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胶凝材料对硫铝酸盐水泥体系自流平砂浆强度影响的研究

添加日期:2016/9/13 14:10:36   作 者:李树东  来源:   浏览次数:

 摘要:在不同的自流平砂浆体系中,使用硫铝酸盐水泥体系的自流平砂浆是一个比较复杂的体系,普通硅酸盐水泥与硫铝酸盐水泥复合后,水泥的矿物组成变的多而复杂,这种复合体系水泥的水化硬化过程是一个多种矿物的水化硬化的多元复杂体系[1]。通过将硫铝酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、无水硬石膏以合适的比例混合,通过实验,分析三种胶凝材料在自流平配方中不同的比例对1d24d强度的影响,从而得出最佳比例。

关键词:硫铝酸盐水泥;胶凝材料;抗折强度;抗压强度;

1     前言

本文研究的OPC-CSA-Gyp三元复合体系中,其矿物组成既包括普通硅酸盐水泥中的组成矿物,也包括硫铝酸盐水泥中的组成矿物,因此是多种矿物水化硬化的多元复杂体系。而在这个体系中,提供早期强度的主要是钙矾石,钙矾石的来源主要包括在有石膏存在的条件下普硅水泥中C3A的水化、硫铝酸盐水泥中无水硫铝酸钙的水化。石膏掺量较高时,水泥中C4A3S水化速度很快,形成了结晶结构。结晶的结构网过早形成,虽对早期强度有利,但限制了随后生成的水化产物的顺利扩散,在有限的空间内水化产物大量堆积且产生很大膨胀势能,使结构受损伤,强度增长缓慢[2]。导致硫铝酸盐水泥从某一龄期抗折强度倒缩的原因:从硫铝酸盐水泥水化速度来看,其水化是比较快的,水化产物来不及扩散,包裹在未水化颗粒的表面,阻止未水化颗粒的继续水化。同时,由于快速水化产生的结构网不合理,有许多薄弱环节,加之水泥水化产生的热量以很高的速率释放出来,水泥是热的不良导体,因此产生的热应力使水泥石薄弱环节形成许多微裂纹,此时裂纹宽度很小,不一定会引起抗折强度的倒缩[3]。随着水化进行,C4A3S进一步水化形成AFt,此时生成的AFt在有限空间内具有很大的膨胀势能,使原来产生的微裂纹进一步扩展或产生新裂纹,水泥石结构变得不密实,从而引起抗折强度倒缩。抗折强度倒缩的时间取决于包裹未水化颗粒表面的水化产物的厚度,裂纹产生的时间及扩展情况。所以硫铝酸盐水泥水化速度越快,水化热集中的越多,抗折强度的倒缩就越大[4]

本实验在研究三元体系对硫铝酸盐体系自流平砂浆强度影响的过程中,主要采取固定胶凝材料总量进行实验。固定胶凝材料总量360,同时固定普硅掺量,研究不同的Gyp/CSA比例对砂浆强度的影响。

2 实验原材料和实验方法

2.1   实验原材料的选择

胶凝材料:普通硅酸盐水泥:选择当地应用最广及公司生产所用的海螺P·O42.5,作为水硬性粘结材料,主要提高砂浆的强度,能为各类原材料提高各种性能的保证;硫铝酸盐水泥:国内厂家,市场比较常用;无水硬石膏:安徽厂家,稳定的原产矿石膏,质量稳定,适用性广;

骨料:水洗砂4070目和70140目,选用市场常用水洗砂;合理的砂级配对提高砂浆性能有很好的帮助;粉料填料:细度为400目的重钙;

聚合物可再分散乳胶粉:弗克可再分散乳胶粉FX04,玻璃化温度为18℃,良好的钢性,粘结强度及流平性;

保水增稠剂:进口低粘度的400 mPa.S粘度HPMC,增稠保水性、抗沉降及减少泌水;

减水剂:弗克高效聚羧酸减水剂C900,分散减水作用,增加砂浆的流动性及减低水灰比,提高一定的强度,

缓凝剂:柠檬酸、葡萄糖酸钠;使砂浆保持20min的流动度;

消泡剂:选用德高明凝化学的粉体消泡剂P803,消除部分由纤维素醚、胶粉及搅拌过程中产生的气泡,提高砂浆表面的密实性;

早强剂:碳酸锂,提供早期强度;

2.2实验方法

2.2.1 确定普硅水泥的掺量为160kg,变化硫铝水泥与无水硬石膏的比例

1、普硅固定为160

 

1-1#

1-2#

1-3#

1-4#

1-5#

普硅水泥

160

       

硫铝水泥

154

143

133

125

118

无水硬石膏

46

57

67

75

82

Gyp/CSA水泥

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

重钙(800目)

200

70-140水洗砂

440

柠檬酸

0.8

葡钠

0.6

HPMC(500mpa·s)

1.0

SD600PH

0.6

碳酸锂

0.3

P803

1.0

胶粉6015L

10

用水量/%

25

初始流动度/mm

148

150

149

150

149

20min流动度/mm

145

146

146

147

146

1d/Mpa

抗折

2.61

2.86

2.99

3.05

2.62

抗压

12.59

15.28

15.98

15.69

13.03

28d/Mpa

抗折

6.2

6.3

6.2

5.7

5.2

抗压

24.0

27.0

28.1

28.7

29.0

 

 


 

 

 

 


 

 

 

 


 

 

 

 

 

 

 

 

2.2.2 确定普硅水泥的掺量为200kg,变化硫铝水泥与无水硬石膏的比例

2、普硅固定为200

 

2-1#

2-2#

2-3#

2-4#

2-5#

普硅水泥

200

       

硫铝水泥

123

114

107

100

94

无水硬石膏

37

46

53

60

66

Gyp/CSA水泥

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

重钙(800目)

200

70-140水洗砂

440

柠檬酸

0.8

葡钠

0.6

HPMC(500mpa·s)

1.0

SD600PH

0.6

碳酸锂

0.3

P803

1.0

胶粉6015L

10

用水量/%

25

初始流动度/mm

148

147

148

148

148

20min流动度/mm

145

144

145

144

145

1d/Mpa

抗折

2.41

2.70

2.82

2.83

2.74

抗压

10.09

12.69

12.59

12.96

11.59

28d/Mpa

抗折

5.33

5.42

4.55

5.38

5.07

抗压

20.62

23.98

23.41

25.54

26.04

 

2.2.3 确定普硅水泥的掺量为240kg,变化硫铝水泥与无水硬石膏的比例

3、普硅固定为240 

 

3-1#

3-2#

3-3#

3-4#

3-5#

普硅水泥

240

       

硫铝水泥

92

86

80

75

70

无水硬石膏

28

34

40

45

50

Gyp/CSA水泥

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

重钙(800目)

200

70-140水洗砂

440

柠檬酸

0.8

葡钠

0.6

HPMC(500mpa·s)

1.0

SD600PH

0.6

碳酸锂

0.3

P803

1.0

胶粉6015L

10

用水量/%

25

初始流动度/mm

135

140

140

140

141

20min流动度/mm

134

139

136

137

139

1d/Mpa

抗折

2.34

2.69

2.66

2.77

2.91

抗压

8.24

10.05

10.71

11.35

11.18

28d/Mpa

抗折

5.44

5.27

4.69

4.99

4.55

抗压

17.76

19.59

18.78

19.53

20.84

2.2.4 确定普硅水泥的掺量为280,变化硫铝水泥与无水硬石膏的比例

4、普硅固定为280 

 

4-1#

4-2#

4-3#

4-4#

4-5#

普硅水泥

280

       

硫铝水泥

62

57

53

50

47

无水硬石膏

18

23

27

30

33

Gyp/CSA水泥

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

重钙(800目)

200

70-140水洗砂

440

柠檬酸

0.8

葡钠

0.6

HPMC(500mpa·s)

1.0

SD600PH

0.6

碳酸锂

0.3

P803

1.0

胶粉6015L

10

用水量/%

25

初始流动度/mm

148

149

152

153

153

20min流动度/mm

145

146

149

150

152

1d/Mpa

抗折

1.0

1.78

2.00

1.90

1.84

抗压

3.21

6.13

7.64

6.74

6.60

28d/Mpa

抗折

3.19

3.58

3.43

3.50

3.58

抗压

9.14

13.68

15.08

15.58

16.11

 

实验结论:

1)   就整体而言,Gyp/(CSA水泥)0.3-0.6时,无论普硅水泥掺量如何变化,砂浆的1d强度均Gyp/(CSA水泥)比例增加呈增大趋势,Gyp/(CSA水泥)0.6时,1d强度降低;

2)   28d抗压强度数据来看,随Gyp/(CSA水泥)比例增大,强度呈增加趋势,而28d抗折强度变化规律不明显,普硅掺量低时基本随Gyp/(CSA水泥)比例增大呈减小趋势,猜测与生成的钙矾石数量有关。

3)   因此,在配方设计中,需综合考虑砂浆的1d28d强度数据,建议 Gyp/(CSA水泥)的最佳比例为0.4-0.6

2.2.5gyp/CSA对强度的影响总结

5不同普硅掺量下,Gyp/CSA水泥比例对砂浆1d抗折强度的影响(单位:Mpa)

 

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

160

2.61

2.86

2.99

3.05

2.62

200

2.41

2.70

2.82

2.83

2.74

240

2.34

2.69

2.66

2.77

2.91

280

1

1.78

2

1.9

1.84

6不同普硅掺量下,Gyp/CSA水泥比例对砂浆1d抗压强度的影响(单位:Mpa)

 

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

160

12.59

15.28

15.98

15.69

13.03

200

10.09

12.69

12.59

12.96

11.59

240

8.24

10.05

10.71

11.35

11.18

280

3.21

6.13

7.64

6.74

6.6


 

 

7不同普硅掺量下,Gyp/CSA水泥比例对砂浆28d抗折强度的影响(单位:Mpa)

 

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

160

6.2

6.3

6.2

5.7

5.2

200

5.33

5.42

4.55

5.38

5.07

240

5.44

5.27

4.69

4.99

4.55

280

3.19

3.58

3.43

3.50

3.58

8不同普硅掺量下,Gyp/CSA水泥比例对砂浆28d抗压强度的影响(单位:Mpa)

 

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

160

24.0

27.0

28.1

28.7

29.0

200

20.62

23.98

23.41

25.54

26.04

240

17.76

19.59

18.78

19.53

20.84

280

9.14

13.68

15.08

15.58

16.11


 


 

实验结论:

1)       整体试验是在固定胶凝材料总量的基础上进行的,普硅水泥掺量低时,相对地石膏和硫铝水泥总量较高,由于实验中采用的水泥强度较高,因此,随普硅水泥掺量减少砂浆的强度呈现增大趋势,增长幅度较大。

2)       普硅掺量较高时(试验中为280,在胶凝材料中所占比例为78%),石膏和硫铝水泥的总量较少,砂浆的1d抗折强度不能满足JC/T 985标准要求,普硅掺量≤67%时,砂浆的1d强度均能满足标准要求,因此硫铝水泥和石膏的掺量对提高砂浆的早期强度有重要的作用,另外也可以看出,Gyp/(CSA水泥)比例固定时,体系的1d强度随普硅掺量增加而减小;

3)       在后期强度方面(试验中主要为28d强度),普硅掺量较高时(280),砂浆的28d强度较低,不能满足标准要求;

4)       普硅掺量在200-240时,砂浆的28d抗折强度相差较小,表明在此掺量范围内时,普硅掺量对28d抗折影响敏感性较弱;

3总结

1)       就整体而言,Gyp/(CSA水泥)0.3-0.6时,无论普硅水泥掺量如何变化,砂浆的1d强度均Gyp/(CSA水泥)比例增加呈增大趋势,比例>0.6时,1d强度降低,从28d抗压强度数据来看,强度随Gyp/(CSA水泥)比例增大呈增加趋势,而28d抗折强度变化与之不一致,普硅掺量低时基本随Gyp/(CSA水泥)比例增大呈减小趋势;

2)       整体试验是在固定胶凝材料总量的基础上进行,普硅水泥掺量低时,由于实验中水泥强度较高,因此,砂浆强度随着普硅掺量减少呈现增大趋势,且增长幅度较大,普硅掺量较高时(在胶凝材料中所占比例为78%),石膏和硫铝水泥的总量较少,砂浆的1d抗折强度不能满足JC/T 985标准要求,普硅掺量≤67%时,砂浆的1d强度均能满足标准要求,因此硫铝水泥和石膏的掺量对提高砂浆的早期强度有重要的作用,另外也可以看出,Gyp/(CSA水泥)比例固定时,1d强度随普硅掺量增加而减小;

3)       另外,普硅掺量在200-240时,砂浆的28d抗折强度相差较小,表明在此掺量范围内时,普硅掺量对28d抗折影响敏感性较弱,在配方设计中,综合考虑砂浆的1d28d强度数据,建议 Gyp/(CSA水泥)的最佳比例为0.4-0.6

参考文献:

[1]黄从运.聚合物改性硫铝酸盐水泥修补砂浆的实验研究,20065

[2]袁润章.胶凝材料学[M].武汉理工大学出版社.1996

[3]王复生,杨海燕.硫铝酸盐水泥与硅酸盐水泥复合对复合水泥性能的影响.19962

[4]李炳良,石膏掺量对硅酸盐和硫铝酸盐水泥复合体系性能的影响。


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