調節劑對防水砂漿性能的影響研究

陳周鵬

（科之杰新材料集團有限公司）

0 引言

在國內外，剛性防水砂漿作為一類環保型綠色建材，因其具有原材料來源廣泛、粘結性強、防水抗滲抗開裂性能優異、良好的耐候性、耐久性、密實性、施工方便快捷等諸多優點而備受市場青睞[1-3]。已有的工程成功案例表明，防水砂漿還具有出色的耐純堿生產介質、尿素、硝銨、海水、鹽酸及酸堿性鹽腐蝕能力，適用于地下室、建筑物屋面及內外墻面、各類水池、人防、隧道、糧倉、廠房和家裝等工程的防水防滲及滲漏修復[4-6]。目前用于剛性防水砂漿中的砂源多為機制砂，但市場上的機制砂仍存在質量波動、絮凝劑含量超標等問題，因此調節劑應運而生。本實驗采用KZJ-T 型防水砂漿調節劑，探討了在不同的調節劑和防水劑摻量、溫度、膠砂比下其對防水砂漿性能的影響情況。

1 試驗原材料及試驗方法

1.1 試驗原材料

⑴水泥

采用42.5 級“建福”牌普通硅酸鹽水泥（代號C）作為砂漿的膠凝材料，其性能指標如表1。

表1 建福水泥性能指標

⑵細集料

采用325 目碳酸鈣粉(代號S1)和70～140 目機制砂(代號S2)作為砂漿的細集料，其性能指標如表2、表3。

表2 碳酸鈣粉性能指標

表3 機制砂性能指標

⑶可再分散乳膠粉

采用可再分散乳膠粉作為防水砂漿的關鍵改性組分（代號JF），為白色粉末，固體含量99.23%，灰分9.73%，堆積密度412g/L，pH 值7.5。

⑷添加劑

采用KZJ-M600 型砂漿防水劑（主要成分為聚陰離子纖維素型流變調節劑、高級脂肪酸和環氧乙烷-環氧丙烷共聚物，為白色粉末）與KZJ-T 型防水砂漿調節劑（主要成分為亞硝酸-硫鋁酸鹽復合型早強活性劑、多元醇類改性磷酸酯及晶核納米增強劑，為透明液體），其性能指標如表4、表5。

表4 KZJ-M600 型砂漿防水劑性能參數

表5 KZJ-T 型防水砂漿調節劑性能參數

1.2 試驗方法

⑴保持防水劑摻量不變的情況下，于砂漿中依次加入膠凝材料總量1.0%～2.5%的調節劑，測試砂漿的工作性能，其配合比如表6。

表6 不同摻量調節劑下防水砂漿配合比（㎏/m3）

⑵保持調節劑摻量不變的情況下，于砂漿中依次加入膠凝材料總量1.5%～3.0%的防水劑，測試砂漿的工作性能，其配合比如表7。

表7 不同防水劑摻量下防水砂漿配合比（㎏/m3）

⑶保證砂漿初始稠度不變，往砂漿中加入膠凝材料總量的1.9%的調節劑，測試其在-5～35℃下對砂漿的影響，配合比同表6。

⑷保持砂漿初始稠度不變、調節劑和防水劑摻量分別為膠凝材料總量1.9%和2.4%的情況下，調整砂漿膠砂比，測試砂漿的工作性能，配合比如表8。

表8 不同膠砂比下防水砂漿配合比（㎏/m3）

2 試驗結果及分析

2.1 不同調節劑摻量對砂漿性能的影響

從表9 可以看出，調節劑摻量與防水砂漿工作性能的聯系呈現出正相關態勢：調節劑摻量在0～1.9%的范圍內時，防水砂漿的各項指標也隨之增加；摻量超過1.9%后，剩余的調節劑不再對水泥顆粒進行激發，砂漿的各項性能指標則趨于平穩。究其原因，調節劑中所含的晶核納米增強組分[7-8]通過堿激發作用促進水泥水化進程，有助于后者形成致密的水化硅酸鈣凝膠和氫氧化鈣晶體以增加砂漿的體系密實度，提高砂漿的強度和滲透壓力。同時，調節劑通過其原子基團與水泥顆粒間的重構作用，改變水泥顆粒表面的電荷分布狀態，增大后者間的靜電斥力，提高游離水的比例以增加砂漿稠度，減小其經時損失。

表9 不同調節劑摻量對砂漿性能的影響

2.2 調節劑對不同防水劑摻量下砂漿的性能影響

表10 的結果說明，在防水劑摻量逐步上升的情況下，防水砂漿的稠度、保水率、滲透壓力、強度和粘度逐步提高，經時損失減小。由于防水劑中消泡和增稠組分含量較高，一方面增稠組分作為高分子化合物，分子之間呈現復雜具有一定交聯度的三維網狀結構，其親水基團遇水解離與水分子形成氫鍵，并在網絡和水之間產生濃度差，進而吸收水分以維持濃度平衡，使游離水變成結合水，以提高防水砂漿的粘度和保水率；增稠組分亦具有表面活性，產生的“滾珠”效應增加了砂漿的可塑性和柔滑性；同時基于增稠組分對水泥水化進程的緩凝作用，砂漿的稠度損失逐步降低。另一方面，消泡組分作用于防水砂漿時，可以破壞砂漿中有害氣泡的彈性膜，抑制有害氣泡的產生；若有害氣泡已經產生，消泡劑微粒在接觸泡沫后會立即捕獲泡沫表面的憎水鏈端，迅速鋪展形成很薄的雙膜層，隨后進一步擴散并層狀侵入，取代原泡沫的膜壁，并在周圍表面張力大的膜層強力牽引下破壞定向膜的力學平衡而起到破泡和抑泡的效果，從而提高砂漿的表觀密度、抗壓強度和抗滲能力。雖然當防水劑摻量升高時，砂漿強度也逐步提高，但需要注意的是，當摻量超過2.4%時，砂漿的粘度過高，此時將不利于砂漿施工。

表10 調節劑對不同防水劑摻量下砂漿的性能影響

2.3 調節劑對不同膠砂比下砂漿性能的影響

不同膠砂比下調節劑對防水砂漿的影響情況如表11 所示。試驗數據說明，隨著膠砂比下降，防水砂漿的各項性能指標均有所降低。由于水泥、防水劑和調節劑用量更多，在初始稠度相同的情況下，膠砂比小的砂漿的水膠比越小，此時水泥顆粒間相互連接形成骨架結構所需時間越短，凝結硬化過程中多余水分蒸發后形成的孔隙越少，砂漿體系密實度和抗壓強度也越高。

表11 調節劑對不同膠砂比下砂漿性能的影響

調節劑也提升了砂漿的防水抗滲能力，這主要是因為調節劑通過改變砂漿中水泥分子的晶形結構與排列方式，增強其包裹膠結集料的能力，減少砂漿內部不良的多相晶體結構和孔結構；其次調節劑的分散作用有助于膠粉、水泥與集料充分混合均勻，增加拌合水的有效利用，提升單位體積內有效水泥顆粒的比例；再次，調節劑進一步改善膠粉的成膜能力，成膜的聚合物膠粉作為增強材料持久分布于整個砂漿體系中，填充砂漿的孔隙，增加砂漿的內聚力和密實度，保證砂漿在外力的作用下會產生松弛而不被破壞，從而有效減少砂漿內部缺陷，抑制外界水分滲透，提高砂漿的滲透壓力。從實際使用的角度來看，當膠砂比為1:1.5 時，該配合比的防水砂漿可以較好地兼顧工作性能和成本，具有性價比優勢。

2.4 調節劑對不同溫度下砂漿性能的影響

不同溫度下調節劑對防水砂漿性能的影響如表12所示。從中可以看出，隨著溫度上升，砂漿的各項指標均有所增長，說明調節劑及防水劑的活性隨著溫度升高而增大。當溫度較低時，調節劑活性受到抑制，水泥的水化速度有所降低；隨著溫度升高，調節劑的激發作用可以促進碳酸鈣粉中的活性物質溶出以提高其早期強度[9-11]，所以容易得到性能更為優異的防水砂漿成品，最終通過提高水泥的水化程度，加速水泥漿體到水化物膜層、再到凝聚結構、最終發展為致密結晶結構的進程。

表12 不同溫度下調節劑對砂漿性能的影響

3 結論

本實驗采用KZJ-T 型防水砂漿調節劑、KZJ-M600型砂漿防水劑搭配可再分散乳膠粉對防水砂漿進行改性，并研究了在不同的防水劑摻量、膠砂比和溫度下調節劑對剛性防水砂漿的性能影響。試驗數據表明，當調節劑和防水劑摻量、膠砂比及溫度分別為1.9%、2.4%、1:1.5 和-5～35℃時，調節劑和防水劑可以發揮協同作用，激發防水砂漿的早期和后期強度，改善砂漿的各項性能指標。