摘 要

预拌砂浆的工业化生产是我国砂浆行业发展的必然趋势，而预拌砂浆中的湿拌砂浆因为其高效率，低污染等特点得到青睐。对于湿拌预拌砂浆而言，我们要保证砂浆在拌合后具有足够的时间来进行砂浆的运输、施工等。保水增稠剂作为预拌砂浆一种必不可少的外加剂，能够提高砂浆的保水能力和以及稠度，但砂浆的抗流挂性能等并不能够得到保证。

在本文中通过探究常用保水增稠剂羟丙基甲基纤维（HPMC）对砂浆的性能影响和增稠剂黄原胶与聚丙烯酰胺对砂浆性能的影响规律。试验发现，HPMC对砂浆具有较好的保水能力和增稠能力。但是由于HPMC的引气效应使砂浆含气量增大，对强度以及耐久性能等方面具有较大的影响。而黄原胶与聚丙烯酰胺作为增稠剂，能够起到提高砂浆的粘稠程度，增大砂浆的内聚力等。随后在保证HPMC掺量不变的情况下，通过调节聚丙烯酰胺与黄原胶的复掺比例，制备出一款复合型保水增稠剂，对机喷抹灰砂浆的保水性能以及抗流挂性能等工作性能方面有较大的提高。

试验表明，与单掺黄原胶或聚丙烯酰胺相比，添加了复合配比保水增稠剂的砂浆，其保水率提高了至少5%，尤其是A5组甚至提高了8%以上，优于单掺HPMC的砂浆，且具有适宜的保水能力，更好的抗流挂性能，更高的拉伸粘结强度等。

关键词：预拌砂浆；保水增稠剂；稠度；保水性；抗流挂性能

Abstract

Industrialized production of ready-mixed mortar is an inevitable trend in the development of China's mortar industry,and the wet mixed mortar in the ready-mixed mortar is favored because of its high efficiency and low pollution.For wet mix ready-mix mortar, we must ensure that the mortar has enough time for mortar transportation, construction, etc. after mixing.The water-retaining thickener is an essential admixture for the ready-mixed mortar and can improve the water-holding capacity and consistency of the mortar, but the sag resistance of the mortar cannot be guaranteed.

In this paper, the effect of the commonly used water-retaining thickener hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) on the performance of mortar and the influence of the thickener xanthan gum and polyacrylamide on the performance of the mortar are investigated.The test found that HPMC has better water retention and thickening ability for mortar.However, due to the air-entraining effect of HPMC, the gas content of the mortar increases, which has a great influence on the strength and durability.The xanthan gum and polyacrylamide as thickeners can increase the viscosity of the mortar and increase the cohesion of the mortar.Subsequently, under the condition that the HPMC dosage is not changed, a compound type water-retaining thickener is prepared by adjusting the compounding ratio of polyacrylamide and xanthan gum, and the water-retaining performance and anti-sagging of the machine-sprayed mortar are ensured. Performance and other aspects of work performance have been greatly improved.

Tests have shown that, compared with single-blended xanthan gum or polyacrylamide, the mortar with compounded water-retaining and thickening agent has increased the water retention rate by at least 5%, especially in the A5 group, and even improved by more than 8%. Single-mixed HPMC mortar with suitable water retention, better sag resistance, and higher tensile bond strength.

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2018年 5 月 31 日

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目录

第1章 绪论 1

1.1 预拌砂浆的发展状况 1

1.2预拌砂浆的发展问题 1

1.3 保水增稠剂的发展状况 2

第2章 试验材料及方法 4

2.1试验材料 4

2.1.1胶凝材料 4

2.1.2集料 4

2.1.3外加剂 5

2.2测试方法 5

2.2.1常规砂浆性能测试 5

2.2.2机喷抹灰砂浆的抗流挂性能测定方法 6

第3章 保水增稠剂对砂浆性能影响 9

3.1 HPMC对砂浆性能影响 9

3.1.1 实验结果及分析 9

3.1.2 HPMC综合性能分析 12

3.2 聚丙烯酰胺对砂浆性能影响 12

3.2.1 实验结果及分析 12

3.2.2 聚丙烯酰胺综合性能分析 15

3.3 黄原胶对砂浆性能影响 16

3.3.1 实验结果及分析 16

3.3.2 黄原胶综合性能分析 18

3.4 本章小结 19

第4章 复合型保水增稠剂研制 20

4.1 实验结果及分析 20

4.2 本章小结 26

第5章 全文总结 27

第1章 绪论

砂浆是一种在建筑行业中应用非常广泛的材料，从地面到墙面，从结构到装饰，无处不能见到它的身影。它是由无机胶凝材料、细集料和水依照一定的比例拌和而成的。砂浆一般不直接承受载荷，而是起到砌筑、抹面、粘结等作用。

传统砂浆，受到拌制环境的影响，会有许多不足。例如施工现场不可能洁净，故拌和是原料和大量杂质掺混在一起，配比也不够稳定，对周围环境造成污染。并且造成材料的浪费，以及机械施工的不便。对于砂浆本身而言，其保水性能差，泌水现象严重。由于传统砂浆的以上不足，预拌砂浆开始在市场中占据更多的份额。而保水增稠剂作为预拌砂浆中的重要组分，其配比对预拌砂浆的性能有着决定性的影响。

预拌砂浆的发展状况

预拌砂浆最初在欧洲开始发展，1893年法国最先开始生产干混砂浆，但是应用较少。直到20世纪50年代，为满足二战之后大量的建筑需求，干混砂浆在欧洲得到迅速的发展^[1]。1982年起美国也逐步进行了预拌砂浆的生产与应用^[2]。1984年，新加坡建立了首家生产商品砂浆的工厂，接着日本泰国、韩国、马来西亚等亚洲国家和地区都建立了大规模的专业预拌砂浆生产厂^[3]。

相较于外国，我国的预拌砂浆前期发展较为缓慢。20世纪80年代，我国才刚刚开始预拌砂浆的研究，预拌砂浆在我国的大规模应用，直到90年代末期才开始^[1]。1996年，由中国建筑科学研究院负责主编的《机械喷涂抹灰施工规程》，自1997年2月1日起施行。此规程规定了施工的设备、施工的工艺^[4]。至此，我国的预拌砂浆才逐步开始发展了起来。

2004 年实施的《关于限期禁止在城市城区现场搅拌混凝土的通知》明确城市城区禁止现场搅拌^[5]，这项规定的出台促进了预拌砂浆和预拌混凝土的发展。同年一月起，上海市开始把预拌砂浆的拌制及使用列入了文明施工的检查范畴内，这从某种程度上抑制了传统现场搅拌砂浆的使用。

2007年8月发布的国家标准JG/T230-2007《预拌砂浆》以及JGJ/T223-2010《预拌砂浆运用技术规程》等，给预拌砂浆的科研和推广指明方向，得到了各地的积极响应。据2007 年统计的数据显示，全国两万吨规模以上的预拌砂浆生产企业达196家，设计能力达2177.1万吨，实际产量为640.06 万吨，有预拌砂浆罐车252辆，移动筒仓646个^[1,6]。

然而预拌砂浆在我国的发展并不是一帆风顺。在“十二五”期间，预拌砂浆虽然作为散装水泥发展和应用规划中“三位一体”协同发展的重要环节，但是由于建筑市场不景气、“禁现”政策落实不到位等情况，加上地区经济发展不平衡，三四线城市经济条件不足、交通不便、监管松懈、经济与发展认知有限等原因，部分施工企业仍然抵触使用预拌砂浆，导致预拌砂浆整体产能过程，发展速度有所减缓，市场应用不容乐观^[7]。

1.2预拌砂浆的发展问题

预拌砂浆在我国的发展目前还有着大量的问题。早在20世纪90年代，在欧洲的一些发达国家砂浆的预拌使用率以及超过了90%，香港已开始全面使用预拌砂浆^[8]。而我国至今预拌砂浆使用率也依旧不高，主要有以下缺陷：

1.2.1 预拌砂浆发展缓慢的原因

1、生产力水平低下

在我国，预拌砂浆行业的门槛较低，使得许多小型作坊投入其中。而由于它们规模较小，且我国劳动力廉价，导致它们使用较简陋的机械或者手工制作预拌砂浆，不仅得到的产品质量差，而且效率极低。因此,我国的预拌砂浆工业无论是装备水平还是施工工艺都落后于国外发国家^[7]。

2、预拌砂浆价格偏高

一方面，由于预拌砂浆的生产水平低下，导致了预拌砂浆的价格偏高；另一方面，预拌砂浆企业配备成套先进的生产设备，生产运营需要承担场地、设备维护、原材料处理、税收等各方面的费用，同时为了保证产品质量掺入外加剂，导致预拌砂浆价格相对较高，有关数据显示，使用预拌砂浆比现场搅拌砂浆成本约提高了105元/m³ ，其中包括材料费增加约15元/m³ ，劳务、税金、税费、运费等约增加74元，工地间接费约16元^[9]。

3、产能发挥不足

我国预拌砂浆的发展及其不均衡。在经济发展最快的长江三角区、珠江三角区及渤海地区，分布了我国超过80%的预拌砂浆生产企业。从2005年我国预拌砂浆生产能力发挥情况看,全国设计生产能力为1854.75万吨,而实际只生产了406.62万吨,产能只发挥了22%^[10]。部分生产企业由于地区分布和运输成本的问题导致产能严重过剩，如广东省2015年产能利用率仅为25%^[9]。

4、社会认知度低

一方面由于预拌砂浆的价格偏高，许多企业不会选取预拌砂浆，使得它一直处于一种“新兴事物”的尴尬地位；另一方面，虽然政府出台了许多政策来促使预拌砂浆的发展，但是很多政策根本没有完全落实，就如“禁止现场搅拌”等要求，所以如今现场搅拌砂浆仍然大行其道，政府也没有足够力度的宣传。据有关部门调查显示，“政府支持力度不到位”是各地企业提及率最高的问题，提及率达到52.6%^[8]。现在预拌砂浆的发展空有政策而执行不足，它的发展依旧艰难。

1.2.2 发展缓慢的解决方法

要想解决预拌砂浆发展缓慢的问题，最简单的方法就是从价格和质量入手。为此，研究预拌砂浆中保水增稠剂的配比是一个有效的手段。截止2012年，国内只有上海建筑科学研究院在保水增稠材料方面的研究和应用取得了成功，但是掺量高而且价格较贵^[23]。因此，研制出新型合适配比的保水增稠剂，不但能提升预拌砂浆的性能，降低成本，还能推动预拌砂浆在国内的发展。

1.3 保水增稠剂的发展状况

保水增稠剂是预拌砂浆必不可少的外加剂组分之一，保水增稠剂主要分为有机和无机两大类。有机保水增稠主要分聚丙烯酰胺系、纤维素系和缔合型聚氨酯类；无机保水增稠剂主要有凹凸棒石、膨润土、硅酸铝、海泡石等。有机保水增稠剂和无机保水增稠剂各有特点。本文中将尝试通过不同保水增稠剂的优化配伍，使其更加适应于预拌砂浆之中。

对于保水增稠材料，目前应用最广的主要是纤维素醚，目前国内外大量学者研究了纤维素醚与机喷砂浆性能之间的关系。L.Schmitz 等通过试验探究认为纤维素醚除了起到保水增稠作用之外，还能够起到延缓水泥的水化动力过程。并且水化延迟的作用与掺量呈现正相关^[14-16]。另外，纤维素醚的结构也影响水泥的水化动力过程，主要是与纤维素醚中甲基的取代度有关。基于此研究基础上，J.Poulchez通过电导率测试研究了羟乙基纤维素醚（HEC）与水泥的水化动力过程的关系。并且也通过试验，再一次验证甲基的取代度与水泥的水化动力过程的关联性。北京科技大学的兰明章教授研究了不同粘度的羟丙基甲基纤维素醚（HPMC）对机喷砂浆的保水等性能的影响。认为羟丙基甲基纤维素醚（HPMC）掺量的增加会明显的降低水泥砂浆的力学性能和密度，并且有害孔和多害空的比例明显增加。重庆大学的张建新也指出，羟丙基甲基纤维素醚（HPMC）能够使砂浆泌水率和分层度减少，并且能够提高砂浆的粘聚性、抗流挂性、拉伸粘结强度。但是其对砂浆的抗压抗折强度有着负面的影响。但是羟丙基甲基纤维素醚（HPMC）的加入能够抑制砂浆塑形裂缝的形成，有效地降低砂的浆塑形开裂指数。可分散乳胶粉也是重要的砂浆外加剂之一，其功能主要是起到改善砂浆的柔韧性，降低砂浆的压折比，提高砂浆的粘结强度，使砂浆更适用于机械化施工。

纤维素醚是由天然的纤维素经过加工得到的，甲氧基(-OCH3)，羟丙氧基(-OCH2CH2CH2OH)等功能性集团取代纤维素分子之中的C-2、C-3、C-6和羟基(-OH)。在本文试验中所选取的羟丙基甲基纤维素醚就是将纤维素经过碱活化处理后与醚化剂氯甲烷和环氧丙烷进行醚化反应而成。其醚化反应就是将纤维素分子上面的羟基用氯甲烷提供的甲氧基和环氧丙烷提供的羟丙氧基进行取代生成羟丙基甲基纤维素醚（HPMC）。

水溶性黄原胶是一种生物聚合物，是假黄单孢菌发酵产生的一种单孢多糖。黄原胶的分子结构中具有一个类似于纤维的聚β-1,4-吡喃型葡萄糖的主链，其侧链为乙酸基团，黄原胶的分子量在2×10⁶~10⁷之间。黄原胶具有显著的触变性，对悬浮、分散、乳化等其稳定作用，此外具有增稠的性能，很小掺量的黄原胶溶于水溶液之中也具有很大的粘度，而且黄原胶具有剪切变稠的特性，即可以改善抹灰砂浆的抗流挂性。并且黄原胶有一个不同于纤维素醚额特点在于其良好的稳定性，能够适应不同酸碱度的环境，-18℃~80℃的温度范围。并且与高浓度的盐也能够很好的相容。此外，黄原胶与纤维素醚、淀粉、糊精等增稠剂也具有很好的相容性。

聚丙烯酰胺是丙烯酰胺单体在引发剂的作用下通过聚合反应得到的水溶性高分子聚合物。聚丙烯酰胺在水中溶解之后发生水解生成多电荷大分子量的离子，由于电荷之间的相互作用，使线团状的大分子变形为曲线状，从而增大了溶液的粘度，并且根据相关研究表明，适量的聚丙烯酰胺能够抑制砂浆的收缩，降低砂浆收缩率，有效的减少砂浆内部裂缝的产生。

可分散乳胶粉主要分为乙烯—醋酸乙烯和叔碳酸乙烯—醋酸乙烯两种，可分散乳胶粉最大的特点就是能够改善水泥砂浆与各种基材之间的拉伸粘结强度。更重要的是其耐久性良好，不受环境温度的大幅度变化的影响。

可分散乳胶粉在水泥浆体拌合后，被其中的碱水解释放出乙酸盐基团，这种基团能够与水泥砂浆中的Ca² 发生化学反应生成乙酸钙和聚乙烯醇。因为部分Ca² 被可分散乳胶粉所消耗，导致水泥硬化体内部的氢氧化钙显著减少。同时，可分散乳胶粉还与水泥成分经过化学反应生成了棒状钙矾石晶体等。可分散乳胶粉在水泥砂浆拌合过程中变成了聚合物乳液与水泥砂浆相混合。硬化后的水泥砂浆中可分散乳胶粉的颗粒能够提高水泥砂浆的柔韧性。即提高水泥砂浆的拉伸粘结强度。并且这种聚合物颗粒能够使硬化后的水泥砂浆内部颗粒间的自由程减少，这就从根本上抑制了砂浆在凝结硬化过程中裂缝的产生，从而使的抗折强度大幅提高，而抗压强度影响不大，从而使压折比减少，提高水泥砂浆的柔韧性。此外，掺有可分散乳胶粉的水泥砂浆在其砂浆界面处形成了一种聚合物膜，这种界面处的聚合物膜能够增强水泥砂浆和基体材料之中的拉伸粘结强度。

基于上述的分析，在本文中，配置了以羟丙基甲基纤维素醚和可分散乳胶粉为主，其他几种保水增稠外材料为辅配制而成的一种粉状复合型保水增稠剂。

1.4 实验内容及目标

1.4.1 实验内容

探究不同类型保水增稠剂对预拌砂浆的性能影响，并且通过测试验证其机理。分析不同类型保水增稠剂的优略势，通过多元复配提高预拌砂浆的综合性能，并且通过宏观、微观等测试技术验证多元复配后的优势。

1.4.2 实验目标

1．探究保水增稠剂对预拌砂浆工作性能的影响：主要包括稠度、流动度、粘度、分层度、保水率、表观密度、凝结时间等；力学性能：主要包括抗压抗折强度、拉伸粘结强度、收缩率、抗裂指数以及耐性能：主要包括：抗冻性、耐热性、耐碱性、抗渗系数等；

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