纖維素醚改性水泥漿體性能研究

饒崇升

（湖北省建筑材料節能檢測中心，武漢 430071）

建筑砂漿是建筑工程必需使用的建筑材料之一［1］。近年來，隨著墻體保溫材料的大規模應用，以及對外墻抗裂、抗滲要求的提高，對砂漿的抗裂性能、粘結性能、施工性能提出了更高的要求［2，3］。傳統砂漿由于存在干縮性大，抗滲性差、拉伸粘結強度低等缺點，常常不能滿足施工要求，或帶來裝飾材料脫落等問題。如抹面砂漿，由于砂漿失水過快，導致凝結硬化的時間縮短，在大面積施工時，出現開裂和空鼓等問題，嚴重影響工程質量［4］。傳統砂漿的失水過快，水泥水化不充分，造成水泥砂漿的開放時間短，是影響砂漿性能關鍵。

纖維素醚具有良好的增稠和保水作用，在砂漿領域中得到了廣泛應用［3－7］，并已經成為改善砂漿保水性、提供施工性能不可缺少的外加劑，有效緩解了傳統砂漿在施工性和后期使用過程中水分散失的問題［8］。用于砂漿的纖維素通常包括甲基纖維素醚（MC）、羥丙基甲基纖維素（HPMC），羥乙基甲基纖維素醚（HEMC）、羥乙基纖維素醚（HEC）等，其中，HPMC與HEMC應用最為廣泛［9，10］。

該文主要研究纖維素醚對水泥漿體工作性（保水率、失水量和凝結時間）、力學性能（抗壓強度和拉伸粘結強度）、水化規律和微觀結構的影響，為研究纖維素醚改性水泥漿體性能提供支持，為纖維素醚改性砂漿的應用提供參考。

1 實 驗

1.1 原材料

水泥：武漢亞東水泥公司生產的普通硅酸鹽水泥（P.O 42.5）水泥，比表面積為3 500cm2/g，水泥的化學組成見表1。

表1 水泥的化學組成 w/%

纖維素醚：市售羥丙基甲基纖維素醚（MC－5，MC－10，MC－20，粘度分別為5萬Pa·S，100 000Pa·S，200 000Pa·S）

1.2 方法

力學性能：樣品制備過程中，纖維素醚摻量為水泥質量的0.0%～1.0%，水灰比均為0.4。加水攪拌前，先將纖維素醚與水泥混合均勻。測試用樣品尺寸為40×40×40的水泥漿體。

凝結時間：測定方法按GB/T 1346—2001《水泥標準稠度用水量、凝結時間、安定性檢驗方法》進行。

保水性：水泥漿體的保水性的檢測參照標準DIN 18555《無機膠凝材料砂漿的檢測方法》。

水化熱：實驗采用美國TA儀器公司的TAM Air微量熱儀，水灰比為0.5。

水化產物：將水與纖維素醚攪拌均勻，然后制備水泥漿體，開始計時，分別在不同時間點取樣，用無水乙醇終止水化，以備測試，水灰比為0.5。

2 結果與討論

2.1 力學性能

圖1給出了纖維素醚摻量對強度的影響規律。從圖1中可以看出，當隨MC－10纖維素醚摻量的增加，3d、7d、28d的強度均下降；纖維素醚降低28d強度更顯著。圖2給出了纖維素醚黏度對強度的影響規律。從圖2中可以看出，無論是5萬黏度還是10萬、20萬黏度的纖維素醚，均使3d、7d、28d強度下降，同時也可以看出，纖維素醚黏度對強度的影響并不顯著。

2.2 凝結時間

圖3給出了10萬黏度的纖維素醚摻量對凝結時間的影響規律。從圖3中可以看出，隨MC－10摻量的增加，初凝時間和終凝時間均增加，當摻量為1%時，初凝時間達到510min，終凝時間達到850min，與空白相比，初凝時間延長210min，終凝時間延長470min。圖4給出了纖維素醚黏度對凝結時間的影響規律。

從圖4中可以看出，無論是MC－5、MC－10還是MC－20，均可以延緩水泥凝結，但相比三種纖維素醚，初凝時間與終凝時間均隨黏度的增加而延長。這是由于纖維素醚能在水泥顆粒可吸附于水泥顆粒表面，從而阻止水分與水泥顆粒接觸，從而延緩水泥水化。纖維素醚黏度越大，水泥顆粒表面的吸附層越厚，緩凝作用越顯著。

2.3 保水率

圖5給出了纖維素醚摻量對保水率的影響規律，從圖5中可以看出，隨摻量的增加，砂漿保水率增加，當纖維素摻量大于0.6%時，保水率區域穩定。但比較三種纖維素醚，黏度對保水率的影響存在差異，相同摻量下，保水率的大小關系為：MC－5≤MC－10≤MC－20。

2.4 水化熱

圖6給出了纖維素醚種類和摻量對水化熱的影響規律，從圖6中可以看出，隨MC－10摻量的增加，水化放熱逐漸降低，水化溫峰出現的時間后移；纖維素醚黏度對水化熱也存在較大的影響，隨黏度的增加，水化熱放降低顯著，水化溫峰出現時間后移明顯。說明纖維素醚可延緩水泥水化，同時其緩凝效果與纖維素醚摻量和黏度有關，這與凝結時間的分析結果是一致的。

2.5 水化產物分析

圖7給出了1d水化產物的SEM分析，從圖7中可以看出，當加入0.2%MC－10的纖維素醚時，可以看出大量未水化的孰料和結晶較好的鈣礬石，當摻量增加至0.6%時，鈣礬石晶體明顯降低，這說明纖維素醚可延緩水泥水化，同時延緩水化產物的形成。對比分析3種纖維素醚，可以發現MC－5可使水化產物中的鈣礬石結晶更規則，鈣礬石結晶更規則，這可能與纖維素醚的緩凝程度及在水泥顆粒表面水化層的厚度有關。

3 結 論

a.纖維素醚的加入會延緩水泥水化，推遲水泥硬化凝結，降低水化放熱，延長水化溫峰出現時間，隨摻量和黏度的增加，緩凝效果增加。

b.纖維素醚可提高砂漿保水率，可改善薄層結構等砂漿的保水性，其保水性與摻量與黏度有關，當摻量超過0.6%時，保水效果增加不顯著。

［1］ Schmitz L，Ha cKer C J，張 量.纖維素醚在水泥基干拌砂漿產品中的應用［J］.新型建筑材料，2006（7）：45－48.

［2］ 張發愛.纖維素醚及其應用［J］.化工新型材料，2001（11）：21－23.

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

［4］ 熊 犍，康蘭艷，葉 君.纖維素醚在干混砂漿中的應用進展［J］.化工進展，2009（6）：1043－1046.

［5］ 李建國.纖維素醚在普通干混砂漿中的應用研究［J］.山西建筑，2013（9）：103－104.

［6］ 趙立志，孫建英.纖維素醚對普通干粉砂漿性能的影響［J］.商品混凝土，2013（4）：32－33.

［7］ 蹇守衛，馬保國，蘇 雷.纖維素醚改性砂漿的研究進展［J］.硅酸鹽通報，2011（3）：560－566.

［8］ 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.

［9］ 黃連根.纖維素醚對水泥砂漿性能的影響［J］.江西建材，1996（1）：14－17.

［10］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.