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        微沫劑對砂漿性能的影響研究

        2018-11-23 07:56:20李熙季曉麗
        新型建筑材料 2018年10期
        關(guān)鍵詞:抗折試塊氣泡

        李熙,季曉麗

        (上海力陽道路加固科技股份有限公司,上海 201599)

        微沫劑是一種棕色半透明高分子膠狀物質(zhì),常用松香及碳酸鈉為主要原料制備,是一種以松香鈉鹽為主體的憎水性陰離子表面活性劑。具有引氣、分散、潤濕等表面活性作用,其中以引氣作用尤為顯著,屬于松香類引氣劑中的一種。其作用機(jī)理主要有以下幾點:提高水泥漿體中水化產(chǎn)物分布的均勻程度[1];降低砂漿中毛細(xì)管孔隙率;其吸附效應(yīng)增大了水泥漿體與集料界面的粘附力。

        將微沫劑引入砂漿體系,經(jīng)過適當(dāng)?shù)臄嚢韬螅谏皾{中引進(jìn)了大量微小獨立的氣泡,這些球狀氣泡如滾珠一樣,可以大幅度地改善砂漿的和易性[2-3];同時提高體系的均勻性,降低砂漿的泌水和離析;大量氣泡的引入大幅度地降低新拌砂漿的密度,降低產(chǎn)品對建筑的負(fù)荷。本文采用掃描電鏡和壓汞分析的手段,研究微沫劑在砂漿中引入氣泡的孔徑形貌及孔徑分布,就微沫劑的摻入對砂漿基本性能的影響進(jìn)行試驗研究。

        1 試驗

        1.1 原材料

        水泥:海螺水泥廠生產(chǎn)的P·O42.5R水泥,實測3 d抗壓強(qiáng)度25.5 MPa,28 d抗壓強(qiáng)度49.6 MPa。

        聚羧酸高效減水劑:西卡化學(xué)生產(chǎn)的Sika Viscocrete-225P高性能超塑化劑,pH值為4.5(20℃,40%溶液),堆積密度0.65 g/cm3,氯離子含量≤0.1%,堿含量≤2%。

        微沫劑:由松香粉、純堿和水經(jīng)90~100℃持續(xù)加熱熬制皂化制備的膠狀體,融于熱水配制而成,發(fā)泡高度≥56 ml,pH值為8.5,有效成分含量為16.5%。

        標(biāo)準(zhǔn)砂:廈門艾思?xì)W標(biāo)準(zhǔn)砂有限公司生產(chǎn)。

        1.2 主要儀器

        日立公司生產(chǎn)的臺式鎢燈絲掃描電鏡Hitachi TM4000,美國Quantachrome公司生產(chǎn)的Poremaster GT-60自動壓汞儀,全自動壓力機(jī),行星式水泥砂漿攪拌機(jī)等。

        1.3 試樣制備及測試

        本試驗固定砂灰比為2.0,通過調(diào)整用水量使砂漿流動度控制在(140±5)mm。按配比稱量原材料,充分?jǐn)嚢杈鶆?,使微沫劑的表面活性充分發(fā)揮,成型40 mm×40 mm×160 mm試塊,標(biāo)準(zhǔn)條件下(溫度20℃,相對濕度≥95%)養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期后測試其性能。

        砂漿的密度及28d抗壓強(qiáng)度按照J(rèn)GJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行測試。

        取28 d齡期試塊,采用切塊法獲得觀察樣品,利用超聲波清潔后對樣品進(jìn)行冷凍干燥處理。通過壓汞分析研究砂漿試塊內(nèi)部孔徑分布情況,利用SEM掃描電鏡觀察孔徑形貌和尺寸。參照GB/T 21650.1—2008《壓汞法和氣體吸附法測定固體材料孔徑分布和孔隙度第1部分:壓汞法》進(jìn)行測試分析。

        2 試驗結(jié)果與分析

        2.1 微沫劑摻量對砂漿性能的影響(見表1)

        表1 微沫劑摻量對砂漿性能的影響

        由表1可以看出:

        (1)隨著微沫劑摻量的增加,砂漿的密度呈線性下降趨勢,主要是因為微沫劑的摻加會引入大量密閉微小的氣泡,隨著微沫劑摻量的增加,引入砂漿體系的氣泡逐漸增多,因而體系的密度逐漸下降。

        (2)隨著微沫劑摻量的增加,砂漿的28 d抗折強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度均逐漸降低。當(dāng)微沫劑摻量大于0.2%后,砂漿的28 d抗折強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度損失明顯增大。

        (3)隨微沫劑摻量的增加,砂漿的壓折比基本呈逐漸降低的趨勢,表明微沫劑的摻加能有效改善砂漿體系的韌性。

        綜合考慮,微沫劑摻量應(yīng)控制在0.2%以內(nèi),能較大幅度降低體系的密度,改善體系的韌性,且體系的抗折與抗壓強(qiáng)度損失率均在20%以內(nèi)。

        2.2 微沫劑對砂漿體系中孔結(jié)構(gòu)的影響

        微沫劑摻量為0.2%的砂漿體系內(nèi)部氣泡形貌見圖1,孔徑分布見圖2。

        由圖1可見,微沫劑的引氣效果顯著,在砂漿內(nèi)部C3S和C2S晶體周圍均勻分布著大量密閉不連通的氣泡,形貌呈較為規(guī)則的球形。微沫劑的摻加在砂漿體系中產(chǎn)生大量的密閉的氣泡,氣泡在漿體內(nèi)均勻分布,隨著水泥的逐漸硬化被固結(jié)在試塊內(nèi)部。在水泥硬化過程中,松香酸鈉分子的親水性加強(qiáng)了水泥顆粒表面與水的親和作用,減少水分流失[3],提高體系的保水性。固結(jié)在試塊內(nèi)部的大量密閉不連通的氣泡降低了體系的體積吸水率,氣泡的出現(xiàn)增大了體系的比表面積,分散由于水分凍融而產(chǎn)生的應(yīng)力,從而提高了砂漿體系的韌性。

        圖1 微沫劑摻量為0.2%的砂漿體系內(nèi)部氣泡形貌

        圖2 微沫劑摻量為0.2%的砂漿孔徑分布

        由圖2可以看出,微沫劑摻量為0.2%的砂漿破碎試樣表面氣泡孔徑在10 nm~100 μm內(nèi)均有分布,較為集中分布在50 nm~5 μm和10~100 μm范圍,微沫劑在砂漿體系內(nèi)產(chǎn)生的氣泡多為納米級。

        3 結(jié)論

        (1)隨著微沫劑摻量的增加,體系的密度和28 d抗壓、抗折強(qiáng)度逐漸下降,綜合考慮,微沫劑摻量應(yīng)控制在0.2%以內(nèi),能較大幅度降低體系的密度,改善體系的韌性,且體系的抗折與抗壓強(qiáng)度損失率均在20%以內(nèi)。

        (2)微沫劑的摻加為水泥砂漿中引入大量微小密閉的氣泡,氣泡呈密閉不連通的狀態(tài),降低了體系中的毛細(xì)管孔隙率,隔斷了水進(jìn)出的通道,改善孔結(jié)構(gòu)的分布。內(nèi)部氣泡孔徑集中分布在50 nm~5 μm和10~100 μm范圍,以納米級氣泡居多。

        (3)微沫劑的摻入具有較大的經(jīng)濟(jì)效益,能大幅度節(jié)省原材料,在工程應(yīng)用中,微沫劑摻量應(yīng)根據(jù)實際性能要求進(jìn)行設(shè)計。大摻量微沫劑可用于多數(shù)輕質(zhì)建筑材料,如內(nèi)外墻裝飾材料、非承重墻體砌塊、輕集料混凝土等。降低對建筑物的負(fù)重,同時提高建筑材料的使用壽命。

        (4)微沫劑作為一種常用的引氣劑,目前在應(yīng)用中仍要注意一些問題:一是微沫劑的穩(wěn)定性不夠理想,松香原材料的純度對微沫劑性能影響極大;二是應(yīng)用中的使用不當(dāng),應(yīng)科學(xué)合理的設(shè)計配合比確定微沫劑摻量,且微沫劑的引氣效果對攪拌時間較為敏感,攪拌不足則引氣量,極低和易性較差,攪拌過長,會由于“破泡”導(dǎo)致和易性的變差,適當(dāng)?shù)臄嚢钑r間才能有效地發(fā)揮引氣效果。

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