本文介紹了建筑干混砂漿中常用外加劑的種類、性能的特點(diǎn)、作用機(jī)理、以及對(duì)干混砂漿產(chǎn)品性能的影響關(guān)系。重點(diǎn)探討了纖維素醚、淀粉醚等保水劑，可再分散乳膠粉以及纖維材料對(duì)干混砂漿性能的改善作用。
外加劑對(duì)建筑干混砂漿性能的改善具有關(guān)鍵性作用，但干混砂漿的加入使干混砂漿產(chǎn)品的材料成本明顯高于傳統(tǒng)砂漿，其在干混砂漿中占材料成本40%以上。目前，相當(dāng)一部分外加劑由國(guó)外制造商供應(yīng)，產(chǎn)品的參考用量也由供應(yīng)商提供。由此導(dǎo)致了干混砂漿產(chǎn)品成本居高不下，量大面廣的普通砌筑和抹灰砂漿推廣困難;高端市場(chǎng)產(chǎn)品由國(guó)外公司控制，干混砂漿生產(chǎn)廠商利潤(rùn)低，價(jià)格承受能力差;外加劑的應(yīng)用缺乏系統(tǒng)性、針對(duì)性研究，盲從國(guó)外配方。
基于以上原因，本文對(duì)常用外加劑的一些基本性能進(jìn)行分析與比較，并在此基礎(chǔ)上對(duì)應(yīng)用外加劑的干混砂漿產(chǎn)品性能進(jìn)行研究。
1保水劑
保水劑是改善干混砂漿保水性能的關(guān)鍵外加劑，也是決定干混砂漿材料成本的關(guān)鍵外加劑之一。
1羥丙基甲基纖維素醚(HPMC)
羥丙基甲基纖維素是堿纖維素與醚化劑在一定條件下反應(yīng)生成一系列產(chǎn)物的總稱。堿纖維素被不同的醚化劑取代而得到不同的纖維素醚。按取代基的電離性能，纖維素醚可分為離子型(如羧甲基纖維素)和非離子型(如甲基纖維素)兩大類。按取代基的種類，纖維素醚可分為單醚(如甲基纖維素)和混合醚(如羥丙基甲基纖維素)。按可溶解性不同，可分為水溶性(如羥乙基纖維素)和有機(jī)溶劑溶解性(如乙基纖維素)等，干混砂漿主要用水溶性纖維素，水溶性纖維素又分為速溶型和經(jīng)過(guò)表面處理的延遲溶解型。
纖維素醚在砂漿中的作用機(jī)理如下：
(1)羥丙基甲基纖維素易溶于冷水，熱水溶解會(huì)遇到困難。但它在熱水中的凝膠化溫度要明顯高于甲基纖維素。在冷水中的溶解情況，較甲基纖維素也有大的改善。
(2)羥丙基甲基纖維素的粘度與其分子量的大小有關(guān)，分子量大則粘度高。溫度同樣會(huì)影響其粘度，溫度升高，粘度下降。但其粘度高溫度的影響比甲基纖維素低。其溶液在室溫下儲(chǔ)存是穩(wěn)定的。
(3)羥丙基甲基纖維素的保水性取決于其添加量、粘度等，其相同添量下的保水率高于甲基纖維素。
(4)羥丙基甲基纖維素對(duì)酸、堿具有穩(wěn)定性，其水溶液在pH=2~12范圍內(nèi)非常穩(wěn)定?？列遭c和石灰水，對(duì)其性能也沒(méi)有太大影響，但堿能加快其溶解速度，并對(duì)粘度銷有提高。羥丙基甲基纖維素對(duì)一般鹽類具有穩(wěn)定性，但鹽溶液濃度高時(shí)，羥丙基甲基纖維素溶液粘度有增高的傾向。
(5)羥丙基甲基纖維素可與水溶性高分子化合物混用而成為均勻、粘度更高的溶液。如聚乙烯醇、淀粉醚、植物膠等。
(6)羥丙基甲基纖維素比甲基纖維素具有更好的抗酶性，其溶液酶降解的可能性低于甲基纖維素。
(7)羥丙基甲基纖維素對(duì)砂漿施工的粘著性要高于甲基纖維素。
2甲基纖維素(MC)
將精制棉經(jīng)堿處理后，以氯化甲烷作為醚化劑，經(jīng)過(guò)一系列反應(yīng)而制成纖維素醚。一般取代度為1.6~2.0，取代度不同溶解性也有不同。屬于非離子型纖維素醚。
(1)甲基纖維素可溶于冷水，熱水溶解會(huì)遇到困難，其水溶液在pH=3~12范圍內(nèi)非常穩(wěn)定。與淀粉、胍爾膠等以及許多表面活性劑相容性較好。當(dāng)溫度達(dá)到凝膠化溫度時(shí)，會(huì)出現(xiàn)凝膠現(xiàn)象。
(2)甲基纖維素的保水性取決于其添加量、粘度、顆粒細(xì)度及溶解速度。一般添加量大，細(xì)度小，粘度大，則保水率高。其中添加量對(duì)保水率影響最大，粘度的高低與保水率的高低不成正比關(guān)系。溶解速度主要取決于纖維素顆粒表面改性程度和顆粒細(xì)度。在以上幾種纖維素醚中，甲基纖維素和羥丙基甲基纖維素保水率較高。
(3)溫度的變化會(huì)嚴(yán)重影響甲基纖維素的保水率。一般溫度越高，保水性越差。如果砂漿溫度超過(guò)40℃，甲基纖維素的保水性會(huì)明顯變差，嚴(yán)重影響砂漿的施工性。
(4)甲基纖維素對(duì)砂漿的施工性和粘著性有明顯影響。這里的“粘著性”是指工人涂抹工具與墻體基材之間感到的粘著力，即砂漿的剪切阻力。粘著性大，砂漿的剪切阻力大，工人在使用過(guò)程中所需要的力量也大，砂漿的施工性就差。在纖維素醚產(chǎn)品中甲基纖維素粘著力處于中等水平。
3羥乙基纖維素(HEC)
由精制棉經(jīng)堿處理后，在丙酮的存在下，用環(huán)氧乙烷作醚化劑進(jìn)行反應(yīng)而制成。其取代度一般為1.5~2.0。具有較強(qiáng)的親水性，易于吸潮。
(1)羥乙基纖維素可溶于冷水中，熱水溶解較為困難。其溶液在高溫下穩(wěn)定，不具有凝膠性。在砂漿中高溫下可使用時(shí)間較長(zhǎng)，但保水性較甲基纖維素低。
(2)羥乙基纖維素對(duì)一般酸堿都具有穩(wěn)定性，堿能加快其溶解，并對(duì)粘度略有提高，其在水中分散性比甲基纖維素和羥丙基甲基纖維素略差。
(3)羥乙基纖維素對(duì)砂漿抗垂掛有好的性能，但對(duì)水泥的緩凝時(shí)間較長(zhǎng)。
(4)國(guó)內(nèi)一些企業(yè)生產(chǎn)的羥乙基纖維素，因含水量大，灰份高而導(dǎo)致其性能明顯低于甲基纖維素。
淀粉醚
用于砂漿中的淀粉醚是由一些多糖類的天然聚合物經(jīng)改性而成。如用馬鈴薯、玉米、木薯、瓜耳豆等。
1變性淀粉
由馬鈴薯、玉米、木薯等改性而成的淀粉醚，保水性明顯低于纖維素醚。因改性程度不同表現(xiàn)出對(duì)酸堿穩(wěn)定性不同。有些產(chǎn)品適用于石膏基砂漿中，又有些產(chǎn)品能用于水泥基砂漿中。砂漿中應(yīng)用淀粉醚主要是作為增稠劑，提高砂漿的抗流掛性，降低濕砂漿的粘著性，延長(zhǎng)開(kāi)放時(shí)間等。
淀粉醚經(jīng)常與纖維素一起使用，使這兩種產(chǎn)品性能與優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。由于淀粉醚產(chǎn)品比纖維素醚便宜許多，在砂漿中應(yīng)用淀粉醚，會(huì)帶來(lái)砂漿配方成本的明顯降低。
2瓜耳膠醚
瓜耳膠醚是由天然瓜耳豆經(jīng)改性而成的一種性能較為特殊的淀粉醚。主要由瓜耳膠與丙烯酸基官能團(tuán)發(fā)生醚化反應(yīng)，生成含有2-羥丙基官能團(tuán)結(jié)構(gòu)，是一種多聚半乳甘露糖結(jié)構(gòu)。
(1)與纖維素醚相比，瓜耳膠醚更容易溶于水。pH瓜耳膠醚的性能基本上沒(méi)有影響。
(2)在低粘度、少摻量的條件下，瓜耳膠可以等量取代纖維素醚，而具有相近的保水性。但稠度、抗垂掛性、觸變性等明顯改善。
(3)在高粘度、大摻量條件下，瓜耳膠不能代替纖維素醚，二者混合使用會(huì)產(chǎn)生更優(yōu)異的性能。
(4)瓜耳膠應(yīng)用于石膏基砂漿中可明顯降低施工時(shí)的粘著性，使施工更滑爽。對(duì)石膏砂漿的凝結(jié)時(shí)間和強(qiáng)度，無(wú)不利影響。
3改性礦物保水稠化劑
用天然礦物經(jīng)過(guò)改性和復(fù)配制成的保水稠化劑，在國(guó)內(nèi)已得到了應(yīng)用。用于配制保水稠化劑的主要礦物有：海泡石、膨潤(rùn)土、蒙脫石、高嶺土等，這些礦物通過(guò)偶聯(lián)劑等改性處理而具有一定的保水增稠性能。這類保水增稠劑應(yīng)用于砂漿具有以下幾個(gè)特點(diǎn)。
(1)可明顯改善普通砂漿性能，解決了水泥砂漿操作性差，混合砂漿強(qiáng)度低，耐水性差的問(wèn)題。
(2)可配制出用于一般工業(yè)與民用建筑不同強(qiáng)度等級(jí)的砂漿產(chǎn)品。
(3)材料成本明顯低于纖維素醚和淀粉醚。
(4)保水性低于有機(jī)保水劑，所配制砂漿的干燥收縮值較大，粘結(jié)性降低。
可再分散型聚合物膠粉
可再分散型膠粉由特制聚合物乳液經(jīng)過(guò)噴霧干燥加工而成。在加工過(guò)程中，保護(hù)膠體、抗結(jié)硬劑等成為不可缺少的助劑。經(jīng)過(guò)干燥后的膠粉是一些聚集在一起的80~100mm的球形顆粒。這些顆?？扇苡谒?，并形成比原來(lái)乳液顆粒略大的穩(wěn)定分散液，這種分散液失水干燥后會(huì)成膜，這種膜和一般乳液成膜一樣不可逆，遇水不會(huì)再分散成為分散液。
可再分散型膠粉可分為：苯乙烯一丁二烯共聚物、叔碳酸乙烯共聚物、乙烯一醋酸乙酸共聚物等，并以此為基礎(chǔ)接枝有機(jī)硅、月桂酸乙烯等改善性能。不同的改性措施使可再分散膠粉具有耐水、耐堿、耐侯以及柔性等不同的性能。含有月桂酸乙烯和有機(jī)硅，可使膠粉具有良好的疏水性。高度支鏈化的叔碳酸乙烯酯，具有較低的Tg值，很好的柔性。
這幾種膠粉應(yīng)用于砂漿中，均對(duì)水泥的凝結(jié)時(shí)間有延緩作用，但比直接應(yīng)用同類乳液的延緩作用小。相比而言，苯乙烯一丁二烯的延緩作用最大，乙烯—醋酸乙烯的延緩作用最小。若摻量太小對(duì)砂漿性能的改善作用不明顯
纖維材料
木纖維
木纖維是以植物為主要原料，采用一系列技術(shù)加工而成，其性能不同于纖維素醚。主要性能有：
(1)不溶于水和溶劑，也不溶于弱酸和弱堿溶液
(2)應(yīng)用于砂漿中，在靜止?fàn)顟B(tài)下會(huì)搭接成三維立體結(jié)構(gòu)，增加砂漿觸變性和抗垂性，改善施工性。
(3)由于木纖維所具有的三維立體結(jié)構(gòu)，在所拌砂漿中具有“鎖水”性能，砂漿中水份不會(huì)輕易被吸收或移走。但其不具有纖維素醚的高保水性。
(4)木纖維所具有的良好毛細(xì)管效應(yīng)，在砂漿中具有“導(dǎo)水”功能，使砂漿表面和內(nèi)部水份含量趨于一致，從而減少因不均勻收縮而產(chǎn)生的裂縫。
(5)木纖維能減小砂漿硬化體的變形應(yīng)力，減輕砂漿收縮開(kāi)裂的發(fā)生。
(6)木纖維在砂漿中長(zhǎng)期性能變化規(guī)律，尚不清楚。
聚丙烯纖維
聚丙烯纖維是以聚丙烯為原料加適入適量改性劑制成。纖維直徑一般為40微米左右，抗拉強(qiáng)度300~400mpa，彈性模量≥3500mpa，極限延伸率15~18%，其性能特點(diǎn)：
(1)聚丙烯纖維在砂漿中呈均勻三維亂向分布，形成網(wǎng)絡(luò)加強(qiáng)體系。若每噸砂漿中摻入1kg重的聚丙烯纖維，則可得到3000萬(wàn)根以上的單絲纖維。
(2)砂漿中加入聚丙烯纖維，可以有效減少砂漿在塑性狀態(tài)的收縮裂縫。不論這些裂縫是可見(jiàn)的還是不可見(jiàn)的。并能明顯減少新拌砂漿的表面泌水與集料沉降。
(3)對(duì)于砂漿硬化體，聚丙烯纖維可以顯著降低變形裂縫的數(shù)量。即當(dāng)砂漿硬化體因變形產(chǎn)生應(yīng)力時(shí)能夠抵抗和傳遞應(yīng)力，當(dāng)砂漿硬化體產(chǎn)生裂縫時(shí)，能夠鈍化裂縫尖端的應(yīng)力集中，約束裂縫擴(kuò)展。
(4)聚丙烯纖維在砂漿生產(chǎn)中的高效分散，會(huì)成為一個(gè)難題?；旌显O(shè)備、纖維品種與摻量，砂漿配比以及其工藝參數(shù)都將成為影響分散性的重要因素。
塑性減水劑
塑性減水劑是水泥混凝土中用量最大的外加劑。幾乎所有的減水劑都是由表面活性物質(zhì)組成，減水劑的性能由其所采用的表面活性物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)與水泥顆粒之間產(chǎn)生的界面作用決定。由于水泥顆粒在水化過(guò)程中帶有不同極性而相互吸引，包裹了許多拌合水而產(chǎn)生絮凝結(jié)構(gòu)。使用中為了達(dá)到滿意的施工性能往往需要加入更多的水，使硬化體強(qiáng)度等性能降低。減水劑加入水泥漿后，其疏水基團(tuán)定向吸附在水泥顆粒表面帶有同號(hào)電性，增大了水泥顆粒表面的ζ電位，使顆粒之間因同性靜電而相斥，破壞了水泥顆粒的絮凝結(jié)構(gòu)，使水泥顆粒得到了有效分散，釋放出絮凝結(jié)構(gòu)中的游離水，達(dá)到減水的目的。
木質(zhì)素減水劑
木質(zhì)素減水劑通常由亞硫酸法生產(chǎn)紙漿的付產(chǎn)品制得。一般包括木鈣、木鈉與木鎂三種，常用木鈣和木鈉即木質(zhì)素磺酸鈣和木質(zhì)素磺酸鈉，通常呈粉末狀。
木質(zhì)素減水劑一般減水率為10~15%，摻量為0.2~0.3%。對(duì)水泥有緩凝作用，若摻量過(guò)大會(huì)引起水泥不凝固，對(duì)水泥砂漿有引氣作用。
木質(zhì)素減水劑摻量小，價(jià)格低，適用于減水率要求低的砂漿。與高效減水劑配合使用會(huì)取得更好的效果。
蔡系減水劑
萘系減水劑是采用工業(yè)萘、甲醛和濃硫酸和液堿為主要原料在一定反應(yīng)條件下制備而成，主要成份為萘磺酸甲醛縮合物。通常以液態(tài)或粉狀形式作為最終產(chǎn)品，是目前應(yīng)用量最大的減水劑之一。粉狀產(chǎn)品摻量一般為水泥重量0.5~1.0%，減水率可達(dá)20%左右。
砂漿中摻入該堿水劑可明顯提高強(qiáng)度，對(duì)凝結(jié)時(shí)間略有延長(zhǎng)，并能改善水泥及其他外加劑在砂漿中分散性，明顯提高砂漿的施工性、抗?jié)B性、抗凍性、抗化學(xué)侵蝕性、減少收縮率。在水泥砂漿中，因減水率高、價(jià)格適中而廣泛應(yīng)用。但該減水劑用于石膏基砂漿中，減水效果不明顯。
超塑化劑
超塑化劑即高效減水劑，減水率一般可達(dá)到30%以上。粉狀超塑化劑一般用于特種干混砂漿，如地面自流平劑、灌漿料以及耐火澆注料等產(chǎn)品。
引氣劑
引氣劑是一種通過(guò)物理方法使新拌砼或砂漿中形成穩(wěn)定氣泡的表面活性劑。主要有：松香及其熱聚物類、非離子型表面活性劑類、烷基苯磺酸鹽類、木質(zhì)素磺酸鹽類、羧酸及其鹽類等幾種。
引氣劑常被用來(lái)配制抹灰砂漿與砌筑砂漿。由于引氣劑的加入，會(huì)帶來(lái)砂漿性能一些變化。
(1)由于氣泡引入增加新拌砂漿的合易性和施工性，減少泌水。
(2)單純用引氣劑會(huì)降低砂漿中的強(qiáng)度和彈性模具。若引氣劑與減水劑共同使用，且適當(dāng)配比，強(qiáng)度值可不降低。
(3)能顯著提高砂漿硬化體的抗凍性并改善砂漿的抗?jié)B性，提高砂漿硬化體的抗侵蝕性。
(4)引氣劑帶來(lái)砂漿含氣量的增加會(huì)增加砂漿的收縮，通過(guò)減水劑的加入可使收縮值得適當(dāng)降低。
由于引氣劑加入量非常少，一般僅占膠凝材料總量萬(wàn)分之幾，必須保證在砂漿生產(chǎn)時(shí)精確計(jì)量、均摻入;攪拌方式、攪拌時(shí)間等因素會(huì)嚴(yán)重影響引氣量。因此，在目前國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)與施工條件下，砂漿中加入引氣劑一定要進(jìn)行大量的試驗(yàn)工作。
早強(qiáng)劑
用于提高砼和砂漿的早期強(qiáng)度，常用硫酸鹽類早強(qiáng)劑，主要有硫酸鈉、硫代硫酸鈉、硫酸鋁及硫酸鉀鋁等。
一般無(wú)水硫酸鈉的應(yīng)用較多，其摻量較低早強(qiáng)效果好，但摻量太大時(shí)會(huì)引起后期膨脹開(kāi)裂，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生返堿，影響外觀和表面裝飾層效果。
甲酸鈣也是一種很好的防凍劑，其早強(qiáng)效果好，付作用少，與其他外加劑相容性好，許多性能優(yōu)于硫酸鹽類早強(qiáng)劑，但價(jià)格較高。
防凍劑
如果在負(fù)溫下使用砂漿，若不采取防凍措施將會(huì)發(fā)生凍害，破壞硬化體的強(qiáng)度。防凍劑從防止結(jié)凍和提高砂漿早期強(qiáng)度二個(gè)途徑防止凍害的發(fā)生。
在常用的防凍劑中，在亞硝酸鈣和亞硝酸鈉的防凍效果最好。亞硝酸鈣由于不含鉀、鈉離子用于混凝土可減少堿骨料的發(fā)生，但用于砂漿時(shí)工作性略差，亞硝酸鈉則具有較好的工作性。防凍劑與早強(qiáng)劑和減水劑復(fù)合使用，可得到滿意的使用效果。應(yīng)用防凍劑的干混砂漿在超低負(fù)溫下使用時(shí)，應(yīng)適當(dāng)提高拌和物溫度，比如用溫水拌和。
防凍劑用量過(guò)大會(huì)降低砂漿后期強(qiáng)度，砂漿硬化體表面會(huì)出現(xiàn)返堿等問(wèn)題，影響外觀和表面裝飾層效果。
小結(jié)
隨著我國(guó)建筑干混砂漿行業(yè)的快速發(fā)展，外加劑對(duì)干混砂漿成本的制約作用會(huì)逐漸降低。纖維素醚供應(yīng)的國(guó)產(chǎn)化、使纖維素醚價(jià)格連續(xù)走低。淀粉醚、稠化粉等低價(jià)格保水增稠材料的成功應(yīng)用，顯著降低了普通干混砂漿的材料成本。可再分散膠粉國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程的加快，可能打破由國(guó)外供應(yīng)商控制我國(guó)膠粉市場(chǎng)的局面。這些都預(yù)示著外加劑對(duì)干混砂漿材料成本的制約瓶頸會(huì)很快突破。但是，目前對(duì)外加劑在干混砂漿中的應(yīng)用缺乏系統(tǒng)性研究。不同種類的外加劑對(duì)不同干混砂漿產(chǎn)品的針對(duì)性不強(qiáng)，一些外加劑(如纖維素醚)沒(méi)有針對(duì)在干混砂漿中的應(yīng)用特點(diǎn)提出自身性能指標(biāo)，而是輕工、化工行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)外加劑在干混砂漿硬化體的作用機(jī)理研究較少。這無(wú)疑會(huì)影響外加劑在干混砂漿中的合理、高效使用。因此，應(yīng)根據(jù)我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、墻體材料特點(diǎn)、氣候特點(diǎn)、施工水平等系統(tǒng)研究外加劑在干混砂漿產(chǎn)品中的應(yīng)用技術(shù)。
