開放時(shí)間調(diào)節(jié)劑對濕拌砂漿性能的影響

張小芳，鐘麗娜，方云輝，柯余良，郭元強(qiáng)

（科之杰新材料集團(tuán)有限公司，福建 廈門 361100）

基于貫徹綠色發(fā)展理念，遵循節(jié)能生態(tài)、綠色、環(huán)保的現(xiàn)代化城市建設(shè)發(fā)展模式，依據(jù)生態(tài)文明城市建設(shè)的要求，落實(shí)《中共中央、國務(wù)院關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見》（中發(fā)[2016]6號文）的精神。禁止現(xiàn)場攪拌砂漿，推廣預(yù)拌砂漿，已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)共識(shí)和行業(yè)政策。其中，濕拌砂漿作為預(yù)拌砂漿的一種類別，為提升建筑品質(zhì)、降低成本、提高效率、減少環(huán)境污染、綜合利用資源、推廣綠色建筑方面提供了重要保證。

濕拌砂漿是指水泥、細(xì)集料、外加劑和水以及根據(jù)性能確定的各種組分，按一定的比例，在攪拌站經(jīng)過計(jì)量、拌制后，采用攪拌運(yùn)輸車運(yùn)至使用地點(diǎn)，放入專用容器儲(chǔ)存，并在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)使用完畢的拌合物[1]。濕拌砂漿開放時(shí)間，是指自砂漿加水?dāng)嚢杵?，拌合物保持可操作性、可施工性的時(shí)間。而不摻加外加劑的濕拌砂漿開放時(shí)間一般為2～5 h，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足施工的要求，是制約其快速發(fā)展的技術(shù)瓶頸。目前市面上濕拌砂漿外加劑存在開放時(shí)間不足、可施工性差、砂漿后期強(qiáng)度損失較大的缺點(diǎn)[2]。因此，市場上也紛紛出現(xiàn)了開放時(shí)間調(diào)節(jié)劑產(chǎn)品，它是一種能延長調(diào)節(jié)水泥水化反應(yīng)，調(diào)節(jié)砂漿凝結(jié)時(shí)間的外加劑，使?jié)癜枭皾{運(yùn)輸?shù)焦さ刂竽鼙３忠欢〞r(shí)間的施工性，同時(shí)施工后的砂漿能盡快凝結(jié)硬化，能很好地滿足施工進(jìn)度的需要。但現(xiàn)階段對于開放時(shí)間調(diào)節(jié)劑對濕拌砂漿性能會(huì)產(chǎn)生哪些影響，尚未見相關(guān)的報(bào)道。

本文選擇市場上4種類型的開放時(shí)間調(diào)節(jié)劑：多羥基碳水化合物類、有機(jī)磷酸類、胺類聚合物類、羧酸鹽類，研究不同類型產(chǎn)品對濕拌砂漿稠度損失、保水性能、28 d抗壓強(qiáng)度、14 d拉伸粘結(jié)強(qiáng)度比等的影響，并對相應(yīng)試樣進(jìn)行SEM微觀分析，可為開放時(shí)間調(diào)節(jié)劑的推廣應(yīng)用提供指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

水泥：P·I 42.5基準(zhǔn)水泥，其主要化學(xué)成分和物理力學(xué)性能如表1和表2所示；砂：符合GB/T 14684—2011《建設(shè)用砂》中2區(qū)天然砂的規(guī)定，細(xì)度模數(shù)為2.6～2.8，含泥量不大于1.0%；水：符合JGJ 63—2006《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定；開放時(shí)間調(diào)節(jié)劑：濃度20%的多羥基碳水化合物類（K-1）、有機(jī)磷酸類（K-2）、胺類聚合物類（K-3）和羧酸鹽類（K-4），市售。

表1 水泥的主要化學(xué)成分 %

表2 水泥的物理力學(xué)性能

1.2 試驗(yàn)方法

（1）濕拌砂漿的膠砂比為1∶4，調(diào)整用水量使砂漿的稠度為80～90 mm。

（2）將開放時(shí)間調(diào)節(jié)劑配制成濃度20%的溶液，摻量按廠家推薦摻量（0～1.6%）進(jìn)行試驗(yàn)。

1.3 測試與表征

（1）濕拌砂漿的稠度、保水率、抗壓強(qiáng)度、14 d拉伸粘結(jié)強(qiáng)度和含氣量測試：按JGJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定進(jìn)行。

（2）SEM分析：將開放時(shí)間調(diào)節(jié)劑按照水膠比為0.3制成水泥凈漿，采用20 mm×20 mm×20 mm的試模成型，制備凈漿測試試樣，標(biāo)準(zhǔn)水養(yǎng)至28 d，破碎取中間部分留樣，用無水乙醇進(jìn)行終止水化，烘干，進(jìn)行SEM分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 開放時(shí)間調(diào)節(jié)劑種類對濕拌砂漿稠度損失率的影響

為了研究摻不同開放時(shí)間調(diào)節(jié)劑濕拌砂漿在不同開放時(shí)間的稠度損失率，選擇4種開放時(shí)間調(diào)節(jié)劑摻量均為0.8%，測試開放時(shí)間分別為0、6、8、10、12 h時(shí)的稠度損失率，并與空白樣進(jìn)行對比，結(jié)果如圖1所示。

圖1 開放時(shí)間調(diào)節(jié)劑種類對濕拌砂漿稠度損失率的影響

由圖1可知，空白樣在4 h后的稠度損失率≥30%，失去施工性能；而摻入開放時(shí)間調(diào)節(jié)劑后，在6 h內(nèi)稠度損失率變化不大，在8～12 h出現(xiàn)突變，隨著存放時(shí)間延長，稠度損失率增大，在10 h內(nèi)稠度損失率≤30%。因此，以下對不同摻量的開放時(shí)間調(diào)節(jié)劑在10 h的稠度損失率進(jìn)行研究。

2.2 開放時(shí)間調(diào)節(jié)劑摻量對濕拌砂漿10 h稠度損失率的影響

選擇4種開放時(shí)間調(diào)節(jié)劑摻量分別為0、0.4%、0.8%、1.2%和1.6%進(jìn)行對比試驗(yàn)，以確定在不同摻量下開放時(shí)間為10 h時(shí)是否具有可施工性能，結(jié)果如圖2所示。

圖2 開放時(shí)間調(diào)節(jié)劑摻量對濕拌砂漿10 h稠度損失率的影響

由圖2可知，隨著開放時(shí)間調(diào)節(jié)劑摻量的增加，稠度損失率逐漸減小，在0.4%～1.6%摻量范圍，稠度均能滿足施工要求。其中以K-1最佳，在0.4%～1.6%摻量范圍內(nèi)稠度損失率均＜25%；其次是K-4，在0.8%～1.6%摻量范圍內(nèi)稠度損失率均＜25%，而K-2和K-3的性能較差，需在摻量≥1.2%時(shí)，稠度損失率才能達(dá)到＜25%。由此可見，含多羥基碳水化合物類更能延緩水泥水化，減少砂漿稠度損失。

2.3 開放時(shí)間調(diào)節(jié)劑種類對濕拌砂漿保水性能的影響

砂漿保水性是指砂漿保持水分的能力。保水性不良的砂漿在使用過程中會(huì)出現(xiàn)泌水、流漿，使砂漿與基底粘結(jié)不牢，且由于失水影響砂漿正常的粘結(jié)硬化，使砂漿的強(qiáng)度降低，不利于施工。為了研究不同開放時(shí)間調(diào)節(jié)劑對砂漿保水性能的影響，選擇4種開放時(shí)間調(diào)節(jié)劑摻量為0.8%，測試初始和10 h保水性能，并與空白樣進(jìn)行對比，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 開放時(shí)間調(diào)節(jié)劑種類對濕拌砂漿初始和10 h保水率的影響

由圖3可知，相比空白樣，摻入4種開放時(shí)間調(diào)節(jié)劑后均能提高濕拌砂漿的保水率，但保水率均小于88%；相比初始保水率，10 h保水率均有所增大，4種開放時(shí)間調(diào)節(jié)劑的保水性能順序?yàn)椋篕-1＞K-3≈K-4＞K-2。其中，多羥基碳水化合物類樣品K-1的保水率最佳，且未出現(xiàn)泌水現(xiàn)象。由此可見，摻入開放時(shí)間調(diào)節(jié)劑可以提高砂漿的保水率，但未能滿足施工要求，建議使用開放時(shí)間調(diào)節(jié)劑時(shí)應(yīng)與增稠劑復(fù)配使用，提高保水性能。

2.4 開放時(shí)間調(diào)節(jié)劑摻量對濕拌砂漿28 d抗壓強(qiáng)度的影響

為了研究不同摻量的開放時(shí)間調(diào)節(jié)劑對濕拌砂漿28 d抗壓強(qiáng)度的影響，將4個(gè)樣品各選擇0、0.4%、0.8%、1.2%和1.6%摻量進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果如圖4所示。

圖4 開放時(shí)間調(diào)節(jié)劑摻量對濕拌砂漿28 d抗壓強(qiáng)度的影響

由圖4可知，隨著開放時(shí)間調(diào)節(jié)劑摻量增大，濕拌砂漿28 d強(qiáng)度先略有增大，在摻量大于0.8%時(shí)，增大較不明顯。對比4個(gè)樣品的28 d抗壓強(qiáng)度順序?yàn)椋篕-1＞K-4＞K-3＞K-2，由此可見，摻多羥基碳水化合物類開放時(shí)間調(diào)節(jié)劑的濕拌砂漿28 d抗壓強(qiáng)度最高。

2.5 開放時(shí)間調(diào)節(jié)劑種類和摻量對濕拌砂漿14 d拉伸粘結(jié)強(qiáng)度比的影響（見圖5）

圖5 開放時(shí)間調(diào)節(jié)劑種類和摻量對濕拌砂漿14 d拉伸粘結(jié)強(qiáng)度比的影響

由圖5可知，摻入4種開放時(shí)間調(diào)節(jié)劑后均能提高濕拌砂漿的14 d拉伸粘結(jié)強(qiáng)度比，隨著開放時(shí)間調(diào)節(jié)劑摻量增加，摻K-1和K-4濕拌砂漿的14 d拉伸粘結(jié)強(qiáng)度比逐漸增大；而摻K-2和K-3的濕拌砂漿則隨摻量的增加呈先增大后減小，當(dāng)摻量為1.2%時(shí)，14 d拉伸粘結(jié)強(qiáng)度比最大。摻4種開放時(shí)間調(diào)節(jié)劑砂漿的14 d拉伸粘結(jié)強(qiáng)度比順序?yàn)椋篕-1＞K-4＞K-2≈K-3。由此可見，摻多羥基碳水化合物類開放時(shí)間調(diào)節(jié)劑K-1的濕拌砂漿14 d拉伸粘結(jié)強(qiáng)度比最大。

2.6 SEM微觀分析

圖6為4種開放時(shí)間調(diào)節(jié)劑摻量均為0.8%及空白水泥凈漿水化7 d時(shí)的SEM照片。

由圖6可以看出：在水化7 d時(shí)，空白樣品的結(jié)構(gòu)較為疏松，孔隙較多，出現(xiàn)較多短柱狀的鈣礬石AFt和網(wǎng)狀的C-SH凝膠，說明水泥顆粒表面的水化產(chǎn)物已經(jīng)形成，但是未能看見較為明顯的特征水化產(chǎn)物，由此推斷水化程度較低；而摻入開放時(shí)間調(diào)節(jié)劑后有大量的C-S-H凝膠和鈣礬石生成，漿體結(jié)構(gòu)相對更加密實(shí)，宏觀表現(xiàn)為濕拌砂漿強(qiáng)度顯著提高。其中，摻K-1的樣品還可明顯看到出現(xiàn)了板狀結(jié)構(gòu)的硫酸鋁鈣AFm，而其它樣品則較少，這也是摻K-1砂漿28 d抗壓強(qiáng)度相對最高的原因。

圖6 開放時(shí)間調(diào)節(jié)劑摻量均為0.8%及空白水泥凈漿水化7 d時(shí)的SEM照片

3 結(jié)論

（1）摻入開放時(shí)間調(diào)節(jié)劑K-1、K-2、K-3、K-4均能減小濕拌砂漿的稠度損失。在6 h內(nèi)稠度損失率變化不大，在8 h到12 h出現(xiàn)突變，4種開放時(shí)間調(diào)節(jié)劑摻量為0.8%時(shí)，10 h內(nèi)濕拌砂漿的稠度損失率均≤30%，因此確定開放時(shí)間考察時(shí)間為10 h。

（2）通過考察不同摻量開放時(shí)間調(diào)節(jié)劑對濕拌砂漿10 h稠度損失率的影響可知，多羥基碳水化合物類樣品K-1的性能最佳，其次為K-4，最后是K-2和K-3。

（3）摻入4種開放時(shí)間調(diào)節(jié)劑均能提高濕拌砂漿的保水率，10 h后保水率均較初始保水率有所增大，但摻量為0.8%時(shí)保水率均小于88%，因此單獨(dú)使用開放時(shí)間調(diào)節(jié)劑不能滿足施工要求。4個(gè)樣品的保水性能排序?yàn)椋篕-1＞K-3≈K-4＞K-2。

（4）摻入4種開放時(shí)間調(diào)節(jié)劑均能提高濕拌砂漿的28 d抗壓強(qiáng)度和14 d拉伸粘結(jié)強(qiáng)度比，其中以摻K-1砂漿的性能最佳。

（5）SEM分析表明，摻入開放時(shí)間調(diào)節(jié)劑能使?jié)癜枭皾{體系漿體結(jié)構(gòu)相對更加密實(shí)，因此強(qiáng)度得到顯著提高。