孫棟梁

（西卡四川建筑材料有限公司，四川成都 611436）

0 引言

預拌砂漿又稱濕拌砂漿，是一種將水泥、水、砂、礦物摻合料和相關(guān)功能外加劑，按照一定的比例，在專業(yè)生產(chǎn)廠經(jīng)計量、拌和后，使用砂漿運輸車轉(zhuǎn)運至指定地點，放入專用容器存儲，并在指定的時間內(nèi)使用完畢的拌合物，屬于綠色建筑材料[1]。 其生產(chǎn)由科學的試驗室試配，嚴格的性能檢測，精確的設(shè)備計量，規(guī)?；a(chǎn)，成品具有良好的拌合均勻度，質(zhì)量可靠穩(wěn)定。 預拌砂漿的生產(chǎn)可以根據(jù)用戶不同的需求靈活安排，進而滿足不同的設(shè)計需求和施工工藝；預拌砂漿施工占地面積小，粉塵排放量少、噪音小，可減少對道路和周邊環(huán)境的污染，有利于文明施工。 此外，預拌砂漿采用機械化施工，可大大縮短工程建設(shè)周期、節(jié)能降耗。推廣應用預拌砂漿對降低資源消耗、減少環(huán)境污染、提高工程質(zhì)量、提升建筑業(yè)現(xiàn)代化施工水平都有著十分重要的作用[2]。

為了滿足施工現(xiàn)場隨取樣隨使用、 不施工不硬化、 即上墻即產(chǎn)生強度的要求，預拌砂漿需要一定的開放時間，開放時間覆蓋預拌砂漿攪拌站集中生產(chǎn)制備、專業(yè)配送和工地現(xiàn)取樣現(xiàn)使用的全過程質(zhì)量需求。砂漿拌合物運送至施工現(xiàn)場后，儲存在專用的砂漿存儲器中，可在規(guī)定的時間內(nèi)不離席、不泌水、不凝結(jié)，用于施工后，可正常凝結(jié)硬化，不影響施工進度，其他相關(guān)性能指標也不受影響。這些優(yōu)良性能主要是外加劑在預拌砂漿中起到了至關(guān)重要的作用[3]。增稠劑則是預拌砂漿外加劑中尤為重要的一類，能將增稠、保水良好地兼容在一起，摻入砂漿增稠劑不僅能顯著改善砂漿拌合物的施工和易性、保水性，而且能顯著提高砂漿硬化體的各項性能指標[4]。本文選用了市場上兩種典型預拌砂漿增稠劑羥丙基甲基纖維（HPMC）和聚丙烯酰胺（PAM），研究增稠劑對預拌砂漿稠度、保水性和力學性能的影響。

1 原材料和試驗方法

1.1 厡材料

水泥：普通硅酸鹽水泥42.5 級，重慶天助水泥廠生產(chǎn)，性能指標見表1。

表1 水泥性能指標

粉煤灰：重慶珞璜電廠生產(chǎn)的II 級粉煤灰，性能指標見表2。

表2 粉煤灰性能指標

砂：長江砂，堆積密度1480kg/m3，細度模數(shù)2.81，Ⅱ區(qū)中砂，連續(xù)級配，含泥量0.2%，表觀密度2655kg/m3。

羥丙基甲基纖維素（HPMC）：德州沃福纖維素有限公司產(chǎn)，粘度75000mPa.s，細度18.5%（45μm 方孔篩余）。

聚丙烯酰胺（PAM）：河北森隆化工有限公司產(chǎn)。

水：自來水。

1.2 試驗方法

（1） 稠度試驗測試方法

試驗依照 《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》（JGJ/T 70—2009）的第4 章條文規(guī)定進行。

（2） 保水率測試方法

試驗依照《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》的第7 章條文規(guī)定進行，其中濾紙數(shù)量為8。

（3） 抗壓強度測試方法

試驗依照《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》的第9 章條文規(guī)定進行，試模70.7×70.7×70.7 mm。

增稠劑對預拌砂漿性能的影響研究配合比見表3。

表3 試驗配合比

2 結(jié)果與分析

2.1 增稠劑對預拌砂漿稠度的影響

增稠劑摻量對預拌砂漿稠度的影響曲線如圖1 所示。

圖1 增稠劑摻量對預拌砂漿稠度的影響曲線

由圖1 可以看出，在預拌砂漿體系中分別加入羥丙基甲基纖維素（HPMC）、 聚 丙 烯 酰 胺（PAM），砂漿拌合物的稠度得到一定程度的改善。羥丙基甲基纖維素（HPMC）在試驗摻量范圍內(nèi)，0.08%摻量組稠度最佳；聚丙烯酰胺（PAM）摻量為0.02%時拌合物稠度得到較好的改善，隨著摻量的增大，拌合物稠度變化不大。羥丙基甲基纖維素（HPMC）主要構(gòu)成為無支鏈的長纖維分子，單一的一個纖維素纖維含有超過1 萬個的獨立脫水葡萄糖單元，束狀排列的纖維分子呈膠體狀，能快速在砂漿拌合物體系中形成一層薄膜，加速水泥漿體和顆粒之間的融合，發(fā)揮良好的潤滑劑作用[5]，從而提高砂漿拌合物的工作性能。 就聚丙烯酰胺（PAM）來說，其屬于一類水溶性合成高分子，是丙烯酰胺（AM）的共聚物與均聚物的統(tǒng)稱，分為陰離子型(APAM)、陽離子型(CPAM)、非離子型（NPAM）以及兩性離子型四類。 聚丙烯酰胺（PAM）含有高極性的酰氨基（CH3CONH—），具有一定的水溶性和親水性，可使砂漿拌合物稠度增大。

2.2 增稠劑對預拌砂漿保水性能的影響

增稠劑摻量對預拌砂漿保水率的影響曲線如圖2 所示。

圖2 增稠劑摻量對預拌砂漿保水率的影響曲線

由圖2 可以看出，隨著增稠劑摻量的增加，預拌砂漿拌合物保水率不斷提高，但各自增大的程度差異明顯：羥丙基甲基纖維素（HPMC）摻量達到0.08%時，保水率達到最大為95%，而聚丙烯酰胺（PAM）摻量相同時，拌合物保水率僅為88%，也就是說羥丙基甲基纖維素（HPMC）的保水效率明顯高于聚丙烯酰胺（PAM）。羥丙基甲基纖維素（HPMC）分子結(jié)構(gòu)中含有羥基（—OH）和醚鍵（—O—），水分子和基團上的氧原子結(jié)合形成氫鍵，使游離的水分子變成了結(jié)合水，吸附在礦物顆粒表面，水分子的自由移動被束縛，阻止了漿體中水分過快散失，進而發(fā)揮了良好的保水能力；聚丙烯酰胺（PAM）部分溶于水，具有一定交聯(lián)度，通過聚合物的親水部分進行水合作用，協(xié)同聚合物分子鏈段之間的靜電斥力作用，促使聚合物的線團結(jié)構(gòu)在溶液環(huán)境中完全打開而達到增稠效果。 聚丙烯酰胺（PAM）所含酰氨基（CH3CONH—）與水分子的作用效果不如羥丙基甲基纖維素（HPMC）的羥基（—OH）和醚鍵（—O—）[6-7]，因此體系保水性的改善不如羥丙基甲基纖維素（HPMC）。

從上述試驗數(shù)據(jù)可以得出，在符合規(guī)范規(guī)定的前提下，即滿足預拌砂漿保水率不應低于88%的條件下，羥丙基甲基纖維素（HPMC）的摻量僅為聚丙烯酰胺（PAM）的25%。

2.3 增稠劑對預拌砂漿力學性能的影響

增稠劑摻量對預拌砂漿28d 抗壓強度的影響曲線如圖3 所示，增稠劑摻量對預拌砂漿28d 抗折強度的影響曲線如圖4 所示。

分析圖3 和圖4 可以看出，隨著聚丙烯酰胺（PAM）摻量的增大，砂漿硬化體28d 抗壓強度和抗折強度都呈現(xiàn)先增大后減小的變化，這種現(xiàn)象可能是由于在砂漿拌合物中加入增稠劑，聚丙烯酰胺（PAM）分子基團與水泥漿體中的鈣離子結(jié)合，降低了漿液中氫氧化鈣（CaOH）的濃度，減緩了水泥水化反應的速度，形成的水化產(chǎn)物結(jié)構(gòu)更均勻密實。 同時，聚丙烯酰胺（PAM）分子基團還可與漿液中的其他金屬離子發(fā)生膠凝作用，填充砂漿硬化體中的空隙，適宜摻量范圍內(nèi)，兩種情況協(xié)同作用使得砂漿硬化體強度得到一定程度的提高[8]。

圖3 增稠劑摻量對預拌砂漿28d抗壓強度的影響曲線

圖4 增稠劑摻量對預拌砂漿28d抗折強度的影響曲線

與聚丙烯酰胺 （PAM） 情況相反，隨著羥丙基甲基纖維素（HPMC）摻量的增加，砂漿硬化體28d 抗壓強度和抗折強度較基準組明顯降低：當羥丙基甲基纖維素（HPMC）摻量為0.06%時，砂漿硬化體28d 抗壓強度和抗折強度較基準組分別降低了32%和24%，但當增稠劑摻量為0.02%時，28d 抗壓強度和抗折強度仍可達19.1MPa 和5.4MPa，均滿足規(guī)范要求。 羥丙基甲基纖維素（HPMC）中含有烷基基團（R-CH2—），可有效降低溶液的表面自由能，因而具備一定的引氣作用，隨著增稠劑摻量的增大致使砂漿拌合物在攪拌過程中產(chǎn)生的氣泡也增多，形成的氣泡被礦物顆粒及水化產(chǎn)物包裹住不易排出，留在硬化體中形成孔洞，導致砂漿試件結(jié)構(gòu)疏松，力學性能下降[9]。

3 結(jié)論

在預拌砂漿中，分別加入羥丙基甲基纖維素（HPMC）和聚丙烯酰胺（PAM）可有效改善拌合物的稠度和保水性能。 聚丙烯酰胺（PAM）可一定程度上提高砂漿試件的28d 抗壓強度和抗折強度，羥丙基甲基纖維素（HPMC）則使砂漿硬化體強度降低。

在符合規(guī)范規(guī)定的前提下，即滿足預拌砂漿保水率不應低于88%的條件下，羥丙基甲基纖維素（HPMC）的摻量僅為聚丙烯酰胺（PAM）的25%，且抗壓強度和抗折強度均滿足規(guī)范要求，綜合考慮，應優(yōu)先選用羥丙基甲基纖維素（HPMC）作為增稠劑。