预拌砂浆生产原料及选用(5)

盐侵蚀性得到很大改善。矿渣粉砂浆的碱度降低，对预防和抑制碱-集料反应也是十分有利的。

2.3.4 硅灰

硅灰又称硅粉或硅烟灰，是从生产硅铁合金或硅钢等时所排放的烟气中收集到的颗粒极细的烟尘。

硅灰的主要成分是二氧化硅，一般占90%左右，绝大部分是无定形的氧化硅，其他成分如：氧化铁、氧化钙、氧化硫等一般不超过1%，烧失量约为1.5%?3%。

由于硅灰具有高比表面积，因而其需水量很大，将其作为活性细填料须配以减水剂，以保证砂浆的和易性。

硅灰用作活性细填料有以下几方面效果： (1)提高砂浆强度，配制髙强砂浆。

普通硅酸盐水泥水化后生成的Ca(OH)2约占体积的20%，硅灰能与该部分Ca(OH)2反应生成水化硅酸钙，均匀分布于水泥颗粒之间，形成密实的结构。由于硅灰细度细，活性高，掺加硅灰对砂浆早期强度没有不良影响。

(2)改善砂浆的孔结构，提高抗渗性、抗冻性及抗腐蚀性。掺入硅灰的砂浆，其总孔隙率虽变化不大，但其毛细孔会相应变小，大于0.1μm的大孔几乎不存在。因而掺入硅灰的砂浆抗渗性明显提髙，抗冻等级及抗腐蚀性也相应提高。

在国家标准《高强高性能混凝土用矿物外加剂》（GB/T 18736—2002）中，规定了硅灰的技术要求。硅灰的技术要求见表2-9。

表 2-9 硅灰的技术要求

序号 1 2 3 4 指 标 比表面积（m2/kg) 需水量比（%) 284活性指数（%） 含水量（%) 要 求 ≥15000 ≤125 ≥85 ≤3.0 序号 5 6 7 指 标 二氧化硅/% 氯离子含量/% 烧失量/% 要 求 ≥85 ≤0.02 ≤6 由于硅灰的细度大，活性高，用其拌制的砂浆的收缩值较大，在使用时需特别注意养护，以避免出现砂浆开裂。

目前市场上也存在一些用石英砂超细粉磨制备的“硅粉”，这种“硅粉”没有活性，属于惰性细填料，在使用时应注意两者之间的区别。

2.3.5 沸石粉

沸石粉是以天然沸石岩为原料，经破碎、磨细制成的，属于火山灰类材料的粉状物料。 天然沸石粉的矿物组成主要为沸石族矿物，这种矿物为骨架铝硅酸盐结构，其结构特征为：具有稳定的正四面体硅（铝）酸盐骨架；骨架内含有可交换的阳离子和大量的孔穴和通道，其直径为0.3~1.3nm，因此，具有很大的内比表面积；沸石结构中通常含有一定数量的水，这种水在孔穴和通道内可以自由进出，空气也可以自由进出这些孔穴和通道。

(1) 天然沸石粉在水泥基材料中的作用

尽管天然沸石粉与粉煤灰都是一种火山灰质材料，但是由于组成和结构的差异，在水泥基材料中表现出不同的行为，也将发挥不同的作用。

①天然沸石粉的需水行为和减水作用 影响矿物外加剂需水行为的三个基本要素：颗粒大小、颗粒形态和比表面积。颗粒大小决定其填充行为，影响填充水的数量；颗粒形态影响决定其润滑作用；比表面积决定其表面水的数量。

对于天然沸石粉，颗粒大小是由粉磨细度决定的。细度越高，越有利于填充在水泥颗粒堆积的空隙中，从而减少填充水的数量。天然沸石粉是通过粉磨而成的，具有不规则的颗粒形状，这种颗粒运动阻力较大，因此，不具有润滑作用。天然沸石粉具有很大的内比表面积，能吸附大量的水。由这三个基本要素来看，天然沸石粉不具有减水作用。将天然沸石粉磨得很细，可以更好地填充减少颗粒堆积的空隙，减少填充水量；但是，在提高细度的同时，也增大了比表面积，相应地增加了表面水量。这两个互为相反的作用常常是得不偿失， 因此，即使增大粉磨细度，也不能使天然沸石粉表现出减水作用。大量试验结果证明了这一点。非但如此，掺入天然沸石粉通常都使得需水量较大幅度地增加。

②天然沸石粉的活性行为和胶凝作用 天然沸石粉一般比粉煤灰等其他一些火山灰材料的活性行为和胶凝作用高。粉煤灰等一些工业废渣是经过高温煅烧的，它们的活性主要是由于保留了高温时的结构特征，使其处于高能量状态。而天然沸石粉是经过长期地质演变而形成的。尽管它也经过一个高温过程，但经过长期的地质演变，高温型的结构特征已经变得不明显，特别是玻璃体结构的无序化特征已经基本消失。天然沸石粉之所以具有较高的火山灰活性是因为在它的骨架内含有可交换的阳离子以及较大的内比表面积。结构中存在着活性阳离子是凝胶材料具有活性的一个本质因素。天然沸石粉结构中这些活性阳离子的存在，使得它具有较高的火山灰反应能力。同时，硅酸盐矿物的水化反应是一种固相反应，天然沸石粉结构中的孔穴为水和一些阳离子的进入提供了通道，而较大的内比表面积为水和阳离子提

供较多与固体骨架接触和反应的面，使反应能够较快地进行。由于这两个方面的因素，天然沸石粉常常表现出较高的活性。

③天然沸石粉的填充行为和致密作用 天然沸石粉的填充行为取决于它的细度。一般来说，天然沸石粉表现出较好的填充行为，能使硬化水泥石结构致密。

④天然沸石粉的稳定行为和益化作用在新拌混凝土中，由于天然沸石粉对水的吸附作用，使水不容易泌出，因而表现出较好的稳定行为。天然沸石粉具有较好的保水作用，这是天然沸石粉的一个重要特征，是其他矿物外加剂所不及的，以至于一些人把天然沸石粉看成是一种保水剂。此外，由于掺入天然沸石粉后，水泥浆较黏稠，增大了集料运动的阻力，因而有效地防止了离析。

天然沸石粉的稳定性为砂浆的均匀性提供了保证。在自流平的施工过程中，离析和泌水将导致各部位砂浆不均匀，上部可能水或水泥浆多一些，而下部则可能集料多一些。组成上的不均匀必然导致性能的不均匀。然而，天然沸石粉的稳定行为避免或减少了泌水，也就减少了这些缺陷形成的可能性。另一方面，天然沸石粉对砂浆干缩性能的影响，天然沸石粉表现出负效应。也就是说，掺入天然沸石粉使混凝土的干缩增大，其原因如下。

掺入天然沸石粉使砂浆用水量增加。用水量越大，砂浆的干缩也越大。由于天然沸石粉需水量较大，掺入天然沸石粉后砂浆的用水量增加，因而使得硬化砂浆的干缩增大。

较高的碱含量使硬化水泥石干缩增大。一些研究表明，硬化水泥石的干缩与碱含量有着密切的关系。当水泥石中碱含量增加时，其干缩变形也增大。天然沸石粉通常含碱量较高，因而掺入天然沸石粉使得水泥石中的碱含量增加，导致水泥石的收缩增大。

由上述分析可以看出，天然沸石粉与粉煤灰的差异主要表现在三个方面：一是它的火山灰活性通常比粉煤灰高；二是它的需水量也比粉煤灰高，但具有较强的保水作用；三是体积稳定性较差。这些差异必将对砂浆的性能产生一系列的影响，必须引起注意。

(2) 天然沸石粉的性能指标

在我国建筑工业行业标准JG6/T 3048—1998《混凝土和砂浆用天然沸石粉》中，对天然沸石粉提出了四项技术指标要求，即吸氨值、细度、水泥胶砂需水量比和水泥胶砂28天抗压强度比。这些指标要求在表2-10中给出。其中水泥胶砂28天抗压强度比也是采用固定加水量的方法。

表2-10 天然沸石粉的性能指标

技术指标 I 吸铵值(mmol/100g) 细度（%) 沸石粉水泥胶砂需水量比（%) 沸石粉水泥胶砂28d抗压强度比（%) ≥130 ≤4 ≤125 ≥75 质量等级 II ≥100 ≤10 ≤120 ≥70 III ≥90 ≤15 ≤120 ≥62 2.3.6 膨润土

膨润土的颗粒粒径是纳米级的，是亿万年前天然形成的，因此，国外有把膨润土称为天然纳米材料的。膨润土又叫蒙脱土，是以蒙脱土为主要成分的层状硅铝酸盐。膨润土的层间阳离子种类决定膨润土的类型，层间阳离子为Na时称钠基膨润土，为Ca时称钙基膨润土，为H时称氢基膨润土(活性白土)，为有机阳离子时称有机膨润土。

膨润土具有很强的吸湿性，能吸附相当于自身体积8~20倍的水而膨胀至30倍。在水介质中能分散成胶体悬浮液，并具有一定的黏滞性、触变性和润滑性，它和泥砂等的掺合物具有可塑性和黏结性，有较强的阳离子交换能力和吸附能力。膨润土素有“万能”黏土之称，广泛应用于冶金、石油、铸造、食品、化工、环保及其他工业部门。

膨润土为溶胀材料，其溶胀过程将吸收大量的水，使砂浆中的自由水减少，导致砂浆流动性降低，流动性损失加快；膨润土为类似蒙脱土的硅酸盐，主要具有柱状结构，因而其水解以后，在砂浆中可形成卡屋结构，增大砂浆的稳定性，同时其特有的滑动效应，在一定程度上提高砂浆的滑动性能，增大可泵型。

施工时需注意的问题：膨润土的加入具有必要性，但无需进行预水化处理，可直接加入砂浆中进行搅拌，简化施工工序。膨润土不管是预水化或未预水化，它对砂浆稳定性积极作用不变。但膨润土预水化足够的时间后，与之混合的水大部分已渗入其结构之中，而约束水，自由水减少，不利于流动性的增加；膨润土未经预水化时，虽然其与水相遇，就开始水解吸水，但这是一个较慢的过程，其水解时，一定时间内还不能将大量的自由水吸收而成为约束水，因而有更多的自由水在砂浆中存在，其砂浆流动性并不―定降低。

膨润土用于预拌砂浆，一般用量很小，起到优化配方作用，它对砂浆的防沉降有一定的帮助。

2.4 外加剂

添加剂是指可再分散乳胶粉（或乳液）、纤维、调凝剂、流化剂、调节砂浆体积变形剂以及憎水剂等能改变砂浆某些性能的少量物质的总称。添加剂赋予预拌砂浆特殊的性能，是区别于传统建筑砂浆的关键所在。

预拌砂浆中最关键的原材料是添加剂，虽然其掺量很少，但所起的作用却很大，它能显著改善砂浆的性能。例如，可以通过掺加可再分散乳胶粉使砂浆具有弹性，通过增加流化剂用量使地坪砂浆可以自由流淌，通过掺加纤维使砂浆表面裂缝大幅度减少等等。因此，现代砂浆技术的发展就是将各种添加剂经济合理地应用到预拌砂浆中，以满足现代建筑技术发展的需求。在预拌砂浆产品成本中，添加剂占了很大的比例，而最常用的添加剂如可再分散乳胶粉，价格较贵，导致预拌砂浆的成本大幅提高。因此，如何选用、选好添加剂，是预拌砂浆的核心，通过调配添加剂来改善预拌砂浆的性能，使之满足工程的需要。

在添加剂应用于预拌砂浆时，应充分注意的问题是，应整体考虑添加剂对砂浆性能的影响，不能仅考虑提高某一性能，而忽略了对其他性能的不利影响。例如，掺加可再分散乳胶粉可大大提高砂浆与基层的粘结性能，但胶粉会降低砂浆的耐水性。憎水剂可提高砂浆抵抗微压力水的能力，但憎水剂可能降低砂浆的粘结性。因此，在配制预拌砂浆产品时，我们应综合考虑各组分对砂浆各项性能指标的影响，通过试验确定经济合理、技术先进的砂浆配方。

2.4.1 可再分散乳胶粉

可再分散乳胶粉是将高分子聚合物乳液通过高温高压、喷雾干燥、表面处理等一系列工艺加工而成的粉状热塑性树脂材料，这种粉状的有机胶粘剂与水混合后，在水中能再分散，重新形成新的乳液，其性质与原来的共聚物乳液完全相同。

目前市场上常见的可再分散乳胶粉品种有：醋酸乙烯酯与乙烯共聚乳胶粉(EVA）、乙烯与氯乙烯及月桂酸乙烯酯三元共聚乳胶粉（E/VC/VL）、醋酸乙烯酯与乙烯及髙级脂肪酸乙烯酯三元共聚乳胶粉(VAC/E/VEOVA)醋酸乙烯酯与高级脂肪酸乙烯酯共聚乳胶粉（VAC/VEO/VA）、丙烯醋酯与苯乙烯共聚乳胶粉（A/S)、醋酸乙烯酯与丙烯酸酯及高级脂肪酸乙烯酯三元共聚乳胶粉(VAC/A/VEOVA)醋酸乙烯酯均聚乳胶粉（PVAC)、苯乙烯与丁二烯共聚乳胶粉（SBR）等。

前三种可再分散乳胶粉在全球市场上占有绝大多数份额（超过80%）。尤其是第一种醋酸乙烯酯与乙烯共聚乳胶粉在全球占有领先的地位，并代表了可再分散乳胶粉特征的技术特性。

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