開放時間調節劑對濕拌砂漿性能的影響

張小芳，鐘麗娜，方云輝，柯余良，郭元強

（科之杰新材料集團有限公司，福建 廈門 361100）

基于貫徹綠色發展理念，遵循節能生態、綠色、環保的現代化城市建設發展模式，依據生態文明城市建設的要求，落實《中共中央、國務院關于進一步加強城市規劃建設管理工作的若干意見》（中發[2016]6號文）的精神。禁止現場攪拌砂漿，推廣預拌砂漿，已經成為業內共識和行業政策。其中，濕拌砂漿作為預拌砂漿的一種類別，為提升建筑品質、降低成本、提高效率、減少環境污染、綜合利用資源、推廣綠色建筑方面提供了重要保證。

濕拌砂漿是指水泥、細集料、外加劑和水以及根據性能確定的各種組分，按一定的比例，在攪拌站經過計量、拌制后，采用攪拌運輸車運至使用地點，放入專用容器儲存，并在規定的時間內使用完畢的拌合物[1]。濕拌砂漿開放時間，是指自砂漿加水攪拌起，拌合物保持可操作性、可施工性的時間。而不摻加外加劑的濕拌砂漿開放時間一般為2～5 h，遠遠不能滿足施工的要求，是制約其快速發展的技術瓶頸。目前市面上濕拌砂漿外加劑存在開放時間不足、可施工性差、砂漿后期強度損失較大的缺點[2]。因此，市場上也紛紛出現了開放時間調節劑產品，它是一種能延長調節水泥水化反應，調節砂漿凝結時間的外加劑，使濕拌砂漿運輸到工地之后能保持一定時間的施工性，同時施工后的砂漿能盡快凝結硬化，能很好地滿足施工進度的需要。但現階段對于開放時間調節劑對濕拌砂漿性能會產生哪些影響，尚未見相關的報道。

本文選擇市場上4種類型的開放時間調節劑：多羥基碳水化合物類、有機磷酸類、胺類聚合物類、羧酸鹽類，研究不同類型產品對濕拌砂漿稠度損失、保水性能、28 d抗壓強度、14 d拉伸粘結強度比等的影響，并對相應試樣進行SEM微觀分析，可為開放時間調節劑的推廣應用提供指導。

1 試驗

1.1 試驗材料

水泥：P·I 42.5基準水泥，其主要化學成分和物理力學性能如表1和表2所示；砂：符合GB/T 14684—2011《建設用砂》中2區天然砂的規定，細度模數為2.6～2.8，含泥量不大于1.0%；水：符合JGJ 63—2006《混凝土用水標準》的規定；開放時間調節劑：濃度20%的多羥基碳水化合物類（K-1）、有機磷酸類（K-2）、胺類聚合物類（K-3）和羧酸鹽類（K-4），市售。

表1 水泥的主要化學成分 %

表2 水泥的物理力學性能

1.2 試驗方法

（1）濕拌砂漿的膠砂比為1∶4，調整用水量使砂漿的稠度為80～90 mm。

（2）將開放時間調節劑配制成濃度20%的溶液，摻量按廠家推薦摻量（0～1.6%）進行試驗。

1.3 測試與表征

（1）濕拌砂漿的稠度、保水率、抗壓強度、14 d拉伸粘結強度和含氣量測試：按JGJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》的規定進行。

（2）SEM分析：將開放時間調節劑按照水膠比為0.3制成水泥凈漿，采用20 mm×20 mm×20 mm的試模成型，制備凈漿測試試樣，標準水養至28 d，破碎取中間部分留樣，用無水乙醇進行終止水化，烘干，進行SEM分析。

2 結果與討論

2.1 開放時間調節劑種類對濕拌砂漿稠度損失率的影響

為了研究摻不同開放時間調節劑濕拌砂漿在不同開放時間的稠度損失率，選擇4種開放時間調節劑摻量均為0.8%，測試開放時間分別為0、6、8、10、12 h時的稠度損失率，并與空白樣進行對比，結果如圖1所示。

圖1 開放時間調節劑種類對濕拌砂漿稠度損失率的影響

由圖1可知，空白樣在4 h后的稠度損失率≥30%，失去施工性能；而摻入開放時間調節劑后，在6 h內稠度損失率變化不大，在8～12 h出現突變，隨著存放時間延長，稠度損失率增大，在10 h內稠度損失率≤30%。因此，以下對不同摻量的開放時間調節劑在10 h的稠度損失率進行研究。

2.2 開放時間調節劑摻量對濕拌砂漿10 h稠度損失率的影響

選擇4種開放時間調節劑摻量分別為0、0.4%、0.8%、1.2%和1.6%進行對比試驗，以確定在不同摻量下開放時間為10 h時是否具有可施工性能，結果如圖2所示。

圖2 開放時間調節劑摻量對濕拌砂漿10 h稠度損失率的影響

由圖2可知，隨著開放時間調節劑摻量的增加，稠度損失率逐漸減小，在0.4%～1.6%摻量范圍，稠度均能滿足施工要求。其中以K-1最佳，在0.4%～1.6%摻量范圍內稠度損失率均＜25%；其次是K-4，在0.8%～1.6%摻量范圍內稠度損失率均＜25%，而K-2和K-3的性能較差，需在摻量≥1.2%時，稠度損失率才能達到＜25%。由此可見，含多羥基碳水化合物類更能延緩水泥水化，減少砂漿稠度損失。

2.3 開放時間調節劑種類對濕拌砂漿保水性能的影響

砂漿保水性是指砂漿保持水分的能力。保水性不良的砂漿在使用過程中會出現泌水、流漿，使砂漿與基底粘結不牢，且由于失水影響砂漿正常的粘結硬化，使砂漿的強度降低，不利于施工。為了研究不同開放時間調節劑對砂漿保水性能的影響，選擇4種開放時間調節劑摻量為0.8%，測試初始和10 h保水性能，并與空白樣進行對比，試驗結果如圖3所示。

圖3 開放時間調節劑種類對濕拌砂漿初始和10 h保水率的影響

由圖3可知，相比空白樣，摻入4種開放時間調節劑后均能提高濕拌砂漿的保水率，但保水率均小于88%；相比初始保水率，10 h保水率均有所增大，4種開放時間調節劑的保水性能順序為：K-1＞K-3≈K-4＞K-2。其中，多羥基碳水化合物類樣品K-1的保水率最佳，且未出現泌水現象。由此可見，摻入開放時間調節劑可以提高砂漿的保水率，但未能滿足施工要求，建議使用開放時間調節劑時應與增稠劑復配使用，提高保水性能。

2.4 開放時間調節劑摻量對濕拌砂漿28 d抗壓強度的影響

為了研究不同摻量的開放時間調節劑對濕拌砂漿28 d抗壓強度的影響，將4個樣品各選擇0、0.4%、0.8%、1.2%和1.6%摻量進行試驗，結果如圖4所示。

圖4 開放時間調節劑摻量對濕拌砂漿28 d抗壓強度的影響

由圖4可知，隨著開放時間調節劑摻量增大，濕拌砂漿28 d強度先略有增大，在摻量大于0.8%時，增大較不明顯。對比4個樣品的28 d抗壓強度順序為：K-1＞K-4＞K-3＞K-2，由此可見，摻多羥基碳水化合物類開放時間調節劑的濕拌砂漿28 d抗壓強度最高。

2.5 開放時間調節劑種類和摻量對濕拌砂漿14 d拉伸粘結強度比的影響（見圖5）

圖5 開放時間調節劑種類和摻量對濕拌砂漿14 d拉伸粘結強度比的影響

由圖5可知，摻入4種開放時間調節劑后均能提高濕拌砂漿的14 d拉伸粘結強度比，隨著開放時間調節劑摻量增加，摻K-1和K-4濕拌砂漿的14 d拉伸粘結強度比逐漸增大；而摻K-2和K-3的濕拌砂漿則隨摻量的增加呈先增大后減小，當摻量為1.2%時，14 d拉伸粘結強度比最大。摻4種開放時間調節劑砂漿的14 d拉伸粘結強度比順序為：K-1＞K-4＞K-2≈K-3。由此可見，摻多羥基碳水化合物類開放時間調節劑K-1的濕拌砂漿14 d拉伸粘結強度比最大。

2.6 SEM微觀分析

圖6為4種開放時間調節劑摻量均為0.8%及空白水泥凈漿水化7 d時的SEM照片。

由圖6可以看出：在水化7 d時，空白樣品的結構較為疏松，孔隙較多，出現較多短柱狀的鈣礬石AFt和網狀的C-SH凝膠，說明水泥顆粒表面的水化產物已經形成，但是未能看見較為明顯的特征水化產物，由此推斷水化程度較低；而摻入開放時間調節劑后有大量的C-S-H凝膠和鈣礬石生成，漿體結構相對更加密實，宏觀表現為濕拌砂漿強度顯著提高。其中，摻K-1的樣品還可明顯看到出現了板狀結構的硫酸鋁鈣AFm，而其它樣品則較少，這也是摻K-1砂漿28 d抗壓強度相對最高的原因。

圖6 開放時間調節劑摻量均為0.8%及空白水泥凈漿水化7 d時的SEM照片

3 結論

（1）摻入開放時間調節劑K-1、K-2、K-3、K-4均能減小濕拌砂漿的稠度損失。在6 h內稠度損失率變化不大，在8 h到12 h出現突變，4種開放時間調節劑摻量為0.8%時，10 h內濕拌砂漿的稠度損失率均≤30%，因此確定開放時間考察時間為10 h。

（2）通過考察不同摻量開放時間調節劑對濕拌砂漿10 h稠度損失率的影響可知，多羥基碳水化合物類樣品K-1的性能最佳，其次為K-4，最后是K-2和K-3。

（3）摻入4種開放時間調節劑均能提高濕拌砂漿的保水率，10 h后保水率均較初始保水率有所增大，但摻量為0.8%時保水率均小于88%，因此單獨使用開放時間調節劑不能滿足施工要求。4個樣品的保水性能排序為：K-1＞K-3≈K-4＞K-2。

（4）摻入4種開放時間調節劑均能提高濕拌砂漿的28 d抗壓強度和14 d拉伸粘結強度比，其中以摻K-1砂漿的性能最佳。

（5）SEM分析表明，摻入開放時間調節劑能使濕拌砂漿體系漿體結構相對更加密實，因此強度得到顯著提高。