煅烧凹土对防水砂浆性能影响的研究
薛力梨1，潘钢华2
（1.嘉兴学院建筑工程学院，浙江嘉兴314001；2.东南大学江苏省土木工程材料重点实验室，江苏南京211189）
0 前言
凹凸棒土简称凹土（attapulgite），又名坡缕石（palygorskite），是一种层链状过渡结构的以含水富镁硅酸盐为主的粘土矿，其化学分子式为Mg5（H2O）4（Si4O10）2 （ OH） 2。凹土因特殊结构而具有良好的吸附性能和粘结性能，具备多种用途。研究发现，高温煅烧能使凹土晶格发生破坏，生成了大量具有火山灰活性的氧化硅和氧化铝，这些物质与砂浆中水泥水化产物中的氢氧化钙反应，生成的水化硅酸钙和水化铝酸钙能填充砂浆内部的孔隙，改善砂浆的某些性能，尤其是抗渗性。
水泥基渗透结晶型防水剂是1942 年德国化学家Lauritz Jensen 在解决水泥船渗漏问题的实践中发明的。研究表明，其工作原理是：材料中特有的活性化学物质，利用水泥砂浆本身固有的化学特性及多孔性，以水为载体，借助渗透作用，在微孔及毛细管中传输、催化微粒和未完全水化的成分再次发生水化作用，从而形成不溶性的枝蔓状结晶，堵塞任何方向的来水及其他液体，达到防水、防渗的效果。微晶防水剂的主要化学成分是非结晶硅酸铝，与水泥拌合后，非结晶硅酸铝和水泥水化产生的活性氢氧化钙结合生成硅酸钙凝胶。该凝胶具有填充、切断毛细孔隙的作用，填塞由微细孔与毛细孔等引起的渗漏途径。
本研究将850 ℃煅烧凹土分别掺入到渗透结晶防水砂浆和微晶防水砂浆中，研究其对防水砂浆的保水率、抗压强度、粘结强度尤其是抗渗性能的影响，比较煅烧凹土对两种防水剂效果的影响。
1 原材料及试验内容
1.1 原材料
1） 水泥：中国水泥厂生产的“金宁羊”牌PⅡ42.5R 硅酸盐水泥，水泥性能见表1。
2）砂：中砂，产地为长江上游湖北地区，细度模数为2.41，堆积密度为1 773 kg/m3, 表观密度为2 602kg/m3, 含泥量为2.12%。
3）粉煤灰：Ⅱ级粉煤灰（南京大厂区聚力粉煤灰厂），粉煤灰性能见表2。
4）纤维素醚：羟丙基甲基纤维素醚（HPMC），四川某化工厂生产的HK-75000S。
5）凹土：江苏盱眙某公司生产。
6）减水剂：江苏某公司生产的JM-B 萘系高效减水剂。
7）渗透结晶型防水剂（CCCW）：江苏某公司提供的产品。
8）微晶防水剂：浙江某公司提供的VC-ⅡA。
9）水：自来水。
1.2 试验方法
关于防水砂浆的试验方法和性能评价标准，有广东省标准《干粉砂浆应用技术规程》（DBJ/T 15-36—2004）和建设部标准《预拌砂浆》（JG/T 230—2007），但广东标准对防水砂浆性能指标要求比部颁标准高，故本研究中砂浆的保水率、抗渗压力和粘结强度试验按DBJ/T 15-36—2004 中规定的试验方法进行。防水砂浆的稠度试验和抗压强度试验均按照《建筑砂浆基本性能试验方法》（JGJ 70—90）中规定的试验方法进行。
1.3 试验内容
试验所用防水砂浆配合比见表3。
1）将凹土在马弗炉中进行850 ℃的煅烧，煅烧时间为2 h，即制得煅烧凹土。煅烧温度对凹土表观密度和比表面积的影响见表4。
2） 在渗透结晶防水砂浆和微晶防水砂浆中分别掺入占水泥质量0%、2%、4%、6%、8%的850 ℃煅烧凹土，研究其对防水砂浆的保水率、抗压强度、粘结强度，尤其是抗渗性能的影响。
3）比较煅烧凹土对两种防水砂浆的改善效果。
2 煅烧凹土对防水砂浆性能的影响
2.1 试验结果
煅烧凹土对渗透结晶型防水砂浆和微晶防水砂浆性能影响的试验结果见表5 和表6。
表5 煅烧凹土对渗透结晶防水砂浆性能影响的试验结果
表6 煅烧凹土对微晶防水砂浆性能影响的试验结果
表5 煅烧凹土对渗透结晶防水砂浆性能影响的试验结果
表6 煅烧凹土对微晶防水砂浆性能影响的试验结果
2.2 试验分析
2.2.1 煅烧凹土对防水砂浆保水率的影响
由表5 分析可知，掺入煅烧凹土后，渗透结晶防水砂浆的保水性有明显提高，但保水率并不随煅烧凹土掺量的增加成线性增加。由于煅烧凹土颗粒本身很小、结构松散，具有良好的吸附性能，因此掺入后的渗透结晶防水砂浆保水率比不掺的要好。由表6 分析可知，掺入煅烧凹土后微晶防水砂浆保水性有所下降，这可能与微晶防水剂的结构有关系。微晶粒子内部具有蜂巢状均匀小孔穴结构，水泥水化时，微晶的小孔穴能吸收水分；而随着煅烧凹土的加入，均匀分布后，对微晶粒子产生吸附作用，可能阻碍了水分与微晶粒子的孔穴接触，从而导致保水率下降。
2.2.2 煅烧凹土对防水砂浆强度的影响
由表5 可知，加入煅烧凹土后，渗透结晶防水砂浆抗折、抗压强度都有所降低。这可能是因为850 ℃煅烧凹土的掺入，使砂浆的粘度增大，在保持相同的砂浆流动度时，需要加入更多的水，使砂浆的强度略有降低。由表6 可知，加入煅烧凹土后，微晶防水砂浆抗折强度有所降低，而抗压强度有所增加。抗折强度降低可能是水灰比增大导致的。而抗压强度升高可能与微晶防水砂浆的结构有关，微晶粒子内部具有蜂巢状均匀小孔穴结构，煅烧凹土的加入降低了其孔隙率，提高了密实性，从而提高了抗压强度。
2.2.3 煅烧凹土对防水砂浆抗渗性的影响
2.2.3 煅烧凹土对防水砂浆抗渗性的影响
试验中的10 组试件抗渗压力达到高压力1.6MPa 时均未渗出水，无法比较抗渗性的好坏。为了探明煅烧凹土对防水砂浆抗渗性的影响，在抗渗试验后取出试件，沿圆台体试件中心轴垂直劈开，量得10 处的渗水高度，并取其平均值，用平均渗透高度来比较抗渗性，结果见图1。
由图1 可以看出，渗透结晶防水砂浆和微晶防水砂浆渗水高度都随着煅烧凹土掺量的增加而降低，基本成线性变化。煅烧凹土掺量越多，渗水高度越低，其抗渗性能越好。这是因为凹土在850 ℃煅烧后，晶格塌陷，生成了顽辉石、透辉石、CaO、MgO 和玻璃体类物质，结晶性很不稳定，具有很高的火山灰活性。这些活性物质与水泥水化后生成的氢氧化钙反应，生成物填充了砂浆内部的毛细孔，降低了砂浆的孔隙率，并使得砂浆内部孔隙更加细小化，从而抗渗性能大大提高。由此可知，850 ℃煅烧凹土对用这两种防水剂配制的防水砂浆抗渗性均具有显著的改善作用。由图1 也可以看出，渗透结晶型防水剂的抗渗性能优于微晶防水剂。由于CCCW 在砂浆中会形成无数细如发丝的晶体，而且此晶体遇水便会生长，及时封堵砂浆内的孔隙、气泡及微细裂缝[5]，因而效果更
佳。
2.2.4 煅烧凹土对防水砂浆粘结强度的影响
煅烧凹土对防水砂浆粘结强度的影响见图2。由图2 可以看出，对于掺渗透结晶型防水剂与微晶防水剂的防水砂浆，两者粘结强度随煅烧凹土掺量的变化有着相似的规律：防水砂浆的粘结强度随着煅烧凹土掺量的增加先升高后降低，在煅烧凹土掺量为4%时达到大值。掺入少量煅烧凹土时，其中的活性物质与水泥水化后生成的氢氧化钙反应，生成物填充了砂浆内部的毛细孔，从而降低了砂浆的孔隙率，使得砂浆内部孔隙更加细小，因而界面处结构紧密，粘结强度大。随着煅烧凹土掺量的增大，砂浆的需水量增加，水灰比增大，而水灰比过高时，由于水分过多，早期失水速率过快，泌水加剧，硬化浆体产生大量的孔隙，造成界面不密实、结构疏松，导致粘结强度降低。
3 结论
3 结论
1） 渗透结晶防水砂浆和微晶防水砂浆的渗水高度都随着煅烧凹土掺量的增加而降低，基本成线性变化。煅烧凹土掺量越多，防水砂浆渗水高度越低，抗渗性能越好。
2） 掺渗透结晶型防水剂和微晶防水剂的防水砂浆粘结强度随煅烧凹土掺量的变化有着相似的规律：防水砂浆粘结强度随着煅烧凹土掺量的增加先升高后降低，在掺量为4%时达到大值。
3）在渗透结晶防水砂浆中加入煅烧凹土，其保水性能有所增加，抗折、抗压强度都有所降低；在微晶防水砂浆中加入煅烧凹土，其保水性能略有下降，抗压强度有所增加，但这些性能均满足DBJ/T 15-36—2004 的要求。
4） 煅烧凹土对掺渗透结晶型防水剂的砂浆性能的改善效果比掺微晶防水剂的砂浆要好。
4） 煅烧凹土对掺渗透结晶型防水剂的砂浆性能的改善效果比掺微晶防水剂的砂浆要好。
