60烘箱内烘至恒重，送样喷金，观察SEM图像。试验采用TESCAN VEGA II可变真空钨灯丝扫描电镜。孔结构分析试块养护至规定的龄期后，去除表面碳化层，用铁锤将样品砸成 510mm左右的小块，随意选取试样中 5mm左右试块，立即用无水乙醇终止水化，取出后在60烘箱内烘至恒重，送样测试孔结构。试验采用氮吸附法测试，以全自动比表面积微孔物理化学吸附分析仪（型号 ASAP2020）测定。14 重庆大学硕士学位论文3组成材料对水泥基饰面砂浆泛碱性能的影响3 组成材料对水泥基饰面砂浆泛碱性能的影响水泥基饰面砂浆的组成材料主要是水泥（白色硅酸盐水泥、铝酸盐水泥等）、骨料（石英砂、彩砂、陶粒等）、聚合物

59、改性材料（可再分散乳胶粉、纤维素醚等）和外加剂（减水剂、着色剂、消泡剂、膨胀剂等）以及惰性填料（石灰石粉、石英粉等）。尽管已有许多研究者 53-56所配制的装饰砂浆具有优良的抗裂性、粘结性、耐沾污性和耐久性以及丰富的装饰效果，但关于这些组成材料对水泥基饰面砂浆泛碱性能的影响的研究较少，特别是聚合物、外加剂和惰性填料对水泥基饰面砂浆泛碱程度的影响缺乏有效的试验数据进行定量分析。此外，水泥基饰面砂浆的泛碱程度与其孔结构密切相关，而孔结构的优劣又可以由砂浆吸水量和强度等宏观性能反映出来。因此，本章主要通过研究可再分散乳胶粉、纤维素醚、消泡剂和膨胀剂以及惰性填料等组成材料对饰面砂浆吸水量和力学性能影响

60、的基础上，初步探讨其对水泥基饰面砂浆初次泛碱程度和二次泛碱程度的影响。可再分散乳胶粉对水泥基饰面砂浆泛碱性能的影响可再分散乳胶粉是通过特殊的聚合物乳液喷雾干燥加工制成的，利用其失水干燥时的成膜特性来改进水泥基材料的应用性能。将可再分散乳胶粉掺入到水泥基饰面砂浆中，可以降低砂浆的抗压强度和弹性模量，并提高砂浆的抗折强度和抗裂性，从而大大提高水泥基材料与不同基材之间的粘结强度。另一方面，水泥水化硬化过程中，砂浆内部会产生许多孔隙，而可再分散乳胶粉成膜物可以填充到这些薄弱位置。为此，本节主要研究了不同掺量可再分散乳胶粉的砂浆试样 T1，养护 7天、28天的吸水量和力学性能，以及养护 1天浸水 8h后