纖維素醚改性水泥漿體性能研究

饒崇升

（湖北省建筑材料節(jié)能檢測(cè)中心，武漢 430071）

建筑砂漿是建筑工程必需使用的建筑材料之一［1］。近年來(lái)，隨著墻體保溫材料的大規(guī)模應(yīng)用，以及對(duì)外墻抗裂、抗?jié)B要求的提高，對(duì)砂漿的抗裂性能、粘結(jié)性能、施工性能提出了更高的要求［2，3］。傳統(tǒng)砂漿由于存在干縮性大，抗?jié)B性差、拉伸粘結(jié)強(qiáng)度低等缺點(diǎn)，常常不能滿足施工要求，或帶來(lái)裝飾材料脫落等問(wèn)題。如抹面砂漿，由于砂漿失水過(guò)快，導(dǎo)致凝結(jié)硬化的時(shí)間縮短，在大面積施工時(shí)，出現(xiàn)開(kāi)裂和空鼓等問(wèn)題，嚴(yán)重影響工程質(zhì)量［4］。傳統(tǒng)砂漿的失水過(guò)快，水泥水化不充分，造成水泥砂漿的開(kāi)放時(shí)間短，是影響砂漿性能關(guān)鍵。

纖維素醚具有良好的增稠和保水作用，在砂漿領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用［3－7］，并已經(jīng)成為改善砂漿保水性、提供施工性能不可缺少的外加劑，有效緩解了傳統(tǒng)砂漿在施工性和后期使用過(guò)程中水分散失的問(wèn)題［8］。用于砂漿的纖維素通常包括甲基纖維素醚（MC）、羥丙基甲基纖維素（HPMC），羥乙基甲基纖維素醚（HEMC）、羥乙基纖維素醚（HEC）等，其中，HPMC與HEMC應(yīng)用最為廣泛［9，10］。

該文主要研究纖維素醚對(duì)水泥漿體工作性（保水率、失水量和凝結(jié)時(shí)間）、力學(xué)性能（抗壓強(qiáng)度和拉伸粘結(jié)強(qiáng)度）、水化規(guī)律和微觀結(jié)構(gòu)的影響，為研究纖維素醚改性水泥漿體性能提供支持，為纖維素醚改性砂漿的應(yīng)用提供參考。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 原材料

水泥：武漢亞?wèn)|水泥公司生產(chǎn)的普通硅酸鹽水泥（P.O 42.5）水泥，比表面積為3 500cm2/g，水泥的化學(xué)組成見(jiàn)表1。

表1 水泥的化學(xué)組成 w/%

纖維素醚：市售羥丙基甲基纖維素醚（MC－5，MC－10，MC－20，粘度分別為5萬(wàn)Pa·S，100 000Pa·S，200 000Pa·S）

1.2 方法

力學(xué)性能：樣品制備過(guò)程中，纖維素醚摻量為水泥質(zhì)量的0.0%～1.0%，水灰比均為0.4。加水?dāng)嚢枨埃葘⒗w維素醚與水泥混合均勻。測(cè)試用樣品尺寸為40×40×40的水泥漿體。

凝結(jié)時(shí)間：測(cè)定方法按GB/T 1346—2001《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性檢驗(yàn)方法》進(jìn)行。

保水性：水泥漿體的保水性的檢測(cè)參照標(biāo)準(zhǔn)DIN 18555《無(wú)機(jī)膠凝材料砂漿的檢測(cè)方法》。

水化熱：實(shí)驗(yàn)采用美國(guó)TA儀器公司的TAM Air微量熱儀，水灰比為0.5。

水化產(chǎn)物：將水與纖維素醚攪拌均勻，然后制備水泥漿體，開(kāi)始計(jì)時(shí)，分別在不同時(shí)間點(diǎn)取樣，用無(wú)水乙醇終止水化，以備測(cè)試，水灰比為0.5。

2 結(jié)果與討論

2.1 力學(xué)性能

圖1給出了纖維素醚摻量對(duì)強(qiáng)度的影響規(guī)律。從圖1中可以看出，當(dāng)隨MC－10纖維素醚摻量的增加，3d、7d、28d的強(qiáng)度均下降；纖維素醚降低28d強(qiáng)度更顯著。圖2給出了纖維素醚黏度對(duì)強(qiáng)度的影響規(guī)律。從圖2中可以看出，無(wú)論是5萬(wàn)黏度還是10萬(wàn)、20萬(wàn)黏度的纖維素醚，均使3d、7d、28d強(qiáng)度下降，同時(shí)也可以看出，纖維素醚黏度對(duì)強(qiáng)度的影響并不顯著。

2.2 凝結(jié)時(shí)間

圖3給出了10萬(wàn)黏度的纖維素醚摻量對(duì)凝結(jié)時(shí)間的影響規(guī)律。從圖3中可以看出，隨MC－10摻量的增加，初凝時(shí)間和終凝時(shí)間均增加，當(dāng)摻量為1%時(shí)，初凝時(shí)間達(dá)到510min，終凝時(shí)間達(dá)到850min，與空白相比，初凝時(shí)間延長(zhǎng)210min，終凝時(shí)間延長(zhǎng)470min。圖4給出了纖維素醚黏度對(duì)凝結(jié)時(shí)間的影響規(guī)律。

從圖4中可以看出，無(wú)論是MC－5、MC－10還是MC－20，均可以延緩水泥凝結(jié)，但相比三種纖維素醚，初凝時(shí)間與終凝時(shí)間均隨黏度的增加而延長(zhǎng)。這是由于纖維素醚能在水泥顆?？晌接谒囝w粒表面，從而阻止水分與水泥顆粒接觸，從而延緩水泥水化。纖維素醚黏度越大，水泥顆粒表面的吸附層越厚，緩凝作用越顯著。

2.3 保水率

圖5給出了纖維素醚摻量對(duì)保水率的影響規(guī)律，從圖5中可以看出，隨摻量的增加，砂漿保水率增加，當(dāng)纖維素?fù)搅看笥?.6%時(shí)，保水率區(qū)域穩(wěn)定。但比較三種纖維素醚，黏度對(duì)保水率的影響存在差異，相同摻量下，保水率的大小關(guān)系為：MC－5≤MC－10≤MC－20。

2.4 水化熱

圖6給出了纖維素醚種類和摻量對(duì)水化熱的影響規(guī)律，從圖6中可以看出，隨MC－10摻量的增加，水化放熱逐漸降低，水化溫峰出現(xiàn)的時(shí)間后移；纖維素醚黏度對(duì)水化熱也存在較大的影響，隨黏度的增加，水化熱放降低顯著，水化溫峰出現(xiàn)時(shí)間后移明顯。說(shuō)明纖維素醚可延緩水泥水化，同時(shí)其緩凝效果與纖維素醚摻量和黏度有關(guān)，這與凝結(jié)時(shí)間的分析結(jié)果是一致的。

2.5 水化產(chǎn)物分析

圖7給出了1d水化產(chǎn)物的SEM分析，從圖7中可以看出，當(dāng)加入0.2%MC－10的纖維素醚時(shí)，可以看出大量未水化的孰料和結(jié)晶較好的鈣礬石，當(dāng)摻量增加至0.6%時(shí)，鈣礬石晶體明顯降低，這說(shuō)明纖維素醚可延緩水泥水化，同時(shí)延緩水化產(chǎn)物的形成。對(duì)比分析3種纖維素醚，可以發(fā)現(xiàn)MC－5可使水化產(chǎn)物中的鈣礬石結(jié)晶更規(guī)則，鈣礬石結(jié)晶更規(guī)則，這可能與纖維素醚的緩凝程度及在水泥顆粒表面水化層的厚度有關(guān)。

3 結(jié) 論

a.纖維素醚的加入會(huì)延緩水泥水化，推遲水泥硬化凝結(jié)，降低水化放熱，延長(zhǎng)水化溫峰出現(xiàn)時(shí)間，隨摻量和黏度的增加，緩凝效果增加。

b.纖維素醚可提高砂漿保水率，可改善薄層結(jié)構(gòu)等砂漿的保水性，其保水性與摻量與黏度有關(guān)，當(dāng)摻量超過(guò)0.6%時(shí)，保水效果增加不顯著。

［1］ Schmitz L，Ha cKer C J，張 量.纖維素醚在水泥基干拌砂漿產(chǎn)品中的應(yīng)用［J］.新型建筑材料，2006（7）：45－48.

［2］ 張發(fā)愛(ài).纖維素醚及其應(yīng)用［J］.化工新型材料，2001（11）：21－23.

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［7］ 蹇守衛(wèi)，馬保國(guó)，蘇 雷.纖維素醚改性砂漿的研究進(jìn)展［J］.硅酸鹽通報(bào)，2011（3）：560－566.

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