周天正，蔡良飛，徐鵬，田曉航，楊鐵龍，孔金鳴，柯偉席

（1.武漢三源特種建材有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430083；2.武漢源錦建材有限公司，湖北 武漢 430070）

0 前言

21世紀(jì)以來(lái)，建筑行業(yè)迎來(lái)了空前的發(fā)展，目前建筑行業(yè)處于高質(zhì)量、低碳環(huán)保的發(fā)展階段。人們對(duì)生活居住和工作環(huán)境的有了更高的要求，促進(jìn)了建筑裝飾材料的發(fā)展[1]。瓷磚是一種常用的裝飾材料，由于瓷磚存在熱脹冷縮現(xiàn)象，所以鋪貼瓷磚時(shí)需要留膨脹收縮縫[2]。水泥基填縫劑就是填補(bǔ)瓷磚縫隙的材料。其優(yōu)點(diǎn)一方面是有良好的裝飾作用，能抵消瓷磚膨脹收縮帶來(lái)的應(yīng)力；另一方面是能有效防止水分侵入瓷磚與墻體接觸位置導(dǎo)致產(chǎn)生難聞的氣味或者發(fā)生瓷磚脫落。水泥基填縫劑正在由普通型向?yàn)榈臀桶l(fā)展，低吸水型水泥基填縫劑主要是通過(guò)加入一些憎水組分，在制備過(guò)程中形成憎水薄膜，可以有效阻止水分浸入以及內(nèi)部水分?jǐn)U散。與此同時(shí)，表面形成的憎水薄膜并不會(huì)影響基體的透氣性[3]。

常見(jiàn)的憎水組分大多為有機(jī)硅烷類憎水劑，此類憎水劑能降低水泥基填縫劑的吸水性。硬脂酸鈣是一種有機(jī)化合物，可用作防水劑、潤(rùn)滑劑和塑料助劑，硬脂酸鈣作為防水劑時(shí)具有良好的抗?jié)B、抗侵蝕能力[4]。本研究以硬脂酸鈣和有機(jī)硅烷類粉末憎水劑作為憎水組分，對(duì)比分析了硬脂酸鈣和有機(jī)硅烷類粉末憎水劑對(duì)水泥基填縫劑性能的影響。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

水泥：華新P·O42.5水泥，28 d抗壓強(qiáng)度45 MPa；石灰石粉：200目；砂：河砂，70～140目；羥丙基甲基纖維素：黏度100 Pa·s；乳膠粉：8818型，乙烯/醋酸乙烯酯類，德國(guó)瓦克公司；硬脂酸鈣A：工業(yè)級(jí)，武漢凌盛興化工有限公司；硬脂酸鈣B：工業(yè)級(jí)，武漢一枝花油脂化工有限公司；有機(jī)硅烷類粉末憎水劑：甲基硅酸鈉粉末防水劑，鄭州榮輝化工產(chǎn)品有限公司。

1.2 性能測(cè)試方法

水泥基填縫劑的性能按照J(rèn)C/T1004—2017《陶瓷磚填縫劑》和GB/T 17671—2021《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）》中的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行測(cè)試。

1.2.1 抗折、抗壓強(qiáng)度

采用符合JC/T 681—2022規(guī)定的行星式攪拌機(jī)，按照J(rèn)C/T17671—2021規(guī)定進(jìn)行成型。按照J(rèn)C/T 1004—2017規(guī)定的養(yǎng)護(hù)條件以及測(cè)試方法，測(cè)試水泥基填縫劑在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下以及凍融循環(huán)25次后的抗折、抗壓強(qiáng)度。

1.2.2 吸水量

按照J(rèn)C/T 17671—2021規(guī)定成型，將試塊放置于標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下養(yǎng)護(hù)，到達(dá)規(guī)定齡期后，按照J(rèn)C/T 1004—2017測(cè)試水泥基填縫劑的吸水量。

1.2.3 耐磨值

按照J(rèn)C/T 17671—2021規(guī)定成型，1 d后脫模，并將試塊放置于標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)到齡期后采用符合GB/T 3810.6—2016《陶瓷磚試驗(yàn)方法 第6部分：無(wú)釉磚耐磨深度的測(cè)定》要求的耐磨試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測(cè)試。

1.2.4 收縮值

按照J(rèn)C/T 17671—2021規(guī)定成型，1 d后脫模并作好標(biāo)記，采用精度為0.01 mm的立式收縮儀測(cè)量在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下養(yǎng)護(hù)27 d時(shí)填縫劑試件的初始長(zhǎng)度L0，養(yǎng)護(hù)到28 d齡期后測(cè)量其長(zhǎng)度L1。收縮值按式（1）計(jì)算：

式中：S——收縮值，mm/m；

L0——試件初始長(zhǎng)度，mm；

L1——試件養(yǎng)護(hù)至28 d時(shí)的長(zhǎng)度，mm；

L——試件本體的長(zhǎng)度，為160 mm；

Ld——2個(gè)收縮頭埋入試件的長(zhǎng)度，為（20±2）mm。

1.3 試驗(yàn)配方設(shè)計(jì)

根據(jù)前期的試配試驗(yàn)，基本確定了水泥基填縫劑的試驗(yàn)配方。分別在水泥基填縫劑中采用不同摻量的硬脂酸鈣A、硬脂酸鈣B和有機(jī)硅烷類憎水劑，具體配方見(jiàn)表1。

表1 水泥基填縫劑的配方 kg/m3

2 不同憎水劑及其摻量對(duì)水泥基填縫劑性能的影響

硬酯酸鈣和有機(jī)硅烷類粉末憎水劑對(duì)水泥基填縫劑強(qiáng)度、抗凍性、吸水性、耐磨及收縮的影響如表2所示。

表2 水泥基填縫劑的性能

2.1 硬脂酸鈣、有機(jī)硅烷類粉末憎水劑對(duì)水泥基填縫劑強(qiáng)度的影響

由表2可見(jiàn)：

（1）在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下，硬脂酸鈣A、B和有機(jī)硅烷類粉末憎水劑在不同摻量時(shí)，水泥基填縫劑的28d抗折強(qiáng)度均大于2.5 MPa、抗壓強(qiáng)度均大于15.0 MPa。隨著硬脂酸鈣A、B摻量的增加，水泥基填縫劑的抗折強(qiáng)度有所提高、抗壓強(qiáng)度呈略微提高。這是因?yàn)橛仓徕}的憎水效應(yīng)，一方面，使水均勻分散到干粉料中，經(jīng)過(guò)攪拌后水泥漿體水化更完全；另一方面，增大了水泥漿體的內(nèi)聚力，提高了水泥基填縫劑的強(qiáng)度。隨著有機(jī)硅烷類粉末憎水劑摻量的增加，水泥基填縫劑的抗折、抗壓強(qiáng)度呈提高的趨勢(shì)。而水泥基填縫劑中摻入有機(jī)硅烷類粉末憎水劑時(shí)，經(jīng)加水?dāng)嚢韬?，一方面使水泥漿體水化更完全；另一方面有機(jī)硅烷類粉末憎水劑中的硅烷醇基團(tuán)與水泥產(chǎn)物形成化學(xué)結(jié)合，提高了水泥基填縫劑的強(qiáng)度。

（2）經(jīng)25次凍融循環(huán)處理后，在不同摻量硬脂酸鈣A、B和有機(jī)硅烷類粉末憎水劑下，水泥基填縫劑的抗折強(qiáng)度均大于2.5 MPa，抗壓強(qiáng)度均大于15.0 MPa。隨著硬脂酸鈣A、B摻量的增加，水泥基填縫劑的抗折、抗壓強(qiáng)度呈略微下降。這是因?yàn)樗嗷羁p劑經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件養(yǎng)護(hù)后，水泥水化已趨于完全，內(nèi)部結(jié)構(gòu)已趨于穩(wěn)定。再經(jīng)過(guò)凍融循環(huán)處理后，內(nèi)部硬脂酸鈣由于憎水效應(yīng)，會(huì)在周圍形成一圈小水珠，經(jīng)過(guò)凍融循環(huán)處理，小水珠形成的孔隙逐漸增大，破壞了已經(jīng)趨于穩(wěn)定的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，降低了水泥基填縫劑的強(qiáng)度。同樣，隨著有機(jī)硅烷類粉末憎水劑摻量的增加，水泥基填縫劑的抗折、抗壓強(qiáng)度呈略微下降的趨勢(shì)。這是由于，經(jīng)過(guò)25次凍融循環(huán)處理后，一方面水泥基填縫劑中憎水劑的憎水效應(yīng)破壞了已經(jīng)趨于穩(wěn)定的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；另一方面硅烷醇基團(tuán)與水泥產(chǎn)物形成的化學(xué)結(jié)構(gòu)遭到破壞，降低了水泥基填縫劑的強(qiáng)度。

硬脂酸鈣A與硬脂酸鈣B相比，二者對(duì)水泥基填縫劑抗折、抗壓強(qiáng)度的影響差異不大；硬脂酸鈣A、B與有機(jī)硅烷類粉末憎水劑相對(duì)比，有機(jī)硅烷類粉末憎水劑對(duì)水泥基填縫劑抗折、抗壓強(qiáng)度的影響相對(duì)較大。

2.2 硬脂酸鈣、有機(jī)硅烷類粉末憎水劑對(duì)水泥基填縫劑吸水量的影響

由表2可見(jiàn)，隨著硬脂酸鈣A、B和有機(jī)硅烷類粉末憎水劑摻量的增加，水泥基填縫劑的30 min和240 min吸水量均減小。當(dāng)未摻硬脂酸鈣和有機(jī)硅烷類粉末憎水劑時(shí)，水泥基填縫劑的30 min吸水量為2.3 g，240 min吸水量為6.9 g，符合JC/T 1004—2017規(guī)定的普通型水泥基填縫劑30 min吸水量不超過(guò)5.0 g、240 min吸水量不超過(guò)10.0 g的要求。當(dāng)硬脂酸鈣A、B摻量分別為0.5%或有機(jī)硅烷類粉末憎水劑摻量為0.05%時(shí)，水泥基填縫劑的30 min吸水量分別為1.8、1.7、1.7g，240 min吸水量分別為4.5、4.5、4.2 g，符合JC/T 1004—2017規(guī)定的低吸水型水泥基填縫劑30 min吸水量不超過(guò)2.5 g、240 min吸水量不超過(guò)5.0 g的要求。

這是因?yàn)椋仓徕}會(huì)在水泥水化產(chǎn)物基體形成硬脂酸鈣膜層，降低水泥石的親水性，使水泥基填縫劑的吸水量減小；有機(jī)硅烷類粉末憎水劑中的甲基硅烷作為疏水的有機(jī)官能團(tuán)附著在水泥基填縫劑孔隙的表面，形成憎水薄膜，從而提高水泥基填縫劑的疏水性，降低其吸水量[5]。

2.3 硬脂酸鈣、有機(jī)硅烷類粉末憎水劑對(duì)水泥基填縫劑耐磨性能的影響

由表2可見(jiàn)，隨著硬脂酸鈣A、B和有機(jī)硅烷類粉末憎水劑摻量的增加，水泥基填縫劑的耐磨值呈減小的趨勢(shì)，耐磨性逐漸提高。當(dāng)未摻硬脂酸鈣和有機(jī)硅烷類粉末憎水劑時(shí)，水泥基填縫劑的耐磨值為1520 mm3，符合JC/T 1004—2017規(guī)定的普通型水泥基填縫劑耐磨值不大于2000 mm3的要求；當(dāng)硬脂酸鈣A、B摻量分別為0.5%或有機(jī)硅烷類粉末憎水劑的摻量為0.05%，水泥基填縫劑的耐磨值分別為840、760、720 mm3，符合JC/T 1004—2017規(guī)定的高耐磨水泥基填縫劑耐磨值不大于1000 mm3的要求。

這是因?yàn)?，硬脂酸鈣的憎水效應(yīng)，一方面，在攪拌過(guò)程中使水充分與水泥接觸，促進(jìn)了水泥水化，使水泥基體強(qiáng)度提高，而耐磨性一般與水泥基材料的抗折和抗壓強(qiáng)度呈正相關(guān)；另一方面，增大了水泥漿體的內(nèi)聚力，減小了水泥漿體內(nèi)部的孔隙。摻入有機(jī)硅烷類粉末憎水劑時(shí)，在攪拌過(guò)程中有機(jī)硅烷類粉末憎水劑形成的硅烷醇基團(tuán)會(huì)與水泥產(chǎn)物產(chǎn)生化學(xué)結(jié)合，能提高水泥基填縫劑的強(qiáng)度。因此，使水泥基填縫劑的耐磨性提高。

2.4 硬脂酸鈣、有機(jī)硅烷類粉末憎水劑對(duì)水泥基填縫劑收縮值的影響

由表2可見(jiàn)，隨著硬脂酸鈣A、B和有機(jī)硅烷類粉末憎水劑摻量的增加，水泥基填縫劑的收縮值呈明顯減小并趨于穩(wěn)定。當(dāng)硬脂酸鈣A、B摻量為0.5%或有機(jī)硅烷類粉末憎水劑的摻量為0.05%時(shí)，水泥基填縫劑的收縮值分別為2.4、2.1、2.2 mm/m，符合JC/T 1004—2017的普通型水泥基填縫劑收縮值不大于3 mm/m的要求。

這是因?yàn)樗嗷羁p劑中摻入硬脂酸鈣和有機(jī)硅烷類粉末憎水劑時(shí)，在攪拌過(guò)程中可使水充分與水泥接觸，促進(jìn)了水泥水化，因而其內(nèi)部的水分更多地參與水泥的水化進(jìn)程。在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下養(yǎng)護(hù)，會(huì)減少其內(nèi)部水分失去的量，可減小其干燥收縮，因此減小了水泥基填縫劑的收縮值。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）隨著硬脂酸鈣摻量從0增加到1.0%，及有機(jī)硅烷類粉末憎水劑的摻量從0增加到0.10%，水泥基填縫劑在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下的抗折強(qiáng)度有所提高、抗壓強(qiáng)度略微提高；經(jīng)25次凍融循環(huán)處理后的抗折、抗壓強(qiáng)度略微下降；30、240 min的吸水量和收縮值減小，耐磨性能提高。當(dāng)硬脂酸鈣摻量為0.5%及有機(jī)硅烷類粉末憎水劑摻量為0.05%時(shí)，水泥基填縫劑符合JC/T 1004—2017規(guī)定的低吸水、高耐磨性能指標(biāo)。

（2）不同廠家生產(chǎn)的硬脂酸鈣A、硬脂酸鈣B和有機(jī)硅烷類粉末憎水劑在一定的摻量下對(duì)水泥基填縫劑性能的影響相似。綜合考慮硬脂酸鈣和有機(jī)硅烷類粉末憎水劑的價(jià)格，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況，采用合適的憎水組分。

（3）水泥基填縫劑根據(jù)其使用環(huán)境，可能需要低吸水、高耐磨、快硬性和柔性等特殊指標(biāo)中的一項(xiàng)和多項(xiàng)。而本文主要研究了其低吸水和高耐磨2項(xiàng)特殊指標(biāo)，對(duì)于快硬性和柔性指標(biāo)還需要進(jìn)一步研究與探討，以期能根據(jù)不同使用環(huán)境和性能指標(biāo)要求研發(fā)出不同特殊性能的水泥基填縫劑。