石膏自流平砂浆（精选7篇）
石膏自流平砂浆 第1篇
1 石膏基自流平砂浆起源及国内外发展概况
1.1 石膏基自流平砂浆起源
早在20世纪60年代,为了解决地暖系统中水泥混凝土对铜管的腐蚀现象,欧洲开始采用石膏基地坪材料与聚乙烯管。经过20多年的完善与发展,到20世纪80年代欧美的地暖技术已经非常成熟,80年代后期石膏企业已经开始制定了为地暖应用的石膏基自流平砂浆的规范。
1.2 国外石膏基自流平砂浆发展
日本由于劳动力紧张和费用高,对自流平地坪材料开发较早,日本住宅公团在1972年首先对石膏基、水泥基自流平材料进行了基础研究,随后出现商品石膏基自流平材料。1979年,日本已有10多种品牌的石膏基自流平材料[2]。
20世纪80年代以来,美国、法国、德国、意大利、瑞典、芬兰等发达国家就开始进行自流平砂浆的研究。例如德国的帕依爱罗公司用Ⅱ型无水石膏、奇罗尼公司用α半水石膏都生产出强度为20~30 MPa、铺设厚度为10 mm的石膏基自流平材料。美国的石膏水泥公司则采用α、β-石膏混合物,在现场加入骨料后泵送的石膏基自流平地坪材料也得到广泛应用[2]。
在德国,仅2001年就生产了近1亿m2的地面砂浆,其中干混石膏基地坪砂浆占16.4%,现场拌制石膏基地坪砂浆占6.6%[3]。从2001年欧洲脱硫石膏的应用领域来看,15%的脱硫石膏用在了石膏基自流平砂浆中[4]。不难看出,在欧洲市场,石膏基自流平砂浆占据了地面砂浆的很大一部分份额。
1.3 国内石膏基自流平砂浆发展
我国石膏基自流平砂浆研究起步较晚,大约起始于20世纪80年代末、90年代初[5]。1986年研制成功以氟石膏废渣为胶凝材料的石膏基自流平材料,但是由于石膏的耐水性较差,且呈中性或酸性,对铁件有锈蚀的危险[6],生产应用的较少。近年有些单位也有石膏基自流平砂浆产品,但大多厂家采用建筑石膏来配制,并靠增加化学添加剂确保达到相应性能要求,而添加剂费用约占自流平石膏生产成本的2/3,致使石膏基自流平砂浆应用成本高于水泥基自流平砂浆,推广应用受阻,发展缓慢。应用技术和施工机具与国外尚有一定的差距。
2005年,杨新亚和王锦华[7]开始研究硬石膏基地面自流平材料。随着国内石膏基自流平产品的逐渐成熟,2007年,我国制定并实施了相应产品标准JC/T 1023—2007《石膏基自流平砂浆》。
2 石膏基自流平砂浆的优点及在地暖中的应用
2.1 石膏基自流平砂浆的优点
石膏基自流平砂浆的主要胶凝材料是石膏,并且具有自动流平的性能,具有以下优点:
(1)采用石膏基自流平砂浆施工的地面,尺寸准确,水平度极高,不空鼓、不开裂;作业时轻松方便,效率高;并且可以采用泵送施工,日铺地面可达800~1000 m2,比传统的地面材料施工速度要快5~10倍。
(2)用做“地暖”找平覆盖层,保温性能好(地暖与其它采暖方式相比,节能幅度约为20%,如采用分区温控装置,节能幅度可高达40%);不会像水泥砂浆层那样,因热胀冷缩产生开裂、起鼓等现象[4]。
(3)石膏基自流平砂浆硬化后的地板有一定弹性,脚感温暖舒适;并且具有一定的隔声效果。
(4)石膏基自流平砂浆和水泥砂浆用于建筑物地面的找平层时,二者连工带料的最终成本相近。如若用石膏自流平砂浆替代水泥砂浆,由此减少水泥的用量在整个水泥产量中比例很小,不足1%,基本上不会影响水泥生产企业的利益。因此,在我国推广应用石膏基自流平砂浆的阻力小,前景广。
2.2 石膏基自流平砂浆与水泥砂浆的性能对比
2.2.1 一般性能对比(见表1)
从表1可以看出,2种自流平砂浆的性能指标十分相近,为了保证相应的流动度,与普通砂浆相比,通常自流平砂浆的需水量要高很多。在自流平砂浆中,这些多余的水分将蒸发到空气中,如果这一过程发生过快,就会引起十分明显的砂浆收缩,进而导致在砂浆中出现裂缝。但在石膏基自流平砂浆中不会出现这种情况,石膏基与水泥基砂浆的膨胀收缩值见图1。
由图1可知,水泥基自流平砂浆的收缩率远远高于石膏基自流平砂浆,到28 d,水泥基自流平砂浆的收缩值约为1.17mm/m。随着时间的延长,水泥基自流平砂浆的收缩值在90 d后达到约1.3 mm/m,但石膏基自流平砂浆的收缩值仍保持在0.19mm/m左右,也就是说,在水泥基自流平砂浆中由于过高的收缩值极有可能导致自流平砂浆开裂,因此,在实际施工过程中应对水泥基自流平砂浆采取必要的养护措施以保证工程质量。
2.2.2 石膏基自流平砂浆的耐热性能
由于石膏基自流平砂浆最初在欧洲是配合地暖系统产生的地面材料,为了模拟在地暖系统中的应用,将自流平石膏置于50℃的热环境中测试耐热性能。所有试块(40 mm×40 mm×160 mm)首先在标准条件(温度20℃,相对湿度65%)下养护7 d,然后直接置于烘箱中,在50℃的条件下分别放置7 d、28d和194 d进行测试,结果见表2。
从表2可以看出,石膏基自流平在50℃条件下的耐热性能基本保持稳定,28 d和194 d收缩值及抗折、抗压强度几乎保持一致。
2.2.3 石膏基自流平砂浆在地暖系统的应用
以上耐热性能试验结果表明,石膏基自流平砂浆是非常适合用于地暖系统的。
1909年英国人利用混凝土和石膏管道制作了辐射采暖系统,并申请了专利,成为最早的地暖产品[8]。20世纪30年代地暖技术已经在发达国家开始使用,我国在20世纪50年代已将该技术应用于人民大会堂和华侨饭店等工程中。
我国传统的地暖填充层多采用豆石混凝土现场搅拌施工,如果采用石膏基自流平砂浆进行填充,可以使施工质量得到很大的提高,豆石混凝土地暖与石膏基自流平地暖的对比见表3。
石膏基自流平砂浆与高柔性粘结砂浆组成地暖系统,可以彻底解决目前国内地暖系统中水泥砂浆的开裂、导热率偏低、易损坏热水管道等问题。它以整个地面作为散热面,均匀地向室内辐射热量,相对于空调、暖气片、壁炉等采暖方式具有热感舒适、热量均衡稳定、节能、免维修等特点。另外,作为地暖系统,石膏材料本身的多孔性可以起到隔声保温的作用。石膏基自流平砂浆密度低,可以降低建筑物承载质量,是绿色环保的节能型产品。
3 石膏基自流平砂浆种类
根据石膏种类的不同,石膏基自流平砂浆的胶凝材料主要采用α半水高强石膏、建筑石膏以及硬石膏。
3.1 α-高强石膏基自流平砂浆
石膏基自流平材料的强度相对于水泥基自流平材料低,耐水性较差,主要以“底层自流平材料”的形式用于室内。
采用α-高强石膏作为自流平材料的基材,可显著提高材料强度,姜洪义和曹宇[9]用天然石膏制得2 h抗压强度超过14MPa的高强石膏。目前工业副产石膏采用丁二酸、马来酸酐和丁二酸钠等制备α-高强石膏的技术日益成熟,而将高强石膏用于自流平材料已普遍成熟,主要还是归功于高强石膏优异的力学性能。彭明强和叶蓓红[10]用2 h抗压和抗折强度分别为35.1、6 MPa的高强石膏为胶凝材料,在缓凝剂、保水剂等作用下制备出性能优异的石膏自流平砂浆。
3.2 建筑石膏自流平砂浆
石膏特有的保温隔热性、吸声性能、防火性能,且具有赋形性优良、装饰美观等优点,从而越来越受到建筑行业的青睐。然而建筑石膏自流平砂浆的缺陷往往使其应用受到限制,尤其是受杂质影响的工业副产石膏,需通过掺入减水剂、水泥等提高石膏自流平材料的抗压强度和抗折强度[11]。
蔡剑育等[12]在2%水泥作用下掺入聚羧酸醚减水剂,发现减水率从19.4%增长到41.9%,石膏强度大幅度提高。减水剂可在不降低石膏浆体流动性的同时减少拌合用水量,提高石膏硬化体的结构密实度和力学性能。随着石膏专用减水剂的快速发展,促进了建筑石膏自流平材料的推广应用。影响减水剂效果的主要因素为晶体表面吸附,萘系和三聚氰胺系减水剂在β-半水石膏表面的吸附属于物理吸附,而聚羧酸系减水剂属于化学吸附。由于不同种类的工业副产石膏的杂质影响,减水剂使用效果不同,必须加大力度开发和研究石膏专用减水剂。
3.3 硬石膏自流平砂浆
硬石膏主要来源于天然石膏、氟石膏和高温煅烧二水石膏,硬石膏水化活性差和硬化体强度低,必须通过粉磨[13]、热处理[14,15,16]和添加激发剂改性[17,18]等方式进行处理。一般采用激发剂改变Ca SO4溶解度或溶解速度,加快Ca SO4·0.5H2O的生成速率,提高硬石膏水化硬化能力,缩短凝结时间。激发剂主要包括:各种硫酸盐[K2SO4、Na2SO4、Al2(SO4)3、Fe SO4、Cu SO4、明矾等]、碱性激发剂(水泥、石灰等)和其它盐类激发剂(K2Cr2O4和Na2Cr2O4)[11]。
硬石膏活性与激发剂种类、分散度和自身的表面缺陷等有关[19]。王丽等[20]利用复合激发剂、减水剂、保水剂、掺合料、骨料、纤维和减缩剂等制备了硬石膏自流平砂浆,其抗压、抗折强度分别达到16.7、7.3 MPa,粘结强度达0.57 MPa,收缩率为0.045%,性能符合日本住宅公团标准要求。
4 石膏基自流平砂浆国内外检测标准比较
2007年我国颁布并实施了JC/T 1023—2007行业标准,国内标准与欧洲标准由于检测方法和养护条件都不相同,因此各自的技术指标也不尽相同。我们从定义、技术指标、养护方法等方面将该标准与欧洲标准BS-EN-13454-1:2004和BS-EN-13454-2:2004进行比较。
4.1 定义和分类的区别
JC/T 1023—2007对石膏基自流平砂浆定义为:以半水石膏为主要胶凝材料、和/或骨料、填料及外加剂所组成的在新拌状态下具有一定流动性的石膏基室内地面用自流平材料,俗称自流平石膏。
BS-EN-13454-1:2004定义为:(1)石膏胶凝材料Calcium sulfate binders(CAB),由半水或无水石膏组成,可能还有外加剂和添加剂,Ca SO4含量≥85%;(2)石膏复合胶凝材料Calcium sulfate composite binders(CAC),由CAB和额外的添加剂组成,Ca SO4含量<85%,但≥50%;(3)干混石膏基砂浆Factory made mixtures(CA),由CAB或CAC和集料组成,可能包含外加剂和添加剂。
可见,国内标准中的石膏基自流平砂浆是以半水石膏为主要胶凝材料,而欧洲标准不仅限于一种石膏,包括了含有添加剂的石膏胶结料。
4.2 初始流动度及流动度损失的区别
JC/T 1023—2007采用水泥基自流平测试用流动度环测试流动度,具体为:内径30 mm,高50 mm圆环,提起后4 min测量。
BS-EN-13454-2采用跳桌用的大环测试流动度,具体为:底φ100 mm,上φ70 mm,高60 mm的圆环(跳桌),提起后1 min测量。二者对流动度和流动度损失的要求见表4。
4.3 收缩性指标及检测方法区别
JC/T 1023—2007采用水泥基自流平收缩模具,尺寸为10mm×40 mm×160 mm,养护条件为:成型后在(23±2)℃、相对湿度(50±5)%条件下养护至24 h脱模,测量初始长度,之后放入(40±2)℃烘箱中烘至恒重,测量试件干燥后长度。
BS-EN-13454-2规定的模具尺寸为40 mm×40 mm×160mm,养护条件为:成型后放入(20±5)℃,相对湿度90%以上养护箱养护24 h拆模,如果强度不够,可以推迟到48 h脱模,脱模之后测量初始长度,之后放在(20±5)℃,相对湿度(65±5)%条件下养护,分别在3 d、7 d、14 d、28 d测试收缩。
JC/T 1023—2007要求收缩率≤0.05%,BS-EN-13454-2要求收缩值≤0.2 mm/m。
4.4 强度指标的区别
JC/T 1023—2007对石膏基自流平的抗折、抗压强度没有进行分级,而且最终强度都是绝干状态的强度。编制该标准时,由于我国石膏粉体建筑材料标准中没有强度等级之分,且国内石膏基自流平砂浆的产量及用量尚属起步阶段,又因石膏基自流平砂浆使用范围的限定,它有别于水泥基自流平材料,因此在标准中的强度指标不分等级,具体见表5。养护方式为:终凝后1 h内脱模,在(23±2)℃、相对湿度(50±5)%条件下养护至24 h;测试绝干强度的此时放入(40±2)℃烘箱中烘至恒重。
BS-EN-13454-1对石膏基自流平的抗折、抗压强度类似水泥基自流平一样进行了分级(见表6)。BS-EN-13454-2没有进行绝干养护,养护方式为:在(20±5)℃、相对湿度90%以上养护48 h脱模,然后在(20±5)℃、相对湿度(65±5)%条件下养护到龄期。
4.5 实验室数据验证
JC/T 1023—2007对石膏基自流平砂浆的胶凝材料限制为半水高强石膏,而在实际中还会有无水石膏基的自流平材料。在我们日常的试验中也发现,石膏基自流平由于多种添加剂的掺入,和纯石膏制品的性能有很大的区别,在绝干状态下进行养护后,如果继续在常温标态下养护,强度还会继续增长(如图2所示)。因此建议在该行业标准修编的时候,收集各种石膏基产品进行不同养护制度的试验对比,得出最终的强度结果更为科学。
方式1:拆模后绝干养护;方式2:拆模后标养至7 d;方式3:绝干后继续养护至7 d
5 结论
(1)自流平石膏砂浆作为地面找平层,具有其它材料无法比拟的优点,市场前景广阔。自流平石膏作为替代水泥、减少碳排放的重要产品,与政府已出台政策推广的“石膏干粉砂浆”一样具有节能减排的社会效益和经济效益。
(2)石膏基自流平砂浆从强度稳定性、热稳定性方面都优于传统水泥砂浆,是地暖系统的优选材料。
石膏自流平砂浆 第2篇
在使用中, 自流平砂浆总是附着在地面混凝土或砂浆材料上, 当两种材料产生不一致变形时, 就会产生相互作用, 这种作用通常是导致硬化砂浆开裂的动力。同时, 自流平砂浆通常是以薄层的形式出现这一特点决定了砂浆的行为很容易受环境的影响。例如:在干燥环境下, 砂浆很容易产生干燥收缩;在环境温度发生变化时, 砂浆也很容易产生温度变形。砂浆层的这种变形通常是与基层不一致的, 而这种变形的不一致性是产生内应力的源泉。也就是说, 硬化砂浆中存在着引起开裂的因素。由于自流平砂浆使用的特殊性, 开裂现象是经常可见的。硬化砂浆的开裂问题成为商品砂浆技术发展的一个殛待解决的问题。
引起开裂的因素很多, 对于厚度为l0mm的自流平水泥砂浆地面 (以下简称为地面) , 收缩应力是导致其早期开裂的最重要因素。随着收缩应变的增加, 由于地基对地面的约束, 使地面不能自由变形, 从而形成沿其长度方向分布的收缩应力。当收缩拉应力达到砂浆的抗拉强度时, 地面就会开裂[1]。
在天然无水石膏水化硬化过程中存在着化学收缩干燥收缩自收缩温度收缩塑性收缩几种类型的体积变化[2]。因此, 对地面用自流平砂浆收缩应变进行控制, 将有利于降低地面的开裂风险。另外, 地面的厚度和长度等几何参数也会不同程度地影响天然无水石膏地面收缩应力的大小。
水泥砂浆和混凝土抗裂性能的研究很多, 如平板法实验和圆环实验。但是研究石膏基胶凝材料制品抗裂性的文献却尚无报道, 本文通过改进的平板法抗裂实验方法研究天然无水石膏自流平沙浆的抗裂性能。
目前, 改善沙浆开裂的方法主要有加入抗裂纤维和减缩剂。
1 实验方法
改进的大板法所用试模的尺寸为:长×宽×厚=600mm×600mm×20mm。模具的四边用20×20等边角钢制成, 模具四边与底板通过螺栓固定在一起;在模具每个边上同时用双螺帽固定1排共14个φ10×100mm螺栓 (螺纹通长) 伸向锚具内侧。当浇筑后的自流平沙浆平板试件发生收缩时, 四周将受到这些螺栓的约束。在模具底板的表面铺有低摩阻的聚四氟乙烯片材。模具作为试验装置的一个部分, 试验时与试件连在一起。
石膏自流平砂浆塑性干缩试验过程如下:用手工拌和料和水约3min, 使各成分均匀, 将拌和料浇注到平放的试模之中, 自然养护至初凝用位于试模边150mm的电风扇以0.5m/s左右的风速吹向试模, 同时开启位于试模上方1.5m处的1000W碘钨灯。由于砂浆与钢筋粘结良好, 砂浆收缩受到钢筋限制。在产生收缩时试块周边的移动减至最小, 因此裂纹只在钢筋架范围内产生约束力, 在水泥终凝前观察裂纹的产生。光照4h后关掉碘钨灯, 风吹24h后关闭电风扇。试验采用Kraai关于计算开裂指数的方法, 把裂缝宽度分为4级, 分别有对应的代表值, 见表1所示的裂纹宽度权值表。采用读数显微镜测量裂缝宽度, 并按裂缝宽度分段测量裂缝长度I-Ji, 以列出的裂缝宽度权值Ai, 按式 (1) 计算塑性干缩开裂总权重值w:
W反映了裂缝总权重值, 以mm2计[3]。
2 实验结果与讨论
2.1 聚合物纤维对于砂浆抗裂性影响
试验测得的塑性干缩开裂总权重值w见表2。图1 (a) 和图1 (b) 分别为素砂浆和纤维砂浆的裂缝对比图。从图1可以发现, 纤维砂浆的试件表面的塑性收缩裂缝分布广而微细, 而素砂浆的裂缝比较宽而且较长, 说明纤维砂浆的抗裂性能有了明显的改善。
纤维在低含量的范围内可有效地控制砂浆塑性裂缝的产生, 降低裂缝的宽度。这主要是因为纤维在砂浆中呈三维乱向分布, 当砂浆中一旦有裂缝产生时, 纤维与裂缝的前端相交, 可以削弱甚至消除裂缝引起的拉应力。使裂缝的发展得到有效的控制。
从表2中不难看出, 长纤维 (12mm) 控制砂浆塑性裂缝的效果比短纤维稍好一些, 这是由于纤维长度的增加提高了纤维与水泥砂浆基体的粘结力, 因此增强了砂浆的塑性抗裂能力。
2.2 减缩剂对于砂浆抗裂性能的影响
从表3中可以看出, 裂缝的长宽以及裂缝的条数均明显的减少, 在纤维砂浆的基础上加入减缩剂, 可更加有效的控制裂缝的产生和分布。从表4中可以看出, 由于减缩剂的加入, 试块各龄期的收缩值均有明显的减少, 尤其是在早期。
减缩剂是近年来出现的一种只减少混凝土及砂浆在干燥条件下产生收缩的外加剂, 减缩剂不仅能有效延迟砂浆初裂时间, 且裂缝宽度及其发展速度都大大降低, 表明减缩剂具有显著的抗裂效果, 同时减缩剂的作用效果不受养护条件与约束条件的限制, 可以充分发挥其减缩抗裂功能。减缩剂作为一种减少砂浆孔隙中液相表面张力的有机化合物, 其丰要作用机理就是降低砂浆毛细管中液相的表面张力, 使毛细管负压下降, 减小收缩应力。
3 结语
(1) 在掺量较低的情况下, 聚丙烯纤维和聚丙烯腈纤维均可明显改善石膏自流平砂浆的抗裂性能。
(2) 纤维越长, 对于石膏自流平砂浆抗裂性能的提高作用更加有效。
(3) 加入减缩剂可以显著减少石膏自流平砂浆的各龄期的收缩, 从而降低因为收缩较大而引起的开裂风险。
(4) 纤维和减缩剂共同加入石膏自流平砂浆, 对于提高自流平砂浆的抗裂性, 叠加效果显著。
摘要：研究了聚丙烯纤维掺量、纤维长度及减缩剂掺量等对天然无水石膏自流平砂浆塑性收缩开裂性能的影响。结果表明:纤维和减缩剂的加入, 均能有效提高石膏自流平砂浆的抗裂性能;纤维越长, 抗裂对于砂浆抗裂性能的提高效果越显著;减缩剂在砂浆各龄期均能有效减少砂浆硬化过程中的收缩, 从而提高砂浆的抗裂性能。
关键词：石膏自流平砂浆,抗裂性,聚丙烯纤维,聚丙烯腈纤维,减缩剂
参考文献
[1]张君, 张明华, 郭自力.自流平砂浆地面收缩应力的计算及其影响因素[J].建筑材料学报, 2008 (8) :380～385.
[2]马丽嫒, 姚燕, 田培, 等.国内外混凝土的收缩性能及抗裂性试验研究方法评述[J].中国建材科技, 2001 (1) :27～31.
脱硫石膏自流平材料的研究 第3篇
自流平材料按主要基材分为无机系和有机系两类[2],无机系自流平材料主要包括石膏基和水泥基2类。自流平材料具有良好的流动性和稳定性,施工方便,是一种理想的找平材料。石膏基自流平材料由于耐水性差,强度不高,表面硬度低等不足,使用范围受到了一定的限制。石膏复合胶凝材料[3]具有良好的结构密实性、耐水性和耐久性,得到了广泛的研究和应用。石膏复合材料配制的自流平材料具有优良的保温隔热性能、吸声性能及呼吸功能,可提高居住的舒适度,是一种绿色环保建材产品[4]。本文主要研究利用脱硫石膏配制自流平材料,通过提高自流平材料的强度和耐水性,扩大自流平材料的应用范围,为脱硫石膏资源化利用开辟一条新的途径。
1 试 验
1.1 原材料
脱硫石膏:Si O21.44%、Al2O31.26%、Fe2O30.54%、Ca O 31.60%、Mg O 0.24%、SO345.12%、附着水12.10%、结晶水15.90%,石膏纯度达94%,属于一级品位。
活性掺合料:自流平材料可以用粉煤灰、矿渣粉等作为活性掺合料,目的在于改善材料的颗粒级配,提高材料硬化体的性能。本试验选用矿渣粉作为活性掺合料,矿渣粉[5]在碱性环境下发生水化反应,可提高材料结构的密实性和后期强度。
早强型胶凝材料:为了保证施工时间,自流平材料对早期强度(主要是24 h抗折和抗压强度)有一定的要求。本试验采用硫铝酸盐水泥[6]作为早强型胶凝材料,硫铝酸盐水泥水化速度快,早期强度高,可满足材料早期强度的要求。
碱性激发剂[7]:石膏复合胶凝材料在中偏碱性的条件下绝干强度最高,本试验采用生石灰和P·O32.5水泥调节p H值,为胶凝材料的水化提供碱性环境。
促凝剂:凝结时间是自流平材料一项重要的性能指标,时间过短或过长都不利于施工。促凝剂激发了石膏的活性,加快了二水石膏的过饱和析晶速度,缩短了凝结时间,使自流平材料的凝结硬化时间保持在一个合理的范围。本试验采用自制促凝剂,是一种钠盐和铝盐的混合物。
减水剂:为了提高自流平材料的密实度和强度,就要减小水胶比,在保持自流平材料良好流动性的条件下,加减水剂是必要的。本试验采用萘系减水剂,其减水机理[8]为萘系减水剂分子中的磺酸根和水分子以氢键缔合,在胶凝材料表面形成一层稳定的水膜,使得材料颗粒间容易产生滑动,从而减少了拌合水的需用量,改善了材料硬化体的结构。
保水剂:自流平材料在地面基层上施工,而且施工厚度比较薄,水分容易被地面基层吸收,导致材料水化不充分,表面产生裂纹,强度降低。本试验选用甲基纤维素(MC)作为保水剂,MC具有良好的润湿性、保水性和成膜性,使自流平材料不泌水及充分水化。
可再分散乳胶粉(以下简称乳胶粉):乳胶粉[9]可以提高自流平材料的弹性模量,提高抗裂性、粘结强度及耐水性。
消泡剂:消泡剂可以改善自流平材料的表观性能,减少材料成型时的气泡,对提高材料的强度有一定的作用。
1.2 试验方法
1.2.1 脱硫石膏的预处理
将初始的脱硫石膏在60℃下烘干,除去大量的附着水,再通过粉碎以增大粒度的分布范围[10]。把处理好的脱硫石膏与矿渣粉、硫铝酸盐水泥按比例混合,再按配比加入碱性激发剂、促凝剂、减水剂、保水剂、乳胶粉和消泡剂等,与适量的水混合搅拌均匀。搅拌好的料浆在40 mm×40 mmm×160 mm三联模内成型,然后进行性能测试。
1.2.2 材料性能测试
流动度测试:试模为内径Φ(30±0.1)mm、高(50±0.1)mm的金属空心圆柱筒,测试板为500 mm×500 mm的玻璃板。测试时,试模竖直放在测试板中央,测试板保持光洁无水滴,把搅拌均匀的料浆灌满试模后,在垂直方向提升试模5~10 mm,保持10~15 s使试样自由流下。4 min后测量2个垂直方向的直径,取其平均值,即为试样的流动度值。同样的试样在搅拌锅内静置30 min后,按上述方法测试30 min的流动度。
按JC/T 985—2005《地面用水泥基自流平砂浆》和JC/T1023—2007《石膏基自流平砂浆》对自流平材料的力学性能和尺寸收缩率进行测试。将养护28 d的试样浸水48 h,测试湿抗压强度,计算软化系数。
2 试验结果和讨论
2.1 试验配比的优化
综合考虑生产成本和自流平材料所需满足的技术指标要求,通过试验确定了基本物料的配比,即脱硫石膏36%、矿渣粉32%、硫铝酸盐水泥28%、碱性激发剂4%。在基本配比的基础上,设计了正交试验,研究了保水剂、减水剂、乳胶粉和消泡剂掺量对自流平材料性能的影响。正交试验因素水平见表1,脱硫石膏自流平材料性能测试结果见表2。
由表2可以看出,当选用A3B2C1D3方案时,脱硫石膏自流平材料的性能最佳,此时流动度较高,为166 mm;1 d、28 d抗折强度达到最大,分别为2.54、6.90 MPa;1 d、28 d抗压强度也达到最大,分别为9.06、29.70 MPa;软化系数最高,为0.85。
2.2 自流平材料的基本配方及性能分析
由以上试验结果并结合工程实际,最终确定的脱硫石膏自流平材料的配方为:基本配料中脱硫石膏占36%、矿渣粉占32%、硫铝酸盐水泥占28%、碱性激发剂占4%;促凝剂占基本配料总质量的0.9%、高效减水剂占基本配料总质量的0.6%、乳胶粉占基本配料总质量的0.8%、保水剂占基本配料总质量的0.08%、消泡剂占基本配料总质量的0.05%。
参照JC/T 985—2005和JC/T 1023—2007测试了按上述配方制备的脱硫石膏自流平材料的性能,结果见表3。
由表3可以看出,该脱硫石膏自流平材料流动度达到170 mm以上,30 min经时流动度损失很小,绝干抗折和抗压强度分别达到6.8 MPa和29.2 MPa,软化系数达到0.82。所测性能指标均达到或优于JC/T 985—2005和JC/T 1023—2007标准要求。
2.3 自流平材料水化机理分析
在脱硫石膏自流平材料的水化过程中,二水石膏首先溶解,在硫铝酸盐水泥和碱性激发剂的复合作用下,二水石膏表面生成复杂的水化产物(盐·m Ca SO4·n H2O),使浆体凝结硬化,产生了早期强度。同时,活性掺合料在二水石膏、C3S水化产物生成的Ca(OH)2及激发剂的复合作用下继续发生水化反应,生成C-S-H凝胶和少量的AFt、硬硅钙石[Ca6Si6O17(OH)2]。针状AFt和纤维状硬硅钙石完善了网络结构的骨架。
养护28 d后脱硫石膏自流平材料的ESEM照片见图1。
从图1可以看出,二水石膏和AFt组成的网络骨架结构与C-S-H凝胶形成了致密的水化硬化体,提高了材料的后期强度和耐水性。
3 结 语
(1)脱硫石膏自流平材料的配方为:基本配料中脱硫石膏占36%、矿渣粉占32%、硫铝酸盐水泥占28%、碱性激发剂占4%,促凝剂占基本配料总质量的0.9%、高效减水剂占基本配料总质量的0.6%、乳胶粉占基本配料总质量的0.8%、保水剂占基本配料总质量的0.08%、消泡剂占基本配料总质量的0.05%。
(2)按基本配方配制的脱硫石膏自流平材料流动度达到170 mm以上,30 min经时流动度损失很小,绝干抗折和抗压强度分别达到6.8 MPa和29.2 MPa,软化系数达到0.82。所测性能指标均达到或优于JC/T 985—2005和JC/T 1023—2007标准要求。
(3)用脱硫石膏配制的复合自流平材料水化产物主要为C-S-H凝胶、少量的AFt和硬硅钙石,二水石膏和AFt组成的网络骨架结构与C-S-H凝胶形成了致密的水化硬化体,提高了材料的后期强度和耐水性。
(4)该自流平材料脱硫石膏利用率高,是一种符合低碳经济发展要求的环保产品,具有推广使用价值。
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化学石膏用于自流平材料的研究简述 第4篇
自流平材料组成中的主要基材不同可以分为有机系和无机系[1,2]。有机系自流平材料主要指环氧自流平材料,其独特的化学结构和双组分有机化合物使有机系自流平具有良好的物理机械性能和耐酸、油脂等化学品性能,已成为应用最普遍的自流平材料。无机系自流平材料可分为以水泥为基材的水泥系自流平材料和以石膏为基材的石膏系自流平材料。水泥系自流平材料强度高、流动度好,且耐水性能优异,在市场上得到广泛认可。石膏系自流平材料具有较好的保温隔热、隔声防火和耐久性等特点,与水泥基相比略显弹性,自重轻脚感好、舒适度高[2,3,4,5,6]。石膏基自流平材料对石膏品质要求较高,但我国优质天然石膏较少,因此化学石膏系自流平具有较大的开发潜力和经济效应。
1 化学石膏种类
1.1 磷石膏
磷石膏是磷肥厂等化工企业产生的固体废弃物,每生产1吨湿法磷酸约产生5吨磷石膏,近几年,我国年均排放的磷石膏已接近4000多万吨,磷石膏已成为我国排放量最大、利用率最高的工业废渣之一。磷石膏除二水硫酸钙主要成分外,还含有未分解的磷灰石、不溶性P2O5、共晶P2O5、氟化物及氟、铝、镁的磷酸盐和硫酸盐、有机物等杂质,是影响磷石膏性能的主要因素[7,8,9,10]。现阶段磷石膏主要用于生产水泥缓凝剂、石膏砖、路基填料、石膏砌块、石膏板、粉刷石膏、抹灰石膏以及制硫酸联产水泥和改良土壤等。
1.2 脱硫石膏
脱硫石膏主要是火电厂对燃煤燃烧后产生的烟气进行烟气脱硫(FGD)净化处理而得到的工业废渣。国家规定所有燃煤企业必须采用脱硫技术处理二氧化硫。按1吨产生约3吨脱硫石膏计算,2011年由火电厂和工厂脱硫产生的脱硫石膏年排放量约2500多万吨,将成为化学石膏排放量最多的工业废渣。脱硫石膏的主要成份是二水硫酸钙,一般为88%~95%,主要杂质为碳酸钙、亚硫酸钙和氯化物等[4,9]。欧美发达国家对脱硫石膏进行研究和利用始于20世纪70年代末,现已基本形成较完善的研究、应用体系,利用率高达80%~90%,我国对脱硫石膏的研究起步较晚,至今未能形成规模化开发利用[9]。脱硫石膏可应用于制备腻子粉、高强石膏粉、胶凝材料、粉刷石膏、做水泥缓凝剂,也可以应用于钢结构防火涂料等领域。
1.3 氟石膏
氟石膏是氟化盐厂利用荧石和浓硫酸反应制取氟化氢后排放的工业废渣[5]。氟化钙中二水硫酸钙一般在75%以上,其中干法氟化铝生产排放氟石膏的二水硫酸钙含量超过95%,已达到优质天然石膏的标准[10]。我国每年氟石膏排放量100万吨左右。氟石膏可以作水泥缓凝剂、矿化剂、陶瓷石膏模具、胶凝材料和生产石膏砌块、石膏板等建筑材料[11,12,13,14,15]。
1.4 钛石膏
由于欧美发达国家的少数几家生产钛白粉的企业垄断,我国生产钛白粉仍然采用硫酸法,用硫酸法生产钛白粉产生大量的酸性废水,钛石膏就是用石灰中和处理废水而产生的[15]。1吨钛白粉约产生5吨左右钛石膏,全国每年钛石膏产量约100多万吨。钛石膏的二水硫酸钙一般为70%~85%,主要杂质为铁、铝、钛、铬。我国对钛石膏的研究开发利用起步晚,目前主要有重庆大学和济南大学等大学的部分专家研究钛石膏的资源化利用,主要集中研究制备路基填料、水泥缓凝剂以及墙体材料等[15,16]。
1.5 柠檬石膏
柠檬石膏是以红薯等原料生产柠檬酸时排除的副产品。每生产一吨柠檬酸约产生2.4吨柠檬石膏,我国每年排放的柠檬石膏50吨左右。柠檬石膏的主要成分二水石膏含量高达95%以上,除此之外,含有少量的猛、氟等杂质。目前主要应用于制备砌块、纸面石膏板等墙体材料[17]。
1.6 其他化学石膏
除以上化学石膏外,还有硼酸厂排放的硼石膏、海水制盐或淡化过程产生的盐石膏[6]以及排放量较少的酒酸石膏、味精石膏、铜石膏、添加剂石膏、铬石膏、芒硝石膏、乳酸石膏等。
2 化学石膏制备自流平材料的组成
化学石膏经预处理之后的主要成分含量、结构与天然石膏相近,以一定的配合比可复合成性能与天然石膏制备的自流平材料相近的石膏基自流平材料。常见的石膏基自流平材料成分如表1[3]。
日本是最早研究石膏基自流平材料的国家,最具代表的是日本住宅公团,随后美国、韩国、德国等欧美发达国家也相继开发出石膏基自流平材料。表2是日本典型的石膏基自流平材料配方,表3是典型石膏基自流平材料性能[17]。
3 化学石膏制备自流平材料的特点
化学石膏基SL属石膏系SL,可作为水泥基SL的替代品,除了具有良好的流动性,易于石膏,劳动强度低,不会产生离析、分层、泌水、起泡等不良现象,较好的平整度,抗压、抗折、耐水性、耐磨性等物理性能较好,耐久性好,与基底粘结牢固、不空鼓,不易开裂、剥落等性能外,还应具有以下特点[18,19]:
1)地面致密光滑而不起灰,略有弹性、脚感好,相对水泥系自流平地面更舒适;
2)地面强度好,收缩率低,能够满足一般建筑地面的要求;
3)自流平地面无残留化学药品,无化学异味;
4)石膏硬化体含有大量结晶水,导热系数较小,能够在较高温或发生火灾时释放出水蒸气,提高地面的耐火性能及保温性能;
5)初终凝时间与水泥相近,早期硬化体强度较好,养护周期适当,施工1-2天内能够上人;
6)石膏硬化体是一种多孔材料,当环境湿度较大时,呼吸孔能自动吸湿,相反则能自动释放孔内水份,调整室内温度及湿度,提高室内环境的舒适度;
7)化学石膏制备自流平材料能够做到绿色环保无污染,不仅解决了化学石膏难利用的难题,加快化学石膏的资源化利用,而且能最大程度创造经济价值。
4 制备化学石膏基自流平材料存在的问题
4.1 存在的问题
1)化学石膏预处理最有效的方法是水洗法,但水洗法会带来二次污染。因此一般选用成本较低、无污染、效果好的石灰中和法,但化学石膏原材料来源、生产条件等影响,预处理时很难控制石灰的最佳加入量。
2)化学石膏成分较复杂,含杂质种类较多,含量虽少,但是严重影响化学石膏的性能。因来源、生产工艺等差异,不同企业排放的化学石膏,甚至同一企业不同时间段排放的废渣成分也会存在较大差异,严重影响化学石膏的利用。
3)2007年以前,在我国,石膏系自流平尚无统一的国家或行业标准,因此到现在为止化学石膏制备自流平材料的研究因参照的标准不同,导致施工工艺、性能要求参差不齐,施工造价较高。
4)化学石膏基自流平地面材料的抗压、抗折强度、耐水性、耐磨性等物理性能与水泥基自流平地面材料相比存在一定差距,仅限于住宅、超市等对强度要求不是很高的地面铺筑。
5)部分化学石膏因来源、生产环境不同以及预处理工艺影响,含有少量有毒化学物质、放射性物质,严重制约消费者放心接受化学石膏基自流平材料的产品。
6)化学石膏一般为免费资源,是促进化学石膏制备自流平材料发展的动力,但是随着化学石膏资源利用的不断推进,当利用率提高后,供应也会相对紧张,可能会收费,影响研究和利用化学石膏制备自流平材料及其他副产品的积极性。
7)目前化学石膏预处理及添加剂、转晶剂成本较高,导致与生产水泥基自流平材料成本基本相等,严重制约化学石膏基自流平材料的应用推广。
8)国内经济不发达,国民一般选择成本较低的水泥砂浆直接铺筑地面,这种材料还不太适合国情,加上施工工艺及设备较落后,自流平材料还未进入国民的视野。
4.2 改进方法
(1)化学石膏杂质是影响其应用的重要因素,深入研究杂质对自流平性能的影响,是加快化学石膏制备自流平材料的必经之路。
(2)选择成本较低的预处理方式和添加剂类型,降低化学石膏基自流平材料的生产成本。
5 结论
化学石膏已经成为排放量最大的工业废渣之一,尚未得到有效开发利用,占用了大量的土地且带来环境污染。自流平材料作为一种新型材料,随着设计部门和施工部门的深入了解和认识以及我国劳动力缺口不断扩大,劳动强度低,舒适度高,稳定性好,保温效果较佳,绿色环保无污染的化学石膏基自流平材料将逐渐进入国民的视野,在地面铺筑材料方面起着越来越重要的作用,具有较好的经济效益、环保效果,是一种极具前景的新材料。
摘要：化学石膏基自流平地面材料是以经预处理后的化学石膏为基材,加入适量的减水剂、缓凝剂等外加剂及细砂、混合材复合成能自我找平的新型地面铺筑材料。本文介绍常见的化学石膏的种类,并根据化学石膏的特点分析了制备各种化学石膏基自流平材料存在的问题及改进的方法,以期能对改进化学石膏基自流平材料的应用性能起到一定指导作用。
脱硫石膏在自流平材料中的应用 第5篇
随着社会的进步, 工业的发展, 诸如火力发电站、钢铁厂、冶炼厂、玻璃厂、大型垃圾焚烧炉及各种化工厂等在燃烧或重油过程中排放出大量SO2的工厂越来越多, 人们对环境保护的意识也越来越强。为了减少空气中SO2的含量, 烟气脱硫技术应运而生, 并广泛应用于各种排放SO2的工厂。而在减少空气中SO2的同时, 产生了很多工业副产物—脱硫石膏。2006年我国脱硫石膏产量达2 500万吨, 2007年我国的脱硫石膏产量达3 000万t[1], 2008年我国脱硫石膏产量达3 500万t[2], 2009年脱硫石膏产量在4 000万t, 而2010年预计达5 000万t, 并在随后的几年中还会继续增加[3]。与此同时, 脱硫石膏的利用率却很低, 仅仅只有30%[4], 大量脱硫石膏被堆放或填海, 不仅占用大量土地, 而且脱出来的硫又回到地面, 造成二次污染。因此综合开发利用脱硫石膏, 提高脱硫石膏的利用率就显得极具意义。
石膏基自流平材料又称自流平地面找平石膏 (简称自流平石膏) , 是一种在混凝土楼板垫层上能够在自身重力自动流平的材料, 通常作为PVC地板、地毯、木地板以及瓷砖等地面装饰材料的支撑层。具有流动性及稳定性好、施工简便、劳动强度低、光洁平整度高、强度值高等优点。利用脱硫石膏做自流平材料, 不仅可以提高脱硫石膏的利用率, 又能提供一种具有广阔应用前景的产品, 因此, 很多学者都在这方面做过研究。彭明强、徐亚玲等人研究了用脱硫石膏制备的高强α半水石膏在自流平材料中的应用[5,6];权刘权等研究了转晶剂对脱硫石膏进行转化后在自流平材料中的应用[7]。这些研究对脱硫石膏的综合利用提供了新的方法, 但是这些应用都需要对脱硫石膏进行二次制备, 增加了生产成本, 不利于产品的推广和应用。本文试验了用普通炒制工艺制备的β型半水脱硫石膏制备自流平材料的可行性, 并成功配制出满足JC/T1023-2007要求的石膏基自流平材料。
1试验原材料及方法
1.1 原材料
普通水泥:重庆拉法基水泥有限公司生产的普通硅酸盐水泥P.O 42.5R;快硬水泥:四川嘉华水泥厂生产的快硬硫铝酸盐水泥425#;河砂:40～140目;细填料:重钙、滑石粉、轻钙;脱硫石膏粉 (上海) , 其物理力学性能见表1;减水剂;可再分散乳胶粉和其它组分。
1.2 测试方法
国内已有石膏基自流平的建材行业标准JC/T1023-2007, 本试验中相关部分的性能和性能测试方法均按照标准中相关规定进行。
2试验结果
2.1 不同细填料对脱硫石膏基自流平泌水离析情况的影响
采用单一变量法, 分别测试重钙、滑石粉和轻钙在不同掺量下对脱硫石膏基自流平材料泌水情况的影响。试验的基础方案如表2所示。试验中配方总量均1 000, 其它组分包括抗沉淀剂、缓凝剂、消泡剂等。
在基础方案中分别加入不同掺量的重钙、滑石粉和轻钙, 经加水搅拌均匀后静置30 min, 观察浆体表面是否出现泌水现象, 然后将浆体缓缓倒出, 观察容器底部是否有沉淀。试验结果如表3所示。
由表3可以看出, 随着细填料掺量增加, 自流平浆体的粘度会逐渐增大, 达到标准要求流动度的需水量也越多。这是由于细填料的细度比河砂细很多, 比表面积相对较大;细填料的掺量越大, 自流平浆体中材料的表面积之和越大, 润湿所有表面需要的水份越多, 浆体中的自由水减少, 粘度变大。
在添加重钙的试验中发现, 不论何种掺量的重钙, 对改善脱硫石膏自流平材料的泌水与离析现象均无明显作用。在添加滑石粉的试验中, 当滑石粉的掺量为30%时, 自流平浆体的泌水现象有所改善;继续增加滑石粉的掺量, 当掺量为35%时, 自流平浆体已经不出现泌水现象, 且对浆体的离析现象也有所改善, 然而, 继续增大掺量到40%时, 浆体仍然有离析现象。在添加轻钙的试验中, 当掺量为10%时便能改善浆体的泌水现象, 继续增大轻钙掺量达20%时, 浆体已不出现泌水现象, 但仍有少量的沉降;继续增大掺量达25%时, 浆体只有极少量的离析出现, 此时浆体粘度合适、无泌水、离析极少, 为良好的自流平材料。继续增大轻钙掺量为30%时, 此时浆体粘度较大, 不利于施工。
经过对比重钙、滑石粉和轻钙在脱硫石膏基自流平材料中的试验, 可以得出得轻钙为最好的填料, 可以很好地解决脱硫石膏基自流平浆体中容易出现的泌水和离析问题;其次为滑石粉, 能较好解决泌水问题, 而对离析改善作用有限, 而重钙对浆体泌水和离析现象的改善均无明显作用。
2.2 不同水泥对脱硫石膏自流平材料性能的影响
采用如表4所示的基础方案, 试验了不同掺量下, 普通硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥对脱硫石膏自流平材料泌水、离析以及绝干抗折、抗压强度的影响, 试验结果如表5所示。
(单位:%)
从表5的数据可以看出, 两种水泥对自流平浆体的泌水和离析现象无明显影响。在自流平材料中掺入普通硅酸盐水泥后, 自流平浆体的流动度有一定提高, 说明普通硅酸盐水泥有利于增大脱硫石膏自流平材料的流动度, 而硫铝酸盐水泥则无此效果。两种水泥随着掺量的增加, 自流平浆体的粘度逐渐增大。普通硅酸盐水泥掺量在4%时, 浆体便具有较高的粘度, 不利于施工;硫铝酸盐水泥则是掺量在5%时, 浆体的粘度才不利于施工。普通硅酸盐水和硫铝酸盐水均能提高脱硫石膏自流平材料的绝干抗折抗压强度。随着两种水泥掺量的增加, 脱硫石膏自流平的绝干抗折和抗压强度也逐渐提高。在相同掺量下, 掺硫铝酸盐水泥的自流平强度高于掺普通硅酸盐水泥的自流平强度。两种水泥的掺量均需要达到4%时, 脱硫石膏自流平材料的强度才能满足标准要求。
3结果分析
3.1 细填料对自流平材料的抗泌水和离析作用机理
将重钙、滑石粉和轻钙进行粒径分布测试, 得到的粒径分布情况如图1和表6所示。
从图1和表6中可以明显看出, 三种细填料中轻钙的粒径最小, 滑石粉次之, 重钙最大。结合表3中的试验数据可以说明:细填料的粒径越小, 在自流平浆体中的抗泌水、离析效果越明显。根据重力沉降原理, 当颗粒密度大于液体密度时, 颗粒在粘性流体中会受到向下的重力 (Fg) 而下沉, 同时受到向上的浮力 (Fb) 和粘性流体对颗粒移动的阻力 (Fd) , 如图2所示。在这三个力中, 由于颗粒的密度不会发生变化, 受的重力和浮力则呈正比关系, 可以表示为浮力 (Fb) /重力 (Fg) =C, 其中C为一固定常数;在同一粘性流体中, 阻力 (Fd) 为一个可变力, 且具有最大值阻力 (Fd) max, 当C<1时, 重力 (Fg) >浮力 (Fb) , 阻力 (Fd) 为与重力相反方向, 当C>1时, 重力 (Fg) <浮力 (Fb) , 阻力 (Fd) 为与重力相同方向;当︱重力 (Fg) -浮力 (Fb) ︱≤阻力 (Fd) max时, 颗粒就能悬浮于液体中。
重力 (Fg) -浮力 (Fb) =重力 (Fg) -重力 (Fg) ×C
=重力 (Fg) × (1-C) =ρvg (1-C) (1)
(1) 试中颗粒密度 (ρ) 和重力常数 (g) 均为不变量, 只有颗粒体积 (v) 是可变量, 颗粒体积 (v) 越小, 重力 (Fg) 与浮力 (Fb) 的差值就越小, 当粒径小到一定程度, 即:︱重力 (Fg) -浮力 (Fb) ︱≤阻力 (Fd) max时, 颗粒便能够在液体中悬浮。所以, 细填料的粒径越小, 在自流平浆体中的抗泌水和离析能力越强。
3.2 普通硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥对石膏强度作用
半水石膏的凝结是由于二水石膏的溶解度小于半水石膏的溶解度, 半水石膏溶于水后, 形成二水石膏的过饱和溶液, 从而析出二水石膏, 浆体变粘而产生。随着浆体继续变粘, 胶体微料逐渐凝聚为晶体, 晶体长大、共生并相互交错才能产生强度。根据晶体理论, 晶体越大, 晶体的缺陷越多, 强度则越低;晶体间的相互交错越多, 强度则越高。当水泥掺入后, 由于各组分水化反应速度不同, 首先是半水石膏转变成二水石膏形成结晶结构网;其次是水泥各组分的水化, 其中铝酸三钙的水化速度较快, 生成水化铝酸钙, 并存在于二水石膏的过饱和溶液中;最后形成高硫型的水化硫铝酸钙—钙矾石。钙矾石以针状晶体出现在以石膏为主的结晶结构网中, 起到了填充、交叉共存的作用, 对早期的抗压、抗折强度都有增长作用。且水化铝酸钙与石膏形成钙矾石, 打乱了石膏晶体的成长环境, 减少了石膏晶体成长为大晶体的机率, 间接对强度作出贡献。硫铝酸盐水泥中铝酸三钙的含量比普通硅酸盐水泥中的含量高, 因此在小掺量的情况下, 掺硫铝酸盐水泥的自流平材料形成的钙矾石较多, 其早期强度也较好。
4结论
(1) 细填料的粒径越小, 越有利于改善脱硫石膏自流平浆体的泌水离析问题, 试验中轻钙掺量为20～25%时, 自流平浆体无泌水现象, 且离析很少。
(2) 在脱硫石膏自流平材料中掺入少量的普通硅酸盐水泥可以提高自流平浆体的流动性。普通硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥均能在一定程度上提高脱硫石膏基自流平材料的绝干抗折、抗压强度。
(3) 通过选择合适的细料填料改善泌水离析现象和掺入水泥提高强度的方法, 成功制备出满足JC/T1023-2007要求, 各项性能优良的石膏基自流平材料。其中脱硫石膏45%, 轻钙20%, 水泥4%, 河砂31%, 其它辅助材料0.37%。
摘要：笔者试验了重钙、滑石粉和轻钙三种细填料对脱硫石膏自流平浆体抗泌水离析性能的影响, 通过粒径分布分析了细填料对浆体抗泌水离析作用的机理;试验了普通硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥对脱硫石膏自流平材料绝干抗折、抗压强度的影响。并最终配制出满足JC/T1023-2007要求的石膏基自流平材料。
关键词：脱硫石膏,自流平,泌水,离析
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水泥基自流平砂浆稳定剂研究 第6篇
水泥基自流平砂浆 (CSLM) 是由胶凝材料、细骨料、填料及添加剂等组成, 与水搅拌后具有流动性或稍加辅助性铺摊就能流动找平的地面材料。由于其施工简单快捷、流动性找平性好、凝结硬化快、能大幅度缩短施工工期, 且采用CSLM的地坪耐磨、经济、环保。笔者通过与不同CSLM生产厂家技术人员的拜访交流, 了解到CSLM行业经过多年发展积累, 相关技术人员对于CSLM整个配合比设计原理已经有了较深的理解, 认识到可通过不同比例的胶凝材料复配[如m (普通硅酸盐水泥) ∶m (硫铝酸盐水泥) =7∶3]和适量缓凝剂与早强剂的配合得到满足施工时间要求, 且早强快硬的CSLM;可通过掺加乳胶粉提高CSLM的耐磨性;可通过掺加膨胀剂降低CSLM的收缩率, 减少开裂风险;可通过掺加高效减水剂大幅度降低CSLM的水灰比或提高流动度;可通过掺加消泡剂改善CSLM表观状态等[1,2,3]。但一般认为胶凝材料的变化对CSLM性能影响最大, 而把掺量较小的添加剂当成相对稳定的材料, 并没有对添加剂进行太多深入的研究, 配合比设计时添加剂变动较小, 所以在进行CSLM配合比设计时, 技术人员把更多的关注点放在胶凝材料上, 可实际上添加剂对CSLM性能的影响也很大, 有时甚至决定整个配合比成功与否。本文就CSLM稳定剂进行了深入的研究, 研究2种不同类型稳定剂对CSLM湿密度、黏度、沉降率、流动度、抗泌水性和表观状态的影响, 并结合2种稳定剂的性能特点, 将二者进行复配, 研究复配后的复合稳定剂对CSLM各项性能的影响, 以期得到一种性能更优、更适用于CSLM的复合稳定剂。
1 原材料及试验方法
1.1 原材料
水泥:汕头华润水泥厂P·O42.5水泥, 贵州产凯诺斯高铝水泥CA50 (型号JC81) ;
硬石膏:南京石膏矿业有限公司产;
石英砂:福建东山产, 40~70目、70~140目;
重钙粉:广东汕头产, 325目;
乳胶粉:德国瓦克VINNPAS LL 5111L;
减水剂:德国巴斯夫MELFLUX 2651F;
消泡剂:德国明凌AGITAN P 886;
缓凝剂:市售酒石酸;
早强剂:市售碳酸锂;
稳定剂:美国陶氏WALOCEL MT400PFV, 为一种低黏度纤维素醚, 以下简称M4;德国巴斯夫STARVIS 3003 F, 为一种合成高分子聚合物, 以下简称S3。
1.2 试验方法
流动度:按JC/T 985—2005《地面用水泥基自流平砂浆》进行测试;
湿密度:CSLM搅拌完倒入1 L容量筒至筒口上边缘水平, 称量CSLM及容量筒总质量, 减去容量筒质量, 得到CSLM的湿密度;每组测试2次, 取其算术平均值为CSLM的湿密度;
黏度:CSLM搅拌完倒入500 m L烧杯至400 m L刻度处, 使用NDJ-1黏度计测试CSLM的黏度;每组测试2次, 取其算术平均值为CSLM的黏度;
沉降率:CSLM搅拌完, 先倒入0.3 L容器中至表面与容器上边缘水平, 称量并计算此时CSLM的初始湿密度ρ1 (0.3 L的CSLM质量小于0.7 kg) ;然后再把2.1 kg CSLM倒入1 L容器中, 开始计时, 20 min后用勺子轻轻舀掉上部1.4 kg砂浆, 将余下砂浆重新搅匀后再倒入0.3 L容器中至表面与容器上边缘水平, 称量并计算CSLM的20 min湿密度ρ2;沉降率按式 (1) 计算, 以沉降率来表征稳定剂的抗沉降效果;每组测试2次, 取其算术平均值为CSLM的沉降率;
抗泌水性:CSLM搅拌完, 向一次性塑料杯子中倒入大约300 g浆料, 观察在其凝结硬化前表面是否有泌水现象, 根据泌水情况把稳定剂抗泌水性分为3级:好、一般、差;
表观状态:CSLM搅拌完倒入直径为250 mm的塑料圆盘, 控制CSLM厚度在5 mm左右, 放置1 d, 待其凝结硬化后观察表观状态, 根据表观状态好坏分为3级:泛白、平整、平滑。
2 试验结果及讨论
所有试验均采用JJ-5水泥胶砂搅拌机进行搅拌, CSLM的质量配合比如下:胶凝材料35%、硬石膏3%、重钙15.1%、石英砂45%、胶粉1.5%, 减水剂0.1%、消泡剂0.1%、早强剂0.1%、缓凝剂0.1%。
试验中稳定剂掺量占粉体总质量的0.04%~0.10%, 根据经验, CSLM中稳定剂掺量为0.08%较为合适, 所以进行不同比例复配的复合稳定剂试验时掺量固定为0.08%。稳定剂种类及掺量对CSLM性能的影响见表1。
2.1 稳定剂对CSLM湿密度的影响
部分化学添加剂 (如纤维素醚、乳胶粉等) 在砂浆中会有引气性, 气泡的引入降低了砂浆的密实度, 导致砂浆的湿密度降低、强度下降。在CSLM体系中气泡越少越好, 气泡少不仅可以使硬化后的CSLM强度较高, 也减少了气泡对CSLM表观状态的影响。本项试验通过测试稳定剂种类及掺量对CSLM湿密度的影响, 判断不同稳定剂的引气性强弱。
由表1湿密度试验结果可知, 随着稳定剂M4和S3掺量的增加, CSLM的湿密度均下降;相同掺量情况下, 掺加M4的CSLM湿密度比掺加S3的要小, 说明M4的引气性较强;通过表1数据计算可知, 当稳定剂掺量从0.04%增加到0.10%, 掺加M4的CSLM湿密度下降了3.46%, 而掺加S3的湿密度下降了2.17%, 可知相同掺量情况下, M4对CSLM湿密度的降低幅度大于S3;故当2种稳定剂进行复配时, 随着M4所占比例的降低, CSLM的湿密度随之增大。
2.2 稳定剂对CSLM黏度的影响
CSLM浆料的黏度会影响CSLM的流动度以及沉降率, 较高的黏度会导致CSLM的流动度变小或者流动速度降低, 而较低的黏度却会导致CSLM中的粗集料容易沉底, 沉降率太大, 浆料容易离析。
由表1黏度试验结果可知, 所有试样的20 min黏度都比初始黏度要大;掺加S3的CSLM 20 min黏度变化幅度较掺加M4的大。随着M4和S3掺量的增加, CSLM的黏度均增大;M4能较快提高CSLM的初始黏度, S3虽然对CSLM的初始黏度提高幅度不大, 但20 min黏度却比初始黏度大幅度提高。当2种稳定剂进行复配时, 随着复合稳定剂中S3掺量的提高 (依次为A3、C1、C2、C3、B3试样) , CSLM的黏度先大幅度上升 (特别是20 min黏度) , 然后降低。
从表1黏度经时变化率可知, M4对CSLM黏度经时变化率影响较小, 且随着掺量的增加, 变化率下降;S3对CSLM黏度经时变化率影响非常大, 虽然随着S3掺量的增加, 变化率下降, 但变化值却没有下降, 通过表1数据计算可知, 当S3掺量从0.04%增加到0.10%时, 砂浆黏度的经时变化值从2745m Pa·s增大到5090 m Pa·s, 故导致随着S3掺量的增加, CSLM的流动度经时变化率增大。当2种稳定剂进行复配时, 随着S3所占比例的增大, CSLM的黏度变化率随之提高。
2.3 稳定剂对CSLM沉降率的影响
沉降率关系CSLM施工后体系的均匀性, 如果CSLM的抗沉降性太差, 会导致CSLM硬化后底部的粗集料大于上部, 上下收缩率不一致, CSLM容易开裂。通过掺加稳定剂可以改善CSLM的抗沉降性。
从表1沉降率试验结果可知, 随着M4掺量的增加, CSLM的沉降率随之下降;随着S3掺量的增加, CSLM的沉降率却随之上升;当稳定剂掺量超过0.04%时, 掺加M4的CSLM沉降率比掺加S3的要低, 即M4的抗沉降性比S3的要好, 这是因为M4能较快提高砂浆初始黏度, 抑制了粗集料的沉降。当2种稳定剂进行复配时, 随着M4所占比例的降低, 砂浆的沉降率随之增大。
2.4 稳定剂对CSLM流动度的影响
由表1流动度试验结果可知, CSLM的20 min流动度都比初始要低, 且随着稳定剂M4和S3掺量的增加, 初始和20min流动度都下降。通过表1数据计算对比可知, 当稳定剂掺量从0.04%增加到0.10%, 掺加M4的CSLM初始和20 min流动度分别下降了12.98%和11.55%, 而掺加S3的CSLM初始和20 min流动度分别下降了5.11%和7.83%, 可知相同掺量情况下, M4对CSLM的流动度影响大于S3。当2种稳定剂进行复配时, 随着M4所占比例的降低 (依次为A3、C1、C2、C3、B3试样) , CSLM的初始流动度增大;当复合稳定剂中S3所占比例小于75%时, CSLM的20 min流动度出现了大幅度下降的现象。由黏度试验可知, 是由于复合稳定剂导致CSLM的20min黏度剧增而使20 min流动度大幅度下降。
由表1流动度经时变化率试验结果可知, 随着稳定剂掺量的增加, 掺加M4的CSLM流动度经时变化率下降, 而掺加S3的CSLM流动度经时变化率随之上升。当2种稳定剂进行复配时, CSLM的流动度经时变化率先急剧上升后随着S3所占比例提高, 变化率随之下降。所以, 为了降低CSLM流动度经时变化率, 复合稳定剂中S3所占比例要大于M4, 如试验中C3的比例较为合适, 其S3所占比例为75%。
在CSLM施工的过程中, 搅拌环节并没有得到太多重视, 但是无论是机械自动搅拌或者人工电钻搅拌, 如果CSLM能够被快速搅拌均匀, 在相同加水量的情况下获得更大的流动度, 那不仅能加快施工进度, 而且可以保证CSLM的施工质量。以下试验通过改变搅拌时间, 研究M4、S3和复合稳定剂在掺量为0.08%时对CSLM流动度及其变化率的影响。搅拌时间分别为T1:慢搅0.5 min、快搅0.5 min;T2:慢搅0.5 min、快搅1.0min;T3:慢搅0.5 min、快搅2.0 min, 全部试验加水量为粉料总量的20%, 流动度变化率以T2为基准计算, 试验结果如表2所示。
由表2可知, 随着快速搅拌时间的延长, CSLM的流动度增大。在较短搅拌时间T1时, 流动度变化率依次为A3>B3>C3, 且A3与其它2个差距较大, 说明M4需要更长的搅拌时间;在较长快速搅拌时间T3时, 流动度变化率依次为B3>A3>C3, 但B3和A3的差距非常小。通过试验可知, 复合稳定剂与单一稳定剂相比, 不但可以缩短CSLM的搅拌时间, 在较长的搅拌时间下流动度变化率也较小, 保证了CSLM流动度的稳定。
在施工现场, 特别是在采用人工电钻搅拌时, 加水量是很难保证完全精确, 难免会有误差, 如果CSLM流动度对加水量太过敏感, 就会导致CSLM流动度过大或过小, 无法达到施工要求, 施工质量差。以下试验通过改变加水量, 研究M4、S3和复合稳定剂在掺量为0.08%时对CSLM流动度及其变化率的影响。加水量占粉料总量的19%、20%、21% (分别记为W1、W2、W3) , 全部试验搅拌时间为慢搅0.5 min、快搅1.0 min, 流动度变化率以W2为基准计算, 试验结果如表3所示。
由表3可知, 随着加水量的增大, CSLM的流动度随之增大。在较低加水量W1和较高加水量W3时, CSLM流动度变化率依次都为A3>C3>B3, 说明S3在不同加水量情况下流动度稳定性较好, 复合稳定剂次之, M4较差。通过试验可知, 复合稳定剂对加水量的敏感性处于M4和S3之间。
2.5 稳定剂对CSLM抗泌水性和表观状态的影响 (见表4)
由表4可知, 稳定剂M4和S3的抗泌水性相差不大, 表观状态也接近, 但由于M4的引气性较大, 导致CSLM凝结硬化后表面针眼较多;掺加复合稳定剂的CSLM抗泌水性和表观状态比单独使用M4或S3要好。
3 结语
(1) 2种稳定剂MT400PFV和3003F相比, 相同掺量情况下MT400PFV对CSLM的湿密度影响较大, 即引气性较强;随着稳定剂掺量的增加, CSLM的湿密度也都随着下降;复合稳定剂对CSLM湿密度的影响介于MT400PFV和3003F之间。
(2) MT400PFV能较快提高CSLM的初始黏度, 黏度经时变化率也较小, 掺加MT400PFV的CSLM沉降率较低;掺加3003F的CSLM的初始黏度较低, 导致CSLM的沉降率较大, 但20 min黏度却比初始时大幅度提高;当2种稳定剂进行复配时, 随着复合稳定剂中3003F比例的提高, CSLM的黏度先大幅度上升, 然后下降。
(3) 稳定剂MT400PFV对CSLM初始流动度降低的影响大于3003F, 故当2种稳定剂进行复配时, 随着MT400PFV所占比例的降低, CSLM的初始流动度随之增大;随着稳定剂掺量的增加, 掺加MT400PFV的CSLM流动度经时变化率随之下降, 而掺加3003F的CSLM流动度经时变化率随之上升。当2种稳定剂进行复配时, CSLM的流动度经时变化率先急剧上升后随着3003F所占比例提高, 变化率随之下降。所以, 为了降低CSLM流动度经时变化率, 复合稳定剂中3003F所占比例要大于MT400PFV。
(4) 复合稳定剂与单一稳定剂MT400PFV或3003F相比, 不但可以降低CSLM的搅拌时间, 在较长的搅拌时间下流动度变化率也较小, 保证了CSLM流动度的稳定。复合稳定剂对加水量的敏感性处于MT400PFV和3003F之间。
(5) 2种稳定剂MT400PFV和3003F抗泌水性相差不大, 而由于MT400PFV的引气性较大, 导致CSLM凝结硬化后表面针眼较多;掺加复合稳定剂的CSLM抗泌水性和表观状态比单独使用MT400PFV或3003F要好。
(6) 复配比例合适的复合稳定剂可以结合MT400PFV和3003F两者的优点, 弱化两者的缺点, 能更均衡地适应CSLM的各项性能要求。
摘要：研究2种不同类型稳定剂对水泥基自流平砂浆 (CSLM) 湿密度、黏度、沉降率、流动度、抗泌水性和表观状态的影响。结合2种稳定剂的性能特点, 将二者进行不同比例的复配, 研究复配后的复合稳定剂对CSLM性能的影响, 从结果来看, 复合稳定剂能结合2种不同稳定剂的优点, 是一种性能更优、更适用于CSLM的稳定剂。
关键词：自流平砂浆,稳定剂,湿密度,黏度,流动度,沉降率,抗泌水性,表观状态
参考文献
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[2]伍艳峰, 孙振平.聚羧酸系减水剂用于水泥基自流平砂浆相关问题的研究[J].新型建筑材料, 2008 (7) :28-31.
石膏自流平砂浆 第7篇
专利申请号:CN200910065417.5, 公开号:CN101648798, 申请日:2009.07.13, 公开日:2010.02.17, 申请人:河南省绿韵建材有限公司。
该水泥基地面自流平砂浆由下述质量份的组分组成:硅酸盐水泥70~90份, 高铝水泥10~30份, 粉煤灰20~40份, 石英砂160~180份, 高效减水剂0.5~1.5份, 木质素磺酸钠0.1~0.5份, 羟丙基甲基纤维素0.05~0.15份, 胶粉0.5~1.0份, 消泡剂0.005~0.015份。其特点是:凝结硬化快、高强度、能提高早期强度和最终强度、地面薄层省料、光滑美观、坚实耐磨、减少收缩不开裂, 可以有效地防止地面抹灰层起灰、裂缝、空鼓及起泡等缺陷, 适用于新旧地面的施工或修复。