钠基膨润土改性水泥砂浆基本性能研究

龚晓强,刘杰胜,张同同,朱 姣

(武汉轻工大学 土木工程与建筑学院，湖北 武汉 430023)

1 前言

砌筑砂浆是将胶凝材料、细骨料和水按一定比例混合均匀搅拌形成的砂浆，主要用于砌筑墙体、基础、 烟囱以及地面构筑物，起粘结砌块和传递载荷的作用，是墙体结构的重要组成部分[1]。

膨润土是以蒙脱石为主的含水粘土矿，其主要成分为二氧化硅、三氧化二铝和水等化学组分组成。其中所含的Na2O和CaO含量对膨润土的物理化学性能和工艺技术性能影响颇大。按蒙脱石所含可交换阳离子种类、含量和结晶化学性质等，可将膨润土划分为钠基膨润土(碱性土)、钙基膨润土(碱性土)和天然漂白土(酸性土或酸性白土)三种。钠基膨润土是指其主要矿物蒙脱石层间主要交换阳离子碱性系数身的一种碱性土。其主要特性为：吸水速度快，但吸水率和膨胀倍数大；阳离子交换量高、在水介质中分散高，胶质价高，具有很高的使用价值和经济价值[2-3]。

建筑砂浆设计强度等级通常较低，普通砂装强度较易满足其要求[4-5]，但在和易性、保水性和施工性等方面存在缺陷，涂抹后容易开裂甚至剥落，不利于商品砂浆的推广及大规模使用。为了保证砂浆的和易性及保水性，需要加入必要的外加剂进行改善。钠基膨润土本身具有很好的吸水和保水性能，可将膨润土应用于增稠保水材料的配制[4-5]。

因此，本文重点研究了在普通水泥砂浆中掺入不同掺量比的钠基膨润土的改性水泥砂浆，研究钠基膨润土对新拌水泥砂浆湿密度、保水率、稠度和流动度等基本性能的影响，为制备高性能水泥基复合材料奠定了一定的基础。

2 实验部分

2.1 材料

水泥：采用P.O42.5普通硅酸盐水泥；

砂：普通标准砂；

拌合水：实验中的水全部取用自来水；

钠基膨润土：采用规格为300目的钠基膨润土。

2.2 制备

本试验为研究钠基膨润土不同掺量比对普通水泥砂浆拌合物基本性能的影响，分别按照不同掺量比(0-3.0%)制成钠基膨润土水泥砂浆拌合物。参照JGJ98-2000《砌筑砂浆配合比设计规程》，水泥砂浆配比为1∶2∶0.4(水泥∶砂∶水)，钠基膨润土掺量取水泥质量的0，0.5%，1.0%，1.5%，2.0%，2.5%，3.0%。

2.3 测试与表征

2.3.1 湿密度

2.3.2 保水性

2.3.3 稠度

参照《建筑砂浆基本性能试验方法标准》JGJT7中稠度试验方法，对钠基膨润土水泥砂浆拌合物稠度进行试验，记录砂浆稠度仪试锥的下沉深度h，即为钠基膨润土水泥砂浆拌合物的稠度值。

2.3.4 流动性

参照《水泥胶砂流动度测定方法》GB/T2419中流动度试验方法，对钠基膨润土水泥砂浆拌合物流动度进行试验，胶砂流动度是以胶砂在跳桌上按规定操作进行试验后，测量底部扩散直径D(mm)，以扩散直径大小D表示流动性好坏。

3 结果与讨论

3.1 钠基膨润土水泥砂浆拌合物湿密度

图1 钠基膨润土对水泥砂浆拌合物湿密度影响

由图1可以看出钠基膨润土对水泥砂浆湿密度的影响，随着钠基膨润土掺量的增加砂浆密度有所降低，但总体减小趋势不大，且保持在2000kg/m3-2500kg/m3之间。

3.2 钠基膨润土水泥砂浆拌合物保水性

图2 钠基膨润土对水泥砂浆保水性影响

由图2不难看出，随着钠基膨润土掺量的增加，砂浆保水性逐渐增大。其变化趋势为先增加后趋于稳定，且增加幅度不大，钠基膨润土掺量>1%后保水率增幅不大。

3.3 钠基膨润土水泥砂浆拌合物稠度

图3 钠基膨润土对新拌砂浆稠度影响

由图3中曲线走向显示：钠基膨润土对新拌水泥砂浆的稠度有影响，随着钠基膨润土掺量的增加，砂浆稠度降低。

3.4 钠基膨润土水泥砂浆拌合物流动度

图4 钠基膨润土对新拌砂浆流动度影响

由图4中流动度曲线走势可以看出，随着钠基膨润土掺量的增加，钠基膨润土水泥砂浆流动度减小，钠基膨润土掺量为0-1%范围，流动度减小幅度明显，掺量为1.5%-3%范围，流动度逐渐趋于稳定，整体趋势呈现降低的趋势。

3.5 微观结构研究

从图5中可知，空白样的水泥砂浆存在有大量的针状的钙矾石晶体存在。图6可以看出，在大量的水化产物中可以清晰的看到钙矾石晶体的存在，膨润土颗粒能较均匀的分散在水泥砂浆中，未见明显团聚等现象发生。

图5 空白样水泥砂浆SEM图

图6 钠基膨润土掺量3.0%水泥砂浆SEM图

3.6 结论

通过在水泥砂浆中掺入不同掺量比(0-3%)的钠基膨润土,研究了钠基膨润土对新拌水泥砂浆基本性能的影响，并采用SEM(电镜扫描)对其微观形貌进行观察分析，得出以下结论：

(1)随着钠基膨润土掺量的增加，新拌水泥砂浆的湿密度有所降低，但变化不明显；

(2)随着钠基膨润土掺量的增加，新拌水泥砂浆的稠度和流动度有所降低；

(3)随着钠基膨润土掺量的增加，砂浆的保水性逐渐增大，其变化趋势为先增加后趋于稳定。

(4)膨润土颗粒能较均匀地分散在水泥砂浆中，未见明显团聚现象发生。