新型干混砂浆增稠保水外加剂的研究

新型干混砂浆增稠保水外加剂的研究

杨芳芳1,汤静芳2,郑素群1
(1.浙江华特新材料股份有限公司,浙江 临安 311300;2.浙江华特实业集团有限公司,浙江 临安 311300)

1 前言
近年来,为了提高和稳定砂浆质量,实现文明施工和保护环境,我国部分大城市已开始推行干混砂浆,而且干混砂浆已列入我国21世纪重点发展的十大建筑材料之一。干混砂浆是经烘干筛分处理的细集料与无机胶结料、保水增稠材料、矿物掺和料和添加剂按一定比例混合而成的一种颗粒状或粉状混合物,其中化学添加剂的使用是干粉砂浆与传统砂浆的最大区别之一。目前,干粉砂浆中应用最广泛的化学添加剂是纤维素醚类,主要用来控制砂浆的稠度、抗流挂性及保水性,纤维素醚类外加剂具有用量小、保水性好、粘聚力高、耐久性好等特点[1]。但其施工操作性不好,而且纤维素醚本身具有引气作用,掺量过大会带来降低砂浆的强度、增加干燥收缩等弊病[2]。另外,纤维素醚类产品市场价格较高,产品售价一般在3~7万元/t,这也在一定程度上阻碍了干粉砂浆在国内的应用进展。因此,研制一种新型的具有改善砂浆施工性、保水性、抗流挂性,且具有经济价值的纤维素醚替代品十分必要。膨润土是以蒙脱石为主要成分的粘土,其特殊的结构使之具有许多优良的性能,如阳离子交换性、膨胀性、粘结性和触变性等,加之膨润土原矿成本较低,因此被广泛应用在各工业领域。在砂浆外加剂方面,国外已有产品推向市场,但国内未见有相关报道。本文以膨润土为主要原料,对膨润土复合材料作为干混砂浆增稠保水外加剂进行了研究。

2 试验方法及结果讨论
2 . 1 原材料
膨润土取自浙江华特实业集团膨润土堆料场;水泥为42.5级普通硅酸盐水泥;石英砂粒度为30~120目;可再分散乳胶粉为国民淀粉化学有限公司的FX2350型号乳胶粉;纤维素醚为苏州天普化工股份有限公司的HK75000s型号纤维素醚;膨润土复合材料为自制(以下简称为BP-WT)。

2 . 2 试验方法
抗流挂性根据EN1308测试;保水性根据JG/T230-2007砂浆保水性试验方法测试;粘度及触变指数采用Brookfield DV-Ⅱ+ Pro粘度计测定。

2.3 试验结果及讨论
(1) 膨润土复合材料性能试验。
本试验采用的测试系统原料质量比(%)为:水泥35.4、石英砂61.2、干粉乳胶3.0、流变助剂0.4。试验结果见表1。
表1 膨润土复合材料对砂浆性能的影响

由表1可见,使用纤维素醚时,砂浆的抗流挂及触变性能不好。采用BP-WT作为流变助剂,砂浆的抗流挂性有所改善,触变性能明显提高。
(2) 兑水比例试验。
在试验中,我们发现随着BP-WT用量的增加,砂浆粘度急剧降低,考虑到这可能也是影响砂浆抗流挂性能的主要因素,降低兑水量,增加砂浆粘度,试验结果见表2。
表2 兑水比例对砂浆性能的影响

由表2可见,随着兑水量的减少,砂浆粘度逐渐增大,抗流挂得到改善。但当兑水量低于原兑水量80%时,由于砂浆粘度太大,施工性能差。在砂浆保水性及触变性能无明显损失的前提下,最佳兑水量采用原兑水量80%。

(3) 对比试验。
试验结果见表3。

美国竞争产品与纤维素醚复配使用,砂浆各项指标均最好,但此产品价格昂贵,且不能单独使用,推广应用比较困难。

3 BP-WT的作用机理及其优点
BP-WT的作用机理可从其主要组成矿物蒙脱石的结构入手来解释。蒙脱石是由两层硅氧四面体和一层夹于其间的铝(镁)氧(羟基)八面体构成的2∶1型层状硅酸盐矿物。其结构具有两个特点:四面体中有少量的Si4+被Al3+置换,八面体中有少量的Al3+被Mg2+置换,由于这些多面体中高价离子被低价离子置换,造成晶体层间产生永久性负电荷;晶体层与层之间以较弱的范德华力连接。前者使粘土颗粒表面能自发地吸附反电荷离子(阳离子)形成络合物或有机/无机复合物;后者使水分子易于进入晶胞层间发生膨胀。膨润土在水分散体系中可高度分散搭接形成网络结构,使大量的自由水转变成束缚水,而形成非牛顿液体类型的触变性凝胶。它的粘度对于悬浮液体系的稳定性具有重要影响,并与剪切速率有关。在高剪切力作用下,网络遭到结构破坏,凝胶转化为低粘滞性的悬浮液;在低剪切力或静置状态下,又恢复到初始凝胶网络结构的均相塑性体状态,粘度逐渐增大。在外力作用下悬浮液与胶体可以无限转化。基于上述原因,加入BP-WT可使砂浆保水性能提高,触变性及抗流挂性能变好。
BP-WT作为干混砂浆增稠保水外加剂的优点:
(1) BP-WT与纤维素醚类产品相比,具有更好的抗流挂性、施工操作性和触变性。
(2) BP-WT售价在22元/kg左右,价格优势明显,替代纤维素醚,既降低了生产成本,也减轻了有机物的使用对环境造成的污染,具有良好的环境效益。
(3) 使用BP-WT,可降低用水量,砂浆配方中通常要加的减水剂就可以省略,或可以大大减少添加量,进一步降低了生产成本。

4 结论
(1) 以BP-WT替代国产纤维素醚作为增稠保水外加剂,砂浆抗流挂性能及触变性能明显提高。
(2) BP-WT的使用,可使砂浆粘度有所减低,在砂浆保水性及触变性能无明显损失的前提下,通过降低兑水量,可保证砂浆粘度,且砂浆抗流挂性进一步提高。
(3) BP-WT在砂浆中的应用具有成本低、性能好、污染小等优点,是一种值得推荐的砂浆增稠保水外加剂。

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