开放时间调节剂对湿拌砂浆性能的影响

张小芳，钟丽娜，方云辉，柯余良，郭元强

（科之杰新材料集团有限公司，福建 厦门 361100）

基于贯彻绿色发展理念，遵循节能生态、绿色、环保的现代化城市建设发展模式，依据生态文明城市建设的要求，落实《中共中央、国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》（中发[2016]6号文）的精神。禁止现场搅拌砂浆，推广预拌砂浆，已经成为业内共识和行业政策。其中，湿拌砂浆作为预拌砂浆的一种类别，为提升建筑品质、降低成本、提高效率、减少环境污染、综合利用资源、推广绿色建筑方面提供了重要保证。

湿拌砂浆是指水泥、细集料、外加剂和水以及根据性能确定的各种组分，按一定的比例，在搅拌站经过计量、拌制后，采用搅拌运输车运至使用地点，放入专用容器储存，并在规定的时间内使用完毕的拌合物[1]。湿拌砂浆开放时间，是指自砂浆加水搅拌起，拌合物保持可操作性、可施工性的时间。而不掺加外加剂的湿拌砂浆开放时间一般为2～5 h，远远不能满足施工的要求，是制约其快速发展的技术瓶颈。目前市面上湿拌砂浆外加剂存在开放时间不足、可施工性差、砂浆后期强度损失较大的缺点[2]。因此，市场上也纷纷出现了开放时间调节剂产品，它是一种能延长调节水泥水化反应，调节砂浆凝结时间的外加剂，使湿拌砂浆运输到工地之后能保持一定时间的施工性，同时施工后的砂浆能尽快凝结硬化，能很好地满足施工进度的需要。但现阶段对于开放时间调节剂对湿拌砂浆性能会产生哪些影响，尚未见相关的报道。

本文选择市场上4种类型的开放时间调节剂：多羟基碳水化合物类、有机磷酸类、胺类聚合物类、羧酸盐类，研究不同类型产品对湿拌砂浆稠度损失、保水性能、28 d抗压强度、14 d拉伸粘结强度比等的影响，并对相应试样进行SEM微观分析，可为开放时间调节剂的推广应用提供指导。

1 试验

1.1 试验材料

水泥：P·I 42.5基准水泥，其主要化学成分和物理力学性能如表1和表2所示；砂：符合GB/T 14684—2011《建设用砂》中2区天然砂的规定，细度模数为2.6～2.8，含泥量不大于1.0%；水：符合JGJ 63—2006《混凝土用水标准》的规定；开放时间调节剂：浓度20%的多羟基碳水化合物类（K-1）、有机磷酸类（K-2）、胺类聚合物类（K-3）和羧酸盐类（K-4），市售。

表1 水泥的主要化学成分 %

表2 水泥的物理力学性能

1.2 试验方法

（1）湿拌砂浆的胶砂比为1∶4，调整用水量使砂浆的稠度为80～90 mm。

（2）将开放时间调节剂配制成浓度20%的溶液，掺量按厂家推荐掺量（0～1.6%）进行试验。

1.3 测试与表征

（1）湿拌砂浆的稠度、保水率、抗压强度、14 d拉伸粘结强度和含气量测试：按JGJ/T 70—2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》的规定进行。

（2）SEM分析：将开放时间调节剂按照水胶比为0.3制成水泥净浆，采用20 mm×20 mm×20 mm的试模成型，制备净浆测试试样，标准水养至28 d，破碎取中间部分留样，用无水乙醇进行终止水化，烘干，进行SEM分析。

2 结果与讨论

2.1 开放时间调节剂种类对湿拌砂浆稠度损失率的影响

为了研究掺不同开放时间调节剂湿拌砂浆在不同开放时间的稠度损失率，选择4种开放时间调节剂掺量均为0.8%，测试开放时间分别为0、6、8、10、12 h时的稠度损失率，并与空白样进行对比，结果如图1所示。

图1 开放时间调节剂种类对湿拌砂浆稠度损失率的影响

由图1可知，空白样在4 h后的稠度损失率≥30%，失去施工性能；而掺入开放时间调节剂后，在6 h内稠度损失率变化不大，在8～12 h出现突变，随着存放时间延长，稠度损失率增大，在10 h内稠度损失率≤30%。因此，以下对不同掺量的开放时间调节剂在10 h的稠度损失率进行研究。

2.2 开放时间调节剂掺量对湿拌砂浆10 h稠度损失率的影响

选择4种开放时间调节剂掺量分别为0、0.4%、0.8%、1.2%和1.6%进行对比试验，以确定在不同掺量下开放时间为10 h时是否具有可施工性能，结果如图2所示。

图2 开放时间调节剂掺量对湿拌砂浆10 h稠度损失率的影响

由图2可知，随着开放时间调节剂掺量的增加，稠度损失率逐渐减小，在0.4%～1.6%掺量范围，稠度均能满足施工要求。其中以K-1最佳，在0.4%～1.6%掺量范围内稠度损失率均＜25%；其次是K-4，在0.8%～1.6%掺量范围内稠度损失率均＜25%，而K-2和K-3的性能较差，需在掺量≥1.2%时，稠度损失率才能达到＜25%。由此可见，含多羟基碳水化合物类更能延缓水泥水化，减少砂浆稠度损失。

2.3 开放时间调节剂种类对湿拌砂浆保水性能的影响

砂浆保水性是指砂浆保持水分的能力。保水性不良的砂浆在使用过程中会出现泌水、流浆，使砂浆与基底粘结不牢，且由于失水影响砂浆正常的粘结硬化，使砂浆的强度降低，不利于施工。为了研究不同开放时间调节剂对砂浆保水性能的影响，选择4种开放时间调节剂掺量为0.8%，测试初始和10 h保水性能，并与空白样进行对比，试验结果如图3所示。

图3 开放时间调节剂种类对湿拌砂浆初始和10 h保水率的影响

由图3可知，相比空白样，掺入4种开放时间调节剂后均能提高湿拌砂浆的保水率，但保水率均小于88%；相比初始保水率，10 h保水率均有所增大，4种开放时间调节剂的保水性能顺序为：K-1＞K-3≈K-4＞K-2。其中，多羟基碳水化合物类样品K-1的保水率最佳，且未出现泌水现象。由此可见，掺入开放时间调节剂可以提高砂浆的保水率，但未能满足施工要求，建议使用开放时间调节剂时应与增稠剂复配使用，提高保水性能。

2.4 开放时间调节剂掺量对湿拌砂浆28 d抗压强度的影响

为了研究不同掺量的开放时间调节剂对湿拌砂浆28 d抗压强度的影响，将4个样品各选择0、0.4%、0.8%、1.2%和1.6%掺量进行试验，结果如图4所示。

图4 开放时间调节剂掺量对湿拌砂浆28 d抗压强度的影响

由图4可知，随着开放时间调节剂掺量增大，湿拌砂浆28 d强度先略有增大，在掺量大于0.8%时，增大较不明显。对比4个样品的28 d抗压强度顺序为：K-1＞K-4＞K-3＞K-2，由此可见，掺多羟基碳水化合物类开放时间调节剂的湿拌砂浆28 d抗压强度最高。

2.5 开放时间调节剂种类和掺量对湿拌砂浆14 d拉伸粘结强度比的影响（见图5）

图5 开放时间调节剂种类和掺量对湿拌砂浆14 d拉伸粘结强度比的影响

由图5可知，掺入4种开放时间调节剂后均能提高湿拌砂浆的14 d拉伸粘结强度比，随着开放时间调节剂掺量增加，掺K-1和K-4湿拌砂浆的14 d拉伸粘结强度比逐渐增大；而掺K-2和K-3的湿拌砂浆则随掺量的增加呈先增大后减小，当掺量为1.2%时，14 d拉伸粘结强度比最大。掺4种开放时间调节剂砂浆的14 d拉伸粘结强度比顺序为：K-1＞K-4＞K-2≈K-3。由此可见，掺多羟基碳水化合物类开放时间调节剂K-1的湿拌砂浆14 d拉伸粘结强度比最大。

2.6 SEM微观分析

图6为4种开放时间调节剂掺量均为0.8%及空白水泥净浆水化7 d时的SEM照片。

由图6可以看出：在水化7 d时，空白样品的结构较为疏松，孔隙较多，出现较多短柱状的钙矾石AFt和网状的C-SH凝胶，说明水泥颗粒表面的水化产物已经形成，但是未能看见较为明显的特征水化产物，由此推断水化程度较低；而掺入开放时间调节剂后有大量的C-S-H凝胶和钙矾石生成，浆体结构相对更加密实，宏观表现为湿拌砂浆强度显著提高。其中，掺K-1的样品还可明显看到出现了板状结构的硫酸铝钙AFm，而其它样品则较少，这也是掺K-1砂浆28 d抗压强度相对最高的原因。

图6 开放时间调节剂掺量均为0.8%及空白水泥净浆水化7 d时的SEM照片

3 结论

（1）掺入开放时间调节剂K-1、K-2、K-3、K-4均能减小湿拌砂浆的稠度损失。在6 h内稠度损失率变化不大，在8 h到12 h出现突变，4种开放时间调节剂掺量为0.8%时，10 h内湿拌砂浆的稠度损失率均≤30%，因此确定开放时间考察时间为10 h。

（2）通过考察不同掺量开放时间调节剂对湿拌砂浆10 h稠度损失率的影响可知，多羟基碳水化合物类样品K-1的性能最佳，其次为K-4，最后是K-2和K-3。

（3）掺入4种开放时间调节剂均能提高湿拌砂浆的保水率，10 h后保水率均较初始保水率有所增大，但掺量为0.8%时保水率均小于88%，因此单独使用开放时间调节剂不能满足施工要求。4个样品的保水性能排序为：K-1＞K-3≈K-4＞K-2。

（4）掺入4种开放时间调节剂均能提高湿拌砂浆的28 d抗压强度和14 d拉伸粘结强度比，其中以掺K-1砂浆的性能最佳。

（5）SEM分析表明，掺入开放时间调节剂能使湿拌砂浆体系浆体结构相对更加密实，因此强度得到显著提高。