商品砂浆用化学外加剂

商品砂浆用化学外加剂商品砂浆包括预拌砂浆和干粉砂浆，是近几年在我国发展起来的新型建筑材料[1]。

商品砂浆具有施工速度快、质量容易保证、环保施工、多种功能、利于建筑新技术和现代化施工技术的推广等优点，符合我国经济发展和建筑业发展趋势。

商品砂浆用外加剂是保证商品砂浆质量和功能的最主要成分，各种商品砂浆质量的保证和功能化的获得主要是通过引入各种性能的化学和矿物外加剂来实现的，这一点与商品混凝土有相似之处。

尽管我国砂浆外加剂研究与应用已有一定的进展，但与砂浆外加剂发展成熟的国家相比较，还有很大差距，已有的砂浆外加剂是远远满足不了实际需求[2]。

因此应该加强提高我国的商品砂浆外加剂研究开发研究。

2商品砂浆用外加剂的分类2.1 商品砂浆的分类干粉砂浆的组成根据品种不同组成材料也不同, 主要有:水泥、石灰粉、石膏粉、轻砂、石英砂、珍珠岩、聚苯颗粒、蛭石、粉煤灰、聚合物胶粉、纤维以及各种化学外加剂，如塑化剂、缓凝剂、分散剂、引气剂、活化剂等。

装饰性干拌砂浆还要添加不同着色材料。

商品砂浆的种类很多，法国一个砂浆工厂就能生产４０～５０种。

商品砂浆从生产和施工方式上可分为预拌砂浆和干粉砂浆；从用途上可分为普通砂浆（砌筑、抹灰、地面砂浆等）和特种砂浆，包括：（1）自流平地面砂浆（2）防水砂浆（3）保温砂浆（4）装饰砂浆（5）修复砂浆（6）特殊用途砂浆（7）粘结砂浆（8）水泥基灌注料等特种工程材料。

2.2 干粉砂浆用外加剂的分类砂浆用化学外加剂与混凝土用化学外加剂既有相似之处，又有所不同。

这主要是由于砂浆与混凝土的用途不同所决定的。

混凝土主要用作结构材料，而砂浆主要是饰面和粘结材料。

参考混凝土外加剂的分类方法，砂浆化学外加剂也可以按化学成分和主要功能用途进行分类。

2.2.1按化学成分分类（1）无机盐类砂浆外加剂：如早强剂、防冻剂、速凝剂、膨胀剂、着色剂、防水剂等；（2）高分子表面活性剂：这类外加剂主要是表面活性剂，如塑化剂/减水剂、减缩剂、消泡剂、引气剂、乳化剂等；（3）树脂类高分子：如聚合物乳液、可再分散聚合物胶粉、纤维素醚、水溶性高分子材料等；2.2.2按主要功能分类（1）改善新拌砂浆工作性能（流变性能）的外加剂，包括增塑剂（减水剂）、引气剂、保水剂、增粘剂（粘度调节剂）；（2）调节砂浆凝结时间、硬化性能的外加剂，包括缓凝剂、超缓凝剂、速凝剂、早强剂等；（3）改善砂浆耐久性的外加剂，引气剂、防水剂、阻锈剂、杀菌剂，碱-集料反应抑制剂；（4）改善砂浆体积稳定性的外加剂，膨胀剂、减缩剂；（5）改善砂浆力学性能的外加剂，聚合物乳液、可再分散聚合物胶粉、纤维素醚等；（6）改善砂浆装饰性的外加剂，着色剂，表面美化剂，光亮剂；（7）特殊条件下施工的外加剂，防冻剂、自流平砂浆外加剂等；（8）其它，如杀菌剂、纤维等3干粉砂浆专用化学外加剂性质和用途砂浆材料与混凝土材料的重要区别在于砂浆作为铺筑和粘结材料，使用时一般为薄层结构，而混凝土大多数情况下作为结构材料使用，用量也大。

所以商品混凝土施工时对工作性的要求主要是稳定性、流动性和流动性保持能力。

而砂浆使用时主要要求则是保水性能好、粘聚性和触变形性能。

3.1 保水剂砌筑砂浆、抹灰砂浆、保温砂浆、自流平地面砂浆、防水砂浆等都需要使用保水剂，以保证砂浆具有足够的保水能力，防止水分的过渡蒸发和基层的吸水而开裂和降低砂浆的强度。

保水剂一般采用增加液体粘度或聚合物类有机材料，如纤维素醚类物质（甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素），此外水溶性高分子聚合物如聚丙烯酰胺、聚乙烯醇等也有显著增加水溶液粘度的作用，增加砂浆的保水能力。

聚合物乳液和可再分散聚合物胶粉一般作为改善砂浆粘结性能的材料，但他们也有很好的保水能力。

聚合物材料的保水性能与其组成、结构和分子量有密切关系。

水溶性高分子类保水剂对水溶液粘度的影响与溶液的酸碱度度有密切关系。

一般作为水泥砂浆的保水剂使用再碱性环境中，要求这些材料在碱性环境中是稳定的。

无机材料中，沸石粉、膨润土、硅藻土、硅灰、膨胀剂和硫酸铝等也具有很好的保水能力，特别是多孔类的矿物材料。

3.2 可再分散聚合物胶粉目前用在干粉砂浆中的聚合物胶粉主要有以下几种(1)苯乙烯-丁二烯共聚物；(2)苯乙烯-丙烯酸共聚物；(3)醋酸乙烯酯均聚物；(4)聚丙烯酸酯均聚物；(5)醋酸苯乙烯共聚物；(6)醋酸乙烯酯-乙烯共聚物等，大多数为醋酸乙烯－乙烯共聚物粉料。

聚合物粉末通常是白色的具有干流动性的白色粉末，灰分约有5%~10%，灰分主要来自于隔离剂。

聚合物粉末的典型粒径约为0.08mm，当然这是乳液颗粒聚集体的尺寸，在水中重新分散以后，乳液颗粒典型粒径为1~5um。

以乳液形式直接使用的乳液颗粒的典型的粒径一般为0.2um左右，因此聚合物粉末形成乳液的颗粒粒径比较大一些[3]。

对聚合物胶粉的物理性能和质量要求如表1。

可再分散性聚合物粉末制备方法可分为两种，一是采用现有的某些乳液通过喷雾干燥加工而成的。

其程序是先通过乳液聚合获得聚合物乳液，然后经过喷雾干燥而获得的。

在喷雾干燥之前为了防止胶粉的团聚和改善性能，常加入一些助剂，如杀菌剂、喷雾干燥助剂、增塑剂、消泡剂等，在喷雾干燥过程中，或者刚刚干燥之后还要加入隔离剂，以防止粉末在储存过程中发生结团。

常用的隔离剂有粉体二氧化硅、碳酸钙等。

德国的巴斯福公司报道了通过加有干燥助剂的聚合物水分散体来制备聚合物粉末的方法。

向待干燥的聚合物水分散体中加入一种聚电解质作为干燥助剂，该聚电解质可以离解成聚离子和相反离子的方式溶于水基分散介质中，聚离子的电荷与分散的聚合物微粒的表面电荷极性相反。

美国哈罗和哈西公司提供了一种改进聚合物粉末稳定性的方法，通过对含有选用的低ＨＬＢ值表面活性剂的乳液聚合物进行喷雾干燥的方法得到的适宜于用作水泥改性剂聚合物胶粉。

表1 聚合物粉末的质量要求砂浆中的聚合物可以改善对基体的粘结性能，还可以使地面层避免起尘，提高耐磨性、抗裂性、抗折和抗拉强度。

ELOTEX开发了具有提高流动性的可再分散胶粉，这种产品可以用于自流平系统的合成胶凝材料，使用无需再添加超塑化剂【4】。

3.3 缓凝剂（超缓凝剂）与促凝剂缓凝剂目前主要使用的产品有糖钙、糖蜜等，用作缓凝剂还有羟基酸(柠檬酸、酒石酸、葡萄糖酸、水杨酸、乙酸、马来酸、单宁酸、乙糖酸等)，碳水化合物(蔗糖)或其它一些化合物(丙三醇、聚乙烯、甲基硅铝酸钠、对氨基苯磺酸)等。

商品砂浆使用的缓凝剂主要应该考虑两个方面，一是预拌砂浆用缓凝剂，预拌砂浆搅拌运到工地以后，施工时间长，所以要求砂浆有足够的施工时间，甚至要求砂浆24小时或者36小时，以满足较长施工时间的要求。

可作为超缓凝剂使用的物质有磷酸盐、羟基羧酸（盐）、多元醇等，这些材料虽然能长时间延缓砂浆的凝结时间，但不会引起砂浆长龄期力学性能的降低；另一方面，干粉砂浆缓凝剂也与混凝土用缓凝剂有所区别，因干粉砂浆的胶凝材料除硅酸盐水泥外，还有高铝水泥、硫铝酸盐水泥、石膏、石灰等，所以使用的缓凝剂也主要是羟基羧酸盐、磷酸盐、硼砂等。

可选择的早强促凝类材料有无机盐类早强剂，如氯化钙、氯化钠、硝酸钙、亚硝酸钠、硝酸钠、硝酸钾、硫代硫酸钠、硫酸钾、硫酸铝、碳酸钾和碳酸钠等；有机物类的促凝材料有三乙醇胺、甲酸钙、乙酸钠、乙酸钙和乳酸铁等物质；天然矿石类促凝物质有煅烧明矾石制成的早强剂、芒硝等。

此外，一些人工合成的矿务类物质有铝酸钙、氟铝酸钙和硫铝酸钙矿物。

3.4 防冻剂防冻剂的作用防止在负温下施工的砂浆和混凝土受到冻害，保持一定的过冷液体，使水泥的水化反应继续进行，砂浆或混凝土的强度保持一定增长。

通常一些降低水溶液冰点的无机盐类常作为防冻组分使用。

混凝土防冻剂中严禁使用氯盐类防冻剂用于钢筋混凝土和预应力混凝土结构中，严禁尿素等防冻组分用于封闭结构的混凝土施工。

砂浆中一般不含有钢筋，且施工时体积小，散热快，容易受到冻害，在没有钢筋的砂浆中可以采用含氯的防冻组分。

现在我国尚没有砂浆防冻剂的标准，使用时一般参考混凝土防冻剂行业标准《混凝土防冻剂》（JC475-2002）。

一些化合物的饱和溶液的最低共溶点温度如表2所示。

表2 化合物水溶液的冰点3.5 消泡剂消泡剂的种类很多，常用的消泡剂有：具有分支结构的醇类物质（如异丙醇、异戊醇）、高级脂肪醇（二异丁基甲醇）、脂肪酸及脂肪酸脂类（如豆油、蓖麻油等）、酰胺类（二硬脂酸乙二胺等）、磷酸脂类等。

磷酸三丁酯是常用的消泡剂，可用于水溶液的消泡，也可以用于其它物质的消泡；有机硅化合物（聚二甲基硅氧烷），既可用于水溶液体系消泡，也可以用于非水溶液消泡，它的表面张力极低，易于在溶液表面铺展，形成液膜的表面强度很低，它的含量只需要十万分之几就可以起到消泡左右。

但由于有机硅类消泡剂不溶于水，使用时需要制成乳液和粉剂产品。

可以通过在分子中引入聚环氧丙烷或环氧乙烷亲水基改善其溶解性。

国民淀粉、德国明凌公司等现在都有粉状的消泡剂，在配置干粉砂浆产品时使用非常方便。

良好的消泡剂必须具备较好的化学稳定性、低于被消泡介质的表面张力和不溶于被消泡介质等条件。

对于砂浆混凝土等强碱性体系，要求消泡剂具有较好的分散性和破泡性，同时，又具有较好的抑泡性和耐碱性。

需要注意的是，消泡剂的针对性很强，在一种体系中有消泡作用而在另一体系中可能会产生引气作用【6】，因此，针对不同体系应选择最有效的消泡剂，或复合消泡剂。

3.6 减缩剂与膨胀剂为了防止砂浆收缩开裂，特别是自流平地面和防水砂浆类薄层材料，常常采用减缩剂和膨胀剂。

减缩剂的主要化学成分可用通式R10(AO)nR2来表示，其中主链A为两种碳原子数为2－4的烷基顺序嵌聚合和随机嵌段聚合而得到；n表示聚合度，通常为2－5；R为氢原子、烷基、硅烷基或苯基等；典型的减缩剂有低级醇环氧乙烷加成物，聚醚和聚乙二醇等。

减缩剂一般为液体产品，能增大水的粘度，降低水的表面张力，一般可以减少混凝土的干缩20－40％，早期减少干缩值可达到50％或者更多。

经验表明，每立方米混凝土掺加1公斤减缩剂的效果相当于掺加5公斤膨胀剂或者少用8公斤水。

减缩剂可以与膨胀剂一起使用，两者相互取长补短，协调作用，在减少砂浆混凝土开裂方面会取得更好的效果。

3.7 增塑剂（减水剂）砂浆用增塑剂是指能改善新拌砂浆流变性能和工作性的外加剂，主要包括各种普通减水剂，高效减水剂、缓凝剂和引气剂等。

在砌筑砂浆和抹面砂浆中为了改善砂浆的和易性和保水性，常加入减水剂、引气剂和纤维素类增粘剂，使新拌砂浆在容易抹面施工的同时，还具有一定的触变性。

具有适宜触变性能的砂浆砌筑时表现出砂浆填充饱满、不流淌和砌筑性能好的特点。

作为混凝土外加剂广泛使用的减水剂在砂浆中也可以使用，但应根据砂浆的品种和性能进行选择。

砌筑和抹面砂浆采用木质素磺酸盐或糖钙类普通减水剂就可以满足使用要求，而且因为普通减水剂具有一定的引气性能，对砂浆的和易性也有改善。