干混砂浆常用外加剂基本性能

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1、外加剂对建筑干混砂浆性能的改善具有关键性作用，但干混砂浆的加入使干混砂浆产 品的材料成本明显高于传统砂浆，其在干混砂浆中占材料成本 40%以上。目 前，相当一 部分外加剂由国外制造商供应，产品的参考用量也由供应商提供。由此导致了干混砂浆产 品成本居高不下，量大面广的普通砌筑和抹灰砂浆推广困难；高 端市场产品由国外公司控 制，干混砂浆生产厂商利润低，价格承受能力差；外加剂的应用缺乏系统性、针对性研究， 盲从国外配方。基于以上原因，本文对常用外加剂的一些基本性能进行分析与比较，并在此基础上对 应用外加剂的干混砂浆产品性能进行研究。 1 保水剂保水剂是改善干混砂浆保水性能的关键外加剂，也是决定干混砂

2、浆材料成本的关键外 加剂之一。 1.1 纤维素醚纤维素醚是碱纤维素与醚化剂在一定条件下反应生成一系列产物的总称。碱纤维素被 不同的醚化剂取代而得到不同的纤维素醚。按取代基的电离性能，纤维素醚可分 为离子型 （如羧甲基纤维素）和非离子型（如甲基纤维素）两大类。按取代基的种类，纤维素醚可 分为单醚（如甲基纤维素）和混合醚（如羟丙基甲基纤维素） 。按 可溶解性不同，可分为 水溶性（如羟乙基纤维素）和有机溶剂溶解性（如乙基纤维素）等，干混砂浆主要用水溶 性纤维素，水溶性纤维素又分为速溶型和经过表面处 理的延迟溶解型。纤维素醚在砂浆中的作用机理如下：（1）砂浆内的纤维素醚在水中溶解后，由于表面活性作用保

3、证了胶凝材料在体系中 有效地均匀分布，而纤维素醚作为一种保护胶体， “包裹”住固体颗粒，并在其外表面形成 一层润滑膜，使砂浆体系更稳定，也提高了砂浆在搅拌过程的流动性和施工的滑爽性。（2）纤维素醚溶液由于自身分子结构特点，使砂浆中的水份不易失去，并在较长的 一段时间内逐步释放，赋予砂浆良好的保水性和工作性。 1.1.1 甲基纤维素（MC）分子式C6H7O2(OH)3-h(OCH3)nx将精制棉经碱处理后，以氯化甲烷作为醚化剂，经过一系列反应而制成纤维素醚。一 般取代度为 1.62.0，取代度不同溶解性也有不同。属于非离子型纤维素醚。（1）甲基纤维素可溶于冷水，热水溶解会遇到困难，其水溶液在 p

4、H=312 范围内非 常稳定。与淀粉、胍尔胶等以及许多表面活性剂相容性较好。当温度达到凝胶化温度时， 会出现凝胶现象。 （2）甲基纤维素的保水性取决于其添加量、粘度、颗粒细度及溶解速度。 一般添加量大，细度小，粘度大，则保水率高。其中添加量对保水率影响最大，粘度的高 低与保水率的高低不成正比关系。溶解速度主要取决于纤维素颗粒表面改性程度和颗粒细 度。在以上几种纤维素醚中，甲基纤维素和羟丙基甲基纤维素保水率较高。（3）温度的变化会严重影响甲基纤维素的保水率。一般温度越高，保水性越差。如 果砂浆温度超过 40，甲基纤维素的保水性会明显变差，严重影响砂浆的施工性。（4）甲基纤维素对砂浆的施工性和粘着

5、性有明显影响。这里的“粘着性”是指工人 涂抹工具与墙体基材之间感到的粘着力，即砂浆的剪切阻力。粘着性大，砂浆的 剪切阻力 大，工人在使用过程中所需要的力量也大，砂浆的施工性就差。在纤维素醚产品中甲基纤 维素粘着力处于中等水平。 1.1.2 羟丙基甲基纤维素（HPMC）分子式为C6H7O2(OH)3-m-n(OCH3)m,OCH2CH(OH) CH3nx羟丙基甲基纤维素是近年来产量、用量都在迅速增加的纤维素品种。是由精制棉经碱 化处理后，用环氧丙烷和氯甲烷作为醚化剂，通过一系列反应而制成的非离子型纤维素混 合醚。取代度一般为 1.22.0。其性质受甲氧基含量和羟丙基含量的比例不同，而有差别。（1

6、）羟丙基甲基纤维素易溶于冷水，热水溶解会遇到困难。但它在热水中的凝胶化 温度要明显高于甲基纤维素。在冷水中的溶解情况，较甲基纤维素也有大的改善。（2）羟丙基甲基纤维素的粘度与其分子量的大小有关，分子量大则粘度高。温度同 样会影响其粘度，温度升高，粘度下降。但其粘度高温度的影响比甲基纤维素低。其溶液 在室温下储存是稳定的。（3）羟丙基甲基纤维素的保水性取决于其添加量、粘度等，其相同添量下的保水率 高于甲基纤维素。（4）羟丙基甲基纤维素对酸、碱具有稳定性，其水溶液在 pH=212 范围内非常稳定。 苛性钠和石灰水，对其性能也没有太大影响，但碱能加快其溶解速度， 并对粘度销有提高。 羟丙基甲基纤维素

7、对一般盐类具有稳定性，但盐溶液浓度高时，羟丙基甲基纤维素溶液粘 度有增高的倾向。（5）羟丙基甲基纤维素可与水溶性高分子化合物混用而成为均匀、粘度更高的溶液。 如聚乙烯醇、淀粉醚、植物胶等。 （6）羟丙基甲基纤维素比甲基纤维素具有更好的抗酶性， 其溶液酶降解的可能性低于甲基纤维素。（7）羟丙基甲基纤维素对砂浆施工的粘着性要高于甲基纤维素。 1.1.3 羟乙基纤维素（HEC）由精制棉经碱处理后，在丙酮的存在下，用环氧乙烷作醚化剂进行反应而制成。其取 代度一般为 1.52.0。具有较强的亲水性，易于吸潮。（1）羟乙基纤维素可溶于冷水中，热水溶解较为困难。其溶液在高温下稳定，不具 有凝胶性。在砂浆中高

8、温下可使用时间较长，但保水性较甲基纤维素低。（2）羟乙基纤维素对一般酸碱都具有稳定性，碱能加快其溶解，并对粘度略有提高， 其在水中分散性比甲基纤维素和羟丙基甲基纤维素略差。（3）羟乙基纤维素对砂浆抗垂挂有好的性能，但对水泥的缓凝时间较长。（4）国内一些企业生产的羟乙基纤维素，因含水量大，灰份高而导致其性能明显低 于甲基纤维素。 1.1.4 羧甲基纤维素（CMC）C6H7O2(OH)2och2COONan由天然纤维（棉、等）经过碱处理后，用一氯醋酸钠作为醚化剂，经过一系列反应处 理而制成离子型纤维素醚。其取代度一般为 0.41.4，其性能受取代度影响较大。（1）羧甲基纤维素吸湿性较大，一般条件储

9、存会含有较大水份。（2）羧甲基纤维素水溶液不会产生凝胶，随温度升高而粘度下降，温度超过 50时， 粘度不可逆。（3）其稳定性受 pH 影响较大。一般可用于石膏基砂浆中，不能用于水泥基砂浆中。 在高碱性时，会失去粘度。（4）其保水性远远低于甲基纤维素。对石膏基砂浆有缓凝作用，并降低其强度。但 羧甲基纤维素价格明显低于甲基纤维素。 1.2 淀粉醚用于砂浆中的淀粉醚是由一些多糖类的天然聚合物经改性而成。如用马铃薯、玉米、 木薯、瓜耳豆等。 1.2.1 变性淀粉由马铃薯、玉米、木薯等改性而成的淀粉醚，保水性明显低于纤维素醚。因改性程度 不同表现出对酸碱稳定性不同。有些产品适用于石膏基砂浆中，又有些产品

10、能用于水泥基 砂浆中。砂浆中应用淀粉醚主要是作为增稠剂，提高砂浆的抗流挂性，降低湿砂浆的粘着 性，延长开放时间等。淀粉醚经常与纤维素一起使用，使这两种产品性能与优势互补。由 于淀粉醚产品比纤维素醚便宜许多，在砂浆中应用淀粉醚，会带来砂浆配方成本的明显降低。 1.2.2 瓜耳胶醚瓜耳胶醚是由天然瓜耳豆经改性而成的一种性能较为特殊的淀粉醚。主要由瓜耳胶与 丙烯酸基官能团发生醚化反应，生成含有 2-羟丙基官能团结构，是一种多聚半乳甘露糖结 构。（1）与纤维素醚相比，瓜耳胶醚更容易溶于水。pH 瓜耳胶醚的性能基本上没有影响。（2）在低粘度、少掺量的条件下，瓜耳胶可以等量取代纤维素醚，而具有相近的保 水

11、性。但稠度、抗垂挂性、触变性等明显改善。（3）在高粘度、大掺量条件下，瓜耳胶不能代替纤维素醚，二者混合使用会产生更 优异的性能。（4）瓜耳胶应用于石膏基砂浆中可明显降低施工时的粘着性，使施工更滑爽。对石 膏砂浆的凝结时间和强度，无不利影响。（5）瓜耳胶应用于水泥基砌筑和抹灰砂浆中可等量替代纤维素醚，并赋予砂浆更好 的抗垂挂性、触变性和施工的滑爽性。（6）瓜耳胶还可用于瓷砖粘结剂、地面自流平剂、耐水腻子、墙体保温用聚合物砂 浆等产品中。（7）由于瓜耳胶价格明显低于纤维素醚，砂浆中使用瓜耳胶会带来产品配方成本的 明显降低。 1.2.3 改性矿物保水稠化剂用天然矿物经过改性和复配制成的保水稠化剂，在

12、国内已得到了应用。用于配制保水 稠化剂的主要矿物有：海泡石、膨润土、蒙脱石、高岭土等，这些矿物通过偶联剂等改性 处理而具有一定的保水增稠性能。这类保水增稠剂应用于砂浆具有以下几个特点。（1）可明显改善普通砂浆性能，解决了水泥砂浆操作性差，混合砂浆强度低，耐水 性差的问题。（2）可配制出用于一般工业与民用建筑不同强度等级的砂浆产品。（3）材料成本明显低于纤维素醚和淀粉醚。（4）保水性低于有机保水剂，所配制砂浆的干燥收缩值较大，粘结性降低。 2 可再分散型聚合物胶粉可再分散型胶粉由特制聚合物乳液经过喷雾干燥加工而成。在加工过程中，保护胶体、 抗结硬剂等成为不可缺少的助剂。经过干燥后的胶粉是一些聚集

13、在一起的 80100mm 的球 形颗粒。这些颗粒可溶于水，并形成比原来乳液颗粒略大的稳定分散液，这种分散液失水 干燥后会成膜，这种膜和一般乳液成膜一样不可逆， 遇水不会再分散成为分散液。可再分 散型胶粉可分为：苯乙烯一丁二烯共聚物、叔碳酸乙烯共聚物、乙烯一醋酸乙酸共聚物等， 并以此为基础接枝有机硅、月桂酸乙烯等改善性能。不同的改性措 施使可再分散胶粉具有 耐水、耐碱、耐侯以及柔性等不同的性能。含有月桂酸乙烯和有机硅，可使胶粉具有良好 的疏水性。高度支链化的叔碳酸乙烯酯，具有较低的 Tg 值，很好的柔性。这几种胶粉应用于砂浆中，均对水泥的凝结时间有延缓作用，但比直接应用同类乳液 的延缓作用小。相

14、比而言，苯乙烯一丁二烯的延缓作用最大，乙烯醋酸乙烯的延缓作用 最小。若掺量太小对砂浆性能的改善作用不明显。 3 纤维材料 3.1 木纤维木纤维是以植物为主要原料，采用一系列技术加工而成，其性能不同于纤维素醚。主 要性能有：（1）不溶于水和溶剂，也不溶于弱酸和弱碱溶液（2）应用于砂浆中，在静止状态下会搭接成三维立体结构，增加砂浆触变性和抗垂 性，改善施工性。（3）由于木纤维所具有的三维立体结构，在所拌砂浆中具有“锁水”性能，砂浆中 水份不会轻易被吸收或移走。但其不具有纤维素醚的高保水性。（4）木纤维所具有的良好毛细管效应，在砂浆中具有“导水”功能，使砂浆表面和 内部水份含量趋于一致，从而减少因不

15、均匀收缩而产生的裂缝。（5）木纤维能减小砂浆硬化体的变形应力，减轻砂浆收缩开裂的发生。（6）木纤维在砂浆中长期性能变化规律，尚不清楚。 3.2 聚丙烯纤维聚丙烯纤维是以聚丙烯为原料加适入适量改性剂制成。纤维直径一般为 40 微米左右， 抗拉强度 300400mpa，弹性模量3500mpa，极限延伸率 1518%，其性能特点：（1）聚丙烯纤维在砂浆中呈均匀三维乱向分布，形成网络加强体系。若每吨砂浆中 掺入 1kg 重的聚丙烯纤维，则可得到 3000 万根以上的单丝纤维。 （2）砂浆中加入 聚丙烯纤维，可以有效减少砂浆在塑性状态的收缩裂缝。不论这些裂缝是可见的还是不可 见的。并能明显减少新拌砂浆的

16、表面泌水与集料沉降。（3）对于砂浆硬化体，聚丙烯纤维可以显著降低变形裂缝的数量。即当砂浆硬化体 因变形产生应力时能够抵抗和传递应力，当砂浆硬化体产生裂缝时，能够钝化裂缝尖端的 应力集中，约束裂缝扩展。 （4）聚丙烯纤维在砂浆生产中的高效分散，会成为一个难题。 混合设备、纤维品种与掺量，砂浆配比以及其工艺参数都将成为影响分散性的重要因素。 4 塑性减水剂塑性减水剂是水泥混凝土中用量最大的外加剂。几乎所有的减水剂都是由表面活性物 质组成，减水剂的性能由其所采用的表面活性物质的分子结构与水泥颗粒之间产 生的界面 作用决定。由于水泥颗粒在水化过程中带有不同极性而相互吸引，包裹了许多拌合水而产 生絮凝结构。使用中为了达到满意的施工性能往往需要加入更多的 水，使硬化体强度等性 能降低。减水剂加入水泥浆后，其疏水基团定向吸附在水泥颗粒表面带有同号电性，增大 了水泥颗粒表面的 电位，使颗粒之间因同性静电而 相斥，破坏了水泥颗粒的絮凝结构， 使水泥颗粒得到了有效分散，释放出絮凝结构中的游离水，达到减水的目的。 4.1 木质素减水