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纤维素醚在干混砂浆中的应用进展

发布时间:2017-05-09 14:08:37   查看:

 传统砂浆存在容易开裂、泌水、性能达不到使用要求,环境污染等问题,逐渐将被干混砂浆所替代。干混砂浆,也称为预温(干)砂浆、干粉料、干混料、干粉砂浆、干拌砂浆,是不含拌和水的半成品混合砂浆、纤维素醚具有优良的增稠、乳化、悬浮、成膜、保护胶体、保持水分、黏合等性能,是干混砂浆中的重要外加剂。

本文介绍了纤维素醚在干混砂浆应用中的优缺点及发展趋势。
1、干混砂浆的特点
干混砂浆是按照施工要求,在生产车间按照精确的计量、充分混合均匀后,到工地现场按照确定的水灰比加水搅拌即可使用。与传统砂浆相比,干混砂浆具有以下优势:(1)品质优异,干混砂浆是按照科学的配方,大规模自动化生产,再加上适当的外加剂保证了产品能满足特殊的质量要求;(2)品种丰富,可按照不同的要求生产务种性能砂浆;(3)施工性能良好,易涂刮,省去基材预温和后期淋水养护等工序;(4)使用方便,加水搅拌即可使用,便于运输和存放,方便施工管理;(5)绿色环保,建筑工地无灰尘,没有各种堆积如山的原料,减少对周围环境的影响;(6)经济性,干混砂浆因配料合理而避免了原料的不合理使用,适合机械化施工,缩短了建筑周期,降低建筑造价。
纤维素醚是干混砂浆的一种重要外加剂。纤维素醚可以与砂子、水泥形成稳定的钙-硅酸盐-氢氧化物(C-S-H)复合物,以满足高性能新型砂浆材料的要求。
2、纤维素醚作为外加剂
纤维素醚是纤维素结构单元中羟基上的氯原子被其它基团取代的一种改性天然高分子,取代基团的种类、数量以及其在纤维素主链上的分布决定了纤维素醚的种类及性质。
纤维素醚分子链上的羟基产生分子间的氢键可以提高水泥水化作用的均匀性和完全性,增加砂浆的稠度,改变砂浆的流变性和可压缩性,提高砂浆的抗裂能力,引气、改善砂浆的和易性。
(1 ) 羧甲基纤维素的应用 
羧甲基纤维素(CMC)是离子型水溶性单一纤维素醚,通常所使用的是它的钠盐。纯净的CMC是白色或乳白色纤维状粉末或颗粒,无嗅无味。衡量CMC质量的主要指标是取代度(DS)和黏度、溶液的透明度及稳定性。在砂浆中加入CMC后,具有明显的增稠、保水作用、增稠作用很大程度上取决于它的分子量和取代度。加入CMC 48 h后测定,砂浆样的吸水率下降。吸水率越低,保水率越高,保水效果随CMC加入量增加而增加。由于保水效果好,可保证干混砂浆拌和物不泌水、不离析。目前,CMC主要作为抗冲刷剂,用于大坝、码头、桥等建筑中具有减少水对水
泥和细骨料的冲刷影响、降低环境污染的作用。CMC是离子型化合物,对水泥的要求高,否则掺入水泥浆后能与水泥中溶解出来的Ca(OH)反应
生成不溶于水的羧甲基纤维素钙并失去黏性,大大降低了CMC的保水性能,CMC的耐酶性较差。
(2 ) 羟乙基纤维素和羟丙基纤维素的应用
羟乙基纤维素(HEC)和羟丙基纤维素(HPC)是非离子型水溶性单一纤维素醚,具有较高的抗盐性。HEC对热稳定,易溶于冷、热水中,pH值为2-12时黏度变化较小。HPC可溶于40℃以下的水和大量极性溶剂中,具有热塑性和表面活性,取代度越高,可溶解HPC的水温越低。
随着HEC在砂浆中加入量的增加,短期内砂浆的耐压强度、抗张强度、耐腐蚀性能下降,随着时间增长,性能变化较小。HEC也会影响砂浆中气孔的分布。在砂浆中加入HPC后砂浆的孔隙度很低,所需的水下降因而降低了砂浆的工作性能。在实际使用中,HPC要与增塑剂同时使用来提高砂浆的性能。
(3)甲基纤维素的应用
甲基纤维素(MC)是一种非离子型单一纤维素醚,在80-90 ℃的热水中迅速分散、溶胀,降温后迅速溶解。MC的水溶液可形成凝胶,加热时MC在水中不溶解形成凝胶,冷却时凝胶溶化,这一现象是完全可逆的。 
在砂浆中加入MC后,明显地提高了保水作用。MC的保水性取决于其黏度、取代度、细度、添加量。添加MC可以提高砂浆的抗垂流性,提高分散颗粒的润滑性和均匀度,使灰浆更加滑顺和均匀,抹涂和抹平效果更加理想,工作性能提高。MC的掺入量对砂浆有较大的影响。MC量大于2%时,砂浆的强度降为原来的一半。保水效果随MC的黏度增加而提高,但MC的黏度达到一定值后,MC溶解性降低保水性变化不大,施工性能下降。
(4)羟乙基甲基纤维素和羟丙基甲基纤维素的应用
单一醚存在加入量少时分散性不太好、易结块和很快硬化,加入量多时砂浆的空隙太多,混凝土的硬度变差的缺点,因而,和易性、抗压、抗折强度等性能都不理想。混合醚能在一定程度上克服单一醚的不足,添加量较单一醚少。羟乙基甲基纤维素(HEMC)、羟丙基甲基纤维素(HPMC)是一种非离子型混合纤维素醚,具有各个单一取代基纤维素醚的性质。HEMC外观为白色、类白色粉末或颗粒,无嗅无味,有吸湿性,不溶于热水中。溶解不受pH值影响(与MC相似),但由于在分子链上增加了羟乙基基团,HEMC较MC耐盐性高、更容易溶于水,并有较高的凝聚温度。HEMC的保水性较MC强,黏度稳定性、抗霉性、分散性较HEC强。HPMC是白色或类白色粉末无毒、无味、无臭。不同规格的HPMC其性能有较大差异。
HPMC在冷水中溶解成澄清或微混浊的胶体溶液,可溶在某些有机溶剂中,也可溶解在水-有机溶剂的混合溶剂中,如适当比例的乙醇/水中。水溶液具有表面活性高、透明度高、性能稳定的特点。HPMC在水中的溶解也不受pH值影响。溶解度随黏度而变化,黏度愈低,溶解度愈大。随着HPMC分子中甲氧基含量减少,HPMC的凝胶点升高、水溶解度下降,表面活性也下降。除了一些纤维素醚共有的特性外,HPMC还具有较好的抗盐性、尺寸稳定性、耐酶性、高分散性。
HEMC和HPMC用于干混砂浆中的主要作用如下:①良好的保水作用。HEMC和HPMC能确保砂浆不会由于缺水、水泥水化不完全而导致产品的起砂、起粉和强度降低等问题。提高均匀度、可使用性及产品硬化性等。当HPMC的添加量大
于0.08%时随HPMC量的增加,砂浆的屈服应力、塑性黏度也增加。②作为引气剂。当HEMC和
HPMC的掺量为0.5%时,含气量最大,约为55%,当掺量大于0.5%时,随着添加量的增加,砂浆的含气量逐渐减小,并降低了砂浆的抗折强度,和抗压强度。③改善和易性。HEMC和HPMC的加入便于薄层砂浆进行梳理、抹灰砂浆进行摊铺。HEMC和HPMC会延迟砂浆颗粒的水化,DS是影响水化的最主要因素,而且甲氧基含量对延迟水化的影响大于羟乙基、羟丙基含量的影响。需要注意的是,纤维素醚对砂浆性能具有双重影响作用,使用得当能发挥良好作用,使用不当则会起反作用。干混砂浆性能首先与纤维素醚的适应性相关,对于可以适用的纤维素醚还与掺入量和掺加顺序等因素相关。在实际应用中,可以选单一品种的纤维素醚,也可以将不同品种纤维素醚混合使用。 
3、展望
干混砂浆的迅速发展为纤维素醚开发与应用提供了机遇和挑战。研究者及生产者应抓住机遇,提高自身的技术水平,在增加品种、提高产品的稳定性方面下功夫。在满足干混砂浆使用要求的同时,实现纤维素醚行业的飞跃。

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