纤维素醚对ALC板用粘结砂浆性能的影响研究_万强波.pdf

砂浆功夫Mortar Technology65总163期 2023.01 混凝土世界引言随着国家装配式建筑不断发展，ALC板由于其具有质轻、环保、防火、自保温、节能、便于安装等优越性，已成为一种应用广泛的建筑材料。在进行ALC板施工时，常采用粘结砂浆来提高ALC板间的粘结能力和抗开裂性。然而，由于ALC板本身特有的多孔结构和吸水特性，易吸收砂浆中的水分，导致水泥固化不充分，粘结强度和抗压强度降低，严重影响墙体功能的正常发挥。研制保水性好、粘结强度高的ALC板用粘结砂浆具有重要的实用价值。添加纤维素醚是改善粘结砂浆的保水性能、提高其施工性能的有效途径。徐春一等1研究发现，蒸压加气混凝土专用粘结剂的稠度、立方体抗压强度受纤维素醚用量的影响较大。翟翼翀2研究发现，纤维素醚的掺量是影响砂加气混凝土专用配套板缝粘结砂浆的保水率和稠度的主要因素。肖力光等3-4研究表明，纤维素醚有利于提高蒸压加气混凝土砌块薄灰缝砌筑砂浆保水性，但其抗折、抗压等力学性能随纤维素醚掺量的增加而显著的降低。宋涛5研究发现，随着纤维素醚的增加，蒸压加气混凝土砌块专用砂浆的保水率随之增加，抗压强度随之减小。现有ALC板粘结砂浆相关研究，将纤维素醚的用量对粘结砂浆的影响进行了详细分析，但纤维素醚的黏度对粘结砂浆的影响却鲜有报道。本试验就羟丙基甲基纤维素醚掺量和黏度对ALC板用粘结砂浆的拌合物性能（保水性、湿密度）、与ALC板拉伸粘结强度、抗压强度的影响进行研究，分析纤维素纤维素醚对ALC板用粘结砂浆性能的影响研究万强波1陈忠仕1周晨1黄羿1龙天艳21.江西建工集团新型材料科技有限公司 江西 南昌 3305082.上海市建筑科学研究院有限公司 上海 200030摘 要：研究了不同纤维素醚掺量和黏度对蒸压加气混凝土板（以下简称ALC板）用粘结砂浆的保水性、湿密度、拉伸粘结强度和抗压强度的影响。结果表明，随着纤维素醚掺量的增大，粘结砂浆的保水率逐渐提高，湿密度、抗压强度逐渐下降，拉伸粘结强度先增大后减小。随着纤维素醚黏度的增大，粘结砂浆的保水率逐渐提高，湿密度、抗压强度、拉伸粘结强度均逐渐下降。改变纤维素醚的掺量对拌合物性能和抗压强度的影响较大，改变纤维素醚的黏度对粘结砂浆的拉伸粘结强度影响更显著。关键词：纤维素醚；ALC板；粘结砂浆Influence of Cellulose Ether on the Properties of Bonding Mortar for ALC BoardAbstract:The effects of different cellulose ether content and viscosity on the water retention,wet density,tensile bond strength and compressive strength of bonding mortar for autoclaved aerated concrete panels(hereinafter referred to as ALC panels)were studied.The results show that with the increase of the content of cellulose ether,the water retention rate of the bonding mortar increases gradually,the wet density and compressive strength decrease gradually,and the tensile bonding strength first increases and then decreases.With the increase of the viscosity of cellulose ether,the water retention rate of the bonding mortar gradually increased,and the wet density,compressive strength and tensile bonding strength gradually decreased.Changing the content of cellulose ether has a greater effect on the properties and compressive strength of the mixture,and changing the viscosity of cellulose ether has a more significant effect on the tensile bond strength of the bonded mortar.Key words:Cellulose ether;autoclaved aerated concrete panels;bonding mortar本文转自：2022 第十届中国国际预拌砂浆生产应用技术研讨会论文集第一作者：万强波，1987年生，工程师，E-mail：砂浆功夫Mortar Technology66CHINA CONCRETE 2023.01 NO.163醚对粘结砂浆各项性能的影响程度。1 试验部分1.1 试验材料水泥为上海金山南方PO 42.5水泥，基本性能见表1。骨料为粒径小于0.6mm的河砂，颗粒级配及细度模数为2.00，含泥量为1.7%。羟丙基甲基纤维素醚分别由山东一滕新材料股份有限公司（40000mPas）和浙江海申新材料有限公司生产（90000mPas、200000mPas）。1.2 试验方法粘结砂浆的稠度、保水率、湿密度和抗压强度均按JGJ/T 702009建筑砂浆基本性能试验方法规定的方法进行测试。与蒸压加气混凝土的拉伸粘结强度采用JC/T 9852016地面用水泥基自流平砂浆规定的方法成型，其中蒸压加气混凝土基底试件的尺寸为400mm200mm75mm，基本性能见表2，符合JC/T 8902017蒸压加气混凝土墙体专用砂浆的要求，粘结砂浆的涂抹尺寸为50mm50mm3mm，试件数量为每组10个，养护龄期为14d。2 结果与分析试验配比及结果见表3。2.1 纤维素醚对粘结砂浆拌合物性能的影响由图1可以看出，随着纤维素醚掺量由0增加至0.5、1，粘结砂浆的保水率逐渐提高、湿密度逐渐下降，保水率提高幅度分别为9%、14%，湿密度下降幅度分别为11%、22%。在粘结砂浆中加入纤维素醚后，一方面，纤维素醚中羟基和醚键上的氧原子会与水分子缔合成氢键，使游离水变成化合水6；另一方面，水分子与纤维素醚分子链间表 1 水泥物理性能标准稠度用水量/%凝结时间抗压强度/MPa抗折强度/MPa初凝终凝3d28d3d28d27.43h13min3h33min35.059.36.69.8表 2 蒸压加气混凝土基底试件物理性质级别干密度/（kg/m3）抗压强度/MPa导热系数/W（mk）-1收缩/（mm/m）表面拉伸粘结强度/MPaB055504.50.140.5830.45表 3 纤维素醚掺量及种类对粘结砂浆性能影响编号纤维素醚粘度/mPas稠度/mm保水率/%湿密度/（kg/m3）拉伸粘结强度/MPa抗压强度/MPa40000900002000007d28d1#0-8487.0 19770.44 16.0 25.7 2#0.5-8294.9 17680.45 10.1 13.7 3#1-8599.2 15390.40 6.5 9.7 4#-0.5-7995.4 17320.23 8.6 14.7 5#-0.58296.5 16500.177.3 10.0 图 1 纤维素醚掺量对粘结砂浆保水率和湿密度的影响砂浆功夫Mortar Technology67总163期 2023.01 混凝土世界的相互扩散作用使水分子得以进入纤维素醚大分子链内部，并受到较强的约束力，因此砂浆的保水性得以提升，并且随着纤维素醚掺量的增加，可与水分子结合、约束的分子增多，因此，在试验范围内，砂浆的保水率随纤维素醚掺量的增加而提高。由于纤维素醚同时具有亲水基团（羟基、醚基）和憎水基团（甲基、葡萄糖环），是一种表面活性剂，具有表面活性7，因此具有引气作用，在粘结砂浆搅拌过程中引入气泡使得孔隙率提高，导致砂浆湿密度下降，且随着掺量的提高,含气量越来越大,湿拌砂浆的密度便越来越低。由图2可知，随着纤维素醚黏度由40000mPas增大至90000mPas、200000mPas，粘结砂浆的保水率逐渐增大、湿密度逐渐减小，保水率提高幅度分别为1%、2%，湿密度下降幅度分别为2%、7%。相较于纤维素醚掺量，改变纤维素醚黏度引起保水性和湿密度的变化幅度较小。当纤维素醚黏度增大后，聚合物分子量增大，亲水基团（羟基、醚基）和憎水基团，表面活性越大，引气就越多，同时，纤维素醚黏度越大，稳气作用也越好，引气和稳气的双重作用使得粘结砂浆的密度逐步降低。2.2 纤维素醚对粘结砂浆拉伸粘结强度的影响由表3及图3可以看出，当纤维素醚掺量为0.05时，粘结砂浆的拉伸粘结强度比未掺加纤维素醚的配方略有提升，增幅为2%；掺量为0.10%时，粘结强度略有下降，降低幅度为9%。掺加适量的纤维素醚后，纤维素醚在液相体系中与水泥水化颗粒之间形成具有封闭效应的聚合物膜，促使水泥颗粒外的聚合物膜内具有较多水分，有利于水泥的完全水化，因此提高了浆体硬化后的自身颗粒间的粘结强度；另一方面，适量的纤维素醚增强了砂浆的可塑性和柔韧性，使得砂浆与基材界面过渡区的刚性减小，降低了界面之间的滑移应力，在一定程度上增强了砂浆与基材之间的粘结效果。当纤维素醚掺量过大后，由于纤维素醚导致得含气量增大，会引起浆体结构疏松，反而对粘结强度有不利影响。由表3及图3可知，当纤维素醚黏度由40000mPas增大至90000mPas、200000mPas后，粘结砂浆的拉伸粘图 2 纤维素醚黏度对粘结砂浆保水率和湿密度的影响图 3 纤维素醚掺量及黏度对粘结砂浆拉伸粘结强度的影响砂浆功夫Mortar Technology68CHINA CONCRETE 2023.01 NO.163结强度逐渐减小，且下降幅度较大，降幅分别为49%、62%。当纤维素醚黏度过高时，其与水泥颗粒之间形成大量的聚合物膜，反而不利于水泥的水化，因此使粘结强度降低。相较于纤维素醚掺量，改变纤维素醚黏度引起拉伸粘结强度的变化幅度较大。观察拉伸粘结强度试验后试样的破坏状态，由图4（a）（c）可以看出，当40000mPas黏度纤维素醚的掺量为0、0.5、1时，试样的破坏状态均为基材破坏，表明粘结砂浆自身的抗拉强度较其与蒸压加气混凝土的粘结力好。由图4（d）、（e）可以看出，当纤维素醚黏度由40000mPas增大至90000mPas、20000mPas后，试样的破坏状态为粘结砂浆内部破坏，表明增大纤维素醚后，粘结砂浆内部结构变得疏松，抵抗拉力的能力降低。2.3 纤维素醚对粘结砂浆抗压强度的影响由表3及图5可知，当纤维素醚掺量由0增加至0.5、1，粘结砂浆的7d和28d龄期抗压强度均逐渐下降，7d抗压强度的下降幅度分别为37%、59%，28d抗压强度的降低幅度分别为47%、62%。值得注意的是，28d抗压强度的降低幅度较7d抗压强度降低幅度更大。加入纤维素醚后，粘结砂浆抗压强度降低的原因有以下3个：（1）当粘结砂浆中加入纤维素醚后，增加了砂浆孔隙中的柔性聚合物，这些柔性聚合物和孔隙在试块受压时，起不到刚性支撑作用，相对弱化了复合基体，从而使砂浆的抗压强度下降，纤维素醚加入越多，复合基体弱化程度越大，抗压强度进一步减小；（2）由于纤维素醚的保水作用，使砂浆试块成型后，水分仍大部分保留在砂浆中，实际的水灰比要比不掺者大许多，所以砂浆抗压强度会明显降低8；（3）加入纤维素醚引入的气泡膜韧性较纯水气泡的韧性高，因此气泡不易破裂，硬化后气孔变成了有害孔，增加了砂浆的含气量和硬化后的孔隙率，导致粘结砂浆的抗压强度降低，且纤维素醚掺量越大，硬化后的孔隙率也越大，抗压强度下降幅度越大。纤维素醚对不同龄期的粘结砂浆的抗压强度影响程度不同，且纤维素醚的缓凝作用影响着粘结砂浆各龄期的抗压强度。掺入纤维素醚后，在水泥水化早期，纤维素醚分子网络结构覆盖于水泥颗粒、C-S-H凝胶、氧化钙、水化铝酸钙等粒子及未水化粒子的表面，铝酸钙水化反应的减缓,致使抗压强度大幅降低,而且纤维素醚掺量图 5 纤维素醚掺量对粘结砂浆抗压强度的影响图 4 不同纤维素醚掺量及种类的粘结砂浆拉伸粘结强度试样破坏情况砂浆功夫Mortar Technology69总163期 2023.01 混凝土世界参考文献1 徐春一,王凯乐,阎磊.蒸压加气混凝土薄灰缝砌体新型专用粘结剂性能研究J.沈阳建筑大学学报:自然科学版,2021,37(3):462-469.2 翟翼翀.砂加气混凝土外挂板专用配套砂浆的性能研究D.北京:北京建筑大学.3 肖力光,邢纹浩.蒸压加气混凝土砌块专用配套薄灰缝砌筑砂浆的研究与展望J.应用化工,2020,49(11):2932-2935.4 肖力光,邢纹浩.蒸压加气混凝土砌块薄灰缝砌筑砂浆保水性研究J.混凝土与水泥制品,2020(7):26-29.5 宋涛.蒸压加气混凝土砌块专用砂浆性能研究J.建材发展导向,2020,18(12):14-15.6 张承志,王爱勤,董芹芹,等.乳胶粉与纤维素醚对硬化水泥石干缩行为影响的差异与相互作用C.中国硅酸盐学会.第二届全国商品砂浆学术交流会论文集,北京,2007:163-169.7 欧志华,马保国,蹇守卫.非离子型纤维素醚在新拌水泥基材料中的作用及研究进展J.硅酸盐通报,2012(1):96-98.8 管学茂,罗树琼,杨雷,等.纤维素醚对加气混凝土用抹灰砂浆性能的影响研究J.混凝土,2006(10):35-37.越大，缓凝作用较明显。由表3及图6可知，当纤维素醚黏度由40000mPas增大至90000mPas、200000mPas后，粘结砂浆的7d和28d龄期抗压强度均逐渐下降，7d抗压强度的下降幅度分别为15%、28%，28d抗压强度的降低幅度分别为15%、27%。当纤维素醚的黏度增加后，保水效果越好，粘结砂浆实际水灰比越大，同时引入的气泡也更多，因此随着纤维素醚黏度的增大，粘结砂浆的抗压强度逐渐减小。相较于纤维素醚掺量，改变纤维素醚黏度引起拉伸粘结强度的变化幅度较小。结论通过研究不同纤维素醚掺量及黏度对ALC板用粘结砂浆的拌合物性能、拉伸粘结强度（与ALC板）、抗压强度的影响，可以得出以下结论：（1）随着纤维素醚掺量由0增加至0.5、1，粘结砂浆的保水率逐渐提高、湿密度逐渐下降。随着纤维素醚黏度由40000mPas增大至90000mPas、200000mPas，粘结砂浆的保水率逐渐增大、湿密度逐渐减小。相较于纤维素醚掺量，改变纤维素醚黏度引起保水性和湿密度的变化幅度较小。（2）当纤维素醚掺量为0.05%时，粘结砂浆的拉伸粘结强度比未掺加纤维素醚的配方略有提升；掺量为0.10%时，粘结强度略有下降。当纤维素醚黏度由40000mPas增大至90000mPas、200000mPas后，粘结砂浆的拉伸粘结强度逐渐减小，且下降幅度较大。相较于纤维素醚掺量，改变纤维素醚黏度引起拉伸粘结强度的变化幅度较大。（3）当40000mPas黏度纤维素醚的掺量为0、0.5、1时，试样的破坏状态均为基材破坏，此时粘结砂浆自身的抗拉强度较其与蒸压加气混凝土的粘结力好。当纤维素醚黏度由40000mPas增大至90000mPas、20000mPas后，试样的破坏状态为粘结砂浆内部破坏，表明增大纤维素醚后，粘结砂浆内部结构变得疏松，抵抗拉力的能力降低。（4）当纤维素醚掺量由0增加至0.5、1，粘结砂浆的7d和28d龄期抗压强度均逐渐下降，28d抗压强度的降低幅度较7d抗压强度降低幅度更大。当纤维素醚黏度40000mPas增大至90000mPas、200000mPas后，粘结砂浆的7d和28d龄期抗压强度均逐渐下降。相较于纤维素醚掺量，改变纤维素醚黏度引起拉伸粘结强度的变化幅度较小。图 6 纤维素醚粘度对粘结砂浆抗压强度的影响