朱洪波，韓亞倩，張祎璐，楊正宏

（先進土木工程材料教育部重點實驗室，同濟大學，上海 201804）

0 前言

硅酸鹽水泥制品的泛霜問題嚴重影響外觀[1-2]，國內(nèi)外學者為此進行了大量研究，已知泛霜產(chǎn)物主要為CaCO3[3-4]，來自水泥水化產(chǎn)物Ca（OH）2遷移至表面后碳化形成。研究認為[5-6]，可利用粉煤灰[7]、偏高嶺土[8-9]等具有火山灰效應的材料來消耗Ca（OH）2，以減少泛霜，但其不能根治并且會影響外觀。另有研究指出[10]，通過表面防水處理可以有效減少泛霜，內(nèi)摻防水劑利用憎水性有機基團封閉孔隙，進而阻止外部水浸入材料內(nèi)部，降低可溶性鹽的遷移。光亮劑和硅烷防水劑都是水泥及裝飾材料的常用功能材料，但傳統(tǒng)表征泛霜程度的方法具有主觀性，缺乏定量分析，本文就此進行了相關的實驗研究。

1 實驗

1.1 原材料與實驗配合比

P·W52.5水泥（C）：產(chǎn)自阿爾博波特蘭（安慶）有限公司，化學成分見表1；氧化鐵紅顏料（YL）：產(chǎn)自樂清市溪邊自動化有限公司；光亮劑（GLJ）：蘇州市建筑科學研究院有限公司，由六甲基環(huán)三硅氧烷等多種高分子聚合物和無機電解質(zhì)配制而成；防水劑：異丁基三乙氧基硅烷（YDJ）和異辛基三乙氧基硅烷（YXJ），有效含量均≥98.9%，北京蒙泰建材偉業(yè)有限公司；水（W）：自來水。

表1 水泥的化學成分

1.2 實驗方法

實驗配合比如表2所示。

表2 實驗配合比 g

（1）試樣制備。先將水泥、顏料通過行星式凈漿攪拌機（JC/T 681—1997型）慢速攪拌2 min后加水，再慢攪1 min、快攪2 min，最后將水泥凈漿澆筑于直徑9 cm，高3 cm的圓餅形塑料模具中，手動振實、排空氣泡，在實驗室自然條件下[溫度（20±5）℃，相對濕度（50±5）%]養(yǎng)護1 d后脫模。防水劑和光亮劑均預先溶于拌合水中。自然條件下養(yǎng)護90 d。

（2）熱重分析（DTG-TG）。采用美國TA公司生產(chǎn)的STA 650型聯(lián)合熱分析儀，保護氣氛為N2，升溫速率為20℃/min。按照“米”字形分布取樣，每個圓板試樣上平均設9個點，以Φ0.6 mm鉆頭鉆取樣品，深度2 mm。

（3）壓汞分析（MIP）。采用的壓汞測孔儀型號為AutoporeⅣ9500。

2 實驗結果與分析

2.1 試樣外觀

各組試塊自然條件下養(yǎng)護90 d的外觀如圖1所示。

根據(jù)圖1中各試樣表面的顏色，按照由深至淺的情況，可以大致判斷其泛霜程度依次為基準>2#試樣>3#試樣>1#試樣。

圖1 各試樣外觀

2.2 熱重分析（見圖2）

圖2表明，在DTG曲線的100、450、740℃處分別有水分蒸發(fā)、C-S-H與AFt分解產(chǎn)生的3個明顯的吸熱峰，水泥水化產(chǎn)物氫氧化鈣CH晶體的分解吸熱峰，以及CaCO3的分解脫碳峰[11]。CaCO3來自水泥水化產(chǎn)物CH的碳化，因為測試樣品取自試塊表面，所以CaCO3的峰十分明顯。TG曲線上600~800℃的質(zhì)量損失為CO2的質(zhì)量，通過分子質(zhì)量可換算得到基準、1#、2#、3#試樣中CaCO3的質(zhì)量百分含量分別為40.34%、29.11%、34.00%、31.89%。添加光亮劑及2種防水劑均可以減少硅酸鹽水泥泛霜的產(chǎn)生，其中光亮劑的抑制效果最為明顯，可減少泛霜產(chǎn)物量11.23個百分點，內(nèi)摻YGJ和YXJ分別減少泛霜量6.34個百分點和8.45個百分點。各試樣CaCO3的含量實測值大小順序與根據(jù)圖1得到的泛霜程度完全對應。

圖2 各試樣的TG-DTG曲線

2.3 孔徑分布

各試樣的壓汞實驗測試結果如圖3所示，對圖3的數(shù)據(jù)進行分段統(tǒng)計，結果如表3所示。

圖3 各試樣的壓汞實驗結果

表3 孔徑分布分析

從圖3和表3看出，基準樣和摻光亮劑試樣的孔尺寸集中在0~1000 nm，摻GLJ試樣的平均尺寸略大于基準樣的，摻GLJ試樣的孔徑尺寸在50~200 nm時達到63.08%，而大于200 nm的孔為14.71%，遠小于基準樣的。有研究表明[12]，孔徑小于20 nm時為無害孔，孔徑在20~50 nm的為有害孔，孔徑在50~200 nm的為少害孔，大于200 nm的為多害孔。這種劃分是根據(jù)離子在不同孔徑中的擴散與遷移速率來判斷的，孔徑大的擴散與遷移速率較快，因此可能對水泥石的侵害作用較大。上述結果說明，內(nèi)摻光亮劑可以減少多害孔，增加少害孔，并且起到均勻細化材料孔結構的效果，從而減少水泥的泛霜產(chǎn)物向表面遷移。

從圖3還可以看出，基準樣和摻2種防水劑試樣的孔徑集中在0~1000 nm，但后兩者中超出1000 nm的孔明顯更多，基準、2#、3#試樣中大于200 nm的孔分別為44.10%，47.73%和47.75%。當孔徑大于1000 nm時，毛細水可以直接以液體的形式向外流，從而將內(nèi)部的堿帶到材料表面，這對硅酸鹽水泥的泛霜是不利的，但是硅烷防水劑的摻入，一方面，可以在材料內(nèi)部的微細孔和毛細孔中形成牢固的憎水性表面層，形成斥水性網(wǎng)狀分子膜；另一方面，與水泥中的—OH反應，消耗掉水泥中的羥基，從而減少水泥的泛霜[13]。但是上述結果說明，內(nèi)摻硅烷防水劑會增加體系內(nèi)有害孔，使內(nèi)部孔隙不均勻，對其耐久性不利。

3 結論

（1）添加光亮劑及2種硅烷防水劑均可抑制硅酸鹽水泥的泛霜程度，其中摻光亮劑的抑制效果最為明顯，可使泛霜產(chǎn)物量減少11.23個百分點，摻防水劑YGJ和YXJ使泛霜量分別減少6.34個百分點和8.45個百分點。各試樣CaCO3的含量實測值大小順序與其外觀泛霜程度完全對應。

（2）光亮劑抑制泛霜的機理是其可細化水泥石的內(nèi)部孔隙并減少有害孔含量；而2種防水劑則會增加有害孔含量，并導致內(nèi)部孔隙尺寸不均；孔徑尺寸對泛霜的影響程度比孔隙率更大。