材料组成对干粉砂浆性能的影响

材料组成对干粉砂浆性能的影响

庄梓豪,韦江雄,赵三银,饶平根,余其俊

1 前言
有针对性地在砂浆中掺入有机和无机组分,可以起到改善与提高砂浆工作性能和使用性能。但较多种类的有机和无机材料的掺入,会增加了材料内部组成、水化与硬化过程以及硬化体结构的复杂
性;而且,如果材料种类选用不当或使用量不合适,还会起到反作用和增加生产成本。已有研究表明[1] :砂浆中掺入甲基羟乙基纤维素能显著提高砂浆的保水性能和黏附力,减少砂浆的开裂和提高挂瓷砖性能。但是,甲基羟乙基纤维素的掺加又会在砂浆中引入大量的气泡,砂浆的空隙率大大增加,从而使得砂浆的强度和抗渗性能大大降低[ 2 ]。此外,甲基羟乙基纤维素价格昂贵,是提高砂浆生产成本和阻碍干拌砂浆推广的最主要因素。
本研究采用保水性能良好的改性无机矿粉(M)部分取代甲基羟乙基纤维素,在满足砂浆保水性能的基础上,能够提高砂浆的强度、抗渗等性能和降低砂浆的生产成本。在研究甲基羟乙基纤维素和M对保水性影响的基础上,进一步采用正交试验方法,优化了砂浆组成,最终确定干粉砂浆的生产配比。

表1 是《深圳市工程建设规范干拌砂浆生产与应用技术规程》中规定的一些关于干拌砂浆的技术指标[3]。

2 原材料与试验
2.1 原材料
P.O 42.5 水泥:珠江水泥厂生产;中砂:细度模数2.33 ;甲基羟乙基纤维素 :C8564纤维素醚,德国产 ;可再分散乳胶粉 :主要成分为乙烯基共聚物,法国产 ;改性无机矿粉(M) :白色粉末,呈片状结晶,易溶于水,水溶液呈糊状,具有良好的保水性能,市场参考价格<1000元/t ;拌和水:自来水。

2.2 试验方法
砂浆试样的养护、抗压和抗折强度参照GB/T17671-1999执行[4] ;稠度、保水率和粘结强度均参照深圳市工程建设规范《干拌砂浆应用技术规程》和中华人民共和国电力行业标准DL/T 5126-2001《聚合物改性砂浆试验规程》[5]中的有关规定执行。其中粘结强度试验根据文献[5]所示方法进行,在7 0 m m*7 0 m m*2 0 m m 的基体表面上成型4 0 m m*40mm*10mm 的砂浆试体,养护至规定龄期后,采用专用模具在5567型Instron万能试验机上进行。

2.3 试验
2.3.1 单组分的影响
试验所用灰砂比为3:7,水灰比为0.5。M 的掺量为水泥掺量的0~10%,甲基羟乙基纤维素的掺量为水泥掺量的0~0.35%。在一定水灰比情况下,甲基羟乙基纤维素和M 对砂浆保水性能的影响如图1和图2 所示。

2.3.2 多组分的协同作用
采用正交试验方法,研究甲基羟乙基纤维素、乳胶粉和M 的复掺对干粉砂浆强度、保水率和粘结力的影响。试验所用灰砂比为3:7,砂浆稠度控制在85~95 mm 之间,拌合水用量根据砂浆稠度确定。试验配比详见表2 和表3。

3 结果与讨论
3.1 甲基羟乙基纤维素和M对砂浆保水性能的影响
从图1 和图2 可知,甲基羟乙基纤维素和M 都能提高砂浆的保水率。随着甲基羟乙基纤维素掺量的增加,砂浆的保水率迅速上升,当其掺量达到水泥质量的0.35%,砂浆的保水率达到99%;而M 在掺量低于6%时,保水率随其掺量提高幅度较大,但在掺量超过6%之后,砂浆的保水率变化不敏感。这表明,M 在小掺量的情况下能显著提高砂浆的保水率,用其部分取代价格昂贵的甲基羟乙基纤维素能在维持砂浆保水率的基础上降低生产成本。

3.2 正交试验结果
在正交试验设计中,用M部分取代甲基羟乙基纤维素,并且掺加可再分散乳胶粉,实现砂浆性能的优化。甲基羟乙基纤维素的掺量范围为0.1%~0.3%,可再分散乳胶粉为2%~4%,M 为2%~6%。
根据砂浆的抗压抗折强度、保水率和7天粘结强度三个方面探讨外加剂对砂浆性能的影响。试验采用L9(33)的三因素三水平的正交试验表进行,选用甲基羟乙基纤维素、可再分散乳胶粉和M 作为变化的三个因素。正交试验结果如表4 所示,方差分析如表5 所示。


3.2.1 正交试验结果分析
(1) 强度分析。甲基羟乙基纤维素会显著地降低砂浆抗压和抗折强度,乳胶粉能提高砂浆的抗折强度,而M 略能提高砂浆早期抗压强度。三种外加剂复掺,砂浆的折压比提高,表明砂浆的柔顺性也提高。各因素对抗压强度影响显著性如下 :甲基羟乙基纤维素>可再分散乳胶粉>M。对抗折强度影响显著性如下:可再分散乳胶粉>甲基羟乙基纤维素>M。
(2) 保水率分析。甲基羟乙基纤维素能非常显著提高砂浆保水率,M 能显著提高对砂浆保水率,正交分析的结果与单组分分析的结果是一致的,而可再分散乳胶粉对砂浆保水率的影响不显著。各因素影响大小顺序如下:甲基羟乙基纤维素>M>可再分散乳胶粉。
(3) 粘结强度分析。可再分散乳胶粉能显著提高砂浆粘结强度,主要是由于其能够在砂浆形成连续的聚合物膜,改善C-S-H 凝胶和砂浆界面的黏结性能[7],而M对黏结强度影响不显著。各因素影响顺序如下:可再分散乳胶粉>甲基羟乙基纤维素>M。

3.2.2 正交试验最佳配比确定
甲基羟乙基纤维素(A)能显著提高砂浆的保水性和粘结强度,从而能够有效地解决砂浆由于早期失水而造成开裂、空鼓等常见问题,所以选择A3,即甲基羟乙基纤维素掺量为0.3%。可再分散乳胶粉(B)能提高砂浆的抗折强度和粘结强度,但其价格昂贵,所以选择B1,即可再分散乳胶粉的掺量为2%。改性无机矿粉M(C)能提高砂浆的保水性,掺加M是为了部分取代甲基羟乙基纤维素,在维持砂浆保水率的基础上,降低砂浆生产成本,所以选择C3,即M 的掺量为6 % 。
采用正交试验方法,经过优化研究最终确定外加剂的最佳配比为0.3% 甲基羟乙基纤维素、2% 可再分散乳胶粉和6% 改性无机矿粉(M),即正交试验中7#配比,即能满足砂浆的施工性能,又能降低砂浆的成本。其性能如表6 所示。

由表6 可知,该砂浆28 天强度等级达M10,其7 天粘结强度达0.78 MPa。在砂浆稠度为91 mm时,其保水率达97.5%,可满足砂浆保水性能,从而解决开裂等问题。此外,由于其具有良好的流动性能,可满足机械喷涂施工的要求,提高施工效率。砂浆抗渗试验结果表明,砂浆在抗渗压力达1.5MPa 时,砂浆未被击穿,渗水高度为12 mm,可满足防水砂浆的要求。

4 结论
(1) 甲基羟乙基纤维素能显著提高砂浆的保水性,当其掺量达到水泥质量的0.35%,砂浆的保水率达到99%。但会降低砂浆的强度,特别是早期强度,且其价格十分昂贵,大量掺加会增加砂浆的生产成本。
(2) 可再分散乳胶粉能提高砂浆的抗折强度,提高砂浆的粘结强度,但其价格也非常昂贵。
(3) 改性无机矿粉M 能改善砂浆的保水性,而且价格便宜,部分取代甲基羟乙基纤维素能极大地降低砂浆的生产成本。其部分取代甲基羟乙基纤维素,略能提高砂浆的强度,特别是早期强度。
(4) 本试验确定干拌砂浆外加剂的最佳配比为 :0.3% 甲基羟乙基纤维素、2% 可再分散乳胶粉和6%改性无机矿粉M 。
  
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http://www.ctdisk.com/file/4186813

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