新型干混防水砂浆配制及性能研究_吴进良.pdf

（）年 第 卷 第 期 收稿日期：基金项目：重庆交通大学交通土建工程材料国家地方联合工程实验室开放基金项目（）作者简介：吴进良，男，博士，教授，主要从事道路材料方面的研究，：；通信作者 向兴隆，男，硕士研究生，主要从事道路材料方面的研究，：。本文引用格式：吴进良，向兴隆，黄一凡，等 新型干混防水砂浆配制及性能研究 重庆理工大学学报（自然科学），（）：，（），（）：（）新型干混防水砂浆配制及性能研究吴进良，向兴隆，黄一凡，吴雅琪，王 冠，彭德权（重庆交通大学 土木工程学院，重庆；重庆交大建设工程质量检测中心有限公司，重庆；重庆通力高速公路养护工程有限公司，重庆）摘 要：为提高干混防水砂浆的物理、力学及耐久性能，通过正交试验研究聚羧酸粉体减水剂、有机硅憎水剂、可再生分散性乳胶粉与纤维素醚掺量 个因素对干混防水砂浆物理力学指标与耐久性的影响，对结果进行极差分析以得到最优配合比。通过、技术分析最优配比砂浆与不掺外加剂的基准砂浆的成分和微观结构，发现前者水化产物生成量较后者减少，但微观结构大幅改善。最优配比砂浆与基准砂浆相比，各项性能得到明显改善，保水率提高.，稠度损失率下降 ，砂浆的抗折、抗压强度虽轻微下降，但 拉伸粘结强度大幅提高，达到 ，抗渗性能和收缩性能也显著提高。关 键 词：防水砂浆；外加剂；物理性能；力学性能；耐久性能；微观结构中图分类号：文献标识码：文章编号：（）引言干混防水砂浆主要由胶凝材料、细集料、矿物掺合料和外加剂组成，是一种需要按比例精确配料并经过干混过程使其均匀混合的颗粒或粉状混合物材料。防水砂浆与柔性防水卷材、防水混凝土等材料相比，具有施工操作简便、造价低及易修补等特点，但其韧性差、抗拉强度低，易因基体变形而开裂。为使防水砂浆具有良好的长期使用性能，对防水砂浆进行改性是一种有效途径。宋涛等发现可再分散性乳胶粉可以增加自流平砂浆表面耐磨性，随着掺量增加，砂浆耐磨性呈先上升后下降趋势。李文杰等的研究表明可再分散性乳胶粉能在一定程度上增加砂浆的抗折强度，达到增韧的效果，但会导致抗压强度的减小。王培铭等探究了纤维素醚在干混防水砂浆中的保水增稠作用，从纤维素醚的早期吸附、对水泥早期水化、熟料单矿物早期水化、砂浆孔结构的影响 个方面解释了纤维素醚保水增稠机理。郭超等发现少量的消泡剂就会急剧降低流动度，但抗压、抗折强度随其掺量增加呈先增大后减小的趋势。为更好地控制砂浆中气泡的数量，单广成等研究了引气剂、消泡剂复掺的影响，发现复掺后分子之间会产生排斥力，使界面变得不稳定。等研究发现在砂浆中加入适量消泡剂，形成均匀、稳定的微小气泡对砂浆的施工性能、抗冻性与耐久性有利。于水军等通过正交试验，研究了水胶比、砂胶比、减水剂掺量、保水剂掺量和粉煤取代石膏率 个因素对自流平砂浆流动度的影响，发现减水剂掺量影响最大。汤立杰发现不同种类憎水剂疏水效果差距非常大，掺量适当时能将砂浆吸水率降低至，但憎水剂的加入会阻碍水化反应，造成抗压强度损失。目前国内外研究大部分着眼于一种或 种外加剂对砂浆的改性，且对改性后砂浆的物理力学参数测定不够全面。故本研究选取市面上 种常见的外加剂，通过设计正交试验，测定干混防水砂浆多项物理、力学与耐久性参数。综合考虑，确定各外加剂的最佳掺量，拟制备出物理性能及耐久性能俱优的防水砂浆。试验与方法 试验原材料机制砂：以湖南省永州市东安县端桥铺镇的石炭系灰岩为原料生产。技术指标见表，合成级配见表。表 机制砂主要性能指标石粉含量 表观密度（）细度模数堆积密度（）机制砂 技术指标 表 机制砂合成级配方孔筛筛孔边长 累计筛余 水泥：普通硅酸盐水泥，由重庆华新水泥有限公司生产。外加剂：聚羧酸粉体减水剂、有机硅憎水剂（以下简称）、德国瓦克可再生分散性乳胶粉（以下简称）、纤维素醚为羟丙基甲基纤维素醚（以下简称）、粉末消泡剂（德国 公司开发）。正交试验方案设计为了与工程实际相契合，在制备砂浆的试验过程中，保持砂浆拌合物稠度控制在规定范围内，调整用水量。胶砂比为 ，稠度控制在（）范围内，各化学外加剂以外掺的形式加入到混合物中，按照胶凝材料的质量百分数计算。选取减水剂掺量、掺量、掺量、掺量 个因素，每个因素设置 个水平，采用四因素三水平（）正交表的方案进行试验。前期通过单因素分析法研究各化学外加剂对机制砂干混砂浆性能的影响规律，并得到最佳掺量范围：减水剂 、。本正交试验因素水平的选择基于此范围，如表 所示。机制砂干混防水砂浆外加剂配比如表 所示。聚羧酸减水剂、会在砂浆拌合物中引入大量气泡，故掺入 的消泡剂来减少气泡的产生，增加抗渗性和强度。表 正交试验因素水平因素水平减水剂 表 干混防水砂浆外加剂配比试验编号减水剂 消泡剂 性能测试方法采用 建筑砂浆基本性能试验方法标准测试机制砂干混防水砂浆的物理性能和力学性能。微观分析方法 通过、技术研究外加剂改性前后的防水砂浆，分析成分组成、微观形貌变化与防水砂浆物理力学性能的关系。结果与讨论为了研究通过正交试验得出的最优配合比性能的变化，设置未掺加任何外加剂的基准组作为对照。基准组各项性能如表 所示。机制砂干混防水砂浆正交试验结果如表 所示。极差分析对试验结果进行极差计算，得到极差分析结果，如表 所示。表 干混砂浆性能试验编号稠度稠度损失率 水胶比表观密度（）含气量保水率凝结时间基准组 试验编号 抗压强度 抗压强度 抗折强度 抗折强度 粘结强度 收缩率基准组 表 正交试验结果试验编号稠度水胶比稠度损失率 表观密度（）含气量保水率 试验编号 抗折强度 抗折强度 抗压强度 抗压强度 粘结强度 渗透深度 吴进良，等：新型干混防水砂浆配制及性能研究表 干混防水砂浆极差分析结果水胶比稠度损失率 表观密度（）优值含气量 保水率 渗透深度 优值 抗折强度 抗折强度 抗压强度 优值 抗压强度 粘结强度 优值 由极差分析知，对水胶比、稠度损失率与含气量影响最大的因素均为减水剂掺量。由于减水剂能显著改变砂浆拌合物需水量，随着减水剂掺量的增加，达到相同稠度范围的砂浆拌合物需水量减少，水胶比增大；减水剂会在拌合物中引入一定量的微气泡，所以拌合物的含气量受减水剂掺量影响较大。对砂浆拌合物的表观密度和保水率影响最大的因素则为 掺量，由于 使浆体更加粘稠、流动性变差，为达到相同的稠度范围，添加了更多水进行稀释，故表观密度受到较大影响；同时拌合物浆体中的游离水通过 结构中的醚基、羟基与水分子缔合成氢键的方式变成结合水，提高了拌合物的保水效果。抗渗性能作为防水砂浆最重要性能之一，研究发现在所有因素中，掺量对其影响最大。有表面张力低、疏水的特点，同时又能够填充砂浆体系中的部分孔隙，掺入后能提高砂浆体系的憎水、防水效果。总体来看，掺量对强度影响最不明显，减水剂、与 对于强度有一定影响，且这三者之间影响程度差距很小。掺加外加剂之后，粘结强度的改变显著大于抗压、抗折强度，如 试验组 粘结强度较基准组提高，但对于抗压、抗折强度改变不到。将保水率和 渗透深度作为主要控制指标，力学性能和其他物理性能为次要指标，抗渗性能和 保 水 率 的 最 优 因 素 水 平 组 合 分 别 为、（或）（或），由于 因素对砂浆保水效果影响最小，故经综合分析考虑选择 作为最佳因素水平组合，即聚羧酸粉体减水剂、的用量分别为胶凝材料质量的 、。按照上述各类外加剂的最佳掺量并加入 的消泡剂配制出机制砂干混防水砂浆，命名为 组，其试验结果见表。表 干混防水砂浆试验结果稠度稠度损失率水胶比表观密度（）含气量凝结时间保水率 抗折强度 抗折强度 抗压强度 抗压强度 粘结强度 渗透深度收缩率 表 干混防水砂浆性能指标保水率 凝结时间 稠度损失率 拉伸粘结强度 收缩率 对比表 和表 可知，在掺入最佳因素水平组合的化学外加剂之后，所配制的干混防水砂浆满足规范要求。对比表 和表 可知，砂浆的物理性能得以明显改善，保水率提高 ，稠度损失率下降 ，砂浆的抗折、抗压强度虽轻微下降，但 拉 伸 粘 结 强 度 大 幅 提 高，达 到.，抗渗性能和收缩性能也显著提高。微观分析 分析选取养护龄期为 的基准组与 组砂浆，利用 技术分析两组砂浆中所含主要水化产物，如图 和图 所示。图 基准组砂浆 吴进良，等：新型干混防水砂浆配制及性能研究图 组砂浆 图谱中，主要有、（）、，以及 多种物相的特征峰，其中水化产物有（）、和。对比 组砂浆与基准组砂浆的 图，发现 组砂浆水化产物（）与 生成量相对于基准组砂浆较少，未参与水化反应的 和 变多，表明外加剂的加入阻碍了水化反应的进程，组砂浆力学强度受到了一定的负面影响。这与表 和表 测得的试验结果相符合。分析选取养护龄期为 的基准组与 组砂浆，利用 技术研究两组砂浆中主要水化产物的形貌特征，如图 和图 所示。图 基准组砂浆微观形貌图 组砂浆微观形貌 对比图 和图 发现，基准组砂浆微观形貌呈疏松、多孔状态，能观察到呈絮状的、针状的 以及片状的（）。组砂浆呈致密状态，孔隙较基准组相比明显减少，砂浆内部形成了大量聚合物空间膜结构，其包裹了砂浆体系中的几乎所有无机相，只能观察到少量的 穿插其中。聚合物膜的形成以及其在砂浆体系孔隙中的填充作用明显减少了砂浆内部的孔隙，显著提高了砂浆内部的密实程度，砂浆微观结构得到明显改善。因此，组砂浆在宏观性质上表现出了粘结强度、柔韧性、抗渗性能以及抗收缩能力的提高。结论）对水胶比、稠度损失率与含气量影响最大的因素为减水剂掺量；对砂浆拌合物的表观密度和保水率影响最大的因素为 掺量；抗渗性能作为防水砂浆最重要性能之一，研究发现在所有因素中，掺量对其影响最大；掺量对强度影响最不明显，减水剂、与 对于强度有一定影响，且这三者之间影响程度差距很小。）在掺入最佳因素水平组合的化学外加剂之后，所配制的干混防水砂浆满足规范要求，物理性能明显改善，保水率提高 ，稠度损失率下降 ，砂浆的抗折、抗压虽轻微下降，但 拉伸粘结强度大幅提高，达到 ，抗渗性能和收缩性能也显著提高。）通过、技术分析最优配比砂浆与不掺外加剂的基准砂浆的成分和微观结构，发现前者水化产物生成量较后者减少，但微观结构大幅改善。）最优配比砂浆所用原材料属于市面常见原料，且机制砂的采用有利于生态环境的保护，故配制出的砂浆很适合用于实际生产。参考文献：赵勇，沈明升，孟繁霈，等 锂蒙脱石对干混砂浆性能的影响及其作用机理 新型建筑材料，（）：吴芳，施强，石齐 外加剂掺量对装饰砂浆力学性能影响的试验研究 硅酸盐通报，（）：宋涛，杨杰，赵松海，等 石膏基自流平砂浆耐磨性能研究 材料导报，（）：李文杰，曾翠云，万德刚 可再分散乳胶粉在高强自流平砂浆中的应用研究 新型建筑材料，（）：，王培铭，赵国荣，张国防 纤维素醚在新拌砂浆中保水增稠作用及其机理 硅酸盐学报，（）：郭超，李秋义，岳公冰 水泥基自密实修复砂浆的制备及性能研究 混凝土与水泥制品，（）：单广程，吴井志，乔敏，等 消泡剂对引气剂的界面行为和作用效果的影响 硅酸盐学报，（）：，（）：于水军，魏月贝，杨岱霖 基于正交试验的粉煤灰石膏基自流平砂浆性能研究 硅酸盐通报，（）：汤立杰 不同憎水剂及骨粉比无机保温砂浆的耐冻融性能研究 新型建筑材料，（）：，（）：，：，：，：，（，；，；，）：，：；（责任编辑 周媛媛）吴进良，等：新型干混防水砂浆配制及性能研究