任增洲-重大-硫铝酸盐水泥对水泥基自流平砂浆性能的影响;.pdf

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1、硫铝酸盐水泥对水泥基自流平砂浆性能的影响硫铝酸盐水泥对水泥基自流平砂浆性能的影响 任增洲1，吴芳，李俊，陈涵 (重庆大学材料科学与工程学院 重庆 400045) 摘要摘要：本文研究了硫铝酸盐水泥对自流平砂浆工作性、强度、尺寸变化率的影响。试验结果表明： 硫铝酸盐水泥与硅酸盐水泥复合配制自流平砂浆，其掺量为 15%20%（占水泥总量）时，自流平 砂浆性能最佳，24h 抗压强度超过 12MPa、抗折强度超过 4MPa，可工作时间达到 30min，硬化砂 浆表面光滑平整，各项指标明显优于 JC/T985-2005 的要求。 关键词关键词：硫铝酸盐水泥，自流平砂浆，工作性，早期强度，尺寸变化率 Eff

2、ect of Sulphoaluminate cement on cementitious self-leveling floor mortar performance Ren Zeng-zhou ,Wu Fang, Li Jun,Chen Han (Materials Science and Engineering College, Chongqing University, Chongqing, 400045) Abstract：In the paper, the effects of sulphoaluminate cement on the workability , strength

3、, size chang rate of self-leveling mortar are studied. The experimental results show that: sulphoaluminate cement and portland cement composite preparation self-leveling mortar, when the content of sulphoaluminate cement is in the range of 15%20% (accounting for the total amount of cement), the self

4、-leveling mortar performance is the best, and 24h compressive strength is more than 12MPa , flexural strength is more than 4MPa, working hours can be reached 30min, the surface of mortar are smooth and hardened, the indicators are better than JC/T985-2005 requirements. Keywords ： Sulphoaluminate cem

5、ent, self-leveling mortar, workability, early strength, contracted compensation 0 0 引言引言 水泥基自流平砂浆具有良好的流动性及稳定性，且施工速度快，劳动强度低，是大型超市、停 车场、仓库等地面铺筑的理想材料，也是现代建筑地面施工的一个发展方向，市场潜力很大1。 1任增洲：联系电话：13637926168 Email： 对于水泥基自流平砂浆的快硬、低收缩性的特殊要求，大部分商业产品采用混合胶凝材料系统， 以生成钙钒石为主的水化产物2来达到这一目的。目前国内外配置的水泥基自流平砂浆所用的胶凝 材料不外乎以下两种：

6、以普通硅酸盐水泥为主，辅以铝酸盐水泥和石膏，以铝酸盐水泥为主， 辅以硅酸盐水泥和石膏3。由于铝酸盐水泥价格昂贵，配置出的自流平砂浆成本高，而硫铝酸盐水 泥同样具有补偿收缩、加快早期强度发展等优点，且成本比铝酸盐水泥低得多，因而利用硫铝酸盐 水泥代替铝酸盐水泥配置水泥基自流平砂浆可以大幅降低成本，取得更高的经济效益。本文研究了 硫铝酸盐水泥对水泥基自流平砂浆工作性、强度、尺寸变化率的影响，以期为开发低成本高性能水 泥基自流平砂浆提供依据。 1 1 试验材料和方法试验材料和方法 1 1.1.1 试验原材料试验原材料 （1）水泥：重庆拉法基水泥有限公司生产的 P.O42.5R 普通硅酸盐水泥及峨嵋山

7、墙华特种水泥有 限责任公司生产的 R.SAC42.5 硫铝酸盐水泥。 （2）掺合料：重庆钢铁集团生产的水淬高炉矿渣，经烘干粉磨后使用，4900 孔筛余量 2.5%；重 庆华能珞璜电厂生产的级灰，比表面积为 2600cm2/g，密度为 2.33g/cm3。 （3）砂子：细度模数为 1.4 山硅石英砂。 （4）可分散乳胶粉：德国瓦克生产的 RE5011L （5）外加剂：格雷斯聚羧酸高效减水剂；赫克力士天普化工生产 的纤维素醚（HPMC） ，B1-MT 4000 PFV；有机硅消泡剂。 1 1.2.2 试验方法试验方法 （1）流动度、强度和收缩试验依据 JC/T9852005地面用水泥基 自流平砂浆

8、的要求进行。 （2）流出时间依据测 CA 砂浆流出时间测试方法（图 1） ：将漏 斗垂直地架设在支架上；将砂浆试样注入漏斗，用手指将输出口压 住，使砂浆注满漏斗，并将表面整平；放开手指，砂浆流出，用秒 表测定砂浆从开始到结束连续流下所经历的时间， 即为砂浆的流出时 间；20min 和 30min 后对同一试样进行一次流动时间试验，并绘出 流动时间曲线。 2 2 硫铝酸盐水泥对自流平砂浆性能的影响硫铝酸盐水泥对自流平砂浆性能的影响 试验基本配合比为水泥：矿渣：粉煤灰：石英砂：可在分散乳胶粉：聚羧酸高效减水剂：纤维 素醚：有机硅消泡剂：水=70：20：10：100：2：0.25：0.05：0.5：

9、40。 固定其它组成材料用量，保持复合水泥量不变条件下，改变普通硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥之 间的比例配制自流平砂浆，其试验结果如下： 表 1 硫铝酸盐水泥对自流平砂浆性能的影响 序号 复合水泥用 量(%) 扩展度 (mm) 工作性 抗压强度 (Mpa) 抗折强度 (Mpa) 硬化试件表面 SAC P.O 初始 20min 30min 24h 28d 24h 28d S-1 0 100 165 162 162 微泌水沉降 2.8 49.8 1.0 13.1 浮一层灰白浆 图 1 锥形筒 Fig.1 Conical tube S-2 10 90 165 160 155 微沉降 10.9 47.7

10、3.8 11.9 微起皮泛白霜 S-3 15 85 160 155 142 流动性良好 11.6 45.8 3.7 12.9 平整光滑 S-4 20 80 160 150 138 流动性良好 14.4 49.7 4.7 12.4 光滑坚硬 S-5 30 70 160 148 135 流动性一般 3.6 46.7 1.6 10.2 平整微黄 S-6 40 60 160 132 115 流动性差 7.2 48.9. 3.0 11.2 平整发黄 2 2. .1 1 硫硫铝酸盐水泥对自流平砂浆铝酸盐水泥对自流平砂浆工作性工作性的影响的影响 扩展度是表征自流平砂浆流动性的重要指标，扩展度越大砂浆流动性越

11、好，但过大砂浆容易产 生泌水沉降现象，经德国瓦克公司研究者试验研究得出自流平砂浆的扩展度在 145mm 左右为最佳。 由表 1 可知，随着硫铝酸盐水泥掺量的增加，砂浆的初始扩展度变化不大；掺量在 15%20%时，砂 浆 20min、30min 的扩展度分别在 150、140mm 左右，流动性良好；当掺量超过 30%时，砂浆扩展 度急剧下降，流动性变差。 工作性良好的自流平砂浆不仅要满足扩展度要求，而且具有合适的粘度，如果粘度太小，砂浆 易泌水沉降，粘度太大，砂浆流动性差，流平时间长。流出时间在一定程度上反映了自流平砂浆粘 度的大小：流出时间越长，粘度越大，反之，越小。硫铝酸盐水泥对自流平砂浆流

12、出时间的影响结 果见图 2。从图中可见，当硫铝酸盐水泥掺量超过 20%时，砂浆粘度急剧增大，流出时间增长，流 动性差；硫铝酸盐水泥掺量为 15%20%时，砂浆 30min 时的流出时间在 1215s，流出时间损失较 小。 图 2 SAC 对自流平砂浆扩展度的影响 以上数据说明硫铝酸盐水泥在一定掺量范围内可以减少自流平砂浆泌水沉降，从而改善其工作 性。这主要是因为硫铝酸盐水泥凝结时间短、水化快，掺到砂浆后，较快的水化反应使得砂浆粘度 增大，抗剪力增大，快速形成的水化产物也会阻挡水的流通和砂子的沉降。 考虑硫铝酸盐水泥对自流平砂浆工作性的影响，其适宜掺量为 15%20%（占水泥总量） 。 2 2.

13、 .2 2 硫铝酸盐水泥对自流平砂浆强度的影响硫铝酸盐水泥对自流平砂浆强度的影响 硫铝酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的矿物组成不同，其性能有很大差异，两者复合后对自流平砂 浆的强度影响较大。 由表 1 可知，硫铝酸盐水泥对砂浆早期强度影响大，对后期强度影响小。当未掺硫铝酸盐水泥 时，砂浆硬化表面浮一层灰白浆，强度极低；当硫铝酸盐水泥掺量增加到 10%时，砂浆早期强度提 0 5 10 15 20 25 30 0%10%15%20%30%40% SAC在复合水泥中占的比例 流出时间/s 初时 20min 30min 高明显，24h 抗折、抗压强度分别提高了 2.8MPa 和 8.1MPa，砂浆硬化表面起

14、皮、泛白霜情况得到 改善；当硫铝酸盐水泥掺量增加到 20%时，砂浆的早期强度增加不大，砂浆硬化表面光滑、坚硬； 当硫铝酸盐水泥掺量超过 20%时，砂浆早期强先急剧降低后略有增加，砂浆硬化表面发黄，光滑坚 硬度变差。 根据以往研究者的试验结果得知4， 不同硫铝酸盐水泥(SAC)和普通硅酸盐水泥(OPC)配比的混 合水泥的水化产物都是一样的，仅是数量上的不同，两种水泥混合会加快水泥水化，混合水泥水化 的大体进程如下： 首先： C4A3s+2CsH2+36H=C3A3CsH32+2AH3(gel) (1) C3A + CH +12H = C4AH13 (2) C3S+3H=C-S-H (gel)+2

15、CH (3) 在石膏存在的条件下尤其是在 CH 溶液中，接着水化生成物之间发生以下反应： AH3(gel) +3CH+3CsH2+20H= C3A 3Cs H32 (4) 随着水化反应的进行， 水泥石中的 C3S、 C2S 进一步与水发生反应， 生成 C-S-H 凝胶和 CH 晶体， 该反应的发生使水泥石中的 CH 含量又有所增加，在 CH 量充足的情况下生成的钙矾石具有膨胀性。 之所以硫铝酸盐水泥比例在 20%左右时早期强度最高，可能是因为硫铝酸盐水泥的水化进程和普通 硅酸盐水泥的水化进程达到一致， C3A 快速反应形成的 CH 够多， 由 AH3(gel)与 CH 反应形成的钙矾 石足够快

16、、多，并且两种水泥形成的水化产物相互搭接，结构足够密实；而硫铝酸盐水泥比例超过 20%后强度有所下降，是因为硫铝酸盐水泥的水化进程和硅酸盐水泥的水化进程不一致，两者相互 制约破坏而导致砂浆的强度下降5。硫铝酸盐水泥掺量超过 20%后，砂浆凝结硬化太快，水泥相和 成膜聚合物在砂浆表面富集较少，砂浆坚硬和光滑度较差。 可见，掺入硫铝酸盐水泥可以提高自流平砂浆的早期强度，但并不是硫铝酸盐水泥掺量越多砂 浆早期强度越高，适宜掺量为 15%20%。 2 2. .3 3 硫铝酸盐水泥对自流平砂浆尺寸变化率的影响硫铝酸盐水泥对自流平砂浆尺寸变化率的影响 尺寸变化率是评价自流平砂浆抗裂性的一个重要指标，其大小

17、对自流平砂浆与基地的粘接力、 表面变形、空鼓、脱落及裂缝等有较大影响。试验结果见图 3。 图 3 SAC 对自流平砂浆尺寸变化率的影响 由图 3 可见，当自流平砂浆未掺硫铝酸盐水泥时，收缩较大，尺寸变化率为 0.21%，超过了标 -0.25 -0.20 -0.15 -0.10 -0.05 0.00 0%10% 15% 20% 30% 40% SAC在复合水泥中占的比例 尺寸变化率/% 准要求；掺入硫铝酸盐水泥后，砂浆尺寸变化率减小，抗裂性提高。从图中还可以看出，掺入硫铝 酸盐水泥后，砂浆尺寸变化率与强度变化规律相反，砂浆强度高的收缩小，强度低的收缩大。 自流平砂浆相对干混砂浆来说，水灰比大，含

18、水量多，当其不掺硫铝酸盐水泥时，水化速度慢， 强度发展低，较多的水分容易蒸发造成收缩大；当掺入硫铝酸盐水泥后，砂浆中复合水泥水化加快， 结合水量又快又多，水分蒸发量相对减少，早期强度发展快，收缩小。另外，水化过程中形成的膨 胀性水化产物（钙矾石）也补偿了一部分收缩：当两种水泥的水化进程一致时，形成的水化产物相 互搭接，膨胀性产物（钙矾石）堆积量多，强度高，收缩小；当两种水泥水化进程不一致时，两者 的水化产物相互制约而破坏，膨胀性水化产物（钙矾石）堆积量相对减少，强度低，收缩大。 3 3 试验配置出的水泥基自流平砂浆的现场浇筑情况试验配置出的水泥基自流平砂浆的现场浇筑情况 按前面的基本配合比，硫

19、铝酸盐水泥掺 15%20%（占水泥总量）时，配制的自流平砂浆现场浇 注硬化情况见图 4，效果较好。 图 4 示范场地自流平砂浆硬化后的效果 4 4 试验结论试验结论 1. 在一定掺量范围内，掺入硫铝酸盐水泥可减少自流平砂浆的泌水沉降，改善其工作性。但掺 量过低时，砂浆泌水沉降，凝结慢，硬化后表面浮一层灰白浆，强度低；掺量过高时，砂浆粘度大， 流动性差，在可工作时间范围内来不及流平，硬化表面发黄，光滑平整度差。 2. 硫铝酸盐水泥可提高自流平砂浆早期强度和减少收缩，但并不是掺量越多砂浆强度越高、收 缩越小，只有当硫铝酸盐水泥和普通硅酸水泥复合后的水化进程一致时，生成的水化产物相互搭接 使得结构密

20、实，砂浆早期强度最高、收缩最小。 3. 硫铝酸盐水泥适宜掺量为 15%20%（占水泥总量） 。该条件下，自流平砂浆 24h 抗折强度超 过 4MPa，抗压强度超过 12MPa，硬化砂浆表面光滑平整，其各项指标明显优于标准 JC/T985-2005 的要求。 参考文献参考文献 1苑金生.地面自流平材料的开发应用J.中国建材. 1997:46-48. 2A.De Gasparo1,J.Kighelman2,R.Zurbriggen3,K.Scrivener2,M.Herwegh1. 自流平地面砂浆的性能机理及应用. 新型建筑材料.2006.(9),47. 3Amathieu L.,&Valdeli

21、vre B.Calcium Aluminate Cement:a ver-satile binder for various applications in the dry mortar industry.Proceedings of the 2004 China International Dry Mortar Pro-duction&Application Techniques Seminar：Beijing,China,2004:63-70. 4陈娟,李北星,卢亦焱.硅酸盐-硫铝酸盐水泥混合体系的试验研究。重庆建筑大学学报,2007,4（29）121-124. 5李迁.硫铝酸盐与硅酸盐复合水泥研究.辽宁大学学报:自然科学版,2007,33（6）158-162.