胶凝材料对水泥基自流平砂浆性能的影响
胶凝材料对水泥基自流平砂浆性能的影响
摘要:C3A作为水泥熟料矿物的重要组成之一，对水泥水化的后期强度和水泥石结构的体积变化起着重要作用。利用正交试验方法，分析研究3种胶凝材料对水泥基自流平砂浆早期后期强度及仲缩率的影响。结果表明，高铝水泥主要影响自流平砂浆的早期强度，硅酸盐水泥主要影响自流平砂浆的后期强度和仲缩率
关键词:C3A;高铝水泥;硅酸盐水泥;钙矾石;强度;收缩率
水泥基自流平砂浆因其具有硬化速度快、早期强度高、表面光滑平整等优点被广泛应用于家装、工业和商业地面。水泥作为自流平砂浆主要的胶结材料，它的选择对自流平砂浆早期和后期性能都会产生重要影响。市售的大多数自流平砂浆以普通硅酸盐水泥为主、铝酸盐水泥(或硫铝酸盐水泥)为辅、再掺加一定量的硬石膏作为主要胶凝材料。本文采用正交试验方法，分析3种胶凝材料对自流平砂浆早期和后期性能的影响。
试验
1.1原材料
普通硅酸盐水泥(OPC）:选用3个不同厂家的P·042.5R水泥(分别为F,Z,S)，对应的化学成分见表1;
高铝水泥:广东龙湖科技股份有限公司，SiO2含量7.2%,Al2O3含量51.3%,CaO含量34.1 %, Fe2O:含量2.0% 比表面积376 ㎡/kg;
硬石膏:市售，化学成分见表2;
精制河砂:粒径0.11~0.22 mm;
可再分散乳胶粉:WACKER VINNAPAS RESOION，最低成膜温度4℃，玻璃化转变温度16℃;
稳定剂:DOW Walocel MT400PFV}茹度380 mPa·s;
减水剂:BASF MELFLUX 2651F;
消泡剂:德国明凌化工集团AGITAN P803;
其它添加剂:市售。
1.2试验方法
按照JC/T 985-2005《地面用水泥基自流平砂浆》对试样进行搅拌及成型，试验温度(23士2J℃，相对湿度(50士5) %，循环风速低于0.2 m/s。试验使用JJ-5型搅拌机，TYE-200B 抗折抗压试验机，BC- II型比长仪，其中测试自流平砂浆强度的试件尺寸为40 mmx40 mmx 160 mm;测试伸缩率试件尺寸为25 mmx25 mmx280 mm。
1.3正交试验研究
本文采用正交试验方法，探索在其它影响因素不变的情况下，OPC种类((F,Z,S)、石膏掺量及高铝水泥掺量对自流平砂浆强度和收缩性能的影响。试验中，石膏及高铝水泥掺量按占砂浆干粉料的总质量计。采用L9试验表，其因素和水平见表2。
由表4可以看出，影响自流平砂浆1d强度的主次因素顺序是:C，B，A，即高铝水泥量的增加，显著提高了自流平砂浆的早期强度。这是因为高铝水泥强度发展非常迅速，1d内几乎可以达到最高强度的80%。而影响自流平砂浆28 d强度的主次因素顺序是:A，C，B，即普硅水泥种类是决定自流平砂浆28 d强度的最主要因素，且强度大小顺序是:S>Z>F, 这是因为高铝水泥的长期强度不稳定，特别是在湿热环境下，可能明显下降。原因是高铝水泥的水化产物CAH10或C2AH8都是亚稳相，当温度升高时，2种水化产物都不能稳定存在，按照下式进行转化:
CAH,o}C3AH6+AH3 } aq
CZAHR}C3AH6+AH3 } aq
逐渐转化成比较稳定的C3AH6。体积为1 ml的CAH,。经转化后仅形成0.254 ml的C3AH6和0.22 ml的AH:总的固相体积不过0.474 ml，而析出的水却有0.549 ml之多，浆体孔隙率达53.7% } CZAHR转化为C3AH。也与此相似，并且这种晶型转化随温度的升高而加速。AH3 } aq是一种含水量不定的胶体物质，能够无限膨胀，最后溶解于水，排出水泥石体外。这2种反应对水泥石的强度极其不利。
硅酸盐水泥各熟料矿物中C3A的水化速率是最快的，它首先遇水溶解，然后与C3S水化形成的Ca COH):饱和溶液反应，其水化反应可以表述为:
C3A+CH+12H=C适H }3
由于石膏的存在，CaAH,:会与石膏反应生成三硫型水化硫铝酸钙，又称钙矾石，以AFt 表示，其反应式为:
C班H,3+3CSHz+14H=AFt+CH
当浆体中的石膏被消耗完，而水泥中还有未完全水化的C3A时，C3A的水化物CQAH,3又能与上述反应生成的钙矾石继续反应生成单硫型水化硫铝酸钙，以AFm表示，即: AFt+2C适H,3=3AFm+2CH+20H
通常情况下，C3A生成AFm，固相体积增加了81.5%; C3A生成AFt，固相体积增加了133%}Z}。硅酸盐水泥中的石膏量一般都能满足铝酸盐的水化物转变为钙矾石和单硫型水化硫铝酸钙。本文中的石膏掺量远大于形成钙矾石所需要的量，故C3A的量决定着最终钙矾石的生成量，同时钙矾石向单硫型水化硫铝酸钙的转化也变慢。钙矾石是水泥石产生强度的主要来源，它在水泥水化早期形成一个强度骨架，C3S水化后的C-S-H凝胶填充在骨架之间，针棒状的钙矾石与其它水化产物紧密结合，形成水泥石的强度。它的量决定着最终水泥制品的强度。通过分析3种硅酸盐水泥物相对比(见图D以及对各
自熟料矿物组成的计算，得出3种水泥的C3A含量从高到低分别是S>Z>F，也就是说自流平砂浆的最终强度从大到小应该是S>Z>F，这与正交试验得到的结论一致。
需要特别说明的是，2号试样因为石膏掺量过多，使后期持续形成钙矾石，产生膨胀力，造成结构破坏，强度降低。
2.2对伸缩率的影响
依据正交试验方法得到28 d伸缩率极差分析表5，各龄期自流平砂浆的伸缩率见图2。
由表5可以看出，影响自流平砂浆28 d伸缩率的主次因素顺序是:A，C，B，即普硅水泥种类是影响自流平砂浆28 d尺寸变化的最主要因素，且尺寸变化从大到小为:F}Z}S o这是因为高铝水泥的水化产物中晶体的量较大，其干缩率较小，普硅水泥的水化产物中凝胶含量多，因此干缩量则相对较大。
当普硅水泥中加入高铝水泥，铝酸钙水化时要吸收氢氧化钙，而氢氧化钙是硅酸钙的水化产物，这样就促进了硅酸钙的水化。从而使得水泥石结构中的C-S-H凝胶增加，干缩增大。还有一种原因是当普硅水泥的含量大于50%时，其主要水化产物为C3AH6,Ca COH) Z,C-S-H和铝胶等，水化样中没有发现CAH,}，原因是因为普硅水泥含量较多，pH值和Ca0/A1z03的比值较大，使得CAH,。和CZAHR向C3AH。转化比较完全。而转化使得水泥石的孔隙率增加，也会使干缩增大孔
根据单矿物减缩作用的研究可知，水泥熟料中4种矿物的减缩作用按由大到小的排列是:C3A>CQAF>C3S>CZS}'}。水泥石的体积变化主要包括3种，一是化学减缩;二是失水收缩;三是碳化收缩。其中以化学减缩造成的体积变化最大，本文通过加入石膏和铝酸盐水泥，共同水化反应生成钙矾石来补偿化学减缩造成的体积变化，故C3A含量又决定了体积变化的大小，含量越高，水化生成的钙矾石越多，体积变化越小;含量越低，水化生成的钙矾石越少，体积变化越大。从前面可以得知，3种硅酸盐水泥的C3A含量高低依次是S>Z>F，所以体积变化从大到小应该是F>Z>S，这与正交试验得到的结论相符。
3结语
(1）高铝水泥的掺量会影响自流平砂浆的早期强度，掺量越大，强度越高。
(2）普硅水泥影响着自流平砂浆的后期强度和伸缩率，并且与普硅水泥所含矿物组成密切相关，通过试验发现，C3A的含量决定着普硅水泥对自流平砂浆的影响。
一、产品简介
由多种有机、无机保水增稠材料及砂浆泵送剂、抗流挂剂等经高新技术成的机械喷涂砂浆专用的粉状复合添加剂。砂浆泵送剂使砂浆泵送、喷涂不堵管，抗流挂剂使砂浆喷涂上墙后不下坠，大大提高机械喷涂砂浆施工效率。
二、产品特性
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2、砂浆抗挂化性好，不下坠；
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5、砂浆粘聚性好，保证砂浆不粘刮尺，提高施工效率；
6、如果是湿拌砂浆，必须满足湿拌砂浆稠化增强剂的使用要求
三、适用范围
适用各强度等级的干粉砂浆、湿拌砂浆。
四、参考用量
四、参考用量
砂浆0.4‰
五、包装、贮存
本品采用纸塑复合袋密封包装，25公斤/袋。
技术服务：186******** 汪先生
一、产品简介
由多种有机、无机保水增稠材料及缓凝剂等经高新技术制成的湿拌砂浆专用粉状复合添加剂。缓凝剂通过吸附和络合作用，使水泥凝结时间大大延长，保证砂浆可操作时间达到12小时至24小时的特殊功能。
二、产品特性
1、超强的保塑功能，砂浆可操作时间达到12小时至24小时。充分满足湿拌砂浆需在工地长时间贮存的需求，有效保证在操作时间内抹灰、喷涂的施工要求。
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3、砂浆施工上墙后砂浆正常凝固硬化；
4、和易性优、抗流挂性好，大幅度提高抹灰效率；
三、适用范围
适用人工砌筑、抹灰和机械喷涂的各强度等级湿拌砂浆。
四、参考用量
砂浆0.6‰-0.9‰（不含水）。
五、包装、贮存
本品采用纸塑复合袋密封包装，25公斤/袋。
本产品应贮存在通风，干燥的仓库内。有效期一年。
技术服务：186******** 汪先生