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在普通硅酸盐水泥与铝酸盐水泥比例相同的条件

日期:2019-07-08 01:26

  为解决自流平砂浆早期强度低和收缩大的问题,常采用较高用量的铝酸盐水泥,但这限制了其推广应用。研究了通过使用早强型聚羧酸系减水剂和低用量铝酸盐水泥配制低成本水泥基自流平砂浆,考察了铝酸盐水泥用量、砂胶比、重钙粉用量、可再分散乳胶粉用量、用量对产品性能的影响,最终确定了砂浆的最优配合比。配制的低成本砂浆性能可符合JC/T 985—2005《地面用水泥基自流平砂浆》要求,与市售产品相比,成本可降低100元/t。

  水泥基自流平砂浆是一种以水泥为主要胶凝材料,加入适宜的添加剂及细砂等混合而成,用于地面找平或饰面的新型地面材料,其具有流动性及稳定性好、施工简便、劳动强度低、光洁平整、强度高、流平厚度薄及耐酸性良好等优点,是大型超市、商场、停车场、工厂车间、仓库等地面建筑的理想材料,也是目前建筑地面施工的一个发展方向,市场潜力很大。

  水泥基自流平砂浆技术已在欧美等发达国家广泛应用,但是我国关于此类研究起步较晚,目前与国外发达国家相比差距较大,主要存在早期强度低和收缩大等问题。为解决上述问题,国内厂家主要采用以铝酸盐水泥为主,辅以硅酸盐水泥和石膏的胶凝体系。由于铝酸盐水泥价格昂贵,配制的自流平砂浆成本高,使得建筑工程中大面积使用成本造价较高,用户难以接受。

  早强型聚羧酸系减水剂是近些年来发展起来的一种功能型减水剂产品,可以提高砂浆的早期强度,同时使砂浆具有较低的收缩率。

  本文拟使用以普通硅酸盐水泥为主,辅以铝酸盐水泥及石膏的胶凝体系和早强型聚羧酸系减水剂,开发一种具有较高早期强度和较低收缩性的低成本水泥基自流平砂浆,对国内砂浆行业的发展具有重要意义。

  水泥:采用淄博宝鼎水泥有限公司生产的 P·O42.5R 普通硅酸盐水泥和山东云鹤水泥有限公司生产的 CA50 系列铝酸盐水泥;砂:40~120 目的石英砂;重质碳酸钙:200 目;石膏:氟石膏;减水剂:山东华伟银凯有限公司生产的早强型聚羧酸减水剂 PCA 粉剂和普通型聚羧酸减水剂粉剂;消泡剂:迈图化工的 770DD 矿物油类干粉消泡剂;可再分散乳胶粉:德国瓦克的 5044N 可再分散乳胶粉;纤维素醚:赫克力士的HPMC400;早强剂:碳酸锂;缓凝剂:酒石酸,200 目。

  先用湿布将搅拌锅和搅拌叶擦净,把称量好的水泥、砂、重钙等原材料倒入立式砂浆搅拌锅内,开启搅拌机,拌和 5 s后徐徐加水,在 20~30 s 内加完,搅拌时间为 180 s,静置 3 min后再搅拌 180 s,即可使用。

  自流平砂浆的流动度、流动度保持性、抗折和抗压强度、拉伸粘结强度、耐磨性参照 JC/T 985—2005《地面用水泥基自流平砂浆》进行测试,收缩性参照 JC/T 1004—2005《陶瓷墙地砖填缝剂》进行测试。

  水泥自流平砂浆大多是快干、早强体系,其快干、早强性能主要通过调整普通硅酸盐水泥与铝酸盐水泥的配合比来实现。普通硅酸盐水泥凝结速度一般,早期强度较低、后期强度增长显著;铝酸盐水泥水化热大,放热快且集中,凝结速度快,早期强度高,且结构致密、抗渗性、抗腐蚀性优良,但后期强度增长不明显。将 2 种水泥配合使用可以达到优势互补的效果。

  2.1 早强型聚羧酸系减水剂 PCA 及普通硅酸盐水泥与高铝水泥配比对自流平砂浆性能的影响

  减水剂是自流平砂浆中最重要的添加剂,目前国内应用比较广泛的是普通型聚羧酸减水剂。本试验所用的早强型聚羧酸减水剂 PCA 能够促进水泥的水化,从而提高自流平砂浆的早期强度。按表 1,保持其它组分和用量不变,改变减水剂品种及普通硅酸盐水泥与铝酸盐水泥的比例,研究其对自流平砂浆性能的影响,配比及测试结果见表 2

  从表 2 可以看出,在普通硅酸盐水泥与铝酸盐水泥比例相同的条件下,与基础配方使用普通型聚羧酸减水剂自流平砂浆相比,使用早强型聚羧酸系减水剂 PCA 的自流平砂浆 1 d 抗压和抗折强度分别提高了 30%和 64%,28 d 抗压和抗折强度、拉伸粘结强度略有提高,收缩率下降了 23%。

  使用早强型聚羧酸系减水剂 PCA 时,随着铝酸盐水泥用量降低,自流平砂浆的 1 d 抗压和抗折强度逐渐降低,但 28 d抗压和抗折强度、拉伸粘结强度、收缩率略有增大,性能仍优于基础配方的自流平砂浆。铝酸盐水泥价格约为普通硅酸盐水泥的 5 倍,本实验选择铝酸盐水泥用量为 10%,较基础配方自流平砂浆成本可降低 100 元/t。后续实验选用早强型聚羧酸系减水剂 PCA,普通硅酸盐水泥占 25%、铝酸盐水泥占10%。

  按 2.1 优选配比、保持其它组分不变的基础上,研究砂胶比对自流平砂浆性能的影响,结果见表 3。

  从表 3 可以看出,随着砂胶比增大,砂浆的用水量增加,1 d 和28 d 强度呈现出逐渐降低的趋势。当砂胶比为 0.9~1.0,虽然砂浆 1 d 和 28 d 强度较高,但其和易性一般,且收缩率较大。当砂胶比达到 1.1~1.2 时,自流平砂浆 1 d 和 28 d 强度可以达到使用要求,且砂浆和易性较好,硬化试件表面光滑,收缩率也较低;继续增大砂胶比至 1.3 时,砂浆表面出现少量泌水,硬化试件表面起皮泛白霜,并且强度较低。从砂浆和易性、强度和成本等方面综合考虑,后续实验选择砂胶比为 1.1。

  按 2.2 优选配比、保持其它组分不变的基础上,研究重钙用量对自流平砂浆性能的影响,结果见表 4。

  由表 4 可知,在达到相同流动度的条件下,水胶比随重钙用量的增大呈现出先减小后增大的趋势,重钙用量为 17.5%时水胶比最小。重钙的颗粒形状不规则,粒径分布较宽,在用量较少时,不足以完全填充砂之间的孔隙,需要的用水量较大,水胶比较高;但在用量合适时,重钙可以紧密填充砂颗粒间孔隙,使集料骨架结构密实,所需用水量减少,水胶比降低;在重钙用量过高时,比表面积增大,需水量增加,水胶比又会提高。重钙的加入可以显著减小砂浆的经时损失,在其用量为17.5%时砂浆经时损失为最小。

  在 2.3 自流平砂浆最优配合比(即重钙用量为 17.5%,水胶比为 0.43,保持其它组分不变)的基础上,考察可再分散乳胶粉用量对砂浆性能的影响,结果见表 5。

  由表 5 可以看出,可再分散乳胶粉用量越大,砂浆的抗折和拉伸强度、含气量、耐磨性和凝结时间都随之增大,而收缩率随之减小;但抗压强度在其用量达到 2.4%后,再继续增大可再分散乳胶粉的用量,抗压强度降幅较大。在确保流动度、抗压强度和含气量都符合 JC/T 985—2005 要求的情况下,选择可再分散乳胶粉的用量为 2.4%。

  水泥基自流平砂浆对流动度、表观状态、收缩性及强度有较高的标准,要求硬化后的砂浆表面平整、无针孔、有很好的匀质性及高强度。消泡剂能消除砂浆混合和施工过程中所夹带或产生的气泡,提高抗压强度并且改善表面状态。在 2.4 最优配方基础上,研究消泡剂掺量对砂浆性能的影响,结果见表6。

  由表 6 可见,在实验掺量范围内,消泡剂的掺入有助于提高自流平砂浆的抗压强度,且表面平整度和光滑度有很大的改善。实验选择消泡剂的最佳掺量为 0.15%。

  表 8 表明,掺早强型聚羧酸系减水剂 PCA 的水泥基自流平砂浆,在降低铝酸盐水泥用量的前提下,其流动度、强度、收缩率、凝结时间等性能指标均符合 JC/T 985—2005 要求。

  (1)使用早强型聚羧酸系减水剂 PCA 时,随着铝酸盐水泥用量的降低,自流平砂浆的 1 d 抗压和抗折强度逐渐降低,但 28 d 抗压和抗折强度、拉伸粘结强度、收缩率略有增大。

  (2)随着砂胶比增大,砂浆的用水量增加,1 d 和28 d 强度呈逐渐降低的趋势。

  (3)重钙的加入可以明显减小砂浆的流动度经时损失;随可再分散乳胶粉用量增加,砂浆的抗折和拉伸强度、含气量、耐磨性和凝结时间都随之增大,而收缩率随之减小;掺加适量的消泡剂有助于提高自流平砂浆的抗压强度,且表面平整度和光滑度有很大的改善。

  m(普通硅酸盐水泥)∶m(铝酸盐水泥)∶m(石英砂)∶m(重钙)∶m(氟石膏)∶m(消泡剂)∶m(早强型聚羧酸系减水剂 PCA)∶m(可再分散乳胶粉)∶m(缓凝剂)∶m(早强剂)∶m(纤维素醚)

  (5)按最优配比制备的水泥基自流平砂浆性能符合 JC/T985—2005 标准要求。由于使用了早强型聚羧酸系减水剂PCA,降低了铝酸盐水泥的用量,使得自流平砂浆的成本比市售产品降低 100 元/t。