微沫劑對(duì)砂漿性能的影響研究

李熙，季曉麗

（上海力陽道路加固科技股份有限公司，上海 201599）

微沫劑是一種棕色半透明高分子膠狀物質(zhì)，常用松香及碳酸鈉為主要原料制備，是一種以松香鈉鹽為主體的憎水性陰離子表面活性劑。具有引氣、分散、潤濕等表面活性作用，其中以引氣作用尤為顯著，屬于松香類引氣劑中的一種。其作用機(jī)理主要有以下幾點(diǎn)：提高水泥漿體中水化產(chǎn)物分布的均勻程度[1]；降低砂漿中毛細(xì)管孔隙率；其吸附效應(yīng)增大了水泥漿體與集料界面的粘附力。

將微沫劑引入砂漿體系，經(jīng)過適當(dāng)?shù)臄嚢韬?，在砂漿中引進(jìn)了大量微小獨(dú)立的氣泡，這些球狀氣泡如滾珠一樣，可以大幅度地改善砂漿的和易性[2-3]；同時(shí)提高體系的均勻性，降低砂漿的泌水和離析；大量氣泡的引入大幅度地降低新拌砂漿的密度，降低產(chǎn)品對(duì)建筑的負(fù)荷。本文采用掃描電鏡和壓汞分析的手段，研究微沫劑在砂漿中引入氣泡的孔徑形貌及孔徑分布，就微沫劑的摻入對(duì)砂漿基本性能的影響進(jìn)行試驗(yàn)研究。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

水泥：海螺水泥廠生產(chǎn)的P·O42.5R水泥，實(shí)測(cè)3 d抗壓強(qiáng)度25.5 MPa，28 d抗壓強(qiáng)度49.6 MPa。

聚羧酸高效減水劑：西卡化學(xué)生產(chǎn)的Sika Viscocrete-225P高性能超塑化劑，pH值為4.5（20℃，40%溶液），堆積密度0.65 g/cm3，氯離子含量≤0.1%，堿含量≤2%。

微沫劑：由松香粉、純堿和水經(jīng)90～100℃持續(xù)加熱熬制皂化制備的膠狀體，融于熱水配制而成，發(fā)泡高度≥56 ml，pH值為8.5，有效成分含量為16.5%。

標(biāo)準(zhǔn)砂：廈門艾思?xì)W標(biāo)準(zhǔn)砂有限公司生產(chǎn)。

1.2 主要儀器

日立公司生產(chǎn)的臺(tái)式鎢燈絲掃描電鏡Hitachi TM4000，美國Quantachrome公司生產(chǎn)的Poremaster GT-60自動(dòng)壓汞儀，全自動(dòng)壓力機(jī)，行星式水泥砂漿攪拌機(jī)等。

1.3 試樣制備及測(cè)試

本試驗(yàn)固定砂灰比為2.0，通過調(diào)整用水量使砂漿流動(dòng)度控制在（140±5）mm。按配比稱量原材料，充分?jǐn)嚢杈鶆?，使微沫劑的表面活性充分發(fā)揮，成型40 mm×40 mm×160 mm試塊，標(biāo)準(zhǔn)條件下（溫度20℃，相對(duì)濕度≥95%）養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期后測(cè)試其性能。

砂漿的密度及28d抗壓強(qiáng)度按照J(rèn)GJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行測(cè)試。

取28 d齡期試塊，采用切塊法獲得觀察樣品，利用超聲波清潔后對(duì)樣品進(jìn)行冷凍干燥處理。通過壓汞分析研究砂漿試塊內(nèi)部孔徑分布情況，利用SEM掃描電鏡觀察孔徑形貌和尺寸。參照GB/T 21650.1—2008《壓汞法和氣體吸附法測(cè)定固體材料孔徑分布和孔隙度第1部分：壓汞法》進(jìn)行測(cè)試分析。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 微沫劑摻量對(duì)砂漿性能的影響（見表1）

表1 微沫劑摻量對(duì)砂漿性能的影響

由表1可以看出：

（1）隨著微沫劑摻量的增加，砂漿的密度呈線性下降趨勢(shì)，主要是因?yàn)槲⒛瓌┑膿郊訒?huì)引入大量密閉微小的氣泡，隨著微沫劑摻量的增加，引入砂漿體系的氣泡逐漸增多，因而體系的密度逐漸下降。

（2）隨著微沫劑摻量的增加，砂漿的28 d抗折強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度均逐漸降低。當(dāng)微沫劑摻量大于0.2%后，砂漿的28 d抗折強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度損失明顯增大。

（3）隨微沫劑摻量的增加，砂漿的壓折比基本呈逐漸降低的趨勢(shì)，表明微沫劑的摻加能有效改善砂漿體系的韌性。

綜合考慮，微沫劑摻量應(yīng)控制在0.2%以內(nèi)，能較大幅度降低體系的密度，改善體系的韌性，且體系的抗折與抗壓強(qiáng)度損失率均在20%以內(nèi)。

2.2 微沫劑對(duì)砂漿體系中孔結(jié)構(gòu)的影響

微沫劑摻量為0.2%的砂漿體系內(nèi)部氣泡形貌見圖1，孔徑分布見圖2。

由圖1可見，微沫劑的引氣效果顯著，在砂漿內(nèi)部C3S和C2S晶體周圍均勻分布著大量密閉不連通的氣泡，形貌呈較為規(guī)則的球形。微沫劑的摻加在砂漿體系中產(chǎn)生大量的密閉的氣泡，氣泡在漿體內(nèi)均勻分布，隨著水泥的逐漸硬化被固結(jié)在試塊內(nèi)部。在水泥硬化過程中，松香酸鈉分子的親水性加強(qiáng)了水泥顆粒表面與水的親和作用，減少水分流失[3]，提高體系的保水性。固結(jié)在試塊內(nèi)部的大量密閉不連通的氣泡降低了體系的體積吸水率，氣泡的出現(xiàn)增大了體系的比表面積，分散由于水分凍融而產(chǎn)生的應(yīng)力，從而提高了砂漿體系的韌性。

圖1 微沫劑摻量為0.2%的砂漿體系內(nèi)部氣泡形貌

圖2 微沫劑摻量為0.2%的砂漿孔徑分布

由圖2可以看出，微沫劑摻量為0.2%的砂漿破碎試樣表面氣泡孔徑在10 nm～100 μm內(nèi)均有分布，較為集中分布在50 nm～5 μm和10～100 μm范圍，微沫劑在砂漿體系內(nèi)產(chǎn)生的氣泡多為納米級(jí)。

3 結(jié)論

（1）隨著微沫劑摻量的增加，體系的密度和28 d抗壓、抗折強(qiáng)度逐漸下降，綜合考慮，微沫劑摻量應(yīng)控制在0.2%以內(nèi)，能較大幅度降低體系的密度，改善體系的韌性，且體系的抗折與抗壓強(qiáng)度損失率均在20%以內(nèi)。

（2）微沫劑的摻加為水泥砂漿中引入大量微小密閉的氣泡，氣泡呈密閉不連通的狀態(tài)，降低了體系中的毛細(xì)管孔隙率，隔斷了水進(jìn)出的通道，改善孔結(jié)構(gòu)的分布。內(nèi)部氣泡孔徑集中分布在50 nm～5 μm和10～100 μm范圍，以納米級(jí)氣泡居多。

（3）微沫劑的摻入具有較大的經(jīng)濟(jì)效益，能大幅度節(jié)省原材料，在工程應(yīng)用中，微沫劑摻量應(yīng)根據(jù)實(shí)際性能要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。大摻量微沫劑可用于多數(shù)輕質(zhì)建筑材料，如內(nèi)外墻裝飾材料、非承重墻體砌塊、輕集料混凝土等。降低對(duì)建筑物的負(fù)重，同時(shí)提高建筑材料的使用壽命。

（4）微沫劑作為一種常用的引氣劑，目前在應(yīng)用中仍要注意一些問題：一是微沫劑的穩(wěn)定性不夠理想，松香原材料的純度對(duì)微沫劑性能影響極大；二是應(yīng)用中的使用不當(dāng)，應(yīng)科學(xué)合理的設(shè)計(jì)配合比確定微沫劑摻量，且微沫劑的引氣效果對(duì)攪拌時(shí)間較為敏感，攪拌不足則引氣量，極低和易性較差，攪拌過長，會(huì)由于“破泡”導(dǎo)致和易性的變差，適當(dāng)?shù)臄嚢钑r(shí)間才能有效地發(fā)揮引氣效果。