改性纖維素對砂漿性能的影響研究

李珊珊，張勇，魯曉輝，謝慧東

（1. 中國建筑標準設計研究院上海分部，上海 200120；2. 山東華森混凝土有限公司，山東 濟南 250101）

改性纖維素對砂漿性能的影響研究

李珊珊1，張勇2，魯曉輝2，謝慧東2

（1. 中國建筑標準設計研究院上海分部，上海 200120；2. 山東華森混凝土有限公司，山東 濟南 250101）

本文通過調節水膠比控制砂漿稠度，以不同比例的改性纖維素取代纖維素醚，進行了試驗研究，結果表明砂漿保水率和粘結強度均隨改性纖維素取代率的增加先增加后減小，砂漿抗壓強度和表觀密度隨改性纖維素取代率增加而增加，根據抹灰和砌筑 M5、M10 砂漿試驗最終確定改性纖維素最佳取代率范圍為 20%～30%。

改性纖維素；纖維素醚；保水率；粘結強度；抗壓強度

0 引言

目前，為改善砂漿工作性，纖維素醚作為最重要的一種保水增稠劑，在砂漿中得到廣泛應用。纖維素醚可以延長砂漿開放時間，提高砂漿塑性粘度，改善砂漿保水性能，但是纖維素醚的加入會抑制水泥水化，從而會大幅度降低砂漿強度[1-7]。因此尋找既可以改善砂漿保水性能和粘結性能且不會降低砂漿強度，又可以代替或部分代替纖維素醚的外加劑就變得很有意義。我國有豐富的農作物秸稈資源，以秸稈細胞壁中的半纖維素為原料，借助生物技術煉制新能源、新材料已實現商業化生產。生產過程提煉產生的副產品纖維素，經復雜的物理化學改性，試驗表明，具有良好的“導水性”與“鎖水性”，能夠提高砂漿粘結強度和保水性能。本試驗利用改性纖維素部分取代纖維素醚研究對砂漿性能的影響規律。

1 試驗概況

1.1 試驗原材料

原材料：山東水泥廠 P·O42.5 水泥，化學成分和物理性能分別如表 1、表 2 所示；Ⅱ級粉煤灰；中砂（細度模數為2.5 的機制砂），砂顆粒分布如表 3 所示；纖維素醚（10 萬粘度）；葡萄糖酸鈉緩凝劑；木纖維；改性纖維素。

表 1 水泥化學成分 %

表 2 水泥物理性能

表 3 砂顆粒累計篩余 %

1.2 砂漿配合比設計

抹灰 M5、抹灰 M10、砌筑 M5、砌筑 M10 砂漿基準配合比設計如表 4 所示。

表 4 基準配合比

本試驗設計用改性纖維素取代纖維素醚比例分別為 0%、10%、20%、30%、40%、50%。試驗中通過調整水膠比，參照 GB/T 25181—2010《預拌砂漿》要求，抹灰砂漿稠度控制在 90～100mm，砌筑砂漿稠度控制在70～80mm。

1.3 試驗方法

參照 JGJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》，控制砂漿稠度，分別測試其保水率、14d 粘結強度和表觀密度，成型 70.7×70.7×70.7mm 立方體試件，在溫度為(20±5)℃ 的環境下靜置 (24±2)h 后對試件進行編號、拆模，然后放于溫度為 (20±2)℃，相對濕度為 90% 以上的標準養護室中養護，根據標準測試砂漿 7d、28d 齡期強度。

2 試驗結果與分析

2.1 改性纖維素對砂漿保水率的影響

砂漿保水率隨改性纖維素摻量變化曲線圖見圖 1。

圖 1 砂漿保水率隨改性纖維素摻量變化曲線

由圖 1 可見，M5 和/% M10 抹灰、砌筑砂漿均隨改性纖維素取代率的增加先增加后減小，抹灰 M5、抹灰 M10、砌筑 M5、砌筑 M10 砂漿分別在改性纖維素取代 10%、20%、10%、30% 時，砂漿的保水率最大，分別為 95.2%、96.1%、98.3%、98.6%，相對只添加纖維素醚砂漿保水率都有不同程度的提高。但是當改性纖維素取代率增加至 50% 時，抹灰M5、抹灰 M10、砌筑 M5、砌筑 M10 砂漿砂漿保水率分別降低至 90.9%、92%、94.1%、94.7%，低于基準砂漿保水率，而且試驗中發現利用改性纖維素完全取代纖維素醚后對砂漿保水性能幾乎沒有改善。說明改性纖維素本身具有“鎖水”功能，少摻量的改性纖維素取代纖維素醚能夠提高砂漿保水率，但是改性纖維素取代纖維素醚比例過大，會降低砂漿塑性粘度，使砂漿中自由水增多，導致保水率下降。

2.2 改性纖維素對砂漿粘結強度的影響

砂漿粘結強度隨改性纖維素摻量變化曲線圖見圖 2。

圖 2 砂漿粘結強度隨改性纖維素摻量變化曲線

如圖 2 所示，抹灰 M5、抹灰 M10 砂漿粘結強度均隨改性纖維素取代率的增加先增加后下降，分別在 10%、20% 時粘結強度達到最大，分別為 0.41MPa、0.51MPa，相對只添加纖維素醚粘結強度各提高了 13.9%、8.6%，說明改性纖維素有良好的“導水”性能，砂漿與基體界面處的水泥水化完全，不會因為基體吸水而使界面粘結強度過低。但是，改性纖維素取代率過高，砂漿保水性下降，自由水過多，表面水分蒸發過快，導致砂漿界面水化不完全，砂漿粘結強度隨之下降。

2.3 改性纖維素對砂漿立方體抗壓強度的影響

砂漿抗壓強度隨改性纖維素摻量變化曲線圖見圖 3。

圖 3 砂漿抗壓強度隨改性纖維素摻量變化曲線

如圖 3 所示，抹灰和砌筑 M5、M10 砂漿 7d、28d 立方體抗壓強度均隨改性纖維素取代率增加而增加。改性纖維素取代率為 0% 時，抹灰和砌筑 M5、M10 砂漿 7d 抗壓強度分別為 5.3MPa、7.2MPa、4.4MPa、5.9MPa，改性纖維素取代率增加至 50% 時，抗壓強度分別增加至 6.8MPa、9.1MPa、5.5MPa、8.1MPa；28d 抗壓強度相對單摻纖維素醚砂漿抗壓強度分別提高了 30%、40%、43%、18%。在砂漿稠度值接近的情況下，改性纖維素取代纖維素醚后，砂漿塑性粘度會降低，水膠比會隨改性纖維素取代率的增加而逐漸減小，從而砂漿強度逐漸增大。改性纖維素在水中會吸水溶脹但不溶解，因此改性纖維素作用機理不同于纖維素醚，會在水泥顆粒表面吸附，而抑制水泥水化，導致強度發展緩慢。

2.4 改性纖維素對砂漿表觀密度的影響

砂漿表觀密度隨改性纖維素摻量變化曲線圖見圖 4。

圖 4 砂漿表觀密度隨改性纖維素摻量變化曲線

如圖 4 所示，抹灰和砌筑 M5、M10 砂漿表觀密度均隨改性纖維素取代率增加而增加，改性纖維素取代率達到 50%時，砂漿表觀密度相對單摻纖維素醚砂漿分別提高了 4.4%、6.1%、4.4%、4.9%。說明改性纖維素沒有引氣作用，不會因增加了砂漿孔隙率而導致有害孔增加，用改性纖維素取代部分纖維素醚后砂漿硬化體結構相對單摻纖維素醚砂漿更為致密。

3 改性纖維素作用機理分析

砂漿表層水分揮發或基層吸水，很容易導致砂漿內部水分分布不均，從而導致砂漿開裂，纖維素醚溶于水后，分子上羥基和醚鍵的氧原子與水分子易締合成氫鍵，使游離水變成結合水，從而提高砂漿保水率， 改性纖維素遇水溶脹但不溶解，在砂漿基體中起到導水作用，而使砂漿內部水分分布均勻，減小表層水分蒸發與基體吸水造成應力集中。改性纖維素具有三維網絡結構，具有一定的保水增稠及“撐托”骨料作用，減小砂漿表層吸水，且對砂漿開放時間有一定延緩作用。改性纖維素不會在水泥顆粒表面吸附，且沒有引氣作用，因此不會類似纖維素醚大幅降低砂漿強度。

4 結論

通過不同比例的改性纖維素取代纖維素醚改善砂漿性能試驗，得出以下結論：

（1）抹灰和砌筑 M5、M10 砂漿保水率均隨取代纖維素醚比例的增加先增大后減小，抹灰 M5、抹灰 M10、砌筑 M5、砌筑 M10 砂漿分別在改性纖維素取代 10%、20%、10%、30% 時，砂漿的保水率最大。

（2）抹灰 M5、M10 砂漿粘結強度隨改性纖維素取代率增加先增加后減小，分別在 10%、20% 時，粘結強度達到最大，分別達到 0.41MPa、0.51MPa。

（3）砂漿稠度值近似情況下，水膠比隨改性纖維素取代率增加有所下降，砂漿強度和表觀密度均隨改性纖維素取代率的增加而增加。

（4）根據不同比例改性纖維素取代纖維素醚對砂漿強度、保水率、粘結強度、表觀密度影響試驗結果，確定改性纖維素取代范圍為 20%～30%。

[1] 詹鎮峰，李從波，陳文釗．纖維素醚的結構特點及對砂漿性能的影響[J]．混凝土，2009(10): 110-112．

[2] 張義順，李艷玲，徐軍，趙鴻濤.纖維素醚對砂漿性能的影響[J]．建筑材料學報，2008,11(3): 359-362．

[3] J.Pourchez,P.Grossesu,R.Guyonnet,B.Ruot.HEC influence on hydration measured by conductometry[J].Cement Concrete Research, 2006,(36): 1777-1780．

[4] H. Paiva, L.M. Silva, J.A. Labrincha, V.M. Ferreira. Effects of a water-retaining agent on the rheological behaviour of a single-coat render mortar[J].Cement and Concrete Research,2006(36 ): 1257-1262.

[5] Ou Zhi Hua, Ma Bao Guo, Jian Shou Wei. Influence of cellulose ethers molecular parameters on hydration kinetics of Portland cement at early ages[J]. Construction and Building Materials, 2012 ( 33): 78-83.

[6] Laetitia Patural, Philippe Marchal, Alexandre Govin,etc. Cellulose ethers influence on water retention and consistency in cement-based mortars[J].Cement and Concrete Research, 2011(41):46-55.

[7] 王培銘．纖維素醚和乳膠粉在商品砂漿中的作用[J]．硅酸鹽通報，2005(5): 136-139．

［通訊地址］山東濟南高新區鳳山路山東華森混凝土有限公司（250101）

Studies of modified cellulose on basic performance of mortar

Li Shanshan1, ZhangYong2, Lu Xiaohui2, Xie Huidong2
(1. Shanghai office of China Institute of Building Standard Design & Research, Shanghai 200120; 2. Shandong Huasen Concrete Co. Ltd., Jinan 250101, Shandong)

This paper regulating the consistence of mortar, the cellulose ether was replaced by different proportions of modified cellulose, the results show: the water retention and binding strength of mortar increases and then decreases with larger modified cellulose replacement percentage; However, the compressive strength and bulk density increases with replacement percentage. According the experiment of plastering and masonry mortar of M5 and M10, the optimal replacement ratio was determined in the range of 20%～30%

modified cellulose; water retention; binding strength; compressive strength

李珊珊（1972—），女，碩士，從事建筑材料工作。