新型稠化粉在建筑砂漿中的應(yīng)用研究

1、. 新型稠化粉在建筑砂漿中的應(yīng)用研究高昱1 巖2 王棟民1 左彥峰11.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)材料系， 1000832.城建四公司中心試驗(yàn)室， 100083摘要膨潤(rùn)土礦物學(xué)名稱(chēng)叫蒙脫石，以其超微細(xì)的組織構(gòu)造和特殊性能在國(guó)際上已被廣泛應(yīng)用于多個(gè)方面。以膨潤(rùn)土為主要原料的砂漿稠化粉不含石灰和引氣成分，可替代全部石灰膏用于混合砂漿中，摻稠化粉砂漿抗壓強(qiáng)度高，抗?jié)B性好，收縮值低，耐久性好，適用于所有砌筑和粉刷砂漿。本文通過(guò)宏觀比照性試驗(yàn)，建筑砂漿中摻復(fù)合外加劑和膨潤(rùn)土后，分層度比傳統(tǒng)的摻加石灰膏的砂漿明顯減小，早期強(qiáng)度提高，而且高于摻石灰膏砂漿的強(qiáng)度，但摻量?jī)H為石灰膏的1/5左右，且防水性能有所增強(qiáng)。通過(guò)微觀*

2、RD和SEM分析，發(fā)現(xiàn)抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B能力增加的原因在于水化充分、構(gòu)造密實(shí)。砂漿稠化粉的使用，提高和改善建筑工程質(zhì)量，促進(jìn)砂漿商品化進(jìn)程，并獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)具有環(huán)保意義。關(guān)鍵詞：膨潤(rùn)土；建筑砂漿；稠化粉AbstractBentonite (montorillonite clay in mineralogy) has been widely used in several conditions all over the world for its ultra-minute configuration and special function. When used as mortar thi

3、ckening powder，bentonite has no ponent of lime and air-entraining. So it can be used to replace the hydrous sulphate of lime used in blending mortar, which is totally different from traditional mortar. The mortar added this kind of thickening powder has high strength、anti-permeability and low systol

4、ic valueand it suits all kinds of walling and painting mortar. In this paper, some conclusions are made through macroscopical contrastive tests. Contrasting to traditional mortar added the hydrous sulphate of lime, the degree of dividing layer of the constructive mortar, which is added the bined adm

5、i*tures and bentonite, is obviously receded. Further more, early strength and strength of this new kind of mortar are higher than mortar added the hydrous sulphate of lime. But its adding value is only 20 per sent of the hydrous sulphate of lime, at the same time, the performance of waterproof and s

6、trength of felt are higher than traditional mortar.This paper intends to e*plore the microscopic mechanism of the interaction between bentonite and cement and the rules of the interaction with the method of macroscopic contrastive analysis and microcosmic *RDand SEM analysis.By such analysis, the pa

7、per intents to reveal the reason of strength and anti-penetrate improvement. That is the new thickening powder make the cement of mortarhydratesufficiently and the construction close-grained. This new kind of mortar thickening powder can improve constructionsquality, accelerate the progress of the m

8、ortars mercial, at the same time it will have a great significant benefit not only in economical but in environmental protection.Keywords:Bentonite; construction mortar; thickening powder前言廣泛使用的建筑砂漿按用途分為砌筑、抹灰和飾面砂漿，按組成可分為水泥石灰混合砂漿和水泥砂漿?；旌仙皾{保水性和可操作性好、易施工，但存在耐水差、收縮大、粘結(jié)強(qiáng)度低和耐久性差等缺點(diǎn)。水泥砂漿雖然克制了混合砂漿的缺點(diǎn)，但同時(shí)又存在

9、和易性差、泌水多、水泥用量偏高、砂漿硬化快等缺乏。加之，因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)攪拌存在環(huán)保問(wèn)題(產(chǎn)生大量粉塵),質(zhì)量難以控制,材料浪費(fèi)嚴(yán)重;混合砂漿及水泥砂漿,主要問(wèn)題是施工性能,耐久性不能相統(tǒng)一,對(duì)水泥砂漿來(lái)說(shuō),施工性不好,本錢(qián)高,很容易開(kāi)裂;雖然其他體系(摻加石灰精,引氣劑,保水劑,纖維素醚)來(lái)說(shuō),施工性能雖能得到保證,但本錢(qián)很高,具體對(duì)砌筑砂漿來(lái)說(shuō),本錢(qián)增加100-150元/m3，抹灰砂漿來(lái)說(shuō)本錢(qián)增加200元/m3。從行業(yè)開(kāi)展的趨勢(shì)來(lái)看，砂漿正如當(dāng)年的混凝土一樣在走向商品化，傳統(tǒng)的石灰膏類(lèi)保水增稠劑不能滿足實(shí)際大規(guī)模商品生產(chǎn)的需求，新型砂漿稠化粉成為建筑砂漿業(yè)進(jìn)一步開(kāi)展的必需。本文采用膨潤(rùn)土和其他外加

10、劑一起作為保水增稠劑，取代了石灰膏，在保證砂漿性能的同時(shí)，又節(jié)約了砂漿的本錢(qián)，降低了能耗，保護(hù)了環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了建筑砂漿的 “綠色開(kāi)展。1.原材料與試驗(yàn)方法1.1原材料膨潤(rùn)土:膨潤(rùn)土的礦物學(xué)名稱(chēng)叫蒙脫石1.蒙托石由納米級(jí)的顆粒(10-11-10-9m)組成, 國(guó)外稱(chēng)其為天然納米材料,也叫“萬(wàn)用土. 它是在地質(zhì)年代中由天然的火山灰變質(zhì)而成。膨潤(rùn)土由片狀硅酸鹽礦物組成的，屬于鋁硅酸鹽族。其化學(xué)成分和物理性能分別見(jiàn)表1和表2表1 膨潤(rùn)土的化學(xué)成分SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2O燒失量73.0616.171.632.102.720.400.393.53表2 膨潤(rùn)土的物理性能蒙托石含量

11、細(xì)度200目篩余密度g/cm386.46.80.85水泥:水泥廠的42.5級(jí)P.O水泥；砂:中砂，細(xì)度模數(shù)2.8,堆積密度1.34g/cm3;復(fù)合外加劑:由中國(guó)礦業(yè)大學(xué)材料系自主開(kāi)發(fā)。1.2試驗(yàn)方法砂漿配合比按JGJ2000“砌筑砂漿的配合比設(shè)計(jì)規(guī)程“設(shè)計(jì)，并按JGJ7090“建筑砂漿根本性能試驗(yàn)方法“的規(guī)定拌和成型試件，測(cè)定分層度、力學(xué)性能。拌和時(shí)用水量根據(jù)砂漿稠度而定，一般稠度宜在7090cm?？?jié)B壓力按JC4741999“砂漿、混凝土防水劑“的規(guī)定拌和成型試件，測(cè)定抗?jié)B壓力值。抗凍性：參照J(rèn)GJ 8285和建筑砂漿性能試驗(yàn)方法進(jìn)展。采用慢凍法氣凍水融，在1520溫度下凍3h，取出放于15

12、20水中融3h為一次凍融循環(huán)。1.3微觀試驗(yàn)方法1.3.1 水泥稠化粉凈漿 *射線衍射測(cè)試試驗(yàn)儀器：*射線衍射儀，*RM1203 瑪瑙三頭研磨機(jī)，真空枯燥箱 (ZD79 型)。試驗(yàn)步驟：1將到齡期的試樣用瑪瑙三頭研磨機(jī)磨碎，研磨時(shí)參加適量酒精以防止碳化，研磨約20分鐘。2取出磨好的混合物，放在濾紙上，一同放入抽氣機(jī)里將酒精濾掉。3) 將抽完酒精的濾紙和試樣一同放入真空枯燥機(jī)里枯燥。烘干后將試樣裝入試樣袋里封存，準(zhǔn)備做*衍射試驗(yàn)。4) 做*衍射試驗(yàn)。1.3.2. 掃描電鏡試驗(yàn)試驗(yàn)儀器：SEM儀，真空枯燥箱。試驗(yàn)步驟：1將到齡期的試樣放入真空枯燥箱里枯燥56小時(shí)，每組試樣取一小塊(15mm)，。2

13、) 對(duì)試樣做噴金處理。3) 放入SEM儀做掃描電鏡試驗(yàn)。2.試驗(yàn)結(jié)果討論2.1稠化粉建筑砂漿的性能2.1.1稠化粉建筑砂漿的配合比稠化粉本身就具有一定的強(qiáng)度，保證了砂漿后期強(qiáng)度增長(zhǎng)穩(wěn)定性。本文主要利用了膨潤(rùn)土的保水增稠觸變等性質(zhì)，通過(guò)復(fù)合外加劑對(duì)膨潤(rùn)土的改性，既利用了膨潤(rùn)土的保水增稠等作用，又控制了膨潤(rùn)土的極端膨脹性等有害作用，從而使砂漿的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)優(yōu)于傳統(tǒng)砂漿。膨潤(rùn)土、復(fù)合外加劑統(tǒng)稱(chēng)為新型砂漿稠化粉。通過(guò)對(duì)摻稠化粉砂漿配合比的優(yōu)化、復(fù)合外加劑的優(yōu)選得出的高性能的建筑砂漿配合比見(jiàn)表3。表3 摻稠化粉砂漿的配合比與工作性編號(hào)等級(jí)強(qiáng)度配合比/Kg稠度/mm分層度/mm水泥膨潤(rùn)土石灰膏砂水C1M5

14、212013813402057314C2M521217013402848413C3M7.5242010813402387511C4M7.524222013402757910C5M102710791340223715C6M1027130013402738913注：復(fù)合外加劑的摻量是膨潤(rùn)土的4。試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，摻稠化粉砂漿的工作性能良好，稠度控制在7090mm，分層度均在1015mm，滿足現(xiàn)行砂漿的標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)與摻石灰膏砂漿的比照，摻稠化粉砂漿的工作性優(yōu)于摻石灰膏砂漿的工作性，充分說(shuō)明了新型稠化粉替代石灰膏的可行性，分析原因在于膨潤(rùn)土特有的天然保水、增稠、觸變、潤(rùn)滑性2,提高了砂漿的工作和易性，延長(zhǎng)了

15、砂漿的可操作時(shí)間，是良好的保水增稠材料。2.1.2稠化粉建筑砂漿的力學(xué)性能研究按表3的配合比制備的砂漿的力學(xué)性能見(jiàn)表4。表4 摻稠化粉砂漿力學(xué)性能編號(hào)等級(jí)強(qiáng)度稠化石灰膏抗 壓 強(qiáng) 度/MPa強(qiáng)度抗?jié)B壓力/MPa粉7d28dC1C2C3C4C5C6M5M5M7.5M7.5M10M100801001165045029069813893108119116143124148138154020302040305 表4的結(jié)果說(shuō)明，摻稠化粉砂漿具有良好的力學(xué)性能，與等級(jí)強(qiáng)度值相比，7d抗壓強(qiáng)度均超過(guò)了100，28d抗壓強(qiáng)度分別到達(dá)了286、193、154，后期強(qiáng)度仍持續(xù)增長(zhǎng)。與摻石灰膏砂漿的抗壓強(qiáng)度相比，同

16、等級(jí)砂漿的7d、28d均要高出許多；不僅如此，抗?jié)B壓力也較摻石灰膏砂漿的高，這正是膨潤(rùn)土復(fù)合外加劑的綜合結(jié)果，膨潤(rùn)土具有保水增稠作用的同時(shí)還具有強(qiáng)度，保證了強(qiáng)度的穩(wěn)定增長(zhǎng)；此外，膨潤(rùn)土也具有吸水膨脹的作用，將砂漿中的微孔填充了，起到了密實(shí)的作用，這即為砂漿抗?jié)B性能提高的原因。 2.1.3稠化粉建筑砂漿的變形性能研究 摻稠化粉砂漿試件的枯燥收縮和水中自有膨脹試驗(yàn)見(jiàn)表5。表5摻稠化粉砂漿試件變形性能編號(hào)等級(jí)強(qiáng)度稠化粉/%石灰膏/%28d干收縮率/%28d水中自由膨脹率/%C1C2C3C4C5C6M5M5M7.5M7.5M10M10080100116504502900.0210.0160.0280.

17、0210.0350.0280.1750.1800.1730.1750.1630.167表5的結(jié)果說(shuō)明，摻膨潤(rùn)土砂漿具有微膨脹的作用。28d枯燥收縮率較低。28d水中自由膨脹率在0.1%0.2%,而且隨膨潤(rùn)土摻量的提高有降低的趨勢(shì)。同等級(jí)砂漿相比來(lái)看，摻膨潤(rùn)土砂漿的枯燥收縮要低于摻稠化粉砂漿的，而水中自由膨脹率要大于摻石灰膏砂漿的，說(shuō)明了摻膨潤(rùn)土砂漿具有更好的穩(wěn)定性。2.1.4稠化粉建筑砂漿的抗凍性研究試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。表6 稠化粉砂漿的抗凍性數(shù)據(jù)表編號(hào)等級(jí)強(qiáng)度稠化粉/%石灰膏/%90d抗壓強(qiáng)度/MPa凍融15次后抗壓強(qiáng)/MPa強(qiáng)度損失率/%質(zhì)量損失率/%C1C2C3C4C5C6M5M5M7.5M

18、7.5M10M100801001165045029013.516.814.217.615.318.611.616.412.117.113.018.013.82.114.72.615.23.12.81.62.51.32.11.2試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明:1同等級(jí)相比，就后期強(qiáng)度的增長(zhǎng)而言，摻稠化粉砂漿的增幅要高于摻石灰膏砂漿的增幅，外表了稠化粉在砂漿后期強(qiáng)度增長(zhǎng)中發(fā)揮了作用；2凍融循環(huán)后，摻石灰膏砂漿的強(qiáng)度損失率較大，質(zhì)量損失率也較大，而摻稠化粉砂漿的強(qiáng)度損失率、質(zhì)量損失率都較??；3就不同強(qiáng)度等級(jí)而言，隨著膨潤(rùn)土的摻量增大，凍融循環(huán)后強(qiáng)度、質(zhì)量損失率都將增大。2.1.5機(jī)理分析從前面的工作和易性、力學(xué)性能、

19、變形性能、抗凍性宏觀試驗(yàn)，不難看出，由膨潤(rùn)土和復(fù)合外加劑組成的砂漿稠化粉制得的砂漿的工作和易性、力學(xué)性能和耐久性都能滿足建筑砂漿的使用要求，并且各方面性能要優(yōu)于以石灰膏為保水增稠劑砂漿的；筆者也作了摻膨潤(rùn)土砂漿的試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其早期強(qiáng)度低，后期強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢，為此參加了復(fù)合外加劑，從而解決了摻膨潤(rùn)土的弊端。為找到稠化粉砂漿宏觀上優(yōu)異性能找到微觀機(jī)理的解釋?zhuān)诌M(jìn)展了*衍射和掃描電鏡試驗(yàn)，試樣為M7.5級(jí)配合比同前，未摻砂，水膠比0.4，試驗(yàn)旨在比照復(fù)合外加劑對(duì)膨潤(rùn)土改性復(fù)配的機(jī)理，并由此進(jìn)一步解釋了稠化粉的作用機(jī)理。*衍射比照?qǐng)D見(jiàn)圖1。圖1摻稠化粉和單摻膨潤(rùn)土的水泥凈漿的*衍射圖樣比照?qǐng)D。上圖為摻稠化

20、粉凈漿試樣，下列圖為單摻膨潤(rùn)土凈漿試樣從圖1中可以看出摻稠化粉的凈漿體系28天齡期的CH水泥水化產(chǎn)物三強(qiáng)峰值3比未摻復(fù)合外加劑凈漿體系體系的低，從化學(xué)反響平衡理論可得當(dāng)水泥水化反響生成物氫氧化鈣CH的濃度降低，進(jìn)一步加快水泥水化反響，復(fù)合外加劑與CH結(jié)合，生成的硫鋁酸鹽的三強(qiáng)峰值比未摻復(fù)合外加劑的有所上升，而硫鋁酸鹽也可以使砂漿產(chǎn)生強(qiáng)度，說(shuō)明前者水化比后者充分，這正是前者強(qiáng)度較后者高的原因。SEM試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2、3，放大倍數(shù)為2000。圖2摻膨潤(rùn)土凈漿的SEM圖圖 摻稠化粉凈漿的SEM圖從圖2、3中可以看出，摻膨潤(rùn)土凈漿的SEM中，構(gòu)造不夠密實(shí)，孔隙較多，而后者的構(gòu)造教密實(shí)，從而使?jié){體抗壓強(qiáng)度和抗?jié)B性能得到提高；前者的絮狀水化硅酸鈣較分散，很明顯后者的絮狀水化硅酸鈣分布較密集。2.2應(yīng)用分析 綜上所述，稠化粉在實(shí)際應(yīng)用中具有以下優(yōu)點(diǎn):1稠化粉為粉狀干物料，而石灰膏含水達(dá)50，并且用量?jī)H為石灰膏的20。因此，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善作業(yè)環(huán)境。2稠化粉不含石灰，防止了砂漿因石灰過(guò)燒或消化不良等因素而導(dǎo)致砂漿層起殼、爆