聚合物改性粉煤灰建筑砂浆粉

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ｉ潮垂端爹期聚合物改性粉煤灰建筑砂浆粉赵碧华周向阳（华东交通大学土建学院，江西南昌３３００１３）严丽（福建铁路建设有限公司，福建厦门３６１００９）【摘要】通过实验，探讨聚合物羧甲基纤维素钠、聚丙烯酰胺对大掺量粉煤灰建筑砂浆粉的改性效果，为干粉砂浆的开发应用提供技术途径。

关键词：羧甲基纤维素钠聚丙烯酰胺大掺量粉煤灰建筑砂浆粉改性中图分类号：ＴＵ５２８．０４２文献标识码：Ａ文章编号：１００１—６９４５（２００４）０９－００４６—０２干粉砂浆是近年我国学习国外发达国家的建筑工业先进经验，新兴发展的新型建筑墙体材料，它将砂浆组成材料预先干混拌和均匀，施工使用时只加水搅拌即可，具有胶凝材料掺量控制准确、提高施工质量、改善施工环境、利于环保、可持续发展等优点。

我们研究开发粉煤灰建筑砂浆粉，吸取干粉砂浆的优点，克服干粉砂浆生产一次性投入大、成本高的缺点，以粉煤灰为基材，与干粉聚合物及其他矿物材料组成建筑砂浆粉复合掺和料，代替石灰膏增稠保水，起到改善水泥砂浆的工作性能和力学性能的作用，解决传统砂浆之胶凝材料掺量可操作性差，砌体砂浆层易引起收缩、开裂、鼓泡、施工质量波动大等弊端。

１原材料和试验方法１．１试验原材料江西亚东水泥厂生产的４２．５Ｒ强度等级散装普通硅酸盐水泥。

表１水泥技术性能江西南昌电厂昌达粉煤灰开发公司生产的二级磨细粉煤灰；河砂：细度模数１．９，干堆积密度ｐ＝１４００ｋｇ／ｍ３；聚合物干粉：国产聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素钠等。

１．２试验方法建筑砂浆粉由水泥、粉煤灰、聚合物复合干粉组成。

在制备砂浆时，聚合物采用先掺法，即先与胶结材料粉煤灰、水泥搅拌均匀，然后与细骨料砂子、水搅拌均匀制成不同配合比砂浆，进行砂浆和易性及力学性能等试验。

砂浆试件的制备、砂浆的和易性、凝结时间、砂浆抗压强度等力学性能测试均参照（ＪＧＪ７０—９０）建筑砂浆基本性能试验方法进行。

１．３原材料作用机理２．３．１粉煤灰粉煤灰是火力发电厂排放的工业废渣，经过大量的研究与应用证明，粉煤灰是良好的活性混合材料，在碱性激发剂作用下可以发生水化反应，生成具有胶凝能力的胶凝物质，特别是磨细加工后，粉煤灰颗粒表面反应能加大，活性大大加强。

在水泥、混凝土的生产中，粉煤灰的这一特性已得到广泛应用，但在砂浆中的应用受到一定限制，主要是因为粉煤灰砂浆初始析水（泌水）快，导致砂浆体积收缩大，水泥、粉煤灰水化初期，水解层填实的程度不高，结构疏松，导致粉煤灰砂浆初期粘结性差，早期强度低等。

为了解决这一问题，我们一方面充分利用粉煤灰的活性和“粉末效应”填充微间隙，使砂浆层更密实；另一方面，我们采用聚合物复合外加剂进一步活化粉煤灰，从而促进胶体水化产物形成，粉煤灰活性得以充分发挥，构造了胶凝产物的“网络结构”，从实验结果可以看到，粉煤灰掺量达到水泥质量的５０％，砂浆早期强度得到明显改善。

２．３．２羧甲基纤维素羧甲基纤维素钠作为化学添加剂起增强增稠作用，它是水溶性固体粉末，溶于水后形成稳定透明的胶体溶液，具有增稠、悬浮、分散、乳化、粘结等多种优异功能，少量掺人可以改善砂浆的絮凝作用和粘结强度。

１．３．３聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺是一种极易溶于水的粉状高聚合物，化学性质活泼，超高的吸湿容量，吸放湿速度慢，表面规整致密，成膜性好，具有降电阻、分散、增稠、吸附、絮４６．竺竺：！丝生二丝丝：竺竺兰Ｑ丝型丝丝　万方数据凝作用，在此主要作为砂浆的保水剂。

２试验结果与分析讨论２．１羧甲基纤维素钠对砂浆力学性能的影响羧甲基纤维素钠（ＳｏｄｉｕｍＣａｒｂｏｘｙｌｍｅｔｈｙｌｃｅｌｌｕｌｏｓｅ简称ＳＣＭＣ），图１表示的是水泥用量相同时，羧甲基纤维素钠掺量（占胶凝材料质量的百分数）对砂浆强度的影响。

ＣＭＣｉ０图１羧甲基纤维素掺量对砂浆强度的影响图中表明，随着羧甲基纤维素掺量的增加，砂浆的抗压强度增加。

我们认为这是因为化学添加剂与胶凝材料水化产物的键合作用及对粉煤灰的活化作用，生成许多的凝胶体，填充晶体骨架的空隙，导致砂浆的孔隙率下降。

然而，羧甲基纤维素钠用量增加达到胶凝材料质量的千分之一点五以后，会由于聚合特性、砂浆粘度急剧增加，使砂浆拌和物流动性大幅度下降。

通过实验，考虑砂浆的工作性能，羧甲基纤维素钠掺量宜在０．０５％～０．１５％内调整。

２．２聚丙烯酰胺对砂浆性能的影响聚丙烯酰胺（Ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｍｉｄｅ简称ＰＡＭ），实验表‘ｏ二＿叠？：＿Ⅲ：｜爨移蔫鏊潮洚ｉ攀第９期明，低掺量的聚丙烯酰胺对水泥砂浆和易性、吸水率等性能有较大的影响。

在胶凝材料和用水量相同时，随着聚丙烯酰胺掺量的增大，砂浆拌和物流动性增大，特别是砂浆拌和物流动性３ｈ后的损失明显减小。

说明聚丙烯酰胺聚合物与水形成乳胶液，生成许多微小润滑膜，减小了砂子之间的摩擦力，起到表面分散作用，砂浆流动性明显改善。

图２表示聚丙烯酰胺对砂浆保水性显著提高，有利于水泥的水化，可减少砂浆用水量，便于减小干燥收缩，对强度增长有利，并由于聚丙烯酰胺的吸、放湿速度较慢；适合砂浆施工不采取浇水水养护的条件，弥补了传统砂浆分层度大、粉煤灰砂浆易泌水离析的缺陷，砂浆施工可操作性明显改善。

但是，掺人聚丙烯酰胺达到胶凝材料质量的千分之一点五后，由于聚丙烯酰胺的吸湿作用会加大砂浆的孔隙率而降低砂浆强度，特别会降低砂浆早期强度。

毫嚣鞣苫０．００．２０．４０．６０．８１．Ｏ１．２ＰＡＭｌ０—３图２聚丙烯酰胺对砂浆保水性的影响２．３聚合物复合掺入对砂浆性能的影响表２砂浆基本性能实验结果木化学添加剂的量为占胶凝材料质量的千分数。

将聚合物ＳＣＭＣ和ＰＡＭ复合掺人综合改善砂浆力学性能和工作性，实验结果见表２。

从表中看到，对于粉煤灰掺量达到５０％的大掺量粉煤灰水泥砂浆，随着聚合物复合掺入量的增加，砂浆强度增加，特别是早期强度提高，砂浆强度也遵循随水泥用量增加而增加的规律；并且砂浆的吸水率低于９％，耐水性能提高；砂浆的干燥密度达到１９００ｋｇ／ｍ３，终凝时间在５～９ｈ。

由于粉煤灰掺量较大，砂浆成型后的环境温度较高，有利于粉煤灰的水化和聚合物的聚合粘结，则砂浆强度较高；如果湿度太大，因聚丙烯酰胺的放湿速度较慢，影响聚合物的聚合粘结，导致砂浆强度下降，所以比较适宜砌筑多孔基体，不利于在低温潮湿环境下施工。

２００４貌彤彭彩３结论ａ．掺入聚合物干粉聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素钠生产大掺量粉煤灰水泥建筑砂浆粉，极低掺量可以明显改善砌筑砂浆的力学ｆ生能和施卫睦能，并可以降低砂浆成本。

ｂ．建筑砂浆工业化生产是我国建筑业的发展趋势，建筑砂浆粉原材料来源广泛，生产技术和应用工艺简单方便，利用工业废料，无毒元污染，可持续发展，有利于施工新技术、新材料的推广；减轻现场工人劳动强度和减少材料浪费；有利于优化施工环境和控制施工质量，社会经济效益显著。

Ｃ．建筑砂浆粉可以根据用途调整外加剂种类和掺量，生产保温隔热砂浆、建筑砌块等系列产品，服务性强，市场前景广阔。

收稿日期：２００４—０８—１０ｌｌ珂１１ｌ，．ｂｒｉｃｋ—ｔｉｌｅ．ｃｏｒｎ４７　万方数据聚合物改性粉煤灰建筑砂浆粉作者：赵碧华， 周向阳， 严丽作者单位：赵碧华,周向阳(华东交通大学土建学院,江西,南昌,330013)， 严丽(福建铁路建设有限公司,福建,厦门,361009)刊名：砖瓦英文刊名：BRICK-TILE年，卷(期)：2004，""(9)被引用次数：3次1.学位论文郭颖表面活性剂/聚合物超分子体系微观结构和相互作用研究2006表面活性剂/聚合物复配体系在生物、化学、医药、采矿和石油工程以及日常生活中有着广泛应用，因此研究两者之间的相互作用，对更好地指导实际应用非常有意义。

但是通常的理论研究多集中在中性聚合物与离子型表面活性剂体系以及带有相反电荷的聚合物/表面活性剂体系。

在实际应用中，同种电性的聚合物/表面活性剂体系普遍存在，而理论研究教少。

本论文利用光散射、分子模拟、动态表面张力等方法研究了几种同种电性的聚合物/表面活性剂体系在体相及气/液界面的相互作用。

本论文主要分为两部分。

第一部分分别研究了表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)超低浓度水溶液的性质和部分水解阴离子型聚丙烯酰胺(HPAM)稀水溶液中聚合物分子链的构象；第二部分利用多种手段研究探索了部分水解阴离子型聚丙烯酰胺(HPAM)分别与十二烷基聚氧乙烯硫酸钠(AES)、a-烯烃磺酸钠(AOS)之间的相互作用，获得了一些创新性的结果，有助于我们更深入地了解表面活性剂与聚合物之间的相互作用，对两者共存体系的进一步研究和应用具有重要的指导意义。

另外初步研究了羧甲基纤维素钠(CMC)与十二烷基硫酸钠(SDS)的相互作用。

在第一部分，本论文采用普通荧光光度计，利用其光路特点，采用发光数据模型，固定发射波长，扫描样品的激发光谱得到光散射数掘。

利用此方法研究了SDS超低浓度水溶液的光散射数掘，发现在其临界聚集浓度之前光散射强度的异常增高，结合其他试验数据，我们认为在表面活性剂分子形成胶束之前，由于表面活性剂分子特殊的结构特点，分子缔合形成大的不稳定的聚集体，当表面活性剂的浓度增加到一定程度，大的聚集体分离形成胶束。

采用冷冻蚀刻透射显微镜技术和原子力显微镜技术，结合分子模拟手段研究了pH值对HPAM在水溶液中分子构象的影响。

HPAM分子结构对pH值比较敏感，在不同pH值下，HPAM分子链上的电荷密度不同导致分子链的构象发生变化。

实验结果表明：HPAM的分子链在pH值5.3-5.7的范围内最为团聚，超过此范围，由于聚合物链上电荷密度的增加导致HPAM分子伸展。

第二部分实验结果表明，对于部分水解阴离子型聚丙烯酰胺(HPAM)与十二烷基聚氧乙烯硫酸钠(AES)体系，不同于“结合理论”，与聚合物诱导胶束化机制也有所区别，在临界胶束浓度(cmc)之前，AES分子因氢键作用在HPAM分子链附近聚集，当AES浓度超过cmc，由于静电斥力，表面活性剂离开聚合物分子长链，聚集形成胶束，只有少量仍在聚合物链附近以氢键形式存在：对于部分水解阴离子型聚丙烯酰胺(HPAM)与α一烯烃磺酸钠(AOS)体系，当AOS的浓度不大的时候，两者之间的库仑斥力与随机的离子．偶极作用相比，后者占主导，表面活性剂分子在聚合物长链附近聚集。

继续增加AOS的浓度，AOS在聚合物长链附近形成预胶束。

随着AOS在与聚合物长链附近聚集量的增加，库仑排斥力增强，两者开始脱离，AOS自聚集成胶团。

对于羧甲基纤维素钠(CMC)与十二烷基硫酸钠(SDS)体系，通过表面张力、粘度等手段，从两者混合溶液所表现出来的性质变化，初步断定CMC与SDS 之间有弱的相互作用，SDS分子在CMC链周围胶束化，关于此认识尚缺少直观的佐证，需要做进一步的分析研究。

本论文的创新之处：1．利用普通荧光分光光度计得到了表面活性剂稀水溶液的光散射性质，较传统的光散射手段更简便，对进一步了解表面活性剂在水溶液中的性质和行为大有帮助。