鈉基膨潤土改性水泥砂漿基本性能研究

龔曉強,劉杰勝,張同同,朱 姣

(武漢輕工大學 土木工程與建筑學院，湖北 武漢 430023)

1 前言

砌筑砂漿是將膠凝材料、細骨料和水按一定比例混合均勻攪拌形成的砂漿，主要用于砌筑墻體、基礎、 煙囪以及地面構筑物，起粘結砌塊和傳遞載荷的作用，是墻體結構的重要組成部分[1]。

膨潤土是以蒙脫石為主的含水粘土礦，其主要成分為二氧化硅、三氧化二鋁和水等化學組分組成。其中所含的Na2O和CaO含量對膨潤土的物理化學性能和工藝技術性能影響頗大。按蒙脫石所含可交換陽離子種類、含量和結晶化學性質(zhì)等，可將膨潤土劃分為鈉基膨潤土(堿性土)、鈣基膨潤土(堿性土)和天然漂白土(酸性土或酸性白土)三種。鈉基膨潤土是指其主要礦物蒙脫石層間主要交換陽離子堿性系數(shù)身的一種堿性土。其主要特性為：吸水速度快，但吸水率和膨脹倍數(shù)大；陽離子交換量高、在水介質(zhì)中分散高，膠質(zhì)價高，具有很高的使用價值和經(jīng)濟價值[2-3]。

建筑砂漿設計強度等級通常較低，普通砂裝強度較易滿足其要求[4-5]，但在和易性、保水性和施工性等方面存在缺陷，涂抹后容易開裂甚至剝落，不利于商品砂漿的推廣及大規(guī)模使用。為了保證砂漿的和易性及保水性，需要加入必要的外加劑進行改善。鈉基膨潤土本身具有很好的吸水和保水性能，可將膨潤土應用于增稠保水材料的配制[4-5]。

因此，本文重點研究了在普通水泥砂漿中摻入不同摻量比的鈉基膨潤土的改性水泥砂漿，研究鈉基膨潤土對新拌水泥砂漿濕密度、保水率、稠度和流動度等基本性能的影響，為制備高性能水泥基復合材料奠定了一定的基礎。

2 實驗部分

2.1 材料

水泥：采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥；

砂：普通標準砂；

拌合水：實驗中的水全部取用自來水；

鈉基膨潤土：采用規(guī)格為300目的鈉基膨潤土。

2.2 制備

本試驗為研究鈉基膨潤土不同摻量比對普通水泥砂漿拌合物基本性能的影響，分別按照不同摻量比(0-3.0%)制成鈉基膨潤土水泥砂漿拌合物。參照JGJ98-2000《砌筑砂漿配合比設計規(guī)程》，水泥砂漿配比為1∶2∶0.4(水泥∶砂∶水)，鈉基膨潤土摻量取水泥質(zhì)量的0，0.5%，1.0%，1.5%，2.0%，2.5%，3.0%。

2.3 測試與表征

2.3.1 濕密度

2.3.2 保水性

2.3.3 稠度

參照《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》JGJT7中稠度試驗方法，對鈉基膨潤土水泥砂漿拌合物稠度進行試驗，記錄砂漿稠度儀試錐的下沉深度h，即為鈉基膨潤土水泥砂漿拌合物的稠度值。

2.3.4 流動性

參照《水泥膠砂流動度測定方法》GB/T2419中流動度試驗方法，對鈉基膨潤土水泥砂漿拌合物流動度進行試驗，膠砂流動度是以膠砂在跳桌上按規(guī)定操作進行試驗后，測量底部擴散直徑D(mm)，以擴散直徑大小D表示流動性好壞。

3 結果與討論

3.1 鈉基膨潤土水泥砂漿拌合物濕密度

圖1 鈉基膨潤土對水泥砂漿拌合物濕密度影響

由圖1可以看出鈉基膨潤土對水泥砂漿濕密度的影響，隨著鈉基膨潤土摻量的增加砂漿密度有所降低，但總體減小趨勢不大，且保持在2000kg/m3-2500kg/m3之間。

3.2 鈉基膨潤土水泥砂漿拌合物保水性

圖2 鈉基膨潤土對水泥砂漿保水性影響

由圖2不難看出，隨著鈉基膨潤土摻量的增加，砂漿保水性逐漸增大。其變化趨勢為先增加后趨于穩(wěn)定，且增加幅度不大，鈉基膨潤土摻量>1%后保水率增幅不大。

3.3 鈉基膨潤土水泥砂漿拌合物稠度

圖3 鈉基膨潤土對新拌砂漿稠度影響

由圖3中曲線走向顯示：鈉基膨潤土對新拌水泥砂漿的稠度有影響，隨著鈉基膨潤土摻量的增加，砂漿稠度降低。

3.4 鈉基膨潤土水泥砂漿拌合物流動度

圖4 鈉基膨潤土對新拌砂漿流動度影響

由圖4中流動度曲線走勢可以看出，隨著鈉基膨潤土摻量的增加，鈉基膨潤土水泥砂漿流動度減小，鈉基膨潤土摻量為0-1%范圍，流動度減小幅度明顯，摻量為1.5%-3%范圍，流動度逐漸趨于穩(wěn)定，整體趨勢呈現(xiàn)降低的趨勢。

3.5 微觀結構研究

從圖5中可知，空白樣的水泥砂漿存在有大量的針狀的鈣礬石晶體存在。圖6可以看出，在大量的水化產(chǎn)物中可以清晰的看到鈣礬石晶體的存在，膨潤土顆粒能較均勻的分散在水泥砂漿中，未見明顯團聚等現(xiàn)象發(fā)生。

圖5 空白樣水泥砂漿SEM圖

圖6 鈉基膨潤土摻量3.0%水泥砂漿SEM圖

3.6 結論

通過在水泥砂漿中摻入不同摻量比(0-3%)的鈉基膨潤土,研究了鈉基膨潤土對新拌水泥砂漿基本性能的影響，并采用SEM(電鏡掃描)對其微觀形貌進行觀察分析，得出以下結論：

(1)隨著鈉基膨潤土摻量的增加，新拌水泥砂漿的濕密度有所降低，但變化不明顯；

(2)隨著鈉基膨潤土摻量的增加，新拌水泥砂漿的稠度和流動度有所降低；

(3)隨著鈉基膨潤土摻量的增加，砂漿的保水性逐漸增大，其變化趨勢為先增加后趨于穩(wěn)定。

(4)膨潤土顆粒能較均勻地分散在水泥砂漿中，未見明顯團聚現(xiàn)象發(fā)生。