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      羥丙基甲基纖維素HPMC對機噴砂漿性能的影響

          隨著工業的不斷進步和技術的提高,通過引進和改善國外的砂漿噴涂機,近年來機械噴涂抹灰技術在我國得到了很大的發展。機械噴涂砂漿不同于一般砂漿,要求其有較高的保水性能、合適的流動庋和一定的抗流掛性能,通常情況下均會在砂漿中添加羥丙基甲基纖維素,其中以纖維素醚(HPMC)的應用最為廣泛。羥丙基甲基纖維素HPMC在砂漿中的主要作用是:、增稠增黏和調整流變性,優良的保水能力。但是HPMC的缺點也不容忽視,HPMC具有引氣作用,會造成內部較多缺陷,嚴重降低砂漿的力學性能。山東宸邦精細化工有限公司從宏觀方面研究了HPMC對砂漿保水率、密度、含氣量、力學性能等方面的影響,并從微觀方面研究了羥丙基甲基纖維素HPMC對砂漿L結構的影響。

      一     試   驗

      1.1原材料

          水泥:市售P.0 42.5水泥,其28d抗折和抗壓強度分別為6.9、48.2 MPa;砂子:承德細河沙,40-100目;纖維素醚:山東宸邦精細化工有限公司生產的羥丙基甲基纖維素醚,白色粉末,標稱黏度為40、100、150、200 Pa-s;水:潔凈的自來水。


      1.2試驗方法

          根據JGJ/T 105-2011《機械噴涂抹灰施工規程》規定,砂漿的稠度為80-120 mm,保水率大于90%。本試驗中,灰砂比定為1:5,稠度控制在(93+2) mm,纖維素醚采用外摻法,其摻量均按占水泥質量計。砂漿的濕密度、含氣量、保水率、稠度等基本性能參照JGJ 70-2009《建筑砂漿基本性能試驗方法》進行測試,其中含氣量按照密度法進行測試和計算。試件的制備、抗折和抗壓強度測試參照GB/T  17671-1999《水泥膠砂強度檢驗方法(ISO法)》進行。孑L徑采用壓汞法測試,壓汞儀型號為AUTOPORE 9500,測量范圍為5.5 nm-360 ym,共進行4組試驗,灰砂比1:5,HPMC黏度為100 Pa-s、摻量分別為0、0.1%、0.2%、0.3%(編號分別為A、B、C、D)。

      2   結 果 與 分 析

      2.1  HPMC對水泥砂漿保水率的影響

          保水性是指砂漿能夠保住水分的能力。在機噴砂漿中,加入纖維素醚能夠有效保持水分,減少泌水率,滿足水泥基材料充分水化的要求。HPMC對砂漿保水率的影響見圖1。

         

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          由圖l可以看出,隨著HPMC摻量的增加,砂漿的保水

      率逐漸增大。黏度為100、150和200 Pa.s的羥丙基甲基纖維素醚曲線變化基本一致,摻量在0.05%-0.15%時保水率直線增加,摻量為0.15%時保水率均大于93%;糝量超過0.20%后,保水率增大趨勢變得平緩,說明HPMC摻量己接近飽和。黏度為40 Pa.s的HPMC摻量對保水率的影響曲線近似為1條直線,摻量大于0.15%后,砂漿的保水率明顯低于同摻量其它3種黏度的HPMC。一般認為纖維素醚的保水機理為:纖維素醚分子上的羥基和醚鍵上的氧原子會與水分子締合成氫鍵,使游離水變成結合水,從而起到很好的保水作用;也有人認為,水分子與纖維素醚分子鏈間的相互擴散作用使水分子得以進入纖維素醚大分子鏈內部,并受到較強的約束力,從而提高了水泥漿的保水性。優良的保水性能夠使砂漿保持勻質性,不易離析,并獲得良好的攪拌性能,同時能減小對機械的磨損,增加砂漿噴涂機的壽命。

      2.2  羥丙基甲基纖維素HPMC對水泥砂漿密度和含氣量的影響

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        由圖2可以看出,HPMC摻量在0-0.20%時,隨HPMC摻量的增加,砂漿的密度急劇降低,由2050 kg/m3下降至1650kg/m3左右,降低約20%; HPMC摻量超過0.20%后密度降低趨于平緩。對比4種不同黏度的HPMC玎知,黏度越大,砂漿的密度越小;摻黏度分別為150、200 Pa.s HPMC的砂漿密度曲線基本重合,說明隨著HPMC黏度的繼續增大,砂漿的密度不再減小。

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          由圖3可以看出,砂漿的含氣量變化規律與砂漿的密度變化相反,羥丙基甲基纖維素HPMC摻量在0-0.20%時,隨HPMC摻量的增加,砂漿的含氣量幾乎呈直線上升;HPMC摻量超過0.20%后,含氣量幾乎不再變化,說明砂漿的引氣作用接近飽和。黏度為150和200 Pa.s的HPMC引氣作用要大于黏度為40和100 Pa.s的HPMC。

          纖維素醚的引氣作用主要是由其分子結構決定的,纖維素醚同時具有親水基團(羥基、醚基)和憎水基團(甲基、葡萄糖環),是一種表面活性劑,具有表面活性,從而具有引氣效應。引入的氣體一方面能夠在砂漿中起到滾珠軸承的作用,改善砂漿的工作性能,并能增加體積,提高產量,對于生產廠家是有利的。但另一方面,引氣作用增加了砂漿的含氣量和硬化后的孔隙率,導致有害孔增多,使得力學性能大為降低。HPMC雖然有一定的引氣作用,但不能取代引氣劑。另外,當HPMC和引氣劑同時使用時可能導致引氣劑失效。

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      2.3 HPMC對水泥砂漿力學性能的影響

          由圖4(a)和圖4(h)可以看出,當HPMC摻量僅為0.05%

      時,砂漿的抗折強度降低明顯,較未摻羥丙基甲基纖維素HPMC的空白試樣降低約25%,抗壓強度僅能達到空白試樣的65%-80%。當HPMC摻量超過0.20%后,砂漿的抗折強度和抗壓強度降低幅度不明顯。HPMC黏度大小對砂漿的力學性能影響不明顯。HPMC引入很多微小的氣泡,對砂漿的引氣作用使砂漿內部空隙率增大,有害孔增多,導致抗壓強度和抗折強度均明顯下降。砂漿強度降低的另外一個原因就是纖維素醚的保水作用,使得水分保留在硬化砂漿內部,大的水膠比導致試塊強度降低。對于機械施工的砂漿,雖然纖維素醚能夠顯著提高砂漿的保水率和改善其工作性,但如果摻量過大,會嚴重影響砂漿的力學性能,所以應合理權衡二者之間的關系。

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          由圖4 (c)可以看出,隨著羥丙基甲基纖維素HPMC摻量的增加,砂漿的折壓比整體呈增加趨勢,基本為線性關系。這是由于加入的纖維素醚引入大量的氣泡,造成砂漿內部產生缺陷增多,導玫砂漿的抗壓強度急劇降低,而抗折強度雖也有一定幅度降低;但纖維素醚能夠提高砂漿柔韌性,對抗折強度有利,使得降低幅度變緩,綜合考慮,二者的共同作用導致壓折比有所增加。


      2.4  HPMC對砂漿子L徑的影響

          通過壓汞儀測得A、B、C、D四組試樣的孔徑分布曲線見圖5。孔徑分布統計數據和各統計參數統計值見表1。

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          由A-D試樣的孔徑分布曲線、孔徑分布數據和各統計參數可知,HPMC對水泥砂漿的孔結構有很大的影響:

          (1)摻入HPMC后,水泥砂漿的孔徑尺寸明顯增大。在孔徑分布曲線上體現為圖像的面積向右移動,峰值對應的孔徑值變大。同樣由表1中的中值孔徑可以看出,摻加HPMC后水泥砂漿的中值孔徑較空白試樣明顯增大,0.3%摻量的試樣中值孔徑較空白樣提高了2個數量級。

          (2)吳中偉等將混凝土中的孔隙劃分為4類,分別是無害孔(≤20 nm)、少害孔(20-100 nm)、有害孔(100-200 nm)和多害孔(≥200 nm)。由表l可以看出,摻加HPMC后無害孔或少害孔的數量明顯減少,有害孔或多害孔數量增多。未摻HPMC樣品的無害孔或少害孔約為49.4%,摻加HPMC后無害孔或少害孔明顯減少,以摻量0.1%為例,無害孑L或少害孔減少約45%,大于10um的多害孔增加了約9倍。

          (3)中值孔徑、平均孔徑、比孑L容和比表面積隨羥丙基甲基纖維素HPMC摻量的增加并不遵循十分嚴格的變化規律,這可能與壓汞試驗中樣品選擇具有較大離散性有關。但從整體來看,摻HPMC試樣的中值孔徑、平均孔徑和比孔容較空白試樣為增大趨勢,而比表面積有所降低。

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      3   結   語


          (1)砂漿的保水率隨HPMC摻量的增加而增加,黏度為

      100、150和200 Pa.s的纖維素醚曲線變化基本一致,在摻量為0.15%時保水率均大于93%;黏度為40 Pa.s的纖維素醚摻量大于0.15%后,保水率低于其它3種黏度的HPMC。

          (2)砂漿的密度隨HPMC摻量增加而逐漸降低,摻量在

      0.05%-0.20%時密度降低最為明顯,降低約20%;摻量超過0.20%后密度幾乎不再變化;砂漿的含氣量與隨HPMC摻量的增加而增大。

          (3) HPMC摻量的增加會明顯降低水泥砂漿的力學性能,但砂漿相應的折壓比會有升高趨勢,砂漿柔韌性變好。

          (4)摻入羥丙基甲基纖維素HPMC后,砂漿的孔徑明顯增大,有害孑L和多害孔所占比例明顯增加。HPMC摻量為0.1%的試樣較空白試樣無害孔或少害孔減少約45%,大于10um的多害孔增加了約9倍。

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