新型稠化粉在建筑砂浆中的应用研究文档格式.docx

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本文采用膨润土和其他外加剂一起作为保水增稠剂，取代了石灰膏，在保证砂浆性能的同时，又节约了砂浆的成本，降低了能耗，保护了环境，实现了建筑砂浆的“绿色”发展。

1.原材料与试验方法

1.1原材料

膨润土:

膨润土的矿物学名称叫蒙脱石[1].蒙托石由纳米级的颗粒（10-11-10-9m）组成,国外称其为天然纳米材料,也叫“万用土”.它是在地质年代中由天然的火山灰变质而成。

膨润土由片状硅酸盐矿物组成的，属于铝硅酸盐族。

其化学成分和物理性能分别见表1和表2

表1膨润土的化学成分（％）

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

K2O

Na2O

烧失量

73.06

16.17

1.63

2.10

2.72

0.40

0.39

3.53

表2膨润土的物理性能

蒙托石含量％

细度（200目筛余％）

密度（g/cm3）

86.4

6.8

0.85

水泥:

北京水泥厂的42.5级P.O水泥；

砂:

中砂，细度模数2.8,堆积密度1.34g/cm3;

复合外加剂:

由中国矿业大学材料系自主开发。

1.2试验方法

砂浆配合比按JGJ－2000《砌筑砂浆的配合比设计规程》设计，并按JGJ70－90《建筑砂浆基本性能试验方法》的规定拌和成型试件，测定分层度、力学性能。

拌和时用水量根据砂浆稠度而定，一般稠度宜在70~90cm。

抗渗压力按JC474－1999《砂浆、混凝土防水剂》的规定拌和成型试件，测定抗渗压力值。

抗冻性：

参照JGJ82－85和建筑砂浆性能试验方法进行。

采用慢冻法（气冻水融），在－15~－20℃温度下冻3h，取出放于15~20℃水中融3h为一次冻融循环。

1.3微观试验方法

1.3.1水泥稠化粉净浆X射线衍射测试

试验仪器：

X射线衍射仪，XRM－

120×

3玛瑙三头研磨机，真空干燥箱（ZD79型）。

试验步骤：

1）将到龄期的试样用玛瑙三头研磨机磨碎，研磨时加入适量酒精以防止碳化，研磨约20分钟。

2）取出磨好的混合物，放在滤纸上，一同放入抽气机里将酒精滤掉。

3）将抽完酒精的滤纸和试样一同放入真空干燥机里干燥。

烘干后将试样装入试样袋里封存，准备做X衍射试验。

4）做X衍射试验。

1.3.2.扫描电镜试验

SEM仪，真空干燥箱。

1）将到龄期的试样放入真空干燥箱里干燥5～6小时，每组试样取一小块（

<

15mm），编号。

2）对试样做喷金处理。

3）放入SEM仪做扫描电镜试验。

2.试验结果讨论

2.1稠化粉建筑砂浆的性能

2.1.1稠化粉建筑砂浆的配合比

稠化粉本身就具有一定的强度，保证了砂浆后期强度增长稳定性。

本文主要利用了膨润土的保水增稠触变等性质，通过复合外加剂对膨润土的改性，既利用了膨润土的保水增稠等作用，又控制了膨润土的极端膨胀性等有害作用，从而使砂浆的各项技术指标优于传统砂浆。

膨润土、复合外加剂统称为新型砂浆稠化粉。

通过对掺稠化粉砂浆配合比的优化、复合外加剂的优选得出的高性能的建筑砂浆配合比见表3。

表3掺稠化粉砂浆的配合比与工作性

编

号

等级

强度

配合比/

/Kg

稠度

/mm

分层度

水泥

膨润土

石灰膏

砂

水

C1

M5

212

138

1340

205

73

14

C2

17

284

84

13

C3

M7.5

242

108

238

75

11

C4

22

275

79

10

C5

M10

271

223

71

5

C6

30

273

89

注：

复合外加剂的掺量是膨润土的4％。

试验结果表明，掺稠化粉砂浆的工作性能良好，稠度控制在70~90mm，分层度均在10~15mm，满足现行砂浆的标准。

通过与掺石灰膏砂浆的对比，掺稠化粉砂浆的工作性优于掺石灰膏砂浆的工作性，充分说明了新型稠化粉替代石灰膏的可行性，分析原因在于膨润土特有的天然保水、增稠、触变、润滑性[2],提高了砂浆的工作和易性，延长了砂浆的可操作时间，是良好的保水增稠材料。

2.1.2稠化粉建筑砂浆的力学性能研究

按表3的配合比制备的砂浆的力学性能见表4。

表4掺稠化粉砂浆力学性能

稠化

石灰

％

膏

抗压强度/MPa

抗渗

压力/MPa

粉％

7d

28d

8

65

45

29

6．9

8．1

3．8

9．3

10．8

11．9

11．6

14．3

12．4

14．8

13．8

15．4

0．2

0．3

0．4

0．5

表4的结果表明，掺稠化粉砂浆具有良好的力学性能，与等级强度值相比，7d抗压强度均超过了100％，28d抗压强度分别达到了286％、193％、154％，后期强度仍持续增长。

与掺石灰膏砂浆的抗压强度相比，同等级砂浆的7d、28d均要高出许多；

不仅如此，抗渗压力也较掺石灰膏砂浆的高，这正是膨润土复合外加剂的综合结果，膨润土具有保水增稠作用的同时还具有强度，保证了强度的稳定增长；

此外，膨润土也具有吸水膨胀的作用，将砂浆中的微孔填充了，起到了密实的作用，这即为砂浆抗渗性能提高的原因。

2.1.3稠化粉建筑砂浆的变形性能研究

掺稠化粉砂浆试件的干燥收缩和水中自有膨胀试验见表5。

表5掺稠化粉砂浆试件变形性能

/%

28d干收

缩率/%

28d水中自由

膨胀率/%

0.021

0.016

0.028

0.035

0.175

0.180

0.173

0.163

0.167

表5的结果表明，掺膨润土砂浆具有微膨胀的作用。

28d干燥收缩率较低。

28d水中自由膨胀率在0.1%~0.2%,而且随膨润土掺量的提高有降低的趋势。

同等级砂浆相比来看，掺膨润土砂浆的干燥收缩要低于掺稠化粉砂浆的，而水中自由膨胀率要大于掺石灰膏砂浆的，说明了掺膨润土砂浆具有更好的稳定性。

2.1.4稠化粉建筑砂浆的抗冻性研究

试验结果见表6。

表6稠化粉砂浆的抗冻性数据表

90d抗压

强度/MPa

冻融15次后

抗压强/MPa

强度损

失率/%

质量损

13.5

16.8

14.2

17.6

15.3

18.6

11.6

16.4

12.1

17.1

13.0

18.0

13.8

2.1

14.7

2.6

15.2

3.1

2.8

1.6

2.5

1.3

1.2

试验结果表明:

（1）同等级相比，就后期强度的增长而言，掺稠化粉砂浆的增幅要高于掺石灰膏砂浆的增幅，表面了稠化粉在砂浆后期强度增长中发挥了作用；

（2）冻融循环后，掺石灰膏砂浆的强度损失率较大，质量损失率也较大，而掺稠化粉砂浆的强度损失率、质量损失率都较小；

（3）就不同强度等级而言，随着膨润土的掺量增大，冻融循环后强度、质量损失率都将增大。

2.1.5机理分析

从前面的工作和易性、力学性能、变形性能、抗冻性宏观试验，不难看出，由膨润土和复合外加剂组成的砂浆稠化粉制得的砂浆的工作和易性、力学性能和耐久性都能满足建筑砂浆的使用要求，并且各方面性能要优于以石灰膏为保水增稠剂砂浆的；

笔者也作了掺膨润土砂浆的试验，发现其早期强度低，后期强度增长缓慢，为此加入了复合外加剂，从而解决了掺膨润土的弊端。

为找到稠化粉砂浆宏观上优异性能找到微观机理的解释，又进行了X衍射和扫描电镜试验，试样为M7.5级（配合比同前，未掺砂，水胶比0.4），试验旨在对比复合外加剂对膨润土改性复配的机理，并由此进一步解释了稠化粉的作用机理。

X衍射对比图见图1。

图1掺稠化粉和单掺膨润土的水泥净浆的X衍射图样对比图。

（上图为掺稠化粉净浆试样，下图为单掺膨润土净浆试样）

从图1中可以看出掺稠化粉的净浆体系28天龄期的CH（水泥水化产物）三强峰值[3]比未掺复合外加剂净浆体系体系的低，从化学反应平衡理论可得当水泥水化反应生成物氢氧化钙（CH）的浓度降低，进一步加快水泥水化反应，复合外加剂与CH结合，生成的硫铝酸盐的三强峰值比未掺复合外加剂的有所上升，而硫铝酸盐也可以使砂浆产生强度，说明前者水化比后者充分，这正是前者强度较后者高的原因。

SEM试验结果见图2、3，放大倍数为2000。

图2掺膨润土净浆的SEM图图掺稠化粉净浆的SEM图

从图2、3中可以看出，掺膨润土净浆的SEM中，结构不够密实，孔隙较多，而后者的结构教密实，从而使浆体抗压强度和抗渗性能得到提高；

前者的絮状水化硅酸钙较分散，很明显后者的絮状水化硅酸钙分布较密集。

2.2应用分析

综上所述，稠化粉在实际应用中具有以下优点:

1）稠化粉为粉状干物料，而石灰膏含水达50％，并且用量仅为石灰膏的20％。

因此，减轻劳动强度，改善作业环境。

2）稠化粉不含石灰，避免了砂浆因石灰过烧或消化不良等因素而导致砂浆层起壳、爆裂和开裂等质量通病。

3）稠化粉不含引气剂，从而避免了由于引气不当而导致砂浆强度下降幅度过大。

4）替代了石灰膏，也就意味着避免了煅烧石灰石，节约了能源，保护了环境，还可以促进砂浆的商品化。

5）从经济效益分析，石灰价格为200元/吨，用稠化粉替代全部石灰膏在现场配制的砂浆材料成本与混合砂浆基本相同。

与水泥砂浆相比，由于采用稠化粉后可节约水泥，因此，材料成本可降低5-10元/m3；

3.结论

1）膨润土具有良好的保水、增稠性，通过对膨润土的改性，制得所需的砂浆稠化粉；

2）掺稠化粉砂浆的分层度值、施工的可操作性明显优于掺石灰膏的混和砂浆，而且防水性能明显改善；

3）掺稠化粉砂浆的强度方面，通过掺稠化粉砂浆与掺石灰膏砂浆的比对试验，掺稠化粉砂浆的7天强度、28天强度，都能满足所配的不同强度等级的强度要求，强度高于同等级传统掺石灰膏砂浆的强度，但是掺量远小于石灰膏的掺量；

4）掺稠化粉的净浆体系28天龄期的CH三强峰值比掺石灰膏净浆体系的低，而且前者中的硫铝酸盐的三强峰值比后者的有所上升，说明前者水泥水化比后者快，这是前者强度较后者高的原因。

掺膨润土净浆的SEM中，结构不够密实，孔隙较多，而后者的结构教密实，就这一点上可也解释为什么稠化粉增加砂浆体系抗压强度和较高的抗渗压力；

掺石灰膏试样的絮状水化硅酸钙较分散，掺稠化粉试样后者的絮状水化硅酸钙分布较密集。

参考文献

[1]鞠建英申东铉.膨润土在工程中的开发与应用.中国建材工业出版社，2003

[2]姜桂兰张培萍.膨润土加工与应用．化学工业出版社，2005

[3]廉慧珍童良陈恩义．建筑材料物相研究基础．清华大学出版社，1996

检查重点：

结论4中掺石灰膏改为掺膨润土