干混砂漿添加劑配方分析
作者：百檢網 時間：2021-12-06 來源：互聯網
一.背景砂漿作為一種建筑材料，已有上千年的歷史。一直到十九世紀末，砂漿的主要膠結料仍然是熟石灰。水泥的出現， 取代了熟石灰，成為砂漿生產的主要膠結料。但是砂漿的生產方式一直是在施工現場進行拌制。建筑干混砂漿亦稱預混砂漿、干砂漿、干粉砂漿、干拌砂漿等，它是在專業工廠將經干燥篩分處理的細料、無機膠凝材料、保水增稠材料、礦物摻合料和添加劑等經準確配料按一定比例均勻混合而制成的一種顆粒或粉狀混合物（即砂漿半成品），到施工現場只需加水攪拌即可使用。干混砂漿的生產與應用，是建筑業和建材業的一次新技術革命，是未來材料發展的一個主要方向。砂漿是各類建筑和構筑工程中應用十分廣泛的材料，以其薄層發揮粘結、裝飾、防護和襯墊等作用。粘結功能為主的砂漿主要有砌筑砂漿、墻地磚粘貼砂漿、勾縫砂漿、錨固砂漿等；以裝飾修效果為主的砂漿主要有各種抹面砂漿、內外墻膩子、彩色裝飾砂漿等；起防護作用的有防水砂漿、各種耐蝕砂漿、地面自流平砂漿、耐磨砂漿、絕熱保溫砂漿、吸聲砂漿、修復砂漿、防霉砂漿、屏蔽砂漿等。干混砂漿的種類很多，其成份也比較復雜。生產干混砂漿應盡量利用當地礦產資源和工業廢渣，其原料組成一般如下：膠結料采用水泥、石膏、石灰等；主要集料有黃砂、石英砂、石灰石、白云石、膨脹珍珠巖等；礦物摻合料主要是工業副產品、工業廢料及部分天然礦石等，如礦渣、粉煤灰、火山灰、細硅石粉；另外還有保水增稠材料及各種外加劑等。我國從上世紀80年代開始研究引進預拌砂漿技術，90年代末期開始出現具有一定規模的預拌砂漿生產企業。進入21世紀以來，隨著國家相關政策的推動，國外先進理念和先進技術的引進，以及散裝水泥工作者及預拌砂漿生產企業和用戶的積*努力，我國的預拌砂漿生產開始呈現蓬勃發展的局面，干混砂漿行業進入一個快速發展的時期。二.砂漿添加劑的組成及機理干粉砂漿一般采用硅酸鹽水泥作為膠凝材料，膠凝材料的用量一般占干粉砂漿的20%～40%；大多數的細集料是石英砂，且用量很大，一般需要經過干燥、篩分等預處理，以保證其粒度、質量符合配方的要求；有時還摻入粉煤灰、礦渣粉等作為摻和料；外加劑一般用量很小，在1%～3%左右，但作用巨大，常根據產品配方的要求來選用，以改善砂漿的和易性、分層度、強度、收縮和抗凍性能等指標。2.1礦物添加劑1）粉煤灰粉煤灰的主要成分是硅、鋁、鐵、鈣、鎂的氧化物，具有潛在的化學活性。粉煤灰中活性SiO2 與活性Al2O3 的比例稱為“硅鋁比”。在干粉砂漿中摻粉煤灰既降低了砂漿成本,又能保證砂漿在不增加水泥用量的前提下，增加膠結料，減少砂漿的流動性損失。2）硅灰硅灰是從生產硅鐵合金或硅鋼等時所排放的煙氣中收集到的顆粒*細的煙塵。硅灰的主要成分是二氧化硅，一般占90 %左右，絕大部分是無定形的氧化硅，還含有其他成分如：氧化鐵、氧化鈣、氧化硫等。由于硅灰細度細,活性高,摻加硅灰對砂漿早期強度沒有不良影響。摻有硅灰的砂漿，其毛細孔會相應變小,使得砂漿抗滲性、抗凍性及抗腐蝕性明顯提高。硅灰：外觀為灰色或灰白色粉末﹑耐火度>1600℃。容重：200～250千克/立方米。硅灰的化學成份見下表： SiO2Al2O3Fe2O3MgOCaONaOPH75～98%1.0±0.2%0.9±0.3%0.7±0.1%0.3±0.1%1.3±0.2%中性3）礦渣粉礦渣的主要化學成分為SiO2 、Al2O3、CaO，一般情況下，這三種氧化物的含量達約90% ,另外還有少量氧化鎂、二氧化二鐵、氧化鈉、氧化鉀等。含SiO2多的礦渣為酸性礦渣，含Al2O3和CaO多的為堿性礦渣。堿性礦渣的活性比酸性礦渣高。礦渣由于具有一定的自身水硬性，不宜長期存放。4）偏高嶺土偏高嶺土是一種高活性人工火山灰材料,在水泥水化產物Ca (OH) 2 的作用下發生火山灰反應，起輔助膠凝材料的作用。煅燒高嶺土的加入，增加了反應體系的組分數和自由度，對提高水化反應和凝結速率、改善微結構有利。同時，高嶺土具有較高的吸附性能，并且能夠增加懸浮力，從而具備了一定的保水增稠性能。2.2化學添加劑化學添加劑的加入可以改善砂漿的是供應應用性能，添加量為水泥重量的0.1-1.2%。按照用途分為：保水增稠劑、減水劑、調凝劑、引氣劑、保凝劑、緩凝劑、疏水劑、超塑化劑、纖維、消泡劑等。主要成分有纖維素醚、可分散乳膠粉等。2.2.1保水增稠材料 保水增稠劑主要有：纖維素醚類、淀粉醚等。在干粉砂漿中使用的纖維素醚主要是甲基羥乙基纖維素醚( MHEC) 和羥丙基甲基纖維素醚(HPMC)。纖維素醚是一種只需添加少量，就會使砂漿的特定性能有很大提高的一種高效外加劑，它是由不溶于水的纖維素經醚化反應使其轉化為水溶性的纖維素醚而制得的，具有脫水葡萄糖的基本結構單元，根據其取代位置上的取代基團的種類和數量不同而具有不同的性質，它可作為增稠劑用于調整砂漿的稠度；其保水性可以很好調整砂漿的需水量，并能夠在一定的時間內逐漸釋放水分，可以很好地保證漿體與吸水基材更好地粘結。同時，纖維素醚可以調整砂漿的流變性能，增加和易性和工作性能。1）纖維素醚干粉砂漿中使用的纖維素醚主要是甲基羥乙基纖維素醚（MHEC)和甲基羥丙基纖維素醚（MC），特性：粘著性和施工性這是兩個互相影響的因素；保水性，避免水分的快速蒸發，使得砂漿層的厚度能顯著降低。羥丙基纖維素醚是*常用的保水增稠劑，它是以木質素纖維為原料，經燒堿處理后與氯化乙烯、氧化丙烯或氧化乙烯等醚化劑發生反應而生成粉狀的非離子性纖維素醚，具有很好的水溶性、保水性、成膜性、表面活性、增稠性等。在水中的溶解度為2-3%。在水泥中加入0.2-0.5%的羥丙基甲基纖維素醚，可*大的增強水泥砂漿的保水性，防止水泥過快失水干燥和硬化開裂，增加砂漿的可塑性，改善施工作業性，提高粘結性，使他更好的粘結基材，防止施工時砂漿出現滑移現象，保證施工質量等。以下幾種纖維素醚類化合物可用于干混砂漿中作為化學添加劑：1)Na-羧甲基纖維素；2）乙基纖維素；3）甲基纖維素；4）羥基纖維素乙醚；5）羥丙基甲基纖維素；6）淀粉酯等。上述各種纖維素醚的加入，使干混砂漿性能得以改善：1）增加和易性；2）增加粘附力；3）砂漿不易泌水和分離；4）提高抗滲性和抗凍性；5）提高砂漿的抗裂性；6）砂漿易于薄層施工。除以上各項性能外，不同的纖維素醚還有各自的特殊性能。 2）淀粉醚：淀粉醚可以使砂漿的稠度顯著增加，需水量和屈服值也因此而略有增加，新拌砂漿的垂流程度會降低。這樣使得批蕩砂漿可以批得更厚，瓷磚膠能夠粘附更重的瓷磚而少產生下垂。2.2.2可再分散乳膠粉：可再分散乳膠粉在干粉砂漿中一般是作為粘結劑摻入的，以往使用較多的是聚合物乳液，但是乳液改性的水泥砂漿一般為雙組分或多組分砂漿，無法滿足干粉砂漿的要求。而可再分散乳膠粉可以滿足干粉砂漿的要求，現在得到了廣泛的使用?？稍俜稚⑷槟z粉基本上已經成為干拌砂漿的必不可少的一個組分?？稍俜稚⑷槟z粉是細分散的有機聚合物，是水溶性的，是聚合物乳液經過噴霧干燥過程(以及選用適當的添加劑)形成的，它遇水可以再分散形成乳液，對無機和有機材料都具有較好的粘結性。在干拌砂漿加水攪拌時，聚合物顆粒自行分散，并不會同水泥粘聚，可再分散乳膠粉顆粒之間存在著潤滑效應，使砂漿組分能夠單獨流動；另一方面可再分散乳膠粉加入后，有一定的引氣作用，氣泡在拌合過程中起著微珠的作用，因此可以改善砂漿的施工和易性。試驗證明，加入可再分散聚合物乳膠粉的砂漿具有下列優點：1）砂漿的強度發展好，與基體粘結性好，尤其是早期粘結強度高；2）具有良好的抗裂性和抗凍性；3）工作性能好,易于快速抹灰。添加了可再分散乳膠粉的干粉砂漿的典型應用有：瓷磚和建筑粘結劑、瓷磚鉤縫劑、保溫板的粘結砂漿、自流平地面找平層、混凝土修補和修復砂漿、不同類型的抹灰砂漿等。在干粉粘結砂漿中通常都需要加入可再分散乳膠粉，它的加入使砂漿的粘結強度、抗剪強度、抗拉強度均有提高，可以降低砂漿的彈性模量，從而改善砂漿的韌性，*終可以避免砂漿易收縮開裂的缺點，粘結力的提高也可以使粘結層的厚度有較大下降(如瓷磚粘結用普通砂漿通常需要10mm的粘結厚度，而使用了摻入可再分散乳膠粉的干拌砂漿后粘結層厚度可降至3mm左右)。可再分散聚合物乳膠粉能改善砂漿的上述性能, 是因為其可以在砂漿顆粒表面形成聚合物膜，膜上部分表面有氣孔，而氣孔表面被砂漿填充，使應力集中降低，并在外力的作用下會產生松弛而不破壞。另外，砂漿在水泥水化后形成剛性骨架，而聚合物形成的膜可以提高剛性骨架的彈性和韌性。用于干拌砂漿的可再分散乳膠粉主要有以下幾種：1）苯乙烯-丁二烯共聚物；2）苯乙烯-丙烯酸共聚物；3）醋酸乙烯酯共聚物；4）聚丙烯酸酯均聚物；5）醋酸苯乙烯共聚物；6）醋酸乙烯-乙烯的共聚物。由于可再分散乳膠粉的加入會引入一定量的氣泡，因此在實際應用中可以視引入氣泡量的大小同時加入微量的消泡劑。2.2.3膨脹劑膨脹劑是干拌砂漿中另一個重要的抗裂防滲組分。現在使用較廣泛的膨脹劑有AEA、UEA、CEA等。AEA膨脹劑具有能量大、摻量小，后期強度高，干縮小，含堿量低等優點。AEA組分中高鋁熟料中鋁酸鈣礦物CA等**與CaSO4、Ca(OH)2作用，水化生成水化硫鋁酸鈣(鈣礬石)而膨脹。UEA也是生成鈣礬石產生膨脹，CEA則主要是生成氫氧化鈣。AEA膨脹劑是鋁酸鈣類膨脹劑，是一定比例的高鋁熟料天然明礬石、石膏共同磨制成的膨脹型外加劑。AEA加入后形成的膨脹主要是兩個方面：水泥水化初期，AEA組分中高鋁熟料中鋁酸鈣礦物CA先與CaSO4、Ca(OH)2作用，水化生成水化硫鋁酸鈣(鈣礬石)而膨脹，膨脹量較大。生成的鈣礬石與水化氫氧化鋁凝膠使膨脹相與膠凝相合理匹配，既保證了膨脹效能又保證了強度。中后期，明礬石在石灰石膏激發下也生成鈣礬石而產生微膨脹，改善了水泥集料界面微區結構。砂漿中摻入AEA后，初、中期生成的大量的鈣礬石使砂漿體積膨脹，內部結構更致密，改善了砂漿的孔結構，大孔減少，總孔隙率減小，抗滲性大大提高。當砂漿后期處于干燥狀態時，初、中期產生的膨脹能抵消后期的全部或部分收縮，從而使抗裂防滲性得到提高。UEA膨脹劑是由硫酸鹽、氧化鋁、硫鋁酸鉀和硫酸鈣等無機化合物制成。UEA以適量摻入水泥中，可達到補償收縮和抗裂防滲漏的功能，UEA加入普通水泥中拌和后與硅酸鈣水化反應后折出Ca(OH)2，作用生成化硫鋁酸鈣(C2A?3CaSO4?32H2O)即鈣礬石，使水泥砂漿適度膨脹，水泥砂漿膨脹率與UEA摻量成正比，使砂漿致密，提高抗裂性及抗滲性。林文添把摻有UEA的水泥砂漿用于外墻面，取得了良好的防滲漏效果。CEA膨脹劑熟料是由石灰石、粘土(或高鋁粘土)、鐵粉制成生料，經1350～1400℃煅燒而成，再經粉磨制成CEA膨脹劑。CEA膨脹劑有兩個膨脹源：CaO水化形成Ca(OH)2；C3A和活性Al2O3在石膏和Ca(OH)2介質中形成鈣礬石。2.2.4促凝劑促凝劑用于調整砂漿的凝結硬化性能。廣泛使用甲酸鈣和碳酸鋰。甲酸鈣的典型摻量為1%，碳酸鋰為0.2%。2.2.5調凝劑調凝劑有速凝劑和緩凝劑兩類。速凝劑用于加快砂漿的凝結硬化，廣泛使用甲酸鈣和碳酸鋰，鋁酸鹽、硅酸鈉也可用作速凝劑。緩凝劑用于減緩砂漿的凝結硬化，酒石酸、檸檬酸及其鹽以及葡萄糖酸鹽已被成功使用，通常用量在0.05-0.25%。2.2.6疏水劑（防水劑）可防止水滲入到砂漿中，同時砂漿仍能保持敞開狀態以進行水蒸氣擴散。主要用具有疏水性的聚合物可再分散粉末，特點是在多年后也不會被雨水從灰漿中沖洗掉，所以具有使用壽命明顯延長的優點，并提高了硬化砂漿與基材之間的粘接力。防水劑主要有：氯化鐵、有機硅烷化合物、脂肪酸鹽、聚丙烯纖維、丁苯橡膠等高分子化合物。氯化鐵防水劑防水效果好，但易產生鋼筋和金屬預埋件銹蝕。脂肪酸鹽同水泥相中的鈣離子反應生成的不溶性鈣鹽沉積在毛細管的壁上起到堵孔的作用，同時使得這些毛細管管壁變成憎水性的表面，從而起到了防水作用。這些產品的單位成本相對較低，但攪拌砂漿時需要較長的時間才能與水拌和均勻。2.2.7減水劑減水劑的基本功能是減少砂漿的需水量，從而提高砂漿抗壓強度。干粉砂漿主要使用的減水劑有：干酪素、萘系減水劑、三聚氰胺甲醛縮合物、聚羧酸。1）干酪素是一種性能優異的超塑化劑，特別是對于薄層砂漿，但由于是天然產品，質量和價格常有波動；2）木質素系減水劑包括木質素磺酸鈉( 木鈉) 、木鈣、木鎂；3）萘系減水劑常用β-萘磺酸甲醛縮合物；4）三聚氰胺甲醛縮合物是性能良好的超塑化劑，但對薄層砂漿效果有限；5）聚羧酸是*新開發的技術，具有高效能而且無甲醛排放；由于CE類與常用的萘系減水劑配合后會發生聚凝使砼混合物失去工作性，因此工程上需要選用非萘系高效減水劑。2.2.8引氣劑 通過物理作用在砂漿中引入微氣泡，降低砂漿密度，施工性更好。主要是脂肪磺酸鈉鹽和硫酸鈉鹽加入比例為0.01-0.06%。2.2.9超塑化劑 砂漿塑化劑是一種由有機高聚物和無機化學外加劑復合而成的粉狀引氣型砂漿外加劑，屬陰離子型表面活性材料。它能顯著地降低溶液的表面張力，在砂漿加水攪拌過程中產生大量封閉而微小的氣泡(直徑一般為0.25～2.5mm)，微泡間距小，穩定性好，能顯著改善砂漿的和易性；它可分散水泥顆粒，促進水泥水化反應，提高砂漿強度、抗滲性和抗凍融性，可降低部分水泥用量；它粘性好,用其拌制的砂漿附著力強,能很好地防止墻面起殼(空鼓)、開裂、滲水等建筑通??；它可改善施工環境，減輕勞動強度，促進文明施工；是一種經濟效益和社會效益非常顯著的既可提高工程質量又可降低施工成本的環保節能型產品。砂漿塑化劑在國外已被廣泛應用，其中以日本、美國應用*為普及。木質素磺酸鹽是干粉砂漿中常用的一種增塑劑，它是造紙廠的廢料，其一般摻量為0.2%～0.3%。塑化劑常用于需要有良好自流平性能的砂漿中，如自流平墊層、面層砂漿或找平砂漿。在砌筑砂漿中摻入增塑劑，可以改善砂漿的和易性，提高砂漿的保水性、流動性和粘聚性，可克服水泥混合砂漿易爆灰，收縮大和強度低等缺點，從而保證砌體的質量。在抹灰砂漿中可節省50%石灰膏，且砂漿不易泌水或分離；砂漿與基材的粘結性好；面層沒有鹽析現象，抗裂、抗霜凍和耐候性良好等。2.2.10消泡劑 消泡劑主要用來降低砂漿中的空氣含量。目前干粉砂漿中用的粉狀消泡劑主要是多元醇和聚硅氧烷等。應用消泡劑除了調整氣泡含量以外，還可以減少收縮。實際應用中，為了提高綜合性能，需要同時使用多種添加劑。這時需要注意各種添加劑之間的相互影響。另外，還須注意添加劑的添加量。太少，不能體現添加劑的作用；太多，可能會有副作用。2.2.11有機纖維用于砂漿中的纖維按其材料性質可分為金屬纖維、無機纖維和有機纖維。在砂漿中摻入纖維，能大大提高其抗裂防滲性能。在干拌砂漿中通常加入有機纖維來改善砂漿的抗滲、抗裂性能。常用的有機纖維有：聚丙烯纖維(PP)、聚酰胺(尼龍)(PA)纖維、聚乙烯醇(維綸)(PVA)纖維、聚丙烯腈(PAN)、聚乙烯纖維、聚酯纖維等。其中聚丙烯纖維是目前實際用量*大的，它是以丙烯單體在一定條件下聚合而結構規整的結晶型聚合物，具有耐化學腐蝕、加工性好、質輕、蠕變收縮小、價格低廉等特點，且因為聚丙烯纖維耐酸堿、不與水泥基材料發生化學反應，所以得到了國內外的廣泛關注。纖維摻入砂漿后的抗裂作用主要分為兩個階段：一是塑性砂漿階段；二是硬化砂漿體階段。在砂漿的塑性階段，均勻分布的纖維呈現三維網絡結構，起到了支撐細骨料的作用，阻止了細骨料的沉降減少了離析。而離析是砂漿表層開裂的主要原因，纖維的加入減少了砂漿的離析也就降低了砂漿表層開裂的可能性。塑性階段的砂漿由于水分的蒸發，砂漿收縮會產生拉應力，而纖維的加入可以承受這種拉應力。在砂漿的硬化階段，由于干燥收縮、碳化收縮、溫度收縮的存在，在砂漿內部也會產生應力，應力的存在使砂漿中出現微裂紋，而纖維的加入可以降低微裂縫**的應力集中，防止微裂縫擴展。袁震宇等通過砂漿平板的抗裂試驗分析也得出結論：在砂漿中加入聚丙烯纖維能明顯減少塑性收縮裂縫的產生，改善砂漿的抗裂性。當砂漿中的聚丙烯纖維體積摻量分別為0.05%和0.10%時,可分別減少65%和75%的裂縫。而華南理工大學材料學院的黃承亞等人通過改性聚丙烯纖維水泥基復合材料力學性能試驗也證實：水泥砂漿中加入少量的聚丙烯纖維可以提高水泥砂漿的抗折、抗壓強度。纖維在水泥砂漿中的*佳用量為0.9kg/m3左右，超過這一用量，纖維對水泥砂漿的增強增韌效果提高不顯著，且不經濟。在砂漿中加入纖維可以提高砂漿的抗滲性。當水泥基體收縮時，由于纖維起著的微細鋼筋的作用，有效地消耗了能量，凝結后即使有微裂紋的產生，在內部和外部應力作用下，裂紋的擴展要受到纖維網狀系統的阻礙，很難發展成為較大的裂縫，這樣也就難以形成貫通的滲水通路，從而提高了砂漿的抗滲性。三.干混砂漿案例分析3.1配方研制思路混凝土粘結劑：活性粉狀材料（5-20%）、水泥（70-90%）、表面活性劑（2-20%）組成活性粉狀材料：礦渣、沸石粉、粉煤灰、硅灰表面活性劑：木質素系，萘系，樹脂系，糖蜜，氯化物、硫酸鹽、有機胺中的一種或多種復配。3.2參考配方：參考配方1： 組分A投料量（g/L）B投料量（g/L）硅酸鹽水泥400~450350~400石英砂500~550550~600纖維素醚1~51~4可再分散膠粉10~3030~50添加劑30~5030~50參考配方2：組分A投料量（g/L）硅灰 750~850可再分散性膠乳30~100纖維素醚60~100木質素磺酸鹽10~30硫酸鈉10~20四.市面常見砂漿添加劑：普通水泥、高鋁水泥、特種水泥、石膏、石灰、膠粉、石英砂，河沙，石灰石沙、火山灰、粉煤渣、礦渣、纖維素醚、消泡劑、引汽劑、緩凝劑、促凝劑、塑化劑、抗收縮劑、潤濕劑、膨脹珍珠巖、膨脹蛭石、沸石、重晶石、磷酸二氫鈉、聚丙烯酸鈉、氟硅酸鈉、棕檬酸鹽、脂肪磺酸鈉鹽和硫酸鈉、疏水劑（SEAL80 、硬脂酸鹽）、奈系減水劑、蜜胺型減水劑、水泥膨脹劑、有機硅烷粉、木質纖維素、淀粉醚、改性海藻、保溫砂漿添加劑、干混砂漿添加劑、增稠劑、防水劑、防裂劑、外墻外(內)保溫砂漿、干混砂漿、聚苯顆粒膠漿、聚苯板抹灰保溫材料、聚苯抹灰粉刷石膏 蘇州禾川化工新材料科技有限公司（簡稱：禾川技術），為企業，科研的生產研發提供專業化解決方案。禾川技術以蘇州大學為產學研基地，融合了中科院有機所、應化所、浙江大學、南京大學、蘇州大學、華東理工大學等多家科研機構與高校的外圍專家博士團隊，依托生物納米科技園、蘇州大學、中科院納米所強大的儀器測試平臺，憑借強大的科研實力，多年豐富的研發經驗，共同建立化工材料分析中心，新材料研發中心。禾川技術致力于化工行業材料檢測、材料分析、配方還原、新領域新材料的開發；推進新項目整體研發進度，縮短研發周期，推動化工產業自主研發的進程。公司：蘇州禾川化工新材料科技有限公司地址：江蘇省蘇州市工業園區星湖街218號聯系人：胡工手機;152 0173 3840電話：400-101-7153郵箱：service@baijiantest.com網址：http://www.szlhsb.com