孙振平-同济-商品砂浆用增稠保水剂TJ-S及其性能研究

1.146
90
1.155
87
25
76
20
88
1:4.5
TJ-S，8
1.158
78
10
93
1:4.5
TJ-S，10
1.162
82
15
96
1:4.5 消石灰粉，10 1.136
90
40
67
1:4.5 消水灰粉，20 1.130
90
1:4.5 消水灰粉，30 1.140
82
32
72
24
74
1:4.5 微沫剂，0.05 1.146
砂浆保水率的测定参照江苏省《DGJ32/J13-2005 预拌砂浆技术规程》中“附录 B 砂浆保水率” 试验方法进行。
3. 试验结果与讨论
3.1 增稠保水材料的研制及性能
建 筑 砂 浆 由 于 设 计 强 度 等 级 普 遍 较 低 ( 通 常 M5-M30) ， 配 制 时 所 用 水 泥 量 较 少 ( 一 般 200-300kg/m3 )，而大部分材料为细 集料(黄砂)， 水泥：黄砂=1:5-11[13 ]。所以拌制而成的 砂浆尽管 强度较易满足要求，但其和易性、保水性和施工 性相当差，涂抹后易开裂甚至起 鼓、剥落，严重影 响施工质量[14，15]。为改善建筑砂浆的和易性，长期以来，建筑工程中普遍采用添加石灰膏的措施， 尽管在一定程度上改善了砂浆的和易性和施工性 ，但对砂浆的耐水性有不利影响 ，对砂浆的抗开裂 性亦无有利之处。采用微沫剂虽也能改善砂浆的 和易性，减小分层，有助于施工 ，但严重影响砂浆 强度和抗渗性[16]。当然，配制干混砂浆或预拌砂浆可以沿用这些思路，采用消石灰粉和引气剂等来 改善砂浆和易性，满足某些指标的要求，但实践 证明，这些措施都是不可取的， 不仅起不到事半功 倍的效果，而且会事与愿违，增加了砂浆的成本 。为有利于商品砂浆的推广，必 须象为商品混凝土 配备专用的泵送剂那样，研制生产商品砂浆重要的配套外加剂---增稠保水剂[17-19]。
3.2 商品砂浆增稠保水剂 TJ-S 的标准
为评价该成果产品的性能，特制定 TJ-S 的性能指标要求。检测时原材料要求如下：1)42.5 级 普通硅酸盐水泥；2)洁净中砂，细度模数 2.4-2.6，试验前必须筛除 5mm 以上的粗颗粒；3)符合《JGJ63 混凝土用水》标准的拌和水；4)待测的增稠保水材料。砂浆配合比如表 5，加水量为使砂浆稠度达 70-90mm 时的用水量。
商品砂浆用增稠保水剂 TJ-S 及其性能研究
孙振平1，庞敏 1，于龙 1，王培铭 1，王新民 2
(1. 同济大学先进土木工程材料教育部重点实验室，上海 200092； 2. 中散协干混砂浆专业委员会，北京 100834)
摘要： 针对我国普通商品砂浆发展特点和技术要求，研制开发了一种利用国内普 通原材料，而保水
表 1 水泥物理力学性能
水泥
密度 /g.cm-3
安定性 (雷氏夹法)
细度 (0.08mm 筛筛余)
/%
凝结时间 /h:min
初凝 终凝
海螺
3.1
42.5P.O
盘固
3.1
P.O42.5
三狮
3.1
P.O42.5
合格 合格 合格
2.6
2:50 3:55
3.2
2:20 4:15
3.0
3:00 3:50
抗压强度 /MPa
0.2
16.8
0.81
0.1
安定性 (雷氏夹法)
/mm ≦5.0
0.8
2.0
需水量比 /%
≦105 103
101
2.2 试验方法
除保水率试验外，所有试验均参照《JGJ70-1990 建筑砂浆基本性能试验方法》。增稠保水剂的掺 加方法为：先将干粉状增稠保水剂与水泥(和粉煤灰)混合，并与黄砂干拌均匀后，加水搅拌均匀。采 用砂浆搅拌机进行搅拌，搅拌时间为 3min。砂浆立方体抗压强度测试试件的成型采用无底试模，养 护为标准养护。
本文采用各种微结构疏松的天然矿物和工业尾 矿，并结合起减水、增稠和调 凝等作用的助剂， 通过干燥、计量、粉磨，开发出一种价廉的增稠保水剂 TJ-S，其细度(0.315mm 筛筛余)小于 15%， 比表面积大于 320m2.kg-1。
设计砂浆 C:S=1:4.5，砂浆稠度为 70-90mm。表 3 为 TJ-S 在不同掺量下对砂浆分层度、保水率、 7d 抗压强度、28d 抗压强度和 28d 粘结强度的影响。试验同时对比了掺加消石灰粉和微沫剂砂浆的 相应性能。
本文通过试验研制一种取材广泛，经济合理的 商品砂浆增稠保水剂，并对其 在砌筑、抹灰和地 面干混砂浆中的应用效果进行了试验研究。
2. 试验原材料与方法
2.1 试验原材料
海螺 P.O42.5，盘固 P.O42.5，三狮 P.O42.5(性能指标如表 1)；II 级粉煤灰(江苏和浙江各一 种，性能指标如表 2)；细度模数 2.6 的河砂(筛去 5mm 以上颗粒)；浙江机制砂(<5mm)；增稠保水材 料 TJ-S(本文研制，灰色粉状)；消石灰粉(工业级)；微沫剂(取自工地现场)；饮用自来水。
1. 前言
目前，我国普通商品砂浆的发展因 2007 年 6 月 6 日商务部、公安部、建设部、交通部、质检总 局、环保总局 等六部门 联合颁布 的《关于 在部分城市 限期禁止 现场搅拌 砂浆工作 的通知》( 商改发 <2007>205 号)而掀起了一股前所未有的高潮。实际上，普通商品砂浆的概念在 1995 年就由同济大 学专家提出了[1]。上海建筑科学研究院于 1998 年前后在国内率先开展普通商品砂浆的研究[2]，积累 了相当多的经验，并研制了专门的稠化粉[3]。
1作者简介：孙振平，1969.4-，新疆奇台人，同济大学材料科学与工程学院副教授，博士；中国硅酸盐学会干混砂浆 专业委员会理事、秘书长；中散协干混砂浆专业委员会理事。联系地址：上海市四平路 1239 号同济大学材料科学与 工程学院邮编：200092 电话：65989550，13482717949E-mail：grtszhp@163.net
原材料 用量/Kg
表 5 商品砂浆增稠保水剂检测时砂浆的配合比
水泥
细集料
增稠保水剂
300
1350
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送检时的推荐掺量
水
使砂浆稠度达 70-90mm 时的 用水量
增稠保水材料的性能指标包括细度、分层度、保水率、28d 抗压强度、28d 粘结强度、抗冻性和 28d 收缩率。其各项性能指标必须符合表 6 中的具体要求。
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0
2
4
6
8
10
TJ-S掺量/%
图 1 掺 TJ-S 对砂浆粘接抗拉强度的影响
表 4 是掺 TJ-S，消石灰粉和微沫剂的砂浆抗冻性(50 次)与收缩率(28d)的比较。可见，掺 TJ-S 可以大幅度改善砂浆的抗冻性，并有利于降低砂 浆的收缩率，而微沫剂掺量增加 对混凝土抗冻性和 抗收缩性均有不利影响。
掺加 TJ-S，当掺量仅为 4%时，就可将分层度降至 25mm，保水率由不掺时的 42%提高为 76%。进
一步提高其掺量，如为 6%时，保水率可达 88%，掺量为 8%时，保水率可达 93%，能满足江苏省地方 规程中对抹灰砂浆保水率的要求。更可贵的是，掺加 TJ-S 对砂浆抗压强度的影响较小，当其掺量分 别为 2%，4%，6%，8%和 10%时，砂浆抗压强度比分别为 107%，90%，83%，77%和 72%。
上海地方规程中关于砂浆和易性方面只有分层 度指标的要求，而没有保水率 的要求，但江苏地 方规程和建工行业规程中都有保水率的要求，且江苏省地方规程中对砂浆保水率的要求更高(抹灰砂 浆不小于 92%，地面砂浆不小于 90%，砌筑砂浆不小于 88%，建工行业规程中各普通砂浆的保水率指 标均仅为不小于 88%)。这样看来，为配合各地商品砂浆的配制，必须利用当地普遍存在的原材料， 研制出性能优良，成本相对较低的增稠材料，保证各地商品砂浆的持续、稳定、健康发展。
28d 粘结 强度 /MPa 0.42 0.47 0.53 0.50 0.64 0.54 0.44 0.48 0.42 0.40 0.37 0.33
可见，当消石灰粉掺量为 30%，微沫剂掺量为 0.10%时，尽管砂浆分层度可降至 25mm 以下，但 保水率仍只有 75%左右。从保水率与它们掺量的关系看，很难通过加大它们的掺量来进一步提高砂 浆保水率。而另一方面，当消石灰粉和微沫剂达到此掺量时，砂浆的抗压强度已经降低了一半左右。
砂浆商品化进程中一个重要的课题是让人们摒 弃微沫剂和石灰膏等的情况下 ，能配制出和易性 非常优良的各种普通商品砂浆砂浆，满足国家建工行业规程《JG/T230-2007 预拌砂浆》的要求，或 满足各地方标准的要求。由于行业标准和地方标 准、技术规程等在试验方法、技 术指标等方面并不 完全一样，给实际操作者带来一定困难。
3d 22.4
28d 45.0
25.7
52.6
23.1
46.5
抗折强度 /MPa
3d 28d 4.6 7.1
3.1 8.3
4.5 8.1
项目
II 级灰指标 江苏粉煤灰
测试值 浙江粉煤灰
测试值
细度 (45µm 筛筛余)
/%
≦25
表２ 粉煤灰基本性能
烧失量 /%
含水量 /%
≦5.0
≦1.0
15.0
2.1
序号
S0 S01 S02 S03 S04 S05 S06 S07 S08 S09 S10 S11
表 3 掺 TJ-S 对砂浆性能的影响
外加剂
C:S
及其掺量
/%C
分
保
稠度
层
水
W/C
/mm
度
率
/mm
/%
1:4.5
/
1.150
85
54
42
1:4.5
TJ-S，2
1.125
86
40
65
1:4.5 1:4.5
TJ-S，4 TJ-S，6
稠度 /mm
85 86 87 82 90 82 90 87
抗冻性
强度 损失 /% 36 18 14
6 20 25 21 42
质量 损失 /% 4.5 1.2 1.0 0.8 3.2 5.1 4.0 7.0
28d 收缩率 /10-6
740 665 640 540 640 615 755 820
综上所述，在砂浆灰砂比 C:S=1:4.5，稠度为 70-90mm 情况下，本文所研制的增稠保水剂 TJ-S 在掺量为 6%以上，可使砂浆保水率达 88%以上，在掺量为 8%以上，可使保水率达 92%以上，分别满
率和增强效果均较理想的增稠保水剂 TJ-S，分别按建工行业标准《JG/T230-2007 预拌砂浆》和江
苏省地方规程《DGJ32/J13-2005 预拌砂浆技术规程》对其在砌筑、抹灰和地面干混砂浆中的应用
效果进行了试验研究，表明其具有较好的普适性。
关键词：商品砂浆；增稠保水剂；分层度；保水率；强度；耐久性
项目
质量 要求
细度 (0.315mm 筛
筛余) /%
<15.0
分 层 度 /mm
≤20
表 6 商品砂浆增稠保水剂的性能指标
保
28d
28d
水
抗压
粘结
率
强度
强度
/%
/MPa
/MPa
抗冻性
质量
强度
损失
损失
/%
/%
≥88
≥10
≥0.3
≤5
≤25
28d 收缩率
/%
≤0.5
3.3 不同种类商品砂浆的配制
将 TJ-S 分别应用于江苏常州、浙江温州、四川重庆、山东济南等地的原材料进行了试验，表明 其适合于配制各类普通干混砂浆，即砌筑砂浆、 抹灰砂浆、地面砂浆和防水砂浆 。下面是其具体应 用的试验结果。 3.3.1 按江苏地方规程配制商品砂浆
足中国建工行业标准和江苏省地方规程，而掺量只要超过 4%就可使砂浆分层度达到上海市地方标准 的要求。同时，TJ-S 在掺量为 4%情况下，也完全满足《JGT164-2004 砌筑砂浆增塑剂》标准。
具体应用时，各地可根据所执行的商品砂浆标 准及原材料情况和和易性要求 等，通过试验，合 理确定 TJ-S 的掺量。
90
35
66
1:4.5 微沫剂，0.08 1.135
86
24
72
1:4.5 微沫剂，0.10 1.135
87
18
75
抗压强度 /MPa
7d
28d
12.0 13.2 12.0 11.7 10.4 9.2 10.5 8.2 7.1 9.2 7.2 5.2
16.4 17.5 14.8 13.6 12.7 11.5 12.7 9.5 9.8 12.6 9.4 7.1
图 1 是 TJ-S 在不同掺量情况下砂浆的粘结抗拉强度的比较。可见，由于掺入 TJ-S 大大改善了 砂浆保水率，使得砂浆与基层材料的粘结抗拉强 度提高，而掺加消石灰粉和微沫 剂尽管也有助于改 善砂浆保水率，但对砂浆粘结强度改善效果甚微，甚至掺量大时还会出现负面效应。
28d粘接抗拉强度/MPa
0.6
序号
S0 S01 S03 S05 S06 S08 S09 S11
表 4 掺 TJ-S 对砂浆抗冻性和收缩率的影响
外加剂 及其掺量
/%C
/ TJ-S，2 TJ-S，6 TJ-S，10 消石灰粉，10 消水灰粉，30 微沫剂，0.05 微沫剂，0.10
W/C
1.150 1.125 1.155 1.162 1.136 1.140 1.146 1.135