硅酸鹽水泥基雙組分自流平砂漿的制備與性能研究

王軼,羅翔

(蘇州中材建設(shè)有限公司,江蘇 昆山 215300)

自流平砂漿是由一種或者多種水泥搭配形成的混合膠凝材料、以石英砂作為骨料、惰性材料作為礦物填料以及多種化學(xué)外加劑配合而成,在自重作用下稍微施加外力便可流平均勻,且具有較好早期強度的綠色建筑功能砂漿[1。自流平砂漿具有凝結(jié)時間適當(dāng)、流動度好、早期強度高、抗偏析性能好、體積穩(wěn)定等特點[2。而當(dāng)自流平砂漿中的膠凝材料僅為硅酸鹽水泥時,會存在早期強度低、干燥收縮嚴(yán)重等多種問題,鋪設(shè)后的表面和角落會發(fā)生開裂和卷曲。而加入硫鋁酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥或者二者的混合物可以調(diào)整水化產(chǎn)物,進(jìn)而減少砂漿的開裂幾率,同時也可獲得更好的早期強度。

雙組分水泥基自流平材料主要組成為水泥和聚合物乳液兩部分,同時還加入了砂和多種外加劑[3-4]。以普通硅酸鹽水泥為主要膠凝物,通過加入高鋁水泥、石膏進(jìn)而形成多元復(fù)合膠凝材料,并摻入少量灰鈣。通過調(diào)控膠凝材料組成、膠砂質(zhì)量比和外加劑摻量,制備出高早強、膠砂質(zhì)量比優(yōu)良的水泥基自流平砂漿。重點研究了不同膠凝材料的組成、集料的配比等對自流平砂漿的流動性能、力學(xué)強度等的影響規(guī)律。

1 原料與實驗

膠凝材料:PII 52.5硅酸鹽水泥、高鋁水泥、石膏粉(石膏粉I主要為CaSO4·2H2O和CaSO4·H2O,石膏粉II主要為CaSO4),灰鈣粉,其化學(xué)組成見表1。

表1 膠凝材料的化學(xué)組成 單位:%

試驗采用分級后的石英砂I作為細(xì)集料,石英砂粒徑范圍為40(0.425 mm)～60(0.250 mm)目、60(0.250 mm)～100(0.15 mm)目、100(0.15 mm)～140(0.106 mm)目;石英砂II作為細(xì)集料,粒徑范圍為40(0.425 mm)～70(0.212 mm)目、70(0.125 mm)～120(0.212 mm)目。

論文采用200(0.075 mm)～400(0.374 mm)目重鈣粉作為填充材料。減水劑采用聚羧酸高效減水劑,可再分散乳膠粉為醋酸乙烯酯與乙烯共聚物,保水劑選用羥丙基甲基纖維素醚,消泡劑(DA)為液烴、聚乙二醇與無機載體,早強劑選用純度為99%工業(yè)級建筑級專用碳酸鋰,緩凝劑選用工業(yè)級純度為99.5%專用酒石酸。

在確定聚羧酸高效減水劑(3‰)、可再分散乳膠粉(4‰)、纖維素醚(3‰)、消泡劑(2.5‰)、早強劑(1‰)與緩凝劑(1‰)摻量基礎(chǔ)上,通過調(diào)節(jié)膠凝材料組分、膠砂質(zhì)量比、集料種類等參數(shù),測試砂漿的流動性能和力學(xué)性能,進(jìn)而調(diào)節(jié)自流平砂漿配比。實驗過程中保持水膠比為0.6,膠凝材料、集料通過正交實驗[5]得到配合比設(shè)計見表2,研究膠凝材料和集料組成對自流平砂漿工作性能參數(shù)的影響。

表2 膠凝材料與集料配比

論文中實驗的樣品制備、相關(guān)力學(xué)性能測試依據(jù)JC/T 985—2017國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

2 實驗研究與分析

2.1 膠凝材料組分對自流平砂漿性能影響

論文建立了普通硅酸鹽水泥-高鋁水泥-石膏三元復(fù)合膠凝體系,確定兩種水泥的混合膠砂質(zhì)量比為2∶1,通過調(diào)節(jié)石膏的投入量調(diào)整三者的混合比例,再摻入灰鈣粉,得出最佳膠凝材料配合比。

圖1 膠凝材料組分含量對砂漿性能的影響(a.流動性能;b.1d強度)

2.2 集料對自流平砂漿性能的影響

研究表明,石英砂作為集料,其顆粒形狀與結(jié)構(gòu)會對自流平砂漿性能有較大影響。論文討論了膠砂質(zhì)量比、粒度級配對砂漿力學(xué)性能的影響。

2.2.1 膠砂質(zhì)量比對自流平砂漿性能的影響

膠砂質(zhì)量比對砂漿的流動性能和力學(xué)性能影響較大。論文探究了膠砂質(zhì)量比分別為0.6,0.7,0.8,0.9,1.0,1.1自流平砂漿的性能,如圖2所示。

圖2 膠砂質(zhì)量比對砂漿性能影響((a)流動性能;(b)1d強度)

由圖可以看出,隨著膠砂質(zhì)量比增大,砂漿的流變性增加(如圖2(a))。膠砂質(zhì)量比為0.6時(編號QS-1)砂漿的初始流動度只有105 mm,20 min后的流動度不到100 mm,遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)要求的130 mm。膠砂質(zhì)量比增大到1.0時(編號QS-5),砂漿流動性能表現(xiàn)為最佳,并且初始流動度和20 min流動度分別為138 mm和130 mm。進(jìn)一步增加膠砂質(zhì)量比,(對比QS-1至QS-6),砂漿初始流動度和20 min流動度均有少量降低。圖2(b)顯示,砂漿的1d抗折抗壓強度與膠砂質(zhì)量比并無明顯關(guān)系,綜合考慮砂漿流動性能與力學(xué)性能,膠砂質(zhì)量比為0.8(編號QS-3)的1d抗壓強度最大,為12.4 MPa,但砂漿20 min流動度僅為124 mm,遠(yuǎn)低于國標(biāo)要求130 mm,為本文最佳工況。

2.2.2 砂的級配對平砂漿力學(xué)性能的影響

圖3～4為石英砂I和II對自流平砂漿性能的影響規(guī)律。

圖3 石英砂 Ⅰ 級配對自流平砂漿性能的影響((a)流動性能;(b)強度)

論文選用了0.8的膠砂質(zhì)量比,分別使用兩種級配的石英砂進(jìn)行實驗,研究砂的級配對砂漿性能的影響。通過對比可知對于選定的兩種石英砂,其初始流動度和20 min的流動度相差不大,數(shù)值在129～139 mm與115～131 mm之間。石英砂Ⅰ的不同級配測試結(jié)果中QS Ⅰ-CG5流動度最低為131mm,QS Ⅰ-CG1流動度最高為140 mm。石英砂Ⅱ流動性能測試結(jié)果中QS Ⅱ-CG1流動度最低為128 mm,QS Ⅱ-CG5流動度最高為138 mm。根據(jù)砂漿強度的測試結(jié)果(見圖3(b)、圖4(b)),兩種級配的石英砂抗折強度分別在2.3～3.5,2.9～3.4 MPa范圍內(nèi),抗壓強度分別在8.7～10.5,9.4～10.3 MPa范圍內(nèi),且石英砂Ⅱ強度分布更集中。綜合考慮材料經(jīng)濟性與砂漿的流動性能和力學(xué)性能,論文得出采用40(0.425 mm)～120(0.212 mm)目石英砂Ⅱ砂漿性能為最佳。

圖4 石英砂 Ⅱ 級配對自流平砂漿性能的影響((a)流動性能;(b)強度)

3 結(jié)論

論文建立了普通硅酸鹽水泥-高鋁水泥-石膏三元復(fù)合膠凝材料體系,實驗研究了不同膠凝材料組成、集料性能對砂漿流動性能和力學(xué)性能的影響。研究表明,當(dāng)水灰比、外加劑摻入量確定時,硅酸鹽水泥、高鋁水泥、石膏含量分別為20%,15%,5%,膠砂質(zhì)量比為0.8,石英砂粒度分布為40(0.425 mm)～120目(0.212 mm)性能最好。