絮凝劑對濕拌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

作為一種綠色建筑材料，濕拌砂漿具有粘結性強、抗裂性能優異、良好的耐久性和施工便捷等優點[1-3]，不僅適用于承重墻、非承重墻中各種混凝土磚、粉煤灰磚和粘土磚的砌筑和抹灰，更能滿足普通及特殊場合的地面找平和地下室、建筑物屋面及內外墻面、人防、隧道和家裝等工程的防水防滲及滲漏修復的需求[4-6]，因而在國內外得到廣泛應用。

已有文獻和成功案例表明，濕拌砂漿的原材料來源豐富，諸如機制砂、河砂、石英砂、石粉和陶瓷粉等集料均可用于制備濕拌砂漿，其中以機制砂最為常見。但由于近年環保政策收緊和經濟下行等因素的影響，為了節約制砂成本和提高洗砂效率，部分企業在制砂過程中摻加大量絮凝劑，導致制備得到的機制砂應用于混凝土和砂漿時產生了一系列問題，因此如何克服絮凝劑帶來的不良影響顯得尤為重要。本試驗采用KZJ-WM30 型濕拌砂漿增塑劑對砂漿進行改性，探討不同的絮凝劑種類和摻量、強度等級下絮凝劑對砂漿性能的影響情況。

1 試驗原料及試驗方法

1.1 試驗原材料

1.1.1 水泥

采用42.5 級“紅獅”牌普通硅酸鹽水泥（代號C）作為砂漿的膠凝材料，其性能指標見表1：

表1 紅獅水泥性能指標

1.1.2 細集料

采用過5mm 篩的機制砂(代號S)作為砂漿的細集料，其性能指標見表2：

表2 機制砂性能指標

1.1.3 粉煤灰

采用福能電廠Ⅱ級粉煤灰（代號FA），其需水量比97%，含水量0.2%，燒失量2.1%。

1.1.4 添加劑

采用KZJ-WM30 型濕拌砂漿增塑劑，為半透明液體，無毒且不含氯離子等對預拌砂漿有害的組分，其性能指標如表3所示。

表3 KZJ-WM30型濕拌砂漿增塑劑性能參數

1.1.5 絮凝劑

采用1200 萬分子量陰離子型聚丙烯酰胺(代號XN1)、1800 萬分子量陰離子型聚丙烯酰胺(代號XN2)、非離子型聚丙烯酰胺(代號XN3)、陽離子型聚丙烯酰胺(代號XN4)和聚合氯化鋁(代號XN5) 等當前常見的絮凝劑進行測試分析。

1.2 試驗方法

⑴保證增塑劑用量不變，于砂漿中依次加入集料總量7%的不同類型的絮凝劑溶液(濃度為0.10%)，測試砂漿的工作性能，其配合比見表4：

表4 不同類型絮凝劑下M10砂漿配合比(kg/m3)

⑵保證增塑劑用量不變，于砂漿中依次加入集料總量7%的不同濃度的絮凝劑溶液(濃度為0.02%～0.10%，每0.02%濃度為一組)，測試砂漿的工作性能，其配合比見表5：

表5 不同濃度絮凝劑下M10砂漿配合比(kg/m3)

⑶保證砂漿初始稠度不變，于砂漿中依次加入集料總量7%的絮凝劑溶液(濃度為0.10%)，測試不同強度等級下砂漿的工作性能，配合比見表6。

表6 不同強度等級下砂漿配合比(kg/m3)

2 試驗結果及分析

2.1 不同類型絮凝劑對砂漿性能的影響

從表7 可以看出，摻加絮凝劑后，砂漿的抗壓強度較基準有所降低。稠度方面，XN2 對砂漿稠度及損失的影響最大，其次為XN1、XN3 和XN4，而XN5 的影響最小，而且由于初始稠度的減小，砂漿的濕密度也隨之提高；另一方面，聚丙烯酰胺具有的絮凝性、粘合性和降阻性可以通過機械、物理或化學作用使懸浮物質絮凝，并通過電中和及架橋吸附效應有效地降低流體的摩擦阻力，起到粘合作用；同時聚丙烯酰胺在中性、酸性和堿性條件下均易水解呈半網狀結構，發揮增稠作用[7-8]，所以摻加聚丙烯酰胺后砂漿的保水率和拉伸粘結強度提高。綜上所述，XN2對砂漿的綜合性能影響最大。

表7 不同類型絮凝劑對砂漿性能的影響

2.2 不同濃度絮凝劑對砂漿的性能影響

不同濃度的XN2對砂漿的性能影響如表8所示。在其濃度逐步上升的情況下，砂漿的稠度和抗壓強度降低，保水率、濕密度和拉伸粘結強度提高。由于增塑劑中引氣和增稠組分含量較高，一方面增稠劑分子之間呈現復雜的、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，使自由水轉變為結合水，提高了砂漿的保水率和拉伸粘結強度；另一方面，引氣組分具有表面活性，于砂漿體系內引入大量微小的氣泡，產生的滾珠效應增加了砂漿的可塑性和柔滑性，當聚丙烯酰胺濃度提高時，砂漿體系中微小氣泡與結合水一起被包裹在網狀結構中，產生的穩泡效應降低了砂漿的抗壓強度[9]。需要注意的是，由于聚丙烯酰胺的絮凝作用要高于引氣組分的滾珠效應，在增塑劑摻量不變而聚丙烯酰胺的濃度上升的情況下，砂漿的初始稠度減小，2h稠度損失增大。

表8 不同濃度絮凝劑對砂漿的性能影響

2.3 不同強度等級下絮凝劑對砂漿性能的影響

由表9 的數據可知，隨著強度等級上升，砂漿體系中的集料和XN2的用量逐漸減少，砂漿的2h稠度經時損失也隨之減小；同時M10～M25 強度等級下摻加絮凝劑的砂漿相對于未摻加絮凝劑的基準砂漿,抗壓強度降幅分別為31.7%、27.3%、20.5%和13.4%，說明絮凝劑對砂漿抗壓強度的負面作用隨著強度等級上升而降低[10]，究其原因主要是由于高強砂漿膠凝材料較高，且隨著XN2 用量的降低，其對于增塑劑的吸附和穩泡、絮凝作用也在減弱，改善了絮凝劑對砂漿抗壓強度的不利影響。另一方面，因為高強砂漿的增塑劑用量較高，加之聚丙烯酰胺的增稠效應在一定程度上進一步改善了濕拌砂漿的和易性，所以其濕密度、保水率和拉伸粘結強度要明顯高于低強砂漿。

表9 不同強度等級下絮凝劑對砂漿性能的影響

3 結論

通過采用KZJ-WM30 型濕拌砂漿增塑劑進行試驗，研究了不同的絮凝劑種類和摻量、強度等級下絮凝劑對濕拌砂漿的性能影響。試驗結果表明，相較于其他類型的絮凝劑，1800 萬分子量陰離子型聚丙烯酰胺對濕拌砂漿綜合性能的影響更大；當其濃度逐漸上升時，砂漿的稠度和抗壓強度降低，保水率、濕密度和拉伸粘結強度提高。除此之外，絮凝劑對高強砂漿工作性能的影響幅度要小于低強砂漿。