纖維素醚、淀粉醚等外加劑對建筑干混砂漿性能的改善具有關(guān)鍵性作用，在干混砂漿中占材料成本40%以上。目前，國內(nèi)市場外加劑主要由國產(chǎn)外加劑以及一部分國外制造產(chǎn)品供應(yīng)，干混砂漿產(chǎn)品成本浮動較大，量大面廣的普通砌筑和抹灰砂漿推廣困難。高端市場產(chǎn)品由國外公司控制，干混砂漿生產(chǎn)廠商利潤低，價格承受能力差;外加劑的應(yīng)用缺乏系統(tǒng)性、針對性研究，。

　　基于以上原因，本文對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)上對應(yīng)用外加劑的干混砂漿產(chǎn)品性能進(jìn)行研究。

　　一、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.纖維素醚

　　纖維素醚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)砂漿內(nèi)的纖維素醚在水中溶解后，由于表面活性作用保證了膠凝材料在體系中有效地均勻分布，而纖維素醚作為一種保護(hù)膠體，“包裹”住固體顆粒，并在其外表面形成一層潤滑膜，使砂漿體系更穩(wěn)定，也提高了砂漿在攪拌過程的流動性和施工的滑爽性。

　　(2)纖維素醚溶液由于自身分子結(jié)構(gòu)特點，使砂漿中的水分不易失去，并在較長的一段時間內(nèi)逐步釋放，賦予砂漿良好的保水性和工作性。

　　甲基纖維素

　　將精制棉經(jīng)堿處理后，以氯化甲烷作為醚化劑，經(jīng)過一系列反應(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，會出現(xiàn)凝膠現(xiàn)象。

　　(2)甲基纖維素的保水性取決于其添加量、黏度、顆粒細(xì)度及溶解速度。一般添加量大，細(xì)度小，黏度大，則保水率高。其中添加量對保水率影響最大，黏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40℃，甲基纖維素的保水性會明顯變差，嚴(yán)重影響砂漿的施工性。

　　(4)甲基纖維素對砂漿的施工性和黏結(jié)性有明顯影響。這里的“黏結(jié)性”是指工人涂抹工具與墻體基材之間感到的黏結(jié)力，即砂漿的剪切阻力。黏著性大，砂漿的剪切阻力大，工人在使用過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)品中甲基纖維素黏結(jié)力處于中等水平。

　　羥丙基甲基纖維素

　　羥丙基甲基纖維素是近年來產(chǎn)量、用量都在迅速增加的纖維素品種。是由精制棉經(jīng)堿化處理后，用環(huán)氧丙烷和氯甲烷作為醚化劑，通過一系列反應(yīng)而制成的非離子型纖維素混合醚。取代度一般為1.2~2.0.其性質(zhì)受甲氧基含量和羥丙基含量的比例不同而有差別。

　　(1)羥丙基甲基纖維素易溶于冷水，熱水溶解會遇到困難。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黏度與其分子量的大小有關(guān)，分子量大則黏度高。溫度同樣會影響其黏度，溫度升高，黏度下降。但其黏度高溫度的影響比甲基纖維素低。其溶液在室溫下儲存是穩(wěn)定的。

　　(3)羥丙基甲基纖維素的保水性取決于其添加量、黏度等，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，對其性能也沒有太大影響，但堿能加快其溶解速度，并對黏度稍有提高。羥丙基甲基纖維素對一般鹽類具有穩(wěn)定性，但鹽溶液濃度高時，羥丙基甲基纖維素溶液黏度有增高的傾向。

　　(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、黏度更高的溶液。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砂漿施工的黏結(jié)性要高于甲基纖維素。

　　羥丙基纖維素

　　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間較長，但保水性較甲基纖維素低。

　　(2)羥乙基纖維素對一般酸堿都具有穩(wěn)定性，堿能加快其溶解，并對黏度略有提高，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)羥乙基纖維素對砂漿抗垂掛有好的性能，但對水泥的緩凝時間較長。

　　(4)國內(nèi)一些企業(yè)生產(chǎn)的羥乙基纖維素，因含水量大，灰分高而導(dǎo)致其性能明顯低于甲基纖維素。

　　羧甲基纖維素

　　由天然纖維(棉、等)經(jīng)過堿處理后，用一氯醋酸鈉作為醚化劑，經(jīng)過一系列反應(yīng)處理而制成離子型纖維素醚。其取代度一般為0.4~1.4，其性能受取代度影響較大。

　　(1)羧甲基纖維素吸濕性較大，一般條件儲存會含有較大水分。

　　(2)羧甲基纖維素水溶液不會產(chǎn)生凝膠，隨溫度升高而黏度下降，溫度超過50℃時，黏度不可逆。

　　(3)其穩(wěn)定性受pH影響較大。一般可用于石膏基砂漿中，不能用于水泥基砂漿中。在高堿性時，會失去黏度。

　　(4)其保水性遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于甲基纖維素。對石膏基砂漿有緩凝作用，并降低其強(qiáng)度。但羧甲基纖維素價格明顯低于甲基纖維素。

　　2.羥丙基淀粉醚

　　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。

　　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，降低濕砂漿的黏結(jié)性，延長開放時間等。

　　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，會帶來砂漿配方成本的明顯降低。

　　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有影響。

　　(2)在低黏度、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)在高黏度、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的黏結(jié)性，使施工更滑爽。對石膏砂漿的凝結(jié)時間和強(qiáng)度，無不利影響。

　　(5)瓜耳膠應(yīng)用于水泥基砌筑和抹灰砂漿中可等量替代纖維素醚，并賦予砂漿更好的抗垂掛性、觸變性和施工的滑爽性。

　　(6)瓜耳膠還可用于瓷磚黏結(jié)劑、地面自流平劑、耐水膩子、墻體保溫用聚合物砂漿等產(chǎn)品中。

　　(7)由于瓜耳膠價格明顯低于纖維素醚，砂漿中使用瓜耳膠會帶來產(chǎn)品配方成本的明顯降低。

　　改性礦物保水稠化劑

　　用天然礦物經(jīng)過改性和復(fù)配制成的保水稠化劑，在國內(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、膨潤土、蒙脫石、高嶺土等，這些礦物通過偶聯(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特點。

　　(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，黏結(jié)性降低。

　　二、纖維材料

　　1.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，砂漿中水分不會輕易被吸收或移走。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)部水分含量趨于一致，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，減輕砂漿收縮開裂的發(fā)生。

　　(6)木纖維在砂漿中長期性能變化規(guī)律，尚不清楚。

　　2.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300mpa~400mpa，彈性模量≥3500mpa，極限延伸率15%~18%，其性能特點如下：

　　(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的還是不可見的。并能明顯減少新拌砂漿的表面泌水與集料沉降。

　　(3)對于砂漿硬化體，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)力時能夠抵抗和傳遞應(yīng)力，當(dāng)砂漿硬化體產(chǎn)生裂縫時，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，會成為一個難題?；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。

　　三、 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)過噴霧干燥加工而成。在加工過程中，保護(hù)膠體、抗結(jié)硬劑等成為不可缺少的助劑。經(jīng)過干燥后的膠粉是一些聚集在一起的80mm~100mm的球形顆粒。這些顆?？扇苡谒?，并形成比原來乳液顆粒略大的穩(wěn)定分散液，這種分散液失水干燥后會成膜，這種膜和一般乳液成膜一樣不可逆，遇水不會再分散成為分散液。

　　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、耐候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，均對水泥的凝結(jié)時間有延緩作用，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。若摻量太小對砂漿性能的改善作用不明顯。

　　四、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程中帶有不同極性而相互吸引，包裹了許多拌和水而產(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。

　　1.木質(zhì)素減水劑

　　木質(zhì)素減水劑通常由亞硫酸法生產(chǎn)紙漿的副產(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%.對水泥有緩凝作用，若摻量過大會引起水泥不凝固，對水泥砂漿有引氣作用。

　　木質(zhì)素減水劑摻量小，價格低，適用于減水率要求低的砂漿。與高效減水劑配合使用會取得更好的效果。

　　2.萘系減水劑

　　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，主要成分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，對凝結(jié)時間略有延長，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。

　　3.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。

　　五、引氣劑

　　引氣劑是一種通過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。

　　引氣劑常被用來配制抹灰砂漿與砌筑砂漿。由于引氣劑的加入，會帶來砂漿性能一些變化。

　　(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)引氣劑帶來砂漿含氣量的增加會增加砂漿的收縮，通過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分之幾，必須保證在砂漿生產(chǎn)時精確計量和均勻摻入;攪拌方式和攪拌時間等因素會嚴(yán)重影響引氣量。因此，在目前國內(nèi)的生產(chǎn)與施工條件下，砂漿中加入引氣劑一定要進(jìn)行大量的試驗工作。

　　六、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，但摻量太大時會引起后期膨脹開裂，同時會產(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，副作用少，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，但價格較高。

　　七、防凍劑

　　如果在負(fù)溫下使用砂漿，若不采取防凍措施將會發(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)度兩個途徑防止凍害的發(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，應(yīng)適當(dāng)提高拌和物溫度，比如用溫水拌和。

　　防凍劑用量過大會降低砂漿后期強(qiáng)度，砂漿硬化體表面會出現(xiàn)返堿等問題，影響外觀和表面裝飾層效果。

　　結(jié) 語

　　隨著我國建筑干混砂漿行業(yè)的快速發(fā)展，外加劑對干混砂漿成本的制約作用會逐漸降低。纖維素醚供應(yīng)的國產(chǎn)化、使纖維素醚價格連續(xù)走低。淀粉醚、稠化粉等低價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?？稍俜稚⒛z粉國產(chǎn)化進(jìn)程的加快，可能打破由國外供應(yīng)商控制我國膠粉市場的局面。這些都預(yù)示著外加劑對干混砂漿材料成本的制約瓶頸會很快突破。國產(chǎn)外加劑也在隨著建筑行業(yè)的發(fā)展而日益顯示出其不可或缺的地位，質(zhì)量穩(wěn)定，成本降低，是外加劑未來很長一段時間內(nèi)的主要課題。不同種類的外加劑對不同干混砂漿產(chǎn)品的針對性不強(qiáng)，一些外加劑(如纖維素醚)沒有針對在干混砂漿中的應(yīng)用特點提出自身性能指標(biāo)，而是輕工、化工行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。對外加劑在干混砂漿硬化體的作用機(jī)理研究較少。這無疑會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)我國建筑結(jié)構(gòu)特點、墻體材料特點、氣候特點、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)。國產(chǎn)外加劑也在隨著建筑行業(yè)的發(fā)展而日益顯示出其不可或缺的地位，質(zhì)量穩(wěn)定，成本降低，是外加劑未來很長一段時間內(nèi)的主要課題。