干粉砂漿組成及選擇分析

1、序言

　　建筑砂漿在工業(yè)與民用建筑中是一種用量大、用途廣的建筑材料。傳統(tǒng)砂漿一般都在施工現(xiàn)場拌制,砂漿抗?jié)B性差、收縮值大,工作性能也不理想,常常造成粉刷開裂、起殼、滲漏等建筑質(zhì)量問題。而且,現(xiàn)場配制砂漿的計量不是很準(zhǔn)確,不可避免地造成資源浪費和環(huán)境污染。為了使質(zhì)量得到更好的控制和更高效率的施工,干粉砂漿開始替代現(xiàn)場拌制的傳統(tǒng)砂漿,無論從節(jié)約投資、提高工程質(zhì)量,還是減少環(huán)境污染和施工現(xiàn)場占有量等方面都具有特殊優(yōu)越性。近年來,為了提高和穩(wěn)定砂漿質(zhì)量,實現(xiàn)文明施工和保護(hù)環(huán)境,我國部分大城市已開始推行商品砂漿。而且干粉砂漿已列入我國21世紀(jì)重點發(fā)展的十大建筑材料之一。

　　干粉砂漿是經(jīng)烘干篩分處理的細(xì)集料與無機(jī)膠結(jié)料、保水增稠材料、礦物摻和料和添加劑按一定比例混合而成的一種顆粒狀或粉狀混合物，它可由專用罐車運輸至工地加水拌和使用，也可采用包裝形式運到工地拆包加水拌和使用。從使用功能上看，干粉砂漿分為兩大類：普通干拌砂漿和特種干拌砂漿。普通干拌砂漿包括砌筑、抹灰和地面找平砂漿；特種干拌砂漿產(chǎn)品包括瓷磚膠、保溫系統(tǒng)粘結(jié)砂漿和抹面砂漿、自流平砂漿、膩子、裝飾抹灰和干粉涂料、瓷磚填縫劑、修補(bǔ)砂漿和防水密封砂漿等。

2、干粉砂漿組成及選擇

　　2.1　膠凝材料

　　2.1.1膠凝材料分類及特性

　　膠凝材料是干粉砂漿中重要的組成成分，起著粘結(jié)劑的作用。膠凝材料根據(jù)其化學(xué)組成，一般可分為無機(jī)膠凝材料和有機(jī)膠凝材料兩大類。無機(jī)膠凝材料按照硬化條件，可分為氣硬性膠凝材料和水硬性膠凝材料。干粉砂漿中主要應(yīng)用無機(jī)膠凝材料作為粘結(jié)劑，最為常見的無機(jī)膠凝材料主要為水泥、石膏、熟石灰。

　　水泥為粉末狀固體，其是最主要的無機(jī)膠凝材料，也是干粉砂漿的重要組成部分。水泥種類很多，如：硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥等等。其性能直接影響到砂漿的流變性、硬化性、強(qiáng)度、干縮率等。

　　石膏膠凝材料是一種以硫酸鈣為主要成分的無機(jī)氣硬性膠凝材料。其是硫酸鈣半水化合物和無水石膏均通過遇水形成硫酸鈣二水化合物而硬化。硫酸鈣半水化合物以兩種結(jié)晶形態(tài)存在（取決于生產(chǎn)工藝）：具有較大晶體，較高抗拉和抗壓強(qiáng)度以及需水量較低的α態(tài)，和孔隙率更高，抗拉和抗壓強(qiáng)度較低并且需水量高出3倍的β態(tài)。常用的石膏膠凝材料種類有建筑石膏、高強(qiáng)石膏、無水石膏、高溫煅燒石膏等。

　　熟石灰：熟石灰通過與二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈣而硬化，因此不屬于水硬性膠凝材料。今天它已經(jīng)基本被硬化更快的水硬性膠凝材料所取代，但是目前仍在使用的原因是由于它具有可塑性，可以在水泥中加入重量百分比為5-30%的熟石灰來改善干粉砂漿的施工性。

　　2.1.2膠凝材料選擇時應(yīng)注意的問題

　　由于現(xiàn)階段根據(jù)我國目前的水泥生產(chǎn)實際情況看，普通硅酸鹽水泥占了絕大部分，而其他種類的水泥產(chǎn)量相對較小，因此，干粉砂漿中主要使用普通硅酸鹽水泥（OPC）。但我們在選擇水泥時應(yīng)值得注意的是：為了保證砂漿產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定，要盡量選擇大中型企業(yè)生產(chǎn)的水泥，且要選擇回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)的水泥；針對不同種類的砂漿應(yīng)選擇不同強(qiáng)度等級的水泥，對于強(qiáng)度要求不高的產(chǎn)品如砌筑抹灰等砂漿產(chǎn)品選用低標(biāo)號水泥即可，而對于強(qiáng)度要求較高的產(chǎn)品如膠粘劑等產(chǎn)品則要求選用高標(biāo)號的水泥。

　　另外，在一些特殊場合中應(yīng)用的干粉砂漿就要選用特種膠凝材料。對于要求具有快硬特性或者高溫穩(wěn)定性的干拌砂漿產(chǎn)品如自流坪干拌砂漿則要選擇鋁酸鹽水泥。對于用于快凝的工程如修補(bǔ)砂漿、防水砂漿、快速堵漏砂漿則需要選擇硫鋁酸鹽水泥。

　　2.2 骨料及選擇應(yīng)用

　　干粉砂漿中的骨料有細(xì)集料（建筑砂）、裝飾骨料（石英砂、色石渣、膨脹珍珠巖、云母等）。其中，應(yīng)用最廣泛用量最大的主要是建筑砂，而裝飾骨料主要用于裝飾砂漿中，其用量較少。

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　　建筑砂漿一般采用細(xì)度模數(shù)在2.3—3.0之間的建筑砂進(jìn)行配料。集料的級配和細(xì)度模數(shù)會影響砂漿的塑性及其硬化體的力學(xué)性能，集料顆粒的形狀也會影響砂漿的工作性。級配合格的骨料堆積起來空隙率低，用于砂漿中可形成良好的骨架，既可節(jié)省水泥，又能得到和易性好、較密實的砂漿。骨料越粗，比表面積越小，則骨料總的表面積小，需要包裹的水泥漿量少，可以節(jié)省水泥，提高添加劑的利用率，經(jīng)濟(jì)性能好；但是骨料過粗，總的表面積過小，骨料涵養(yǎng)水分的能力降低，容易產(chǎn)生離析和泌水現(xiàn)象，同時骨料與水泥漿體之間的界面面積減少，對砂漿強(qiáng)度也不利。顆粒越接近球狀，砂漿越容易操作。這是由于球形顆粒具有“滾珠”作用，而多角形顆粒會形成較多的機(jī)械嚙合，使內(nèi)摩擦增大。由于球形顆粒的表面積與體積之比較小，包裹顆粒所需的水泥漿較少，因而能剩余較多的水泥漿增進(jìn)砂漿的工作性。同理，圓滑表面的顆粒比粗糙顆粒的和易性要好。

　　2.3可再分散膠粉

　　2.3.1可再分散膠粉的作用機(jī)理

　　可再分散膠粉是熱塑性聚合物粉末,他們是采用乳液干燥技術(shù)生產(chǎn)的。乳液是以乙烯、醋酸乙烯叔碳酸乙烯酯和丙烯酸酯單體為基礎(chǔ)的聚合物。根據(jù)摻量的不同，添加可再分散膠粉的聚合物改性干粉砂漿會改善以下性能：

　　1）新拌砂漿的保水性和可工作性；2）對不同基層的粘結(jié)性能；3）砂漿的柔性和變形性能；4）抗折強(qiáng)度和內(nèi)聚性；5)耐磨性；6）韌性；7）密實度（抗?jié)B性）。此外，特殊的可再分散膠粉還具有疏水效果，可以賦予砂漿較強(qiáng)的憎水性。

　　可再分散聚合物乳膠粉對砂漿的改性是通過聚合物在水泥漿與骨料間形成具有較高粘結(jié)力的膜，并堵塞砂漿內(nèi)的孔隙來實現(xiàn)的。水泥水化與聚合物成膜同時進(jìn)行，最后形成水泥漿與聚合物膜相互交織在一起的互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如下圖所示。具有可反應(yīng)基團(tuán)的聚合物可能會與固體氫氧化鈣表面的硅酸鹽發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，改進(jìn)水泥水化產(chǎn)物與骨料之間的粘結(jié)，從而改善砂漿的性能。

　　2.3.2 可再分散膠粉產(chǎn)品的選擇

　　可再分散膠粉的種類很多，目前主要應(yīng)用的可再分散膠粉有：醋酸乙烯酯與乙烯共聚膠粉（VAC/E）、乙烯與氯乙烯及月桂酸乙烯酯三元共聚膠粉（E/VC/VL）、醋酸乙烯酯與乙烯及高級脂肪酸乙烯酯三元共聚膠粉（VAC/E/VeoVa）、醋酸乙烯酯與高級脂肪酸乙烯酯共聚膠粉（VAC/VeoVa）、丙烯酸酯與苯乙烯共聚膠粉（A/S）、醋酸乙烯酯與丙烯酸酯及高級脂肪酸乙烯酯三元共聚膠粉（VAC/A/VeoVo）、醋酸乙烯酯均聚膠粉（PVAC）、苯乙烯與丁二烯共聚膠粉(SBR)等等。

　　相比較之下，前三種可再分散膠粉的應(yīng)用更為廣泛。其中，醋酸乙烯酯與乙烯共聚膠粉（VAC/E）的應(yīng)用范圍最廣，根據(jù)其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的不同可以應(yīng)用在不同領(lǐng)域：一般來說，玻璃化溫度在5℃以下主要應(yīng)用于外墻外保溫砂漿中；玻璃化轉(zhuǎn)變溫度在10℃以上主要應(yīng)用于膠粘劑及自流坪砂漿中。乙烯與氯乙烯及月桂酸乙烯酯三元共聚膠粉（E/VC/VL）由于其VC、VL單體具有防水性能，因此主要應(yīng)用于對防水砂漿中。醋酸乙烯酯與乙烯及高級脂肪酸乙烯酯三元共聚膠粉（VAC/E/VeoVa）由于高級脂肪酸乙烯酯的引入，適合將其應(yīng)用在為避免堿性侵蝕的砂漿產(chǎn)品中。

　　2.4化學(xué)添加劑

　　化學(xué)添加劑的分類可以分為以下幾種: ①穩(wěn)定劑?、谟不瘎┖凸袒铀賱┘皽p緩劑 ③增塑劑 ④減水劑和稀釋劑 ⑤憎水劑⑥泡沫形成劑等。其一般摻量為0.2％～0.3％?；瘜W(xué)添加劑加入主要改善砂漿的以下性能:1）增加和易性2）增加粘附力3）砂漿不易泌水和分離 4）提高抗?jié)B性和抗凍性5）提高砂漿的抗裂性 6）砂漿易于薄層施工。

　　干粉砂漿中應(yīng)用最廣泛的化學(xué)添加劑主要為甲基纖維素醚，它可以使灰（砂）漿材料獲得適宜的保水性和稠度，有效地提高抹灰材料的工作性；同時，可以使水分在很長的一段時間內(nèi)逐步釋放，從而保證灰（砂）漿與基底的結(jié)合。甲基纖維素醚的表面活性保證了礦物膠凝材料在整個體系中有效地均勻分布，作為一種保護(hù)膠體，甲基纖維素醚“包裹”住固體顆粒，從而使體系更加穩(wěn)定；與水結(jié)合后，甲基纖維素醚形成一層潤滑膜，提高了灰（砂）漿在機(jī)械攪拌過程中的流動性能；通過提高需水量，甲基纖維素醚還可提高灰漿的產(chǎn)量。對于抹灰材料來說，找平時灰（砂）漿具有抗流掛性及有效防止灰（砂）漿凝結(jié)過程中產(chǎn)生裂縫也是極其重要的，甲基纖維素醚（極細(xì)粉末）可適當(dāng)增加灰（砂）漿的需水量，并抑制裂縫形成，減少流掛。

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　　干粉砂漿中應(yīng)用纖維素醚主要是應(yīng)用其保水性，纖維素醚的保水性取決于其本身的性能及添加量：

　　1）一般來說，纖維素醚的粘度越高，保水效果越好。但粘度越高，纖維素醚的分子量越高，其溶解性能就會相應(yīng)降低，這對砂漿的強(qiáng)度和施工性能有負(fù)面影響，因此應(yīng)用中要多選擇中等粘度的纖維素醚；

　　2）纖維素醚的細(xì)度對砂漿的保水性也有一定的影響，對于粘度相同而細(xì)度不同的纖維素醚，在相同添加量的情況下，細(xì)度越細(xì)的保水性越好；

　　3）砂漿的保水性隨纖維素醚添加量的提高而增加。

　　2.5 礦物外加劑

　　2.5.1礦物外加劑作用及機(jī)理

　　干粉砂漿質(zhì)量既依賴于化學(xué)添加劑，又依賴于正確選擇無機(jī)礦物外加劑。礦物外加劑的活性成分改變水泥的水化和硬化機(jī)理，會導(dǎo)致不能控制的收縮和膨脹。用礦物摻合料部分取代水泥對砂漿性能的影響機(jī)理是由于以下原因引起的：

　　(1)由于礦物摻合料的粒徑分布與水泥不同,礦物摻合料的加入導(dǎo)致整個膠結(jié)材料的粒徑分布發(fā)生變化,使得新拌砂漿中各粒子群的級配發(fā)生變化,進(jìn)而改變硬化水泥石和過渡區(qū)的孔結(jié)構(gòu)。如果礦物摻合料的粒徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于水泥,則產(chǎn)生充填作用,使孔細(xì)化。

　　(2)礦物摻合料對水的吸附能力與水泥不同,加上比表面積的不同,當(dāng)用礦物摻合料部分取代水泥后,就會使得漿體中游離水的數(shù)量發(fā)生變化。一般情況下,礦物摻合料吸附水的能力比水泥低,但比表面積較大又增加吸附水量,這兩種相反作用的統(tǒng)一既有可能增加游離水,從而增加孔體積,也可能是減少游離水,從而減少孔體積。礦物摻合料的種類、比表面積和摻量決定了游離水的數(shù)量,游離水的數(shù)量的改變同時也改變了膠結(jié)材料顆粒的絮凝情況,這也會影響硬化水泥石和過渡區(qū)的孔結(jié)構(gòu)。

　　(3)當(dāng)摻加礦物摻合料后,膠結(jié)材料的總體水化速度將會改變,從而使得硬化水泥石和過渡區(qū)的水化產(chǎn)物和數(shù)量也發(fā)生改變。水化產(chǎn)物和孔結(jié)構(gòu)的改變對砂漿的強(qiáng)度、滲透性及干縮性能產(chǎn)生影響。

　　對于不同種類和摻量的礦物摻合料而言,上述三個方面的影響程度是不同的,所以摻加不同種類和摻量礦物摻合料的砂漿表現(xiàn)出不同的性能。

　　2.5.2 礦物外加劑選取原則

　　目前廣泛應(yīng)用的礦物外加劑有粉煤灰、礦渣微粉、石灰石粉、硅灰、珍珠巖等。

　　1）粉煤灰的應(yīng)用主要根據(jù)其氧化鈣含量進(jìn)行選取，由于低鈣粉煤灰來源較廣，高鈣粉煤灰使用不當(dāng)易造成硬化水泥石膨脹開裂，因此在干粉砂漿中主要應(yīng)用低鈣粉煤灰。另外，由于粉煤灰是一種工業(yè)副產(chǎn)品，其質(zhì)量波動較大，質(zhì)量較差的粉煤灰的波動性更大，因此要慎重選擇。

　　2）礦渣微粉根據(jù)其氧化物含量不同有堿性、酸性和中性之分，相比較而言，堿性礦渣的膠凝性好，因此要選用堿性礦渣微粉。同時，礦渣微粉的細(xì)度越高其活性效應(yīng)發(fā)揮越充分。

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　　3）硅灰由于價格較高、需水量較大，因此在干粉砂漿中應(yīng)用時其摻量不能太大，以不超過10％為宜。可用于要求高強(qiáng)性能的干粉砂漿中。

3、結(jié)語

　　雖然近年來北京地區(qū)以及國內(nèi)的建筑干混砂漿行業(yè)取得了一定的發(fā)展，但由于砂漿產(chǎn)品本身的地域性強(qiáng)；產(chǎn)品種類繁多；尤其其組成成分較多，各組分帶入其自身的性能共同構(gòu)成砂漿性能系統(tǒng)，因此應(yīng)用起來較為復(fù)雜。針對這種情況，一方面我們應(yīng)根據(jù)不同的地域及工程條件慎重的選擇砂漿各組分來加以應(yīng)用，以確保高質(zhì)量的工程施工；另一方面我們也應(yīng)加強(qiáng)基礎(chǔ)性能方面的研究，特別是砂漿各組分之間適應(yīng)性的研究，從而為實際應(yīng)用提供有益的指導(dǎo)！