纤维素醚改性水泥浆体性能研究

饶崇升

（湖北省建筑材料节能检测中心，武汉 430071）

建筑砂浆是建筑工程必需使用的建筑材料之一［1］。近年来，随着墙体保温材料的大规模应用，以及对外墙抗裂、抗渗要求的提高，对砂浆的抗裂性能、粘结性能、施工性能提出了更高的要求［2，3］。传统砂浆由于存在干缩性大，抗渗性差、拉伸粘结强度低等缺点，常常不能满足施工要求，或带来装饰材料脱落等问题。如抹面砂浆，由于砂浆失水过快，导致凝结硬化的时间缩短，在大面积施工时，出现开裂和空鼓等问题，严重影响工程质量［4］。传统砂浆的失水过快，水泥水化不充分，造成水泥砂浆的开放时间短，是影响砂浆性能关键。

纤维素醚具有良好的增稠和保水作用，在砂浆领域中得到了广泛应用［3－7］，并已经成为改善砂浆保水性、提供施工性能不可缺少的外加剂，有效缓解了传统砂浆在施工性和后期使用过程中水分散失的问题［8］。用于砂浆的纤维素通常包括甲基纤维素醚（MC）、羟丙基甲基纤维素（HPMC），羟乙基甲基纤维素醚（HEMC）、羟乙基纤维素醚（HEC）等，其中，HPMC与HEMC应用最为广泛［9，10］。

该文主要研究纤维素醚对水泥浆体工作性（保水率、失水量和凝结时间）、力学性能（抗压强度和拉伸粘结强度）、水化规律和微观结构的影响，为研究纤维素醚改性水泥浆体性能提供支持，为纤维素醚改性砂浆的应用提供参考。

1 实 验

1.1 原材料

水泥：武汉亚东水泥公司生产的普通硅酸盐水泥（P.O 42.5）水泥，比表面积为3 500cm2/g，水泥的化学组成见表1。

表1 水泥的化学组成 w/%

纤维素醚：市售羟丙基甲基纤维素醚（MC－5，MC－10，MC－20，粘度分别为5万Pa·S，100 000Pa·S，200 000Pa·S）

1.2 方法

力学性能：样品制备过程中，纤维素醚掺量为水泥质量的0.0%～1.0%，水灰比均为0.4。加水搅拌前，先将纤维素醚与水泥混合均匀。测试用样品尺寸为40×40×40的水泥浆体。

凝结时间：测定方法按GB/T 1346—2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》进行。

保水性：水泥浆体的保水性的检测参照标准DIN 18555《无机胶凝材料砂浆的检测方法》。

水化热：实验采用美国TA仪器公司的TAM Air微量热仪，水灰比为0.5。

水化产物：将水与纤维素醚搅拌均匀，然后制备水泥浆体，开始计时，分别在不同时间点取样，用无水乙醇终止水化，以备测试，水灰比为0.5。

2 结果与讨论

2.1 力学性能

图1给出了纤维素醚掺量对强度的影响规律。从图1中可以看出，当随MC－10纤维素醚掺量的增加，3d、7d、28d的强度均下降；纤维素醚降低28d强度更显著。图2给出了纤维素醚黏度对强度的影响规律。从图2中可以看出，无论是5万黏度还是10万、20万黏度的纤维素醚，均使3d、7d、28d强度下降，同时也可以看出，纤维素醚黏度对强度的影响并不显著。

2.2 凝结时间

图3给出了10万黏度的纤维素醚掺量对凝结时间的影响规律。从图3中可以看出，随MC－10掺量的增加，初凝时间和终凝时间均增加，当掺量为1%时，初凝时间达到510min，终凝时间达到850min，与空白相比，初凝时间延长210min，终凝时间延长470min。图4给出了纤维素醚黏度对凝结时间的影响规律。

从图4中可以看出，无论是MC－5、MC－10还是MC－20，均可以延缓水泥凝结，但相比三种纤维素醚，初凝时间与终凝时间均随黏度的增加而延长。这是由于纤维素醚能在水泥颗粒可吸附于水泥颗粒表面，从而阻止水分与水泥颗粒接触，从而延缓水泥水化。纤维素醚黏度越大，水泥颗粒表面的吸附层越厚，缓凝作用越显著。

2.3 保水率

图5给出了纤维素醚掺量对保水率的影响规律，从图5中可以看出，随掺量的增加，砂浆保水率增加，当纤维素掺量大于0.6%时，保水率区域稳定。但比较三种纤维素醚，黏度对保水率的影响存在差异，相同掺量下，保水率的大小关系为：MC－5≤MC－10≤MC－20。

2.4 水化热

图6给出了纤维素醚种类和掺量对水化热的影响规律，从图6中可以看出，随MC－10掺量的增加，水化放热逐渐降低，水化温峰出现的时间后移；纤维素醚黏度对水化热也存在较大的影响，随黏度的增加，水化热放降低显著，水化温峰出现时间后移明显。说明纤维素醚可延缓水泥水化，同时其缓凝效果与纤维素醚掺量和黏度有关，这与凝结时间的分析结果是一致的。

2.5 水化产物分析

图7给出了1d水化产物的SEM分析，从图7中可以看出，当加入0.2%MC－10的纤维素醚时，可以看出大量未水化的孰料和结晶较好的钙矾石，当掺量增加至0.6%时，钙矾石晶体明显降低，这说明纤维素醚可延缓水泥水化，同时延缓水化产物的形成。对比分析3种纤维素醚，可以发现MC－5可使水化产物中的钙矾石结晶更规则，钙矾石结晶更规则，这可能与纤维素醚的缓凝程度及在水泥颗粒表面水化层的厚度有关。

3 结 论

a.纤维素醚的加入会延缓水泥水化，推迟水泥硬化凝结，降低水化放热，延长水化温峰出现时间，随掺量和黏度的增加，缓凝效果增加。

b.纤维素醚可提高砂浆保水率，可改善薄层结构等砂浆的保水性，其保水性与掺量与黏度有关，当掺量超过0.6%时，保水效果增加不显著。

［1］ Schmitz L，Ha cKer C J，张 量.纤维素醚在水泥基干拌砂浆产品中的应用［J］.新型建筑材料，2006（7）：45－48.

［2］ 张发爱.纤维素醚及其应用［J］.化工新型材料，2001（11）：21－23.

［3］ 张义顺，李艳玲，徐 军.纤维素醚对砂浆性能的影响［J］.建筑材料学报，2008（3）：359－362.

［4］ 熊 犍，康兰艳，叶 君.纤维素醚在干混砂浆中的应用进展［J］.化工进展，2009（6）：1043－1046.

［5］ 李建国.纤维素醚在普通干混砂浆中的应用研究［J］.山西建筑，2013（9）：103－104.

［6］ 赵立志，孙建英.纤维素醚对普通干粉砂浆性能的影响［J］.商品混凝土，2013（4）：32－33.

［7］ 蹇守卫，马保国，苏 雷.纤维素醚改性砂浆的研究进展［J］.硅酸盐通报，2011（3）：560－566.

［8］ 詹镇峰，李从波，陈文钊.纤维素醚的结构特点及对砂浆性能的影响［J］.混凝土，2009（10）：110－112.

［9］ 黄连根.纤维素醚对水泥砂浆性能的影响［J］.江西建材，1996（1）：14－17.

［10］王培铭.纤维素醚和乳胶粉在商品砂浆中的作用［J］.硅酸盐通报，2005（5）：136－139.