硬脂酸铵防水剂对水泥砂浆性能及微观孔结构的影响
（1.华东理工大学体育新材料研发中心，上海200237；2.上海三瑞高分子材科股份有限公司，上海200232；3.上海建筑外加剂工程技术中心，上海200232）
吕欢欢"，邓最亮²3，郑柏存12.3
[摘要]以硬脂酸铵为水泥砂浆防水剂，研究了硬脂酸铵防水剂对水泥砂浆力学性能、毛细吸水性和孔结构的影响，分析了三者之间的相互关系.结果表明，硬脂酸铵防水剂具有一定的引气效果，导致水泥砂浆体系内孔结构增 多，使水泥砂浆的抗压强度随着硬脂酸铵防水剂的掺量增加面逐渐降低；硬脂酸铵防水剂在0.2%掺量情况下，孔径100mm的有害孔增多，导致抗折强度降低；硬脂酸铵防水剂使水泥砂浆的微孔增多，但其依然具有很好的防水效果，随着其掺量的增加，防水性能不断提高.
[关键词]硬脂酸铵；水泥砂浆；孔结构；防水；强度
[中图分类号]TU528.042 [文献标识码]A [文章编号]1002-8498(2017)15-0124-04
Effect of Ammonium StearateWaterproofingAgent on the Properties and MicroPore Structure of Cement Mortars
LO Huanhuan' DENG Zuiling* ZHENG Baicun.( 1. Research & Derefopment Cester for Nex Sports Meterials East China Unirersity of Seience cndTechnology Shonghai 200237 Chine ; 2. Shanghai Sunrise Macromolecule Material Incorporuted Company Shanghai 200232 China; 3. Shanghai Enginering Research Center ofConstruction Admistures Shanghai 200232 China)
stearate waterproofing agent on the mechanical properties the capillary water absorption and the pore Abstract ; Ammonium stearate is used as cement mortar waterproofing agent. The effeet of ammoniumsructure of cement mortars are investigated and the relationship among of them was analyzed. Theresults show that ammonium stearate waterproofing agent has certain air-entraining effect resulting morepore structure in the cement motar and the presive strength gradually decreases with the dosage of ammonium waterproofing agent increasing. When the dosage of ammonium stearate walerproofing agent ISO. 2% the harmless pore of pore diameter I00nm inereases and the flexural strength weakens. Ammonium stearate waterprofing agent inereasesperformance improves gradually with the increase of its dosage.
Key words;ammonium stearale; cement mortar;: pore structure ; waterproofing: strength
性能入手，可以有效提高水泥基材料的耐久性[2].
0引言
根据防水剂的有效成分和作用机理，防水剂可的憎水性，实现水泥基材料的防水；渗透结晶型防 水剂主要是防水剂的有效成分和水泥水化产物或未水化水泥反应，生成沉淀物质面堵塞毛细孔，实现水泥基材料的防水.
广、价格低、强度高等优点，广泛应用于建筑领域.分为有机硅类防水剂、脂肪酸类防水剂和渗透结晶 水泥作为用量最大的无机胶凝材料，具有来源然而，因为水泥基材料存在毛细吸水面产生的冻型防水剂等3大类产品].有机硅类防水剂和脂融、有害离子侵蚀、碳化等物理和化学作用，致使其肪酸类防水剂主要利用有机硅和脂肪酸盐等物质服役性能退化.研究表明，从改善水泥基材料防水
剂4.6，具有一定水溶性.将硬脂酸铵盐掺人到水 硬脂酸铵是一类高效、廉价的脂肪酸类防水水合氨，另一方面硬脂酸根离子会和钙离子生成硬脂酸钙沉淀，分别对应公式（1）和（2）.其中，一水合氨在水泥水化热的作用下，会形成氨气而从体系中溢出，在体系内起到了一定的引气效果，改善了 微观孔结构：而硬脂酸钙具有两亲结构，亲水端吸附于水泥石表面，其具有很强惜水性的增水端则伸向空气中（2.79]，如图1所示.
1.2.2毛细吸水性
泥砂浆中，一方面铵根离子会和氢氧根离子生成一Φ100mmx50mm圆柱形试块.在温度（20±1）℃、 根据1.1中的水泥砂浆配合比，制备成型相对湿度（95±5）%RH的条件下养护24h后脱模，接着，在温度（20±1）℃、相对湿度（50±10）%RH的空气中养护28d.养护到28d龄期后，参照DIN52617测试水泥砂浆的毛细吸水性，试验装置如图2 所示.
(1)
图2毛细吸水试验示意
Fig. 2 Sketch of the capillary water adsorption test
Fig. 1 The change of hydrophilic & hydrophobic 图1水泥石表面亲琉水性变化of cement surface
1.2.3孔结构分析
本试验采用Micromeritics公司ASAP2020比表面积和孔隙率分析仪.吸附质为氮气，利用氮吸附 法测定孔径分布和孔隙率.试样在温度（20±3）℃相对湿度（95±5）%RH的条件下养护24h后脱模，接着，在温度（20±3）℃、相对湿度（50±10）%RH的空气中养护28d.此时，水泥砂浆的水化基本结束.从标准养护环境中，取出试块，放人 烘箱内，用60℃的温度烘24h，取出试块，制备小块试样，除去试样表面的砂粒和其他杂质，放入分析仪内烘干12h，然后进行氮吸附测试.
本文研究了硬脂酸铵防水剂对水泥砂浆力学性能、毛细吸水性及微观孔结构的影响，分析了三者之间的相互关系，对硬脂酸铵防水剂的应用有一 定的指导意义.
1试验
1.1原材料及配合比
1）原材料南方P042.5级水泥；硬脂酸铵，50%；河砂，过4目分样筛，细度模数2.7：普通自 固含量9%；VIVID-500（F）聚羧酸超塑化剂，固含量来水.
2结果与讨论
2.1力学性能
2）配合比水灰比为0.4，胶砂比为0.43，VIVID-500（F）聚羧酸超塑化剂折固掺量为水泥掺0.1%，0.2%，0.3%0.5%，0.7%，分别对其编号为 量的0.33%，硬脂酸铵折固掺量为水泥掺量的0，0 Y1 Y2 Y3 Y5 和 Y7.
图3为水泥砂浆抗折强度随龄期的变化，水泥砂浆试块的3d龄期抗折强度可达到28d龄期抗折强度的70%-80%，7d龄期抗折强度可达到28d龄期抗折强度的80%-90%.对比同一龄期的不同 试块的抗折强度，可发现Y1，Y2水泥砂浆试块的抗折强度略高于0试块.面Y3，Y5和Y7水泥砂浆试块的抗折强度低于0水泥砂浆试块.在0.1%和0.2%的低掺量情况下，硬脂酸铵防水剂使水泥砂浆的抗折强度略有提高，面在0.3%，0.5%和0.7%高 掺量的情况下，水泥砂浆的抗折强度损失较大.
1.2试验方案
1.2.1力学性能
40mm×160mm水泥砂浆试块.在温度（20±1）°℃、 按照1.1中配合比，制备成型尺寸为40mmx相对湿度（95±5）%RH的条件下养护24h后脱模，然后放在养护室内的水中养护2d（温度：（201）C；养护方式：试块间要隔开一定间隙，试件不要叠加）.水中养护2d后取出，将表面水擦净，将试 块移入温度（20±1）℃、相对湿度（50±10）%RH环境中进行养护.分别测量试块3，7，14，21，28d等龄期的抗折磊度压强度.
图4为水泥砂浆抗压强度随龄期的变化，水泥砂浆试块的3d龄期抗压强度可达到28d龄期的50%-60%，7d龄期抗压强度可达28d龄期抗压强度的80%-90%.对比同一龄期的不同试块的抗 压强度，可发现0试块的抗压强度均大于Y1，Y2，Y3，Y5和Y7等试块，可认为硬脂酸铵防水剂的掺
孔吸水过程的集合，因此宏观表现出的单位面积毛细吸水质量m与时间：的关系可以用式（3） 表示[1]：
(3)
式中：m为单位面积毛细吸水质量（g/m²）；M为试块的吸水质量（g）；A为试块吸水面的面积（m）；S为毛细吸水系数（g/（m²min））；r为毛细吸水时 间(min).
毛细吸水系数S是描述毛细吸水过程的一个重要参数，它体现水泥试块整体防水性能.其数值越小，则试块的防水性能越好.
图3水泥砂浆抗折强度随龄期的变化Fig.3 The variation in flexural strength ofmortars with age
硬脂酸根离子和水泥水化过程中产生的钙离子，反 硬脂酸铵其有一定的水溶性，在水中解离产生应生成了硬脂酸钙沉淀，硬脂酸钙具有很强的增水性，赋予了水泥砂浆优异的防水性能.图6为水泥砂浆单位面积毛细吸水量与时间的关系曲线，水泥砂浆的单位面积毛细吸水量与时间的开方呈线性 关系，水泥砂浆的初期毛细吸水过程符合多孔材料的吸水规律，根据毛细吸水动力学理论，可求得水泥砂浆试块的毛细吸水系数.表1为水泥砂浆的单位面积毛细吸水量与时间的关系，水泥砂浆的 毛细吸水系数数值越大，则吸水能力越强，即防水性越差.以0试块的毛细吸水系数为1.0000考虑，则Y1，Y2，Y3，Y5和Y7试块的毛细吸水系数仅相当于0.6594 0.4837 0.3304 0.2290和0. 151 1.
加，导致了水泥砂浆试块抗压强度的逐渐降低.
图4抗压强度随龄期的变化Fig. 4 The variation in pressive strengthof mortars with age
将水泥砂浆试块的抗压强度与抗折强度作比值，可得图5所示水泥砂浆的压折比随龄期的变化， 以水泥砂浆的压折比衡量水泥砂浆的韧性，压折比越低则韧性越好.水泥砂浆抗压强度在3-7d增长的较快，所以7d龄期的压折比有所变大，韧性变差.之后随着抗折强度的增长，其压折比有所下降.对比0试块和其他试块压折比可知，硬脂酸铵防水剂 提高了水泥砂浆的韧性.
图6水泥砂浆的单位面积毛细吸水量随时间的变化曲线
adsorption mass per unit area verses time Fig. 6 The curve of the capillary water
表1中最右列为28d水泥砂浆的毛细吸水量比，以0试块的吸水量为1.0000，则Y1，Y2，Y3，Y5和Y7试块的吸水量分别为0.8513，0.6449，0.5071，0.4331和0.3966，即硬脂酸铵防水剂掺 量越高，则28d毛细吸水量越少.可知，硬脂酸铵防水剂具有优异的防水性能且其掺量越大，防水性能越好.
图5压折比随龄期的变化
Fig. 5 The variation in the ratio of pressivestrength and flexural strength with age
2.2毛细吸水性
水泥存绳细吸水过程可以看成很多毛细
表1单位面积毛组吸水质量与时间的关系
Table 1The relationship between mass of capillary water absorption in unit area and time
编号 单位面积毛细吸水质量/（gm~²) 相关系数 毛细吸水系数/（gmmm-1/2） 系数比 28d吸水量比YI 0 m = 107.360 9;2 114. 282 0 m =70. 795 0r/2 6. 267 2 0. 999 1 0. 999 5 107 360 9 70. 795 0 0. 659 4 1. 000 0 0.851 3 1.000 0Y2 m =51. 934 0r/2 50. 297 7 0. 999 4 51. 934 0 0. 483 7 0.644 9Y3 Y5 m =35.474 0r1/2 66.211 8 m =24.590 0 60.341 4 0. 999 7 0. 999 6 35. 474 0 24. 590 0 0. 330 4 0. 229 0 0.507 1 0. 433 1Y7 ms = 16.217 0 67. 244 3 0. 999 8 16. 217 0 0. 151 1 0.396 6
2.3 微观孔结构
试样0，Y2和Y7的微观孔结构，测量孔径的范围为 通过ASAP2020比表面积和孔隙率分析仪测量0.35-500nm.微观孔结构的比表面积、单位孔体积和平均孔径测量结果如表2所示.
表2试样的微观孔结构特征参数
Table 2 Microscopic pore structure characteristic
parameters of specimens比表面积/ 单位孔体积/ 平均孔径/编号 (n²g-) (m-g-1) smY2 0 23.526 1. 819 0.021 0.072 46 12Y7 6. 201 0. 047 30
图7试样的孔径分布
Fig. 7 Pore size distribution of specimens
0试样的比表面积、单位孔体积均小于Y2，Y7试 对比表2中试样的微观孔结构特征参数，可知样，由此可知硬脂酸铵防水剂的引气效果明显.对比Y2和Y7试样的微观孔结构特征参数，Y2试样的比表面积和单位孔体积均大于Y7试样，即低掺量的硬脂酸铵防水剂的引气效果更为明显.对于硬脂酸铵面言，铵根离子起到了引气作用，导致体 系内的单位孔体积和比表面积增大，但是，硬脂酸根离子与水泥水化产生的钙离子反应生成硬脂酸钙沉淀，硬脂酸钙沉淀起到了一定堵塞毛细孔的作效果. 用，降低了单位孔体积，减弱了铵根离子的引气
图8试样的孔体积-孔径关系
Fig.8 The relation between pore volumeand pore size of specimens
由图7式样的孔径分布、图8孔径-孔体积关系和图9孔径分段分布，可发现0试样的各个孔径所对应的孔体积，均小于Y2，Y7试样的相应孔径所对应的孔体积.Y2试样的小孔，尤其孔径100mm的孔结构少于Y7试样.在相同孔体积的情况下，孔径越小，则所对应的孔结构的比表面积越大.所以，Y2试样的单位孔体积约为Y7试样的3.79倍. 1.52倍，但Y2试样的比表面积却是Y7试样的
图9孔径分段分布
Fig. 9 Pore size subsection distribution
（>2000A）1-21Y2试样内增加的孔径<20nm的无害孔数量，提高了水泥砂浆的抗折强度，增强了 根据孔结构对水泥砂浆力学性能的影响程度，将孔结构分为无害孔级（100mm的孔数量，降低了水泥砂浆的抗折强度.
1）低掺量的硬脂酸铵防水剂使水泥砂浆无害孔明显增多，导致抗折强度有所增强；面高掺量的硬脂酸铵防水剂使水泥砂浆的有害孔明显增多，导
致抗折强度下降.
构显著增多，导致水泥砂浆的抗压强度随其掺量的 2）硬脂酸铵防水剂使水泥砂浆体系内的孔结增加逐渐降低，但提高了水泥砂浆的韧性.
3）硬脂酸铵防水剂的引气效果导致水泥砂浆的孔隙率增大，但硬脂酸铵防水剂依然具有显著的 防水效果，随着硬脂酸铵防水剂掺量的增加，防水性能不断提高.
[ 1 ] OUYANG C NANNI A CHANG W F. Intemal and estemal sources of xulfate icms in portland cememt mortar: Iwo ltypes ofchemical altack [ J]. Cement & concrete researth 1988 18[ 2 ] MARCOS LANZON P A GARGEA-RUIZ. Effectiveses and 60-669 (88)dueability evaluaticn of swmlering moetas made with mtallic:soape and podered silice [ J ]. Conatructics & building materials 2008 22(12) :2308-2315.
[ 3 ] U. S. General Senice Administration( GSA) . Partnering[ OL]. contest of new technology 2014.[ 4 ] The Associated General Cantractoes of America( AGC) Integratedpeujet dliy: fint principles fr ones and tem Ol.] [2011-04-407 Ihtp :// wwv. agr. org/[ 5 ] The American Institute of Arehitets ( AIA ). AIA C191-2009Freqpently asked questions [ 0L ] . [ 2011-05-08 htp ;/ . aia. org/inlex. htm.[6]吴学伟，王英杰，罗丽姿.基于BIM的IPD建设项目或本控[7]马智亮，张东东，马健坤，基于BIM的IPD 协同工作模型与 [J].项目管理技术 2014(8);68-71.信息利用概架[J].同济大学学报（自然科学版） 2014 42[8]徐奇升，苏振民，王先华.基于BIM的精益建造关键技术集 (9) : 1325-1332.成实现与优势分析[J].科技管理研究 2012.32（7）：[9]马智亮，马建坤，IPD与BIM技术在其中的作用[J].土木建 104-108.筑工程信息技术 2011(4）;36-41.[10]包剑剑，苏振民，王先华.IPD模式下基于BIM的精益建造实 施研究[J].科技管理研究，2013 33（3）；219-223.[11]吴守荣，刘情.地下空间工程会生命局期BIM应用探讨[J].建筑经济_2015(9)：126-128.
[3]姜蓉，张鹏，赵铁军，等，内掺金属皂类防水剂对混减土防水和抗氯离子效果研究[J].新型建筑材料，2010（9）：61-64.[4]姜蓉，内掺防水剂对混握土防水及抗氯离子侵蚀的效果研究 [D].青岛：青岛理工大学 2010.[5]袁大伟.渗透结晶型防水剂别析[J].中国建筑防水，2001[6]周宗虾.新里复合皂类防水剂[J]土与水泥制品， (6) :13-15.2001 ( 1) ;44-45.[ 7 ] ZAGUIRRE A LANAS J ALVAREZ J 1. EBect of vater rellent alistutes on the bharir o aerial lime-basd mortars[J] . Cemmt & crele reaanh 2009 39(11 ) : 1095-1104.[ 8 ］ FALCHI L MULLERr U FONTANA P et al. Influemce and efectiveness of water-repellent admistures on poezolana-limemortars for restoration application [ J] . Constructon & bilding[ 9 ] FALCHI L ZENDRI E URSMCLLER et al. The influence of materials 2013 49 (6) :272-280.aer-pt lisu n the lhrior te efetivenssposites 2015(59) :107-118. of Puetland limestone cement mortars [ J]. Cement &: concnete[10] HALL C VAU M H R. Water mommt in posus likding[J]. Building & emvirommmt 1987 22( 1) :77-82. malerialsIX. The wafer abeorption and soeptivity of concnles[11]吴中伟.混概土科学技术近期发展方向的探讨[J].硅酸盐学[ 12 ] ODLER 1 ROeLER M. Instigations on the relationship befween 报 1979 7(3) ;262-270.pceoilty sraclure and drength of hydrted Potlnd cemst pobs I. Ele of pe scture and o dg o lltin[ J].Gement and conerete research 1985 15(3 ) :401 -410.
