干混砂浆的研究进展.doc

1、干混砂浆的研究进展王培铭 张国防(同 济 大 学 先 进 土 木 工 程 材 料 教 育 部 重 点 实 验 室 ， 上 海 200092)摘 要 ：本 文 主 要 从 干 混 砂 浆 的 性 能 、组 分 以 及 聚 合 物 干 粉 对 其 性 能 影 响 和 作 用 机 理 等 方 面 论述 了 干 混 砂 浆 的 研 究 进 展 。国 内 目 前 关 于 干 混 砂 浆 的 理 论 研 究 主 要 集 中 在 聚 合 物 共 混 改 性 水泥 砂 浆 ，聚 合 物 种 类 、成 分 、掺 量 对 水 泥 砂 浆 性 能 影 响 方 面 ，对 聚 合 物 的 作 用 机 理 研 究 几 乎

2、还 是 空 白 。干 混 砂 浆 所 用 聚 合 物 种 类 和 掺 量 对 干 混 砂 浆 的 各 种 性 能 影 响 显 著 。关键词：干混砂浆；研究进展；组成；作用；机理1 引言干 混 砂 浆 属 于 商 品 砂 浆 ， 最 初 国 内 称 其 为 预 混 (干 )砂 浆 ll J， 后 来 又 称 为 干 粉 料 、 干 混料 、 干 粉 砂 浆 或 干 拌 砂 浆 ， 它 是 由 胶 凝 材 料 、 细 骨 料 、 外 加 剂 等 固 体 材 料 组 成 ， 经 工 厂 配 料和 混 合 而 制 成 的 砂 浆 半 成 品 ， 不 含 拌 和 水 。 拌 和 水 是 使 用 前 在

3、施 工 现 场 搅 拌 时 加 人 。 干 混 砂浆 品 质 均 一 ， 是 因 其 生 产 过 程 配 料 精 确 和 混 合 均 匀 ； 干 混 砂 浆 使 用 方 便 ， 是 因 其 保 水 性 适当 、 和 易 性 优 异 ； 干 混 砂 浆 的 优 点 还 在 于 针 对 不 同 的 用 途 具 有 相 应 的 物 理 性 能 和 化 学 性能23。干 混 砂 浆 于 19世 纪 末 出 现 在 奥 地 利 ， 一 个 世 纪 后 出 现 在 中 国 。 欧 洲 从 发 明 到 大 规 模 生产 干 混 砂 浆 ， 经 历 了 50余 年 的 历 程 ； 中 国 从 提 出 概 念

4、到 初 具 生 产 规 模 ， 已 有 10年 的 时 间 。目 前 ， 世 界 范 围 内 的 干 混 砂 浆 年 产 量 近 亿 t， 欧 洲 每 年 大 约 生 产 愈 5000万 t， 其 中 德 国 占1 4。 我 国 的 产 量 约 占 世 界 产 量 的 1 ， 尽 管 我 国 的 水 泥 产 量 是 世 界 产 量 的 40 。在 中 国 经 过 短 短 几 年 的 发 展 ， 干 混 砂 浆 在 品 质 、 效 率 、 经 济 和 环 保 等 方 面 的 优 越 性 已 日益 显 示 出 来 。 随 着 干 混 砂 浆 的 应 用 范 围 逐 渐 扩 展 ， 相 应 的 研

5、究 也 逐 步 扩 大 。 本 文 主 要 介 绍 国内 研 究 成 果 ， 并 参 照 了 部 分 国 外 研 究 成 果 ， 为 更 好 地 应 用 干 混 砂 浆 提 供 一 定 的 参 考 和 理 论 支持。2干 混 砂 浆 的 种 类 及 性 能在 西 方 国 家 ， 干 混 砂 浆 从 20世 纪 50年 代 初 发 展 到 现 在 ， 已 有 50多 个 品 种 。 干 混 砂 浆的 研 究 也 很 广 泛 。 国 内 ， 已 有 行 业 标 准 的 干 混 砂 浆 已 近 20个 品 种 。 随 着 干 混 砂 浆 的 应 用 范围逐渐扩展，研究领域逐步扩大，包括：砌筑砂浆【6

6、、瓷砖粘结剂柚、勾缝剂10、腻子 _1l， 挖 J、 自 流 平 砂 浆 _13_、 混 凝 土 修 补 砂 浆 、 干 混 保 温 砂 浆 15、 外 保 温 系 统 专 用 砂浆“J、装饰砂浆等。其中研究最多的就是品种和性能。干 混 砂 浆 大 体 可 分 为 砌 筑 砂 浆 、 抹 灰 砂 浆 、 修 补 砂 浆 、 灌 浆 材 料 和 粘 结 砂 浆 等 五 大 类 。每 大 类 包 括 若 干 品 种 。 干 混 砂 浆 的 用 途 不 同 ， 其 性 能 要 求 各 不 相 同 ， 如 表 1所 示 。如 对 抹 灰 砂 浆 来 说 ， 不 同 的 应 用 场 合 对 力 学 性

7、能 的 要 求 有 显 著 的 区 别 。 地 面 抹 灰 砂 浆 一般 比 墙 面 抹 灰 砂 浆 有 较 高 的 抗 压 强 度 ， 而 硬 化 地 面 的 抗 压 强 度 应 更 高 。 实 际 上 ， 即 使 用 于 同一 建 筑 物 的 抹 灰 砂 浆 ， 也 因 部 位 、 位 向 不 同 而 具 有 不 同 的 力 学 性 能 ； 即 使 同 一 部 位 ， 用 于 基层 、 中 间 层 和 表 层 的 砂 浆 也 应 具 有 不 同 的 力 学 性 能 。 随 着 建 筑 节 能 的 推 广 和 建 筑 品 质 的 提高 ， 外 墙 外 保 温 体 系 正 在 国 内 兴 起

8、。 用 于 该 体 系 高 效 保 温 层 的 粘 结 和 抗 冲 击 保 护 必 须 要 用 特种 砂 浆 ， 同 时 外 层 可 涂 敷 代 替 墙 面 砖 的 装 饰 砂 浆 。 粘 结 砂 浆 一 般 对 抗 压 强 度 无 要 求 ， 但 是 对粘 结 强 度 要 求 较 高 。表 1 常 用 水 泥 基 干 混 砂 浆 的 种 类 及 主 要 力 学 性 能 和 导 热 系 数 要 求 限 值大类品种 抗 压 强 度/MPa 抗 折 强 度 MPa 拉 伸 粘 结 强 度 忡 a原 强 度 耐 水 耐 冻 融 耐 高 温 压 导 热 系 数折 W (m.K)比普通砌筑砂浆 5-30

9、(20) 0.2轻质砌筑砂浆 (7) (0.2) (0.18)砌筑砂浆薄层砌筑砂浆 (10) (0.5)普通抹灰砂浆 5-20(10) 0.6保温砂浆 0.2 0.1 0.06耐水腻子 0.5 0.3地面抹灰砂浆 15-25自流平地面砂浆 16-40 4-10 1.0保温体系硬化地面 80 11.50防护砂浆 0.1 0.1 0.1混凝土 0.6 0.4胶粘剂 聚苯板 0.1 0.1保温体系混凝土界面剂0.5 0.3 0.3普通型 0.5 0.5 0.5 0.5瓷砖粘结剂 加强型 1.0 1.0 1.0 1.0粘结砂浆填逢剂 15 2.5灌浆材料 70修补砂浆 6除 表 1所 示 的 性 能

10、外 ， 干 混 砂 浆 应 根 据 工 程 需 要 而 具 有 其 他 功 能 ， 如 抹 灰 砂 浆 应 透 气 、防 潮 、 防 水 、 防 霉 、 耐 磨 和 有 装 饰 效 果 等 _1引 。 干 混 砂 浆 新 拌 后 的 物 理 性 能 不 但 影 响 长 期 性能 ， 而 且 对 施 工 非 常 重 要 ， 因 此 因 应 用 场 合 而 异 。 如 抹 灰 砂 浆 和 砌 筑 砂 浆 对 保 水 性 的 要 求 明显 不 同 ， 后 者 的 保 水 性 应 比 前 者 低 。 但 即 使 同 样 是 砌 筑 砂 浆 ， 也 应 视 不 同 的 砌 筑 对 象 而 赋 予不 同

11、的 保 水 性 ， 砌 筑 吸 水 系 数 高 的 材 料 一 般 要 使 用 保 水 性 好 的 砌 筑 砂 浆 ， 反 之 亦 然 。总 体 来 说 ， 在 使 用 过 程 中 ， 干 混 砂 浆 的 性 能 主 要 应 集 中 在 其 物 理 性 能 和 力 学 性 能 等 方面 ， 包 括 施 工 性 、 保 水 性 扣 。 、 吸 水 性 、 强 度 【 丝 J(尤 其 高 温 和 冻 融 循 环 作 用 条 件 下 的粘 结 抗 拉 强 度 )、 韧 性 拼 等 。 干 混 砂 浆 的 耐 久 性 能 旧 J也 是 一 个 重 要 研 究 方 向 ， 它 主 要 包括 抗 碳 化

12、性 能 、 抗 冻 融 循 环 性 能 、 抗 各 种 盐 和 酸 的 侵 蚀 性 能 等 。3干 混 砂 浆 的 组 分 及 有 机 聚 合 物 的 作 用干 混 砂 浆 的 组 分 从 3种 到 20余 种 不 等 。 但 最 基 本 的 均 含 有 胶 凝 材 料 、 骨 料 和 外 加 剂 。胶 凝 材 料 包 括 无 机 胶 凝 材 料 如 水 泥 、 石 灰 、 石 膏 等 ， 有 机 胶 凝 材 料 如 再 分 散 乳 胶 粉 和 水 溶 性聚 乙 烯 醇 等 。 骨 料 包 括 砂 和 惰 性 粉 末 等 ， 但 后 者 也 归 于 矿 物 外 加 剂 中 ， 属 于 矿 物

13、外 加 剂 的 还有 矿 渣 粉 、 粉 煤 灰 、 硅 灰 等 。 有 些 砂 浆 还 含 有 纤 维 和 颜 料 等 。同 任 何 材 料 一 样 ， 干 混 砂 浆 的 性 能 取 决 于 其 组 成 。 干 混 砂 浆 的 无 机 胶 凝 材 料 和 有 机 胶 凝材 料 主 要 起 胶 结 作 用 。 骨 料 主 要 起 骨 架 作 用 (有 时 利 用 其 装 饰 效 果 )， 矿 物 外 加 剂 主 要 改 善砂 浆 工 作 性 ， 两 者 对 体 积 稳 定 性 均 有 重 要 作 用 。 化 学 外 加 剂 主 要 是 改 善 新 拌 砂 浆 的 物 理 性能 ， 但 他 们

14、 对 砂 浆 硬 化 后 的 性 能 也 有 重 要 作 用 。 化 学 外 加 剂 常 是 一 些 粉 末 状 的 高 分 子 聚 合物 ， 包 括 保 水 剂 、 增 塑 剂 、 引 气 剂 、 消 泡 剂 、 调 凝 剂 、 憎 水 剂 等 。 从 化 学 成 分 来 讲 ， 有 纤 维素 醚 、 淀 粉 醚 。 脂 肪 酸 金 属 盐 、 甲 酸 钙 、 柠 檬 酸 盐 、 羧 酸 聚 醚 等 。 表 2列 出 了 最 常 用 的 一 些原 材 料 。 本 文 主 要 叙 述 最 常 用 的 有 机 聚 合 物 如 可 再 分 散 乳 胶 粉 、 纤 维 素 醚 、 吸 附 性 聚 合

15、 物 和多 糖 的 作 用 。表 2常 用 干 混 砂 浆 的 主 要 原 材 料化学外加剂大类品种 无机胶凝材料骨料矿物外加剂有机胶凝材料保水剂增稠剂引气剂消泡剂减水剂憎水剂调凝剂颜料纤维普通砌筑砂浆 轻质砌筑砂浆 砌筑砂浆 薄层砌筑砂浆 普通抹灰砂浆 保温砂浆 耐水腻子 地面抹灰砂浆 自流平地面砂浆 保温体系硬化地面 防护砂浆 胶粘剂 保温体系混凝土界面剂 普通型 瓷砖粘结剂 加强型 填逢剂 灌浆材料 粘结砂浆修补砂浆 31可再分散聚合物可再分散聚合物是用于水泥砂浆进行改性的非常重要的聚合物干粉，因而其研究比较广泛 8， 9ll， 12,17,20-22,24,26-28。 一 般 而 言

16、 ， 可 再 分 散 聚 合 物 有 乙 烯 基 类 和 丙 烯 酸 类 两 大 类 ， 主 要包 括 聚 乙 烯 醋 酸 乙 烯 酯 (EVA)、 聚 醋 酸 乙 烯 叔 碳 酸 乙 烯 酯 (VaVeova)、 聚 苯 乙 烯 一 丙 烯 酸 酯(SAE)、 聚 丙 烯 酸 酯 (PAE)等 。 这 些 可 再 分 散 聚 合 物 能 显 著 影 响 水 泥 砂 浆 的 各 种 性 能 ， 明显 改 善 水 泥 浆 体 与 不 同 基 体 的 粘 结 强 度 。 ， ， 鸵 丑 笛 驯 ， 提 高 水 泥 砂 浆 的 憎 水 性 引 、 抗 折 强度 22， 26， 29、 抗 弯 强 度

17、 27 2、 耐 磨 损 性 。 川 、 机 械 稳 定 性 和 抗 冲 击 性 能 “J， 能 改 善 与 耐 候 性 或保 水 性 相 关 的 水 泥 砂 浆 的 耐 水 、 耐 温 、 耐 冻 融 和 抗 渗 透 性 等 拐 蕊 ； 可 再 分 散 聚 合 物 能降低水泥砂浆的干燥收缩率和吸水率_11，。，拍，凹等，可降低水泥浆体的抗压强度忸埘。、提高水泥砂浆的抗断裂强度和韧性。改 善 水 泥 砂 浆 与 多 种 基 材 的 粘 结 抗 拉 强 度 是 乙 烯 基 共 聚 物 最 重 要 的 特 点 ， 尤 其 是 其 能 经受 环 境 温 度 的 大 幅 度 变 化 。 此 外 有 利

18、 于 水 泥 砂 浆 长 期 拉 伸 粘 结 强 度 的 发 展 ， 空 气 中 存 放 2 5年 后 ， 改 性 的 水 泥 砂 浆 粘 结 抗 拉 强 度 仍 在 增 大 ， 而 普 通 水 泥 砂 浆 的 拉 伸 粘 结 强 度 明 显 低 于 养护 28d的 强 度 矧 。 Schulz。 等 31的 研 究 表 明 ， 聚 乙 烯 醋 酸 乙 烯 酯 、 苯 乙 烯 丙 烯 酸 共 聚 物 以及 乙 烯 氯 乙 烯 月 桂 酸 乙 烯 三 元 共 聚 物 等 三 种 可 再 分 散 聚 合 物 干 粉 改 性 水 泥 砂 浆 应 用 i0年后 ， 水 泥 砂 浆 均 具 有 稳 定

19、的 粘 结 强 度 、 抗 折 强 度 和 抗 压 强 度 。 在 使 用 了 5年 的 饰 面 砂 浆 中 ，三 元 共 聚 物 在 含 水 环 境 中 仍 表 现 出 良 好 的 性 能 ， 具 有 良 好 的 疏 水 效 果 。 扫 描 电 镜 研 究 发 现 ，i0年 后 水 泥 砂 浆 中 聚 合 物 形 貌 仍 没 有 改 变 。 在 干 燥 的 室 内 和 户 外 条 件 下 ， 聚 合 物 水 泥 砂 浆外 观 没 有 变 化 。 水 泥 砂 浆 中 聚 合 物 的 二 次 增 韧 (尤 其 是 在 水 泥 基 材 料 中 的 孔 和 缺 陷 处 )起 主要 作 用 。 可 再

20、 分 散 聚 合 物 没 有 被 二 次 分 散 ， 也 没 有 被 从 水 泥 砂 浆 中 冲 刷 掉 。 水 泥 和 聚 合 物 具有 协 同 作 用 效 果 。 作 为 无 机 胶 凝 材 料 的 水 泥 对 抗 压 强 度 起 主 要 作 用 ； 而 作 为 有 机 胶 凝 材 料 的可 再 分 散 聚 合 物 则 起 到 增 韧 作 用 ， 改 善 水 泥 砂 浆 内 部 粘 结 力 和 界 面 粘 结 强 度 。陈 明 风 等 8， 9研 究 认 为 ， 在 同 掺 量 条 件 下 ， 乙 烯 醋 酸 乙 烯 共 聚 物 对 水 泥 砂 浆 性 能 的 改 善效 果 更 是 优 于

21、 丙 烯 酸 酯 乳 液 、 丙 烯 酸 酯 乳 胶 粉 以 及 乙 烯 醋 酸 乙 烯 共 聚 物 乳 液 等 。如 果 说 ， 聚 乙 烯 醋 酸 乙 烯 酯 常 用 于 改 善 水 泥 砂 浆 断 裂 韧 性 、 抗 渗 透 性 以 及 与 不 同 基 体 材料 的 粘 结 强 度 等 性 能 ， z一 34， 则 苯 乙 烯 N烯 酸 共 聚 物 更 体 现 出 它 对 改 善 水 泥 砂 浆 柔 韧 性 的贡 献 。 水 灰 比 以 及 水 泥 用 量 对 苯 乙 烯 丙 烯 酸 共 聚 物 (SAE)水 泥 砂 浆 性 能 有 一 定 的 影响 3n 36。 随 着 水 灰 比 增

22、 大 ， 砂 浆 抗 压 强 度 降 低 ， 而 水 泥 用 量 的 影 响 相 对 较 小 。 随 着 水 灰 比和 水 泥 用 量 的 增 大 ， 收 缩 率 和 吸 水 性 逐 渐 增 大 。 聚 合 物 水 泥 砂 浆 的 抗 折 强 度 高 于 普 通 水 泥 砂浆 。 空 气 养 护 条 件 下 ， 随 着 水 灰 比 增 大 ， 改 性 水 泥 砂 浆 28d和 90d抗 折 强 度 仅 略 有 降 低 ， 但水 中 养 护 时 砂 浆 抗 折 强 度 降 低 幅 度 较 大 。 水 泥 用 量 的 影 响 相 对 较 小 。 聚 合 物 砂 浆 粘 结 抗 拉 强度 明 显 提

23、 高 ， 尤 其 是 干 燥 养 护 条 件 下 ， 改 性 水 泥 砂 浆 粘 结 强 度 随 水 0gJNN_大 而 显 著 增 大 ，水 灰 比 影 响 小 于 水 泥 用 量 的 影 响 。 水 泥 能 保 持 如 抗 压 强 度 等 力 学 性 能 的 稳 定 性 ， 而 可 再 分 散聚合物粉末则起到增韧效果，提高砂浆内部抗拉强度和界面粘结抗拉强度。羟 乙 基 甲 基 纤 维 素 除 能 够 显 著 改 善 水 泥 浆 体 保 水 性 外 ， 还 能 降 低 吸 水 性 ， 一 定 程 度 上 能 改 善水 泥 浆 体 粘 结 强 度 、 粘 结 剪 切 强 度 、 抗 折 强 度

24、 、 抗 冲 击 强 度 、 柔 韧 性 以 及 水 泥 砂 浆 耐 高 温 和介 质 侵 蚀 性 等 ， 但 会 降 低 水 泥 砂 浆 的 抗 压 强 度 和 弹 性 模 量 20,41。 纤 维 素 醚 ， 如 羟 乙 基 甲 基纤 维 素 会 显 著 延 缓 水 泥 砂 浆 的 凝 结 时 间 训 。3 3吸 附 性 聚 合 物 和 多 糖这 两 大 类 聚 合 物 国 内 尚 无 研 究 报 道 。 这 里 仅 列 举 两 个 国 外 研 究 例 子 。吸 附 性 聚 合 物 具 有 较 高 的 键 合 度 ， 只 有 在 化 学 条 件 如 pH值 或 离 子 浓 度 发 生 变

25、化 时 才 释放 出 水 分 。 丙 烯 酸 钠 是 较 为 常 用 的 一 种 吸 附 性 聚 合 物 ， 其 颗 粒 为 球 状 。 丙 烯 酸 钠 改 性 水 泥 浆体 性 能 的 研 究 旧 j表 明 ， 其 吸 附 性 大 小 随 溶 剂 的 种 类 和 浓 度 变 化 而 变 化 。 在 水 泥 中 ， 其 仍 能保 持 良 好 的 吸 附 性 。 抗 折 强 度 则 随 着 水 灰 比 及 其 掺 量 的 质 量 分 数 增 大 而 增 大 ， 当 掺 加 丙 烯 酸钠 时 ， 水 泥 砂 浆 28d抗 折 强 度 已 达 到 28MPa。 其 掺 量 在 0 52 0 时 ，

26、并 不 会 引 起 水 泥 浆 体的 缓 凝 。多 糖 可 以 显 著 提 高 水 泥 砂 浆 的 保 水 性 。 常 用 的 多 糖 包 括 淀 粉 及 其 与 纤 维 素 醚 的 混 合物 J。 一 般 而 言 ， 不 同 结 构 、 相 对 分 子 质 量 、 溶 解 度 、 浓 度 的 多 糖 对 水 泥 水 化 进 程 影 响 效果 也 不 同 蚓 。 多 糖 具 有 缓 凝 作 用 ， 会 延 缓 水 泥 水 化 ， 其 效 果 取 决 于 多 糖 的 种 类 ， 常 用 的 几种 多 糖 的 缓 凝 效 果 是 ： 天 然 淀 粉 白 糊 精 纤 维 素 醚 黄 糊 精 淀 粉

27、醚 。4聚 合 物 干 粉 的 作 用 机 理4 1聚 乙 烯 醋 酸 乙 烯 酯水 溶 液 中 聚 乙 烯 醋 酸 乙 烯 酯 与 水 泥 之 间 的 相 互 作 用 存 在 不 同 的 说 法 。 文 献 47 J研 究 认为 ， 聚 乙 烯 醋 酸 乙 烯 酯 改 性 水 泥 砂 浆 其 内 部 形 成 了 聚 合 物 膜 ， 且 砂 浆 内 部 部 分 孔 被 密 封 或 覆盖填充了，因此其抗渗性提高。Chandra和Flod：in等148，49J研究则认为，聚合物与ca(0H)2的相互作用会形成大的聚合体，从而会降低孔隙率。Silva等 啪 研 究 发 现 水 泥 与 聚 乙 烯 醋

28、 酸 乙 烯 酯 聚 合 物 之 间 发 生 了 化 学 反 应 。 聚 乙 烯 醋 酸乙 烯 酯 在 碱 的 水 解 作 用 下 释 放 出 乙 酸 盐 基 团 ， 该 基 团 与 浆 体 内 的 Ca2发 生 反 应 ， 生 成 有 机盐 (乙 酸 钙 )和 聚 乙 烯 醇 。 乙 酸 钙 是 一 种 强 吸 湿 性 的 盐 ， 而 聚 乙 烯 醇 则 是 水 溶 性 的 ， 因 此 聚乙 烯 醋 酸 乙 烯 酯 改 性 水 泥 砂 浆 浸 泡 在 水 中 时 ， 其 性 能 会 显 著 降 低 。 聚 乙 烯 醋 酸 乙 烯 酯 能 消 耗部 分 Ca2， 导 致 浆 体 内 氢 氧 化

29、 钙 含 量 降 低 。 聚 乙 烯 醋 酸 乙 烯 酯 会 延 缓 水 泥 水 化 过 程 ， 其 改性 的 水 泥 浆 体 中 会 形 成 棒 状 钙 矾 石 晶 体 和 Hadley晶 粒 。 聚 乙 烯 醋 酸 乙 烯 酯 能 显 著 增 大 水 泥浆 体 孔 体 积 和 孔 阈 值 半 径 以 及 毛 细 孑 L体 积 ， 且 水 泥 浆 体 孔 结 构 与 养 护 制 度 和 其 掺 量 密 切 相关。 Janotka等 _51j研 究 也 发 现 ， EVA在 水 泥 浆 体 内 的 化 学 作 用 使 得 浆 体 形 成 了 复 杂 的 结 构 ，并 改 变 了 水 泥 水 化

30、 相 的 形 貌 、 成 分 、 数 量 ， 尤 其 是 氢 氧 化 钙 相 。 Sakai等 l_5。 J研 究 认 为 ， 聚 合物 干 粉 加 入 到 水 泥 中 ， 球 形 的 聚 合 物 颗 粒 分 别 填 充 在 水 泥 颗 粒 中 间 ， 硬 化 后 水 化 产 物 聚 集 在聚 合 物 颗 粒 周 围 。 聚 合 物 干 粉 在 水 泥 中 的 溶 解 分 散 类 似 于 聚 合 物 乳 液 。 聚 合 物 颗 粒 分 散 在 硬化 水 泥 浆 体 中 起 到 增 韧 效 果 ， 从 而 提 高 了 水 泥 的 粘 结 强 度 。 聚 合 物 颗 粒 的 分 散 效 果 ， 也

31、 使 得浆 体 中 聚 合 物 颗 粒 之 间 的 平 均 自 由 程 减 小 甚 至 消 失 ， 从 而 使 得 硬 化 浆 体 内 裂 缝 的 传 递 更 加 复杂 ， 硬 化 浆 体 的 抗 折 压 强 度 比 增 大 ， 韧 性 提 高 。 聚 合 物 改 性 水 泥 砂 浆 与 其 他 材 料 之 间 粘 结 强度 的 增 加 是 由 于 在 界 面 上 形 成 了 聚 合 物 膜 。 聚 合 物 膜 的 形 成 和 聚 合 物 颗 粒 的 分 散 作 用 都 有 利于 聚 合 物 改 性 水 泥 砂 浆 复 合 作 用 。 可 以 认 为 聚 乙 烯 醋 酸 乙 烯 酯 与 水 泥

32、 浆 体 既 有 化 学 反 应 ， 也存 在 物 理 作 用 ， 二 种 反 应 综 合 作 用 的 结 果 影 响 着 水 泥 浆 体 的 各 种 性 能 。相 对 于 液 态 聚 合 物 改 性 水 泥 砂 浆 ， 聚 合 物 干 粉 改 性 水 泥 砂 浆 中 聚 合 物 粒 子 联 结 较 差 ， 形成 的 聚 合 物 膜 较 差 ， 且 聚 合 物 膜 的 连 续 性 也 相 对 较 差 。 不 同 的 聚 合 物 干 粉 改 性 水 泥 砂 浆 ， 形成 聚 合 物 膜 的 能 力 不 同 ， 但 在 液 态 聚 合 物 改 性 水 泥 砂 浆 则 没 有 这 种 现 象 _5引

33、 。 两 种 改 性 水 泥砂 浆 的 聚 合 物 膜 结 构 不 同 ， 这 与 聚 合 物 种 类 、 掺 量 以 及 固 液 形 态 有 关 ， 可 以 表 现 为 网 络 状 、线 状 、 高 低 不 平 的 、 浓 密 的 或 细 而 圆 的 纤 维 状 等 。 聚 合 物 干 粉 改 性 水 泥 砂 浆 中 的 聚 灰 比 为10 以 上 时 ， 聚 合 物 干 粉 改 性 水 泥 砂 浆 和 液 态 聚 合 物 改 性 水 泥 砂 浆 中 均 有 明 显 的 连 续 的 聚 合物膜。c， A相 的 水 化 产 物 与 水 泥 抗 硫 酸 盐 侵 蚀 及 其 他 侵 蚀 性 密 切

34、 相 关 懈 J。 文 献 55认 为 ，水 泥 具 有 抗 硫 酸 盐 侵 蚀 性 就 是 因 为 C， An6转 化 成 了 非 活 性 的 水 榴 石 。 水 泥 石 的 强 度 也 与 水 榴石立方晶体的空间网络有关56。Mridi等卯J研究了多种聚合物改性水泥砂浆的水榴石立方晶体 形 态 发 现 ， 一 些 聚 合 物 干 粉 改 性 水 泥 砂 浆 中 有 水 榴 石 立 方 晶 体 ， 而 另 一 些 则 没 有 。 低 放 大倍 数 下 ， 聚 合 物 改 性 水 泥 砂 浆 的 水 榴 石 立 方 晶 体 类 似 蔗 糖 晶 体 ， 表 面 非 常 光 滑 ； 但 高 放 大

35、 倍数 下 ， 水 榴 石 立 方 晶 体 表 面 则 有 点 凸 凹 不 平 。 在 普 通 砂 浆 中 则 未 发 现 类 似 的 水 榴 石 立 方 晶体 ， 原 因 是 聚 合 物 干 粉 改 性 水 泥 砂 浆 的 水 灰 比 较 普 通 砂 浆 的 低 _5引 ， 有 利 于 水 榴 石 立 方 晶 体的 形 成 驯 。 聚 合 物 性 质 不 同 ， 参 与 水 泥 水 化 的 进 程 也 不 同 旧 J， 因 此 也 不 同 程 度 地 影 响 着 水榴 石 立 方 晶 体 的 形 成 。 在 聚 合 物 干 粉 改 性 水 泥 砂 浆 中 ， 水 榴 石 立 方 晶 体 的

36、形 成 取 决 于 聚 合 物的种类和掺量。4 2聚 乙 烯 醇聚 乙 烯 醇 能 提 高 水 泥 的 抗 压 强 度 与 其 对 水 泥 水 化 进 程 的 影 响 有 关 。 虽 然 ， 通 过 SEM、I)TA、 XRD、 压 汞 分 析 、 紫 外 分 析 等 方 法 研 究 认 为 ， 聚 乙 烯 醇 能 够 降 低 水 泥 中 的 化 学 结 合 水含 量 以 及 游 离 氢 氧 化 钙 的 含 量 ， 延 缓 水 泥 的 水 化 过 程 参 见 文 献 61， 但 是 ， 聚 乙 烯 醇 能 够降 低 水 泥 的 孔 含 量 和 孑 L尺 寸 ， 并 可 能 与 水 泥 水 化

37、发 生 作 用 ， 生 成 一 些 无 定 型 的 物 质 。Georgesju等 配 利 用 热 分 析 和 红 外 分 析 研 究 了 不 同 的 聚 乙 烯 醇 与 C3A和 CaS04n20混 合 物 、12ca07仙 仉 以 及 CaOAl()3等 无 机 材 料 之 间 的 相 互 作 用 。 研 究 同 样 表 明 ， 聚 乙 烯 醇 能 延 缓水 泥 水 化 过 程 ， 延 缓 AFt和 AFm之 间 的 转 化 ， 但 有 利 于 CAHlo的 形 成 ； 由 于 聚 乙 烯 醇 与 水 泥熟 料 矿 物 的 相 互 作 用 ， 在 聚 合 物 的 支 链 上 有 金 属 离

38、 子 ， 且 其 结 构 随 水 化 龄 期 而 变 化 。4 3纤 维 素 醚纤 维 素 醚 具 有 表 面 活 性 ， 可 提 高 浆 体 的 粘 度 ， 改 善 水 泥 分 散 度 和 提 高 混 凝 土 的 内 聚 性 ，并 可 改 善 浆 体 表 干 ”现 象 ， 提 高 工 作 性 能 吲 。 OhamaC训 认 为 水 化 水 泥 颗 粒 之 间 形 成 了 一层 很 薄 的 防 水 的 聚 合 物 膜 ， 其 具 有 封 闭 效 应 ， 也 改 善 了 浆 体 “表 干 ”现 象 。 文 献 65则 认为 是 由 于 纤 维 素 良 好 的 保 水 性 ， 使 得 足 够 的

39、水 分 保 持 在 水 泥 浆 体 内 部 ， 从 而 保 证 了 水 泥 的 水化 变 硬 并 完 全 发 展 其 强 度 。 黄 连 根 酌 用 x射 线 衍 射 分 析 还 证 实 了 纤 维 素 醚 能 改 善 界 面 处 弱水化区域，从而提高水泥浆与瓷砖的粘结强度。羟 乙 基 纤 维 素 的 缓 凝 作 用 原 因 在 于 其 延 迟 了 飓 0吸 附 到 水 泥 颗 粒 表 面 的 速 度 ， 以 及 由于 其 包 裹 在 水 泥 颗 粒 表 面 而 延 缓 了 C3S的 水 化 ， 其 缓 凝 效 果 与 其 粘 度 、 链 长 、 溶 解 度 、 极 性和 功 能 基 团 有

40、关 叭 圳 ， 而 Ben Dor【 70_则 认 为 是 由 于 羟 基 是 极 性 基 团 ， 并 本 质 上 是 吸 湿 的 ，因此减少了硅酸盐矿物水化所需的水分，从而延缓了其水化进程。Singha_71_、 Milestone等 研 究 表 明 ， 水 泥 浆 体 3d和 7d水 化 放 热 随 羟 乙 基 纤 维 素 掺 量 增大 而 逐 渐 降 低 ， 而 28d和 91d时 水 化 放 热 则 无 明 显 差 异 ； 其 与 草 酸 混 合 后 ， 使 得 水 泥 391d水 化 放 热 随 二 者 混 合 物 掺 量 增 大 而 逐 渐 增 大 。 抗 折 强 度 提 高 的

41、原 因 是 由 于 水 压 力 作 用 下 ， 聚合 物 和 水 泥 材 料 之 间 力 相 互 传 递 的 结 果 旧 J。 羟 乙 基 纤 维 素 能 显 著 提 高 水 泥 砂 浆 吸 水 性 和 抗盐 、 酸 侵 蚀 性 的 原 因 在 于 羟 乙 基 纤 维 素 降 低 了 水 泥 砂 浆 孔 隙 率 ， 且 孔 被 聚 合 物 填 充 或 封 闭 所至 “川 。 红 外 分 析 表 明 ， 羟 乙 基 纤 维 素 与 水 泥 水 化 生 成 的 CS H凝 胶 以 及 氢 氧 化 钙 相 发 生 作用 ， 形 成 了 新 的 基 团 。 XRD和 SEM分 析 也 表 明 ， 一

42、些 水 泥 水 化 产 物 相 的 峰 值 消 失 ， 而 新 的峰值产生，说明有新的矿物相形成。4 4吸 附 性 聚 合 物 和 多 糖吸 附 性 聚 合 物 的 吸 附 机 制 一 般 是 由 离 子 浓 度 梯 度 而 导 致 的 。 在 温 度 和 荷 载 等 物 理 条 件 变化 时 ， 吸 附 性 聚 合 物 具 有 良 好 的 水 分 吸 附 保 持 能 力 ， 但 存 在 高 价 金 属 离 子 或 溶 剂 pH值 等 变化 时 ， 会 表 现 出 不 同 的 吸 附 性 和 吸 附 形 式 174J。 而 水 化 热 测 试 表 明 ， 随 其 掺 量 增 大 ， 水 泥 水

43、化 热 增 大 ， 水 化 放 热 峰 值 增 大 。 XRD和 SEM分 析 表 明 ， 丙 烯 酸 钠 能 促 进 水 泥 水 化 进 程 ， 水化 产 物 氢 氧 化 钙 以 平 板 状 为 主 ， 且 丙 烯 酸 钠 会 使 得 水 泥 孔 体 积 有 所 减 少 ， 水 泥 内 部 结 构 更 致密 174。 吸 附 性 聚 合 物 提 高 水 泥 砂 浆 抗 折 强 度 的 原 因 可 能 是 改 变 了 其 微 观 结 构 所 致 。黄 糊 精 能 加 速 c， A初 始 水 化 ； 淀 粉 醚 会 延 缓 c， A初 始 水 化 ， 之 后 则 使 得 钙 矾 石 和 石 膏的

44、 含 量 相 对 稳 定 ， 从 而 会 延 缓 钙 矾 石 向 单 硫 型 水 化 硫 铝 酸 钙 的 转 变 。 多 糖 延 缓 水 泥 水 化 原 因是 其 吸 附 在 初 始 水 化 产 物 表 面 ， 形 成 了 一 层 难 以 穿 透 的 薄 膜 。 淀 粉 醚 和 黄 糊 精 均 会 延 缓 硅 酸盐 熟 料 矿 物 (c3s和 C2S)的 水 化 进 程 ， 降 低 CSH凝 胶 和 羟 钙 石 的 生 成 速 度 。 多 糖 的 缓 凝 效果 也 取 决 于 水 泥 的 成 分 ， 而 c， A含 量 为 关 键 因 素 之 一 。 c， A含 量 相 对 较 低 ， 则 多

45、 糖 缓 凝 效 果明 显 ， 这 一 结 果 与 文 献 75 77研 究 结 论 一 致 。 缓 凝 效 果 同 样 与 多 糖 的 结 构 有 关 ， 淀 粉 醚和黄糊精的溶解度比天然淀粉和白糊精相对较高，因此缓凝效果也更明显。但Pailler等_70 J则认为多糖可以使得水泥早期水化放热增大。5结 语目 前 国 内 关 于 干 混 砂 浆 的 理 论 研 究 主 要 集 中 在 聚 合 物 共 混 改 性 水 泥 砂 浆 ， 聚 合 物 种 类 、成 分 、 掺 量 对 水 泥 砂 浆 部 分 性 能 影 响 。 对 聚 合 物 的 作 用 机 理 研 究 几 乎 还 是 空 白 。

46、这 无 疑 对 于独 立 地 科 学 地 研 制 新 型 砂 浆 品 种 非 常 不 利 。 因 此 ， 应 着 手 机 理 研 究 。国 外 利 用 包 括 红 外 分 析 、 压 汞 分 析 、 扫 描 电 镜 分 析 、 x 射 线 衍 射 分 析 等 微 观 测 试 手 段 ，研 究 过 聚 合 物 对 水 泥 浆 体 的 水 化 过 程 影 响 及 作 用 机 理 。 研 究 表 明 ， 聚 合 物 在 水 泥 浆 体 内 存 在化 学 作 用 和 或 物 理 作 用 ， 一 般 会 在 水 泥 浆 体 内 形 成 聚 合 物 膜 。 聚 合 物 在 水 泥 浆 体 内 化 学 作用

47、 或 物 理 作 用 取 决 于 聚 合 物 的 种 类 、 成 分 和 掺 量 等 。 水 泥 浆 体 内 形 成 的 聚 合 物 膜 形 状 、 厚 度以 及 连 接 情 况 也 取 决 于 聚 合 物 种 类 、 掺 量 以 及 养 护 条 件 、 水 化 龄 期 等 。 聚 合 物 干 粉 会 对 水 泥浆 体 的 水 化 进 程 产 生 一 定 的 影 响 ， 一 定 程 度 上 促 进 或 延 缓 水 泥 的 水 化 ， 并 对 水 泥 水 化 产 物 如钙 矾 石 、 c。 (0H)2、 水 榴 石 晶 体 、 c S H凝 胶 等 以 及 水 泥 浆 体 内 部 结 构 包 括 孑 L结 构 具 有 一 定影 响 。 聚 合 物 种 类 、 掺 量 、 性 质 以 及 养 护 制 度 等 对 聚 合 物 改 性 水 泥 砂 浆 的 性 能 和 结 构 起 主 导作 用 。 应 根 据 具 体 工 程 要 求 ， 选 择 使 用 合 适 的 聚 合 物 干 粉 配 制 相 应 的 干 混 砂 浆 ， 以 满 足 工 程技术要求。