周天正，蔡良飛，徐鵬，田曉航，楊鐵龍，孔金鳴，柯偉席

（1.武漢三源特種建材有限責任公司，湖北 武漢 430083；2.武漢源錦建材有限公司，湖北 武漢 430070）

0 前言

21世紀以來，建筑行業(yè)迎來了空前的發(fā)展，目前建筑行業(yè)處于高質(zhì)量、低碳環(huán)保的發(fā)展階段。人們對生活居住和工作環(huán)境的有了更高的要求，促進了建筑裝飾材料的發(fā)展[1]。瓷磚是一種常用的裝飾材料，由于瓷磚存在熱脹冷縮現(xiàn)象，所以鋪貼瓷磚時需要留膨脹收縮縫[2]。水泥基填縫劑就是填補瓷磚縫隙的材料。其優(yōu)點一方面是有良好的裝飾作用，能抵消瓷磚膨脹收縮帶來的應(yīng)力；另一方面是能有效防止水分侵入瓷磚與墻體接觸位置導致產(chǎn)生難聞的氣味或者發(fā)生瓷磚脫落。水泥基填縫劑正在由普通型向為低吸水型發(fā)展，低吸水型水泥基填縫劑主要是通過加入一些憎水組分，在制備過程中形成憎水薄膜，可以有效阻止水分浸入以及內(nèi)部水分擴散。與此同時，表面形成的憎水薄膜并不會影響基體的透氣性[3]。

常見的憎水組分大多為有機硅烷類憎水劑，此類憎水劑能降低水泥基填縫劑的吸水性。硬脂酸鈣是一種有機化合物，可用作防水劑、潤滑劑和塑料助劑，硬脂酸鈣作為防水劑時具有良好的抗?jié)B、抗侵蝕能力[4]。本研究以硬脂酸鈣和有機硅烷類粉末憎水劑作為憎水組分，對比分析了硬脂酸鈣和有機硅烷類粉末憎水劑對水泥基填縫劑性能的影響。

1 試驗

1.1 原材料

水泥：華新P·O42.5水泥，28 d抗壓強度45 MPa；石灰石粉：200目；砂：河砂，70～140目；羥丙基甲基纖維素：黏度100 Pa·s；乳膠粉：8818型，乙烯/醋酸乙烯酯類，德國瓦克公司；硬脂酸鈣A：工業(yè)級，武漢凌盛興化工有限公司；硬脂酸鈣B：工業(yè)級，武漢一枝花油脂化工有限公司；有機硅烷類粉末憎水劑：甲基硅酸鈉粉末防水劑，鄭州榮輝化工產(chǎn)品有限公司。

1.2 性能測試方法

水泥基填縫劑的性能按照JC/T1004—2017《陶瓷磚填縫劑》和GB/T 17671—2021《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》中的相關(guān)規(guī)定進行測試。

1.2.1 抗折、抗壓強度

采用符合JC/T 681—2022規(guī)定的行星式攪拌機，按照JC/T17671—2021規(guī)定進行成型。按照JC/T 1004—2017規(guī)定的養(yǎng)護條件以及測試方法，測試水泥基填縫劑在標準試驗條件下以及凍融循環(huán)25次后的抗折、抗壓強度。

1.2.2 吸水量

按照JC/T 17671—2021規(guī)定成型，將試塊放置于標準試驗條件下養(yǎng)護，到達規(guī)定齡期后，按照JC/T 1004—2017測試水泥基填縫劑的吸水量。

1.2.3 耐磨值

按照JC/T 17671—2021規(guī)定成型，1 d后脫模，并將試塊放置于標準試驗條件下養(yǎng)護，養(yǎng)護到齡期后采用符合GB/T 3810.6—2016《陶瓷磚試驗方法 第6部分：無釉磚耐磨深度的測定》要求的耐磨試驗機進行測試。

1.2.4 收縮值

按照JC/T 17671—2021規(guī)定成型，1 d后脫模并作好標記，采用精度為0.01 mm的立式收縮儀測量在標準試驗條件下養(yǎng)護27 d時填縫劑試件的初始長度L0，養(yǎng)護到28 d齡期后測量其長度L1。收縮值按式（1）計算：

式中：S——收縮值，mm/m；

L0——試件初始長度，mm；

L1——試件養(yǎng)護至28 d時的長度，mm；

L——試件本體的長度，為160 mm；

Ld——2個收縮頭埋入試件的長度，為（20±2）mm。

1.3 試驗配方設(shè)計

根據(jù)前期的試配試驗，基本確定了水泥基填縫劑的試驗配方。分別在水泥基填縫劑中采用不同摻量的硬脂酸鈣A、硬脂酸鈣B和有機硅烷類憎水劑，具體配方見表1。

表1 水泥基填縫劑的配方 kg/m3

2 不同憎水劑及其摻量對水泥基填縫劑性能的影響

硬酯酸鈣和有機硅烷類粉末憎水劑對水泥基填縫劑強度、抗凍性、吸水性、耐磨及收縮的影響如表2所示。

表2 水泥基填縫劑的性能

2.1 硬脂酸鈣、有機硅烷類粉末憎水劑對水泥基填縫劑強度的影響

由表2可見：

（1）在標準試驗條件下，硬脂酸鈣A、B和有機硅烷類粉末憎水劑在不同摻量時，水泥基填縫劑的28d抗折強度均大于2.5 MPa、抗壓強度均大于15.0 MPa。隨著硬脂酸鈣A、B摻量的增加，水泥基填縫劑的抗折強度有所提高、抗壓強度呈略微提高。這是因為硬脂酸鈣的憎水效應(yīng)，一方面，使水均勻分散到干粉料中，經(jīng)過攪拌后水泥漿體水化更完全；另一方面，增大了水泥漿體的內(nèi)聚力，提高了水泥基填縫劑的強度。隨著有機硅烷類粉末憎水劑摻量的增加，水泥基填縫劑的抗折、抗壓強度呈提高的趨勢。而水泥基填縫劑中摻入有機硅烷類粉末憎水劑時，經(jīng)加水攪拌后，一方面使水泥漿體水化更完全；另一方面有機硅烷類粉末憎水劑中的硅烷醇基團與水泥產(chǎn)物形成化學結(jié)合，提高了水泥基填縫劑的強度。

（2）經(jīng)25次凍融循環(huán)處理后，在不同摻量硬脂酸鈣A、B和有機硅烷類粉末憎水劑下，水泥基填縫劑的抗折強度均大于2.5 MPa，抗壓強度均大于15.0 MPa。隨著硬脂酸鈣A、B摻量的增加，水泥基填縫劑的抗折、抗壓強度呈略微下降。這是因為水泥基填縫劑經(jīng)標準試驗條件養(yǎng)護后，水泥水化已趨于完全，內(nèi)部結(jié)構(gòu)已趨于穩(wěn)定。再經(jīng)過凍融循環(huán)處理后，內(nèi)部硬脂酸鈣由于憎水效應(yīng)，會在周圍形成一圈小水珠，經(jīng)過凍融循環(huán)處理，小水珠形成的孔隙逐漸增大，破壞了已經(jīng)趨于穩(wěn)定的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，降低了水泥基填縫劑的強度。同樣，隨著有機硅烷類粉末憎水劑摻量的增加，水泥基填縫劑的抗折、抗壓強度呈略微下降的趨勢。這是由于，經(jīng)過25次凍融循環(huán)處理后，一方面水泥基填縫劑中憎水劑的憎水效應(yīng)破壞了已經(jīng)趨于穩(wěn)定的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；另一方面硅烷醇基團與水泥產(chǎn)物形成的化學結(jié)構(gòu)遭到破壞，降低了水泥基填縫劑的強度。

硬脂酸鈣A與硬脂酸鈣B相比，二者對水泥基填縫劑抗折、抗壓強度的影響差異不大；硬脂酸鈣A、B與有機硅烷類粉末憎水劑相對比，有機硅烷類粉末憎水劑對水泥基填縫劑抗折、抗壓強度的影響相對較大。

2.2 硬脂酸鈣、有機硅烷類粉末憎水劑對水泥基填縫劑吸水量的影響

由表2可見，隨著硬脂酸鈣A、B和有機硅烷類粉末憎水劑摻量的增加，水泥基填縫劑的30 min和240 min吸水量均減小。當未摻硬脂酸鈣和有機硅烷類粉末憎水劑時，水泥基填縫劑的30 min吸水量為2.3 g，240 min吸水量為6.9 g，符合JC/T 1004—2017規(guī)定的普通型水泥基填縫劑30 min吸水量不超過5.0 g、240 min吸水量不超過10.0 g的要求。當硬脂酸鈣A、B摻量分別為0.5%或有機硅烷類粉末憎水劑摻量為0.05%時，水泥基填縫劑的30 min吸水量分別為1.8、1.7、1.7g，240 min吸水量分別為4.5、4.5、4.2 g，符合JC/T 1004—2017規(guī)定的低吸水型水泥基填縫劑30 min吸水量不超過2.5 g、240 min吸水量不超過5.0 g的要求。

這是因為，硬脂酸鈣會在水泥水化產(chǎn)物基體形成硬脂酸鈣膜層，降低水泥石的親水性，使水泥基填縫劑的吸水量減小；有機硅烷類粉末憎水劑中的甲基硅烷作為疏水的有機官能團附著在水泥基填縫劑孔隙的表面，形成憎水薄膜，從而提高水泥基填縫劑的疏水性，降低其吸水量[5]。

2.3 硬脂酸鈣、有機硅烷類粉末憎水劑對水泥基填縫劑耐磨性能的影響

由表2可見，隨著硬脂酸鈣A、B和有機硅烷類粉末憎水劑摻量的增加，水泥基填縫劑的耐磨值呈減小的趨勢，耐磨性逐漸提高。當未摻硬脂酸鈣和有機硅烷類粉末憎水劑時，水泥基填縫劑的耐磨值為1520 mm3，符合JC/T 1004—2017規(guī)定的普通型水泥基填縫劑耐磨值不大于2000 mm3的要求；當硬脂酸鈣A、B摻量分別為0.5%或有機硅烷類粉末憎水劑的摻量為0.05%，水泥基填縫劑的耐磨值分別為840、760、720 mm3，符合JC/T 1004—2017規(guī)定的高耐磨水泥基填縫劑耐磨值不大于1000 mm3的要求。

這是因為，硬脂酸鈣的憎水效應(yīng)，一方面，在攪拌過程中使水充分與水泥接觸，促進了水泥水化，使水泥基體強度提高，而耐磨性一般與水泥基材料的抗折和抗壓強度呈正相關(guān)；另一方面，增大了水泥漿體的內(nèi)聚力，減小了水泥漿體內(nèi)部的孔隙。摻入有機硅烷類粉末憎水劑時，在攪拌過程中有機硅烷類粉末憎水劑形成的硅烷醇基團會與水泥產(chǎn)物產(chǎn)生化學結(jié)合，能提高水泥基填縫劑的強度。因此，使水泥基填縫劑的耐磨性提高。

2.4 硬脂酸鈣、有機硅烷類粉末憎水劑對水泥基填縫劑收縮值的影響

由表2可見，隨著硬脂酸鈣A、B和有機硅烷類粉末憎水劑摻量的增加，水泥基填縫劑的收縮值呈明顯減小并趨于穩(wěn)定。當硬脂酸鈣A、B摻量為0.5%或有機硅烷類粉末憎水劑的摻量為0.05%時，水泥基填縫劑的收縮值分別為2.4、2.1、2.2 mm/m，符合JC/T 1004—2017的普通型水泥基填縫劑收縮值不大于3 mm/m的要求。

這是因為水泥基填縫劑中摻入硬脂酸鈣和有機硅烷類粉末憎水劑時，在攪拌過程中可使水充分與水泥接觸，促進了水泥水化，因而其內(nèi)部的水分更多地參與水泥的水化進程。在標準試驗條件下養(yǎng)護，會減少其內(nèi)部水分失去的量，可減小其干燥收縮，因此減小了水泥基填縫劑的收縮值。

3 結(jié)語

（1）隨著硬脂酸鈣摻量從0增加到1.0%，及有機硅烷類粉末憎水劑的摻量從0增加到0.10%，水泥基填縫劑在標準試驗條件下的抗折強度有所提高、抗壓強度略微提高；經(jīng)25次凍融循環(huán)處理后的抗折、抗壓強度略微下降；30、240 min的吸水量和收縮值減小，耐磨性能提高。當硬脂酸鈣摻量為0.5%及有機硅烷類粉末憎水劑摻量為0.05%時，水泥基填縫劑符合JC/T 1004—2017規(guī)定的低吸水、高耐磨性能指標。

（2）不同廠家生產(chǎn)的硬脂酸鈣A、硬脂酸鈣B和有機硅烷類粉末憎水劑在一定的摻量下對水泥基填縫劑性能的影響相似。綜合考慮硬脂酸鈣和有機硅烷類粉末憎水劑的價格，可根據(jù)實際應(yīng)用情況，采用合適的憎水組分。

（3）水泥基填縫劑根據(jù)其使用環(huán)境，可能需要低吸水、高耐磨、快硬性和柔性等特殊指標中的一項和多項。而本文主要研究了其低吸水和高耐磨2項特殊指標，對于快硬性和柔性指標還需要進一步研究與探討，以期能根據(jù)不同使用環(huán)境和性能指標要求研發(fā)出不同特殊性能的水泥基填縫劑。