干粉砂浆组成及选择分析
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1、序言
建筑砂浆在工业与民用建筑中是一种用量大、用途广的建筑材料。传统砂浆一般都在施工现场拌制,砂浆抗渗性差、收缩值大,工作性能也不理想,常常造成粉刷开裂、起壳、渗漏等建筑质量问题。而且,现场配制砂浆的计量不是很准确,不可避免地造成资源浪费和环境污染。为了使质量得到更好的控制和更高效率的施工,干粉砂浆开始替代现场拌制的传统砂浆,无论从节约投资、提高工程质量,还是减少环境污染和施工现场占有量等方面都具有特殊优越性。近年来,为了提高和稳定砂浆质量,实现文明施工和保护环境,我国部分大城市已开始推行商品砂浆。而且干粉砂浆已列入我国21世纪重点发展的十大建筑材料之一。
干粉砂浆是经烘干筛分处理的细集料与无机胶结料、保水增稠材料、矿物掺和料和添加剂按一定比例混合而成的一种颗粒状或粉状混合物，它可由专用罐车运输至工地加水拌和使用，也可采用包装形式运到工地拆包加水拌和使用。从使用功能上看，干粉砂浆分为两大类：普通干拌砂浆和特种干拌砂浆。普通干拌砂浆包括砌筑、抹灰和地面找平砂浆；特种干拌砂浆产品包括瓷砖胶、保温系统粘结砂浆和抹面砂浆、自流平砂浆、腻子、装饰抹灰和干粉涂料、瓷砖填缝剂、修补砂浆和防水密封砂浆等。
2、干粉砂浆组成及选择
2.1 胶凝材料
2.1.1 胶凝材料分类及特性
胶凝材料是干粉砂浆中重要的组成成分，起着粘结剂的作用。胶凝材料根据其化学组成，一般可分为无机胶凝材料和有机胶凝材料两大类。无机胶凝材料按照硬化条件，可分为气硬性胶凝材料和水硬性胶凝材料。干粉砂浆中主要应用无机胶凝材料作为粘结剂，最为常见的无机胶凝材料主要为水泥、石膏、熟石灰。
水泥为粉末状固体，其是最主要的无机胶凝材料，也是干粉砂浆的重要组成部分。水泥种类很多，如：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥等等。其性能直接影响到砂浆的流变性、硬化性、强度、干缩率等。
石膏胶凝材料是一种以硫酸钙为主要成分的无机气硬性胶凝材料。其是硫酸钙半水化合物和无水石膏均通过遇水形成硫酸钙二水化合物而硬化。硫酸钙半水化合物以两种结晶形态存在（取决于生产工艺）：具有较大晶体，较高抗拉和抗压强度以及需水量较低的α态，和孔隙率更高，抗拉和抗压强度较低并且需水量高出3倍的β态。常用的石膏胶凝材料种类有建筑石膏、高强石膏、无水石膏、高温煅烧石膏等。
熟石灰：熟石灰通过与二氧化碳反应生成碳酸钙而硬化，因此不属于水硬性胶凝材料。今天它已经基本被硬化更快的水硬性胶凝材料所取代，但是目前仍在使用的原因是由于它具有可塑性，可以在水泥中加入重量百分比为5-30%的熟石灰来改善干粉砂浆的施工性。
2.1.2 胶凝材料选择时应注意的问题
由于现阶段根据我国目前的水泥生产实际情况看，普通硅酸盐水泥占了绝大部分，而其他种类的水泥产量相对较小，因此，干粉砂浆中主要使用普通硅酸盐水泥（OPC）。但我们在选择水泥时应值得注意的是：为了保证砂浆产品的质量稳定，要尽量选择大中型企业生产的水泥，且要选择回转窑生产的水泥；针对不同种类的砂浆应选择不同强度等级的水泥，对于强度要求不高的产品如砌筑抹灰等砂浆产品选用低标号水泥即可，而对于强度要求较高的产品如胶粘剂等产品则要求选用高标号的水泥。
另外，在一些特殊场合中应用的干粉砂浆就要选用特种胶凝材料。对于要求具有快硬特性或者高温稳定性的干拌砂浆产品如自流坪干拌砂浆则要选择铝酸盐水泥。对于用于快凝的工程如修补砂浆、防水砂浆、快速堵漏砂浆则需要选择硫铝酸盐水泥。
2.2 骨料及选择应用
干粉砂浆中的骨料有细集料（建筑砂）、装饰骨料（石英砂、色石渣、膨胀珍珠岩、云母等）。其中，应用最广泛用量最大的主要是建筑砂，而装饰骨料主要用于装饰砂浆中，其用量较少。
建筑砂浆一般采用细度模数在2.3—3.0之间的建筑砂进行配料。集料的级配和细度模数会影响砂浆的塑性及其硬化体的力学性能，集料颗粒的形状也会影响砂浆的工作性。级配合格的骨料堆积起来空隙率低，用于砂浆中可形成良好的骨架，既可节省水泥，又能得到和易性好、较密实的砂浆。骨料越粗，比表面积越小，则骨料总的表面积小，需要包裹的水泥浆量少，可以节省水泥，提高添加剂的利用率，经济性能好；但是骨料过粗，总的表面积过小，骨料涵养水分的能力降低，容易产生离析和泌水现象，同时骨料与水泥浆体之间的界面面积减少，对砂浆强度也不利。颗粒越接近球状，砂浆越容易操作。这是由于球形颗粒具有“滚珠”作用，而多角形颗粒会形成较多的机械啮合，使内摩擦增大。由于球形颗粒的表面积与体积之比较小，包裹颗粒所需的水泥浆较少，因而能剩余较多的水泥浆增进砂浆的工作性。同理，圆滑表面的颗粒比粗糙颗粒的和易性要好。
2.3 可再分散胶粉
2.3.1 可再分散胶粉的作用机理
可再分散胶粉是热塑性聚合物粉末,他们是采用乳液干燥技术生产的。乳液是以乙烯、醋酸乙烯叔碳酸乙烯酯和丙烯酸酯单体为基础的聚合物。根据掺量的不同，添加可再分散胶粉的聚合物改性干粉砂浆会改善以下性能：
1）新拌砂浆的保水性和可工作性；2）对不同基层的粘结性能；3）砂浆的柔性和变形性能；4）抗折强度和内聚性；5)耐磨性；6）韧性；7）密实度（抗渗性）。此外，特殊的可再分散胶粉还具有疏水效果，可以赋予砂浆较强的憎水性。
可再分散聚合物乳胶粉对砂浆的改性是通过聚合物在水泥浆与骨料间形成具有较高粘结力的膜，并堵塞砂浆内的孔隙来实现的。水泥水化与聚合物成膜同时进行，最后形成水泥浆与聚合物膜相互交织在一起的互穿网络结构，如下图所示。具有可反应基团的聚合物可能会与固体氢氧化钙表面的硅酸盐发生化学反应，改进水泥水化产物与骨料之间的粘结，从而改善砂浆的性能。
2.3.2 可再分散胶粉产品的选择
可再分散胶粉的种类很多，目前主要应用的可再分散胶粉有：醋酸乙烯酯与乙烯共聚胶粉（VAC/E）、乙烯与氯乙烯及月桂酸乙烯酯三元共聚胶粉（E/VC/VL）、醋酸乙烯酯与乙烯及高级脂肪酸乙烯酯三元共聚胶粉（VAC/E/VeoVa）、醋酸乙烯酯与高级脂肪酸乙烯酯共聚胶粉（VAC/VeoVa）、丙烯酸酯与苯乙烯共聚胶粉（A/S）、醋酸乙烯酯与丙烯酸酯及高级脂肪酸乙烯酯三元共聚胶粉（VAC/A/VeoVo）、醋酸乙烯酯均聚胶粉（PVAC）、苯乙烯与丁二烯共聚胶粉(SBR)等等。
相比较之下，前三种可再分散胶粉的应用更为广泛。其中，醋酸乙烯酯与乙烯共聚胶粉（VAC/E）的应用范围最广，根据其玻璃化转变温度的不同可以应用在不同领域：一般来说，玻璃化温度在5℃以下主要应用于外墙外保温砂浆中；玻璃化转变温度在10℃以上主要应用于胶粘剂及自流坪砂浆中。乙烯与氯乙烯及月桂酸乙烯酯三元共聚胶粉（E/VC/VL）由于其VC、VL单体具有防水性能，因此主要应用于对防水砂浆中。醋酸乙烯酯与乙烯及高级脂肪酸乙烯酯三元共聚胶粉（VAC/E/VeoVa）由于高级脂肪酸乙烯酯的引入，适合将其应用在为避免碱性侵蚀的砂浆产品中。
2.4化学添加剂
化学添加剂的分类可以分为以下几种: ①稳定剂; ②硬化剂和固化加速剂及减缓剂; ③增塑剂; ④减水剂和稀释剂; ⑤憎水剂;⑥泡沫形成剂等。其一般掺量为0.2％～0.3％。化学添加剂加入主要改善砂浆的以下性能:
1）增加和易性;2）增加粘附力;3）砂浆不易泌水和分离; 4）提高抗渗性和抗冻性;5）提高砂浆的抗裂性; 6）砂浆易于薄层施工。
干粉砂浆中应用最广泛的化学添加剂主要为甲基纤维素醚，它可以使灰（砂）浆材料获得适宜的保水性和稠度，有效地提高抹灰材料的工作性；同时，可以使水分在很长的一段时间内逐步释放，从而保证灰（砂）浆与基底的结合。甲基纤维素醚的表面活性保证了矿物胶凝材料在整个体系中有效地均匀分布，作为一种保护胶体，甲基纤维素醚“包裹”住固体颗粒，从而使体系更加稳定；与水结合后，甲基纤维素醚形成一层润滑膜，提高了灰（砂）浆在机械搅拌过程中的流动性能；通过提高需水量，甲基纤维素醚还可提高灰浆的产量。对于抹灰材料来说，找平时灰（砂）浆具有抗流挂性及有效防止灰（砂）浆凝结过程中产生裂缝也是极其重要的，甲基纤维素醚（极细粉末）可适当增加灰（砂）浆的需水量，并抑制裂缝形成，减少流挂。
干粉砂浆中应用纤维素醚主要是应用其保水性，纤维素醚的保水性取决于其本身的性能及添加量：
1）一般来说，纤维素醚的粘度越高，保水效果越好。但粘度越高，纤维素醚的分子量越高，其溶解性能就会相应降低，这对砂浆的强度和施工性能有负面影响，因此应用中要多选择中等粘度的纤维素醚；
2）纤维素醚的细度对砂浆的保水性也有一定的影响，对于粘度相同而细度不同的纤维素醚，在相同添加量的情况下，细度越细的保水性越好；
3）砂浆的保水性随纤维素醚添加量的提高而增加。
2.5 矿物外加剂
2.5.1 矿物外加剂作用及机理
干粉砂浆质量既依赖于化学添加剂，又依赖于正确选择无机矿物外加剂。矿物外加剂的活性成分改变水泥的水化和硬化机理，会导致不能控制的收缩和膨胀。用矿物掺合料部分取代水泥对砂浆性能的影响机理是由于以下原因引起的：
(1)由于矿物掺合料的粒径分布与水泥不同,矿物掺合料的加入导致整个胶结材料的粒径分布发生变化,使得新拌砂浆中各粒子群的级配发生变化,进而改变硬化水泥石和过渡区的孔结构。如果矿物掺合料的粒径远远小于水泥,则产生充填作用,使孔细化。
(2)矿物掺合料对水的吸附能力与水泥不同,加上比表面积的不同,当用矿物掺合料部分取代水泥后,就会使得浆体中游离水的数量发生变化。一般情况下,矿物掺合料吸附水的能力比水泥低,但比表面积较大又增加吸附水量,这两种相反作用的统一既有可能增加游离水,从而增加孔体积,也可能是减少游离水,从而减少孔体积。矿物掺合料的种类、比表面积和掺量决定了游离水的数量,游离水的数量的改变同时也改变了胶结材料颗粒的絮凝情况,这也会影响硬化水泥石和过渡区的孔结构。
(3)当掺加矿物掺合料后,胶结材料的总体水化速度将会改变,从而使得硬化水泥石和过渡区的水化产物和数量也发生改变。水化产物和孔结构的改变对砂浆的强度、渗透性及干缩性能产生影响。
对于不同种类和掺量的矿物掺合料而言,上述三个方面的影响程度是不同的,所以掺加不同种类和掺量矿物掺合料的砂浆表现出不同的性能。
2.5.2 矿物外加剂选取原则
目前广泛应用的矿物外加剂有粉煤灰、矿渣微粉、石灰石粉、硅灰、珍珠岩等。
1）粉煤灰的应用主要根据其氧化钙含量进行选取，由于低钙粉煤灰来源较广，高钙粉煤灰使用不当易造成硬化水泥石膨胀开裂，因此在干粉砂浆中主要应用低钙粉煤灰。另外，由于粉煤灰是一种工业副产品，其质量波动较大，质量较差的粉煤灰的波动性更大，因此要慎重选择。
2）矿渣微粉根据其氧化物含量不同有碱性、酸性和中性之分，相比较而言，碱性矿渣的胶凝性好，因此要选用碱性矿渣微粉。同时，矿渣微粉的细度越高其活性效应发挥越充分。
3）硅灰由于价格较高、需水量较大，因此在干粉砂浆中应用时其掺量不能太大，以不超过10％为宜。可用于要求高强性能的干粉砂浆中。
