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王军-中建-膨润土与纤维素醚复掺在预拌砂浆中的试验研究(新)


膨润土与纤维素醚复掺在预拌砂浆中的试验研究
王军 1,2,徐芬莲 1,孙克平 1,陈景 1,吴雄 1
(1.中建商品混凝土有限公司,湖北 武汉 430074; 2. 武汉理工大学硅酸盐材料工程教育部重点实验室,武汉 430070)

摘要:本文主要研究了膨润土与纤维素醚复掺对预拌砂浆稠度,分层度,凝结时间,强度等各方面 性能的影响.试验结果

表明:膨润土与纤维素醚复掺能够明显地改善砂浆的保水性,粘聚性及柔软 度,延长砂浆的可操作时间,稠度及其损失,分层度,凝结时间,强度等性能均可满足规范以及施 工方面对预拌砂浆的相应要求. 关键词:预拌砂浆;膨润土;纤维素醚

1 前言
预拌砂浆是指由专业的生产厂生产的湿拌砂浆和干混砂浆,它实现了工业化生产,从源头上确 保了质量的稳定性,具有操作性好,现场污染少,有效提高工程进度等诸多优点.预拌(湿拌)砂 浆从生产点运输到现场使用,如同商品混凝土一样,对其工作性能的要求较高,要保证一定的可操 作时间,砂浆在加水拌合后,在初凝以前要具有足够好的和易性,能进行正常施工,操作[1-3]. 为了使预拌砂浆各方面的性能满足规范以及施工的要求,砂浆外加剂是必不可少的组分.膨润 土与纤维素醚是砂浆中常用的保水增稠剂,纤维素醚的保水性较好,但是存在价格昂贵,掺量较高 时引气严重而导致砂浆的强度大大降低等问题;膨润土的价格较低,材料成本明显低于纤维素醚, 但是单掺时,保水性低于纤维素醚,所配制砂浆的干燥收缩值较大,粘结性降低[4].本文主要研究 了膨润土与纤维素醚复掺对预拌(湿拌)砂浆稠度,分层度,凝结时间,强度等各方面性能的影响.

2 原材料和试验方法
2.1 试验原材料
(1)水泥:亚东 P.O42.5 级水泥,其物理,力学性能检测结果如表 1.
表 1 水泥的性能指标 标准稠度 用水量/g 135 3d 6.7 抗折强度/M Pa 28d 9.5 抗压强度/M Pa 3d 27.4 28d 52.2 3.08 合格 密度/(g/cm3) 安定性

(2)粉煤灰:Ⅱ级灰,细度 15.6%,需水比 99%,烧失量 3.5%. (3)砂:中砂,筛除粒径大于 5mm 的颗粒,表观密度 2630 kg/m3 ,松散堆积密度 1570 kg/m3 ,细 度模数 2.6,含泥量 1.0%. (4)保水增稠材料:国内某公司钠基改性膨润土 A,国内某公司烃丙基甲基纤维素醚 B(粘度 75000mPas,以下简称纤维素醚) . (5)聚羧酸高效减水剂:自产,含固量 11.5%,胶砂减水率 20.5%. (6)拌和水:自来水.

2.2 试验方法
参照 JGJ98-2000《砌筑砂浆配合比设计规程》设计砂浆配合比,并结合实际情况调整. 砂浆试配采用机械搅拌,首先将干物料加入搅拌机中干搅 120s,然后加入水剂外加剂和拌和水 搅拌 120s 后再出料. 砂浆性能试验按以下标准进行:JGJ/T70—2009《建筑砂浆基本性能试验方法》 ;JG/T230—2007 《预拌砂浆》 .

3 试验结果与分析
3.1 空白试验
本部分开展了空白对比试验,采用了水泥-粉煤灰-聚羧酸高效减水剂的组合,试验结果见表 2.
表2 强度 等级 M5 M 10 水泥 160 230 配合比/(kg/m3) 粉煤灰 110 110
3

空白砂浆配合比及其基本性能 性能指标 稠度/mm 分层度/mm 6h 50 48 20 18 密度/ (kg/m3) 2090 2120 抗压强度/M Pa 7d 9.0 18.2 28d 11.9 23.5

砂 1460 1410

0h 75 76

4h 62 64

注:用水量为 260-275kg/m ,聚羧酸高效减水剂的掺量为胶凝材料总量的 1.5-1.7%.

该空白试验所配制的砂浆,虽然抗压强度较高,但是保水性,粘聚性,柔软度较差,泌水较为 严重,操作手感差,基本无法使用.因此,保水增稠材料是预拌砂浆必不可少的组分.

3.2 膨润土与纤维素醚掺量的确定
为了寻求膨润土与纤维素醚的较佳掺量,本部分开展了同配比的对比试验,设计配比为 M10. 在其他条件相同的情况下,单掺膨润土时,所配制的预拌砂浆达到相近的工作性能,其用量与砂浆 单方用水量的关系如图 1 所示;单掺纤维素醚时,其掺量与砂浆 28d 抗压强度关系如图 2 所示.预 拌砂浆相应配合比及其基本性能如表 3 所示.

310
单方用水量 /(kg/m3 )

25

290

270

250 10
图1

20 30 膨润土用量/(kg/m3)
膨润土用量与单方用水量的关系

40

28d抗压强度 /MPa

20

15

10 0.00
图2

0.05 0.10 0.15 纤维素醚掺量/%

0.20

纤维素醚掺量与 28d 抗压强度的关系

表3 强度 等级 水泥 230 230 230 230 M 10 230 230 230 230 粉煤灰 110 110 110 110 110 110 110 110 砂 1410 1410 1410 1410 1410 1410 1410 1410

膨润土与纤维素醚单掺时砂浆配合比及其基本性能 性能指标

配合比/(kg/m3) A 10 20 30 40 0 0 0 0 B 0 0 0 0 0.204 0.272 0.340 0.680 0h 90 91 87 88 94 96 92 85

稠度/mm 4h 63 70 60 62 75 78 80 70 6h 55 56 52 50 62 73 75 61

分层度 /mm 15 9 10 12 9 10 8 13

密度 /(kg/m ) 2070 2070 2060 2080 2060 2050 2030 1940
3 3

抗压强度/M Pa 7d 11.8 10.2 9.5 7.6 12.9 11.5 11.0 7.9 28d 15.9 13.7 12.4 10.2 16.1 15.7 14.8 11.2

注:聚羧酸高效减水剂的掺量为胶凝材料总量的 1.6~1.7%,单掺掺膨润土用水量为 260~305kg/m ,单掺纤维素醚用 水量为 265kg/m3.

结合图 1 与表 3 可知,单掺膨润土时,增加膨润土的用量可提高砂浆的保水性,但对单方用水 量影响较大,达到相近的工作性能,用水量随着膨润土用量的提高而明显增加,这样必然会引起砂 浆的干燥收缩值增大,耐久性下降.同时由于用水量的增加,砂浆的抗压强度也逐步降低,当膨润 土掺量为 40kg/m3 时,砂浆 28d 抗压强度较 10kg/m3 时降低了 5.7MPa. 结合图 2 与表 3 可知,单掺纤维素醚时,砂浆的保水性较好,可操作时间较单掺膨润土时有所 3 延长.与空白砂浆的强度相比,当纤维素醚的掺量为胶凝材料的 0.06%(0.204kg/m )左右时,砂浆 的强度出现了一个较为明显的拐点,掺量控制在 0.06~0.10%(0.204~0.340kg/m )范围内,对砂浆强 度影响不大,当纤维素醚掺量超过 0.10%时,引气较为严重,砂浆出现泌水现象,抗压强度也显著 降低.纤维素醚的掺量在 0.08~0.10%时,砂浆的可操作时间较长,抗压强度也可达到设计要求,综 合效果较好.但是纤维素醚的价格较为昂贵,即使是胶凝材料 0.08~0.10%的掺量,也在一定程度上 增加了材料成本. 单掺膨润土与纤维素醚时,砂浆的施工性能较空白砂浆明显改善,但都存在着一定的缺陷.因
3

此,若将两者复掺可达到优势互补,提高砂浆综合性能和降低成本的目的.考虑到纤维素醚的价格 较高,和膨润土复掺时,两者都是保水增稠材料,在保证砂浆性能的同时,可适当降低其掺量.在 以上试验的基础上,考虑两者复掺的用量比例为:膨润土为 10kg/m3 左右,纤维素醚为胶凝材料总 量的 0.05%.

3.3 膨润土与纤维素醚复掺试验
本部分研究了膨润土与纤维素醚复掺对预拌砂浆稠度,分层度,凝结时间,强度等各方面性能 的影响.经过多次的试验研究验证,在保证砂浆各方面性能的情况下,膨润土的掺量为 10kg/m 左 右,纤维素醚掺量为胶凝材料总量(总的胶凝材料包括膨润土)的 0.05%,两者复掺的用量控制在 此比例,预拌砂浆的综合效果较好.试验结果见表 4. 膨润土与纤维素醚复掺所配制的预拌砂浆砂浆与空白砂浆相比较,显得饱满平滑,可操作性好, 保水性,粘聚性,柔软度良好,无泌水现象,施工性能良好;与两者单掺时相比,各项指标更优, 砂浆的可操作性能更好,不粘铲,易于施工.
3

表4

膨润土与纤维素醚复掺时砂浆配合比及其基本性能 性能指标

强度 等级 水泥 M5 M 10 M 15 M 20 160 230 300 360

配合比/(kg/m3)

稠度/mm A 10 9 9 9 B 0.139 0.175 0.205 0.235 0h 80 91 95 114 4h 70 82 87 98 6h 60 75 81 88

抗压强度 分层度 /mm 11 1 3 2 密度/(kg/m3) /M Pa 7d 2040 2060 2060 2090 6.0 13.2 15.3 24.7 28d 8.7 16.3 18.6 29.4

粉煤灰 110 110 100 100

砂 1460 1410 1370 1320

注:用水量为 260-275kg/m3,聚羧酸高效减水剂的掺量为胶凝材料总量的 1.7%.

由表 4 可知,除了 M5 的砂浆外(这是由于低强度等级的砂浆胶凝材料较少的缘故) ,其他强度 等级的砂浆分层度均在 3mm 以内,说明砂浆拌合物的保水性好,在停放时内部组分稳定性较好.砂 浆的可操作时间为 6h~8h,凝结时间 16h 左右.考虑到砂浆的稠度损失,可根据实际情况,提高用 水量 5~10kg/m3 ,增加聚羧酸高效减水剂的用量 0.1~0.2%,适当放大初始稠度,延长砂浆的可操作 时间,以满足施工需求.砂浆的密度为 2040~2090kg/m ,与设计密度的差别在 2%范围内,满足配 合比设计要求. 膨润土与纤维素醚复掺所配制的预拌砂浆抗压强度均能达到相应强度等级的要求,砂浆 28d 强 度较 7d 强度增长较小,一般增长 1~5MPa,高强度等级的砂浆相对增长较大,M20 增长了约 5MPa. 综上所述,膨润土与纤维素醚复掺所配制的预拌砂浆砂浆和易性良好,稠度及其损失,分层度, 抗压强度等性能指标均能满足规范与施工要求.
3

4 结论
1. 空白试验所配制的砂浆,虽然抗压强度较高,但是保水性,粘聚性,柔软度较差,泌水较为 严重,操作手感差,基本无法使用.因此,保水增稠材料是预拌砂浆必不可少的组分. 2. 单掺膨润土与纤维素醚时,砂浆的施工性能较空白砂浆明显改善,但也存在着不足.单掺膨 润土时,膨润土的用量对单方用水量影响较大,保水性低于纤维素醚;单掺纤维素醚时,砂浆的可

操作性能较好,但掺量较高时引气严重而导致砂浆的强度大大降低,而且价格较为昂贵,在一定程 度上增加了材料成本. 3. 在保证砂浆各方面性能的情况下,膨润土的较佳掺量为 10kg/m3 左右,纤维素醚的较佳掺量 为胶凝材料总量(总的胶凝材料包括膨润土)的 0.05%,两者复掺的用量控制在此比例,综合效果 较好. 4. 膨润土与纤维素醚复掺所配制的预拌砂浆砂浆和易性良好,稠度及其损失,分层度,抗压强 度等性能指标均能满足规范与施工要求. 参考文献:
[1] JG/T230—2007 预拌砂浆[S].北京:中国标准出版社,2008. [2] 王培铭.商品砂浆[M ].北京:化学工业出版社, 2008. [3] 王培铭.商品砂浆的研究与应用[M ].北京:机械工业出版社,2006. [4] 建筑干混砂浆中常用外加剂基本性能.中国混凝土网,2007.

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