膠凝材料對硫鋁酸鹽水泥體系自流平砂漿強度影響的研究-弗克李樹東

1、膠凝材料對硫鋁酸鹽水泥體系自流平砂漿強度影響的研究李樹東干粉砂漿課題組摘要：在不同的自流平砂漿體系中，使用硫鋁酸鹽水泥體系的自流平砂漿是一個比較復(fù)雜的體系，普通硅酸鹽水泥與硫鋁酸鹽水泥復(fù)合后，水泥的礦物組成變的多而復(fù)雜，這種復(fù)合體系水泥的水化硬化過程是一個多種礦物的水化硬化的多元復(fù)雜體系1。通過將硫鋁酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、無水硬石膏以合適的比例混合，通過實驗，分析三種膠凝材料在自流平配方中不同的比例對1d和24d強度的影響，從而得出最佳比例。關(guān)鍵詞：硫鋁酸鹽水泥；膠凝材料；抗折強度；抗壓強度；1 前言本文研究的OPC-CSA-Gyp三元復(fù)合體系中，其礦物組成既包括普通硅酸鹽水泥中的組成礦物

2、，也包括硫鋁酸鹽水泥中的組成礦物，因此是多種礦物水化硬化的多元復(fù)雜體系。而在這個體系中，提供早期強度的主要是鈣礬石，鈣礬石的來源主要包括在有石膏存在的條件下普硅水泥中C3A的水化、硫鋁酸鹽水泥中無水硫鋁酸鈣的水化。石膏摻量較高時，水泥中C4A3S水化速度很快，形成了結(jié)晶結(jié)構(gòu)。結(jié)晶的結(jié)構(gòu)網(wǎng)過早形成，雖對早期強度有利，但限制了隨后生成的水化產(chǎn)物的順利擴散，在有限的空間內(nèi)水化產(chǎn)物大量堆積且產(chǎn)生很大膨脹勢能，使結(jié)構(gòu)受損傷，強度增長緩慢2。導(dǎo)致硫鋁酸鹽水泥從某一齡期抗折強度倒縮的原因：從硫鋁酸鹽水泥水化速度來看，其水化是比較快的，水化產(chǎn)物來不及擴散，包裹在未水化顆粒的表面，阻止未水化顆粒的繼續(xù)水化。同時

3、，由于快速水化產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)網(wǎng)不合理，有許多薄弱環(huán)節(jié)，加之水泥水化產(chǎn)生的熱量以很高的速率釋放出來，水泥是熱的不良導(dǎo)體，因此產(chǎn)生的熱應(yīng)力使水泥石薄弱環(huán)節(jié)形成許多微裂紋，此時裂紋寬度很小，不一定會引起抗折強度的倒縮3。隨著水化進行，C4A3S進一步水化形成AFt，此時生成的AFt在有限空間內(nèi)具有很大的膨脹勢能，使原來產(chǎn)生的微裂紋進一步擴展或產(chǎn)生新裂紋，水泥石結(jié)構(gòu)變得不密實,從而引起抗折強度倒縮?？拐蹚姸鹊箍s的時間取決于包裹未水化顆粒表面的水化產(chǎn)物的厚度，裂紋產(chǎn)生的時間及擴展情況。所以硫鋁酸鹽水泥水化速度越快，水化熱集中的越多，抗折強度的倒縮就越大4。本實驗在研究三元體系對硫鋁酸鹽體系自流平砂漿強度影響

4、的過程中，主要采取固定膠凝材料總量進行實驗。固定膠凝材料總量360，同時固定普硅摻量，研究不同的Gyp/CSA比例對砂漿強度的影響。2 實驗原材料和實驗方法2.1 實驗原材料的選擇膠凝材料：普通硅酸鹽水泥：選擇當(dāng)?shù)貞?yīng)用最廣及公司生產(chǎn)所用的海螺P·O42.5，作為水硬性粘結(jié)材料，主要提高砂漿的強度，能為各類原材料提高各種性能的保證；硫鋁酸鹽水泥：國內(nèi)廠家，市場比較常用；無水硬石膏：安徽廠家，穩(wěn)定的原產(chǎn)礦石膏，質(zhì)量穩(wěn)定，適用性廣；骨料：水洗砂4070目和70140目，選用市場常用水洗砂；合理的砂級配對提高砂漿性能有很好的幫助；粉料填料：細(xì)度為400目的重鈣；聚合物可再分散乳膠粉：弗克可再

5、分散乳膠粉FX04，玻璃化溫度為18，良好的鋼性，粘結(jié)強度及流平性；保水增稠劑：進口低粘度的400 mPa.S粘度HPMC，增稠保水性、抗沉降及減少泌水；減水劑：弗克高效聚羧酸減水劑C900，分散減水作用，增加砂漿的流動性及減低水灰比，提高一定的強度，緩凝劑：檸檬酸、葡萄糖酸鈉；使砂漿保持20min的流動度；消泡劑：選用德高明凝化學(xué)的粉體消泡劑P803，消除部分由纖維素醚、膠粉及攪拌過程中產(chǎn)生的氣泡，提高砂漿表面的密實性；早強劑：碳酸鋰，提供早期強度；2.2實驗方法2.2.1 確定普硅水泥的摻量為160kg，變化硫鋁水泥與無水硬石膏的比例表1、普硅固定為160 1-1#1-2#1-3#1-4#

6、1-5#普硅水泥160硫鋁水泥154143133125118無水硬石膏4657677582Gyp/CSA水泥0.30.40.50.60.7重鈣（800目）20070-140水洗砂440檸檬酸0.8葡鈉0.6HPMC(500mpa·s)1.0SD600PH0.6碳酸鋰0.3P8031.0膠粉6015L10用水量/%25初始流動度/mm14815014915014920min流動度/mm1451461461471461d/Mpa抗折2.612.862.993.052.62抗壓12.5915.2815.9815.6913.0328d/Mpa抗折6.26.36.25.75.2抗壓24.027

7、.028.128.729.0OPC=160OPC=160圖1. 普硅摻量為160kg時，Gyp/（CSA水泥）對體系強度的影響2.2.2 確定普硅水泥的摻量為200kg，變化硫鋁水泥與無水硬石膏的比例表2、普硅固定為200 2-1#2-2#2-3#2-4#2-5#普硅水泥200硫鋁水泥12311410710094無水硬石膏3746536066Gyp/CSA水泥0.30.40.50.60.7重鈣（800目）20070-140水洗砂440檸檬酸0.8葡鈉0.6HPMC(500mpa·s)1.0SD600PH0.6碳酸鋰0.3P8031.0膠粉6015L10用水量/%25初始流動度/mm1

8、4814714814814820min流動度/mm1451441451441451d/Mpa抗折2.412.702.822.832.74抗壓10.0912.6912.5912.9611.5928d/Mpa抗折5.335.424.555.385.07抗壓20.6223.9823.4125.54OPC=20026.04OPC=200圖2. 普硅摻量為200kg時，Gyp/（CSA水泥）對體系強度的影響2.2.3 確定普硅水泥的摻量為240kg，變化硫鋁水泥與無水硬石膏的比例表3、普硅固定為240 3-1#3-2#3-3#3-4#3-5#普硅水泥240硫鋁水泥9286807570無水硬石膏28344

9、04550Gyp/CSA水泥0.30.40.50.60.7重鈣（800目）20070-140水洗砂440檸檬酸0.8葡鈉0.6HPMC(500mpa·s)1.0SD600PH0.6碳酸鋰0.3P8031.0膠粉6015L10用水量/%25初始流動度/mm13514014014014120min流動度/mm1341391361371391d/Mpa抗折2.342.692.662.772.91抗壓8.2410.0510.7111.3511.1828d/Mpa抗折5.445.274.694.994.55抗壓17.7619.5918.7819.5320.84OPC=240OPC=240圖3.

10、 普硅摻量為240kg時，Gyp/（CSA水泥）對體系強度的影響2.2.4 確定普硅水泥的摻量為280，變化硫鋁水泥與無水硬石膏的比例表4、普硅固定為280 4-1#4-2#4-3#4-4#4-5#普硅水泥280硫鋁水泥6257535047無水硬石膏1823273033Gyp/CSA水泥0.30.40.50.60.7重鈣（800目）20070-140水洗砂440檸檬酸0.8葡鈉0.6HPMC(500mpa·s)1.0SD600PH0.6碳酸鋰0.3P8031.0膠粉6015L10用水量/%25初始流動度/mm14814915215315320min流動度/mm145146149150

11、1521d/Mpa抗折1.01.782.001.901.84抗壓3.216.137.646.746.6028d/Mpa抗折3.193.583.433.503.58抗壓9.1413.6815.0815.5816.11OPC=280OPC=280圖4. 普硅摻量為280kg時，Gyp/（CSA水泥）對體系強度的影響實驗結(jié)論：1) 就整體而言，Gyp/(CSA水泥)為0.3-0.6時，無論普硅水泥摻量如何變化，砂漿的1d強度均Gyp/(CSA水泥)比例增加呈增大趨勢，Gyp/(CSA水泥)0.6時，1d強度降低；2) 從28d抗壓強度數(shù)據(jù)來看，隨Gyp/(CSA水泥)比例增大，強度呈增加趨勢，而28

12、d抗折強度變化規(guī)律不明顯，普硅摻量低時基本隨Gyp/(CSA水泥)比例增大呈減小趨勢，猜測與生成的鈣礬石數(shù)量有關(guān)。3) 因此，在配方設(shè)計中，需綜合考慮砂漿的1d、28d強度數(shù)據(jù)，建議 Gyp/(CSA水泥)的最佳比例為0.4-0.6。gyp/CSA對強度的影響總結(jié)表5、不同普硅摻量下，Gyp/CSA水泥比例對砂漿1d抗折強度的影響(單位：Mpa)0.30.40.50.60.71602.612.862.993.052.622002.412.702.822.832.742402.342.692.662.772.9128011.7821.91.84表6、不同普硅摻量下，Gyp/CSA水泥比例對砂漿1

13、d抗壓強度的影響(單位：Mpa)0.30.40.50.60.716012.5915.2815.9815.6913.0320010.0912.6912.5912.9611.592408.2410.0510.7111.3511.182803.216.137.646.746.6圖5. 不同普硅摻量下，Gyp/CSA水泥比例對砂漿1d抗折強度的影響圖6. 不同普硅摻量下，Gyp/CSA水泥比例對砂漿1d抗壓強度的影響表7、不同普硅摻量下，Gyp/CSA水泥比例對砂漿28d抗折強度的影響(單位：Mpa)0.30.40.50.60.71606.26.36.25.75.22005.335.424.555.3

14、85.072405.445.274.694.994.552803.193.583.433.503.58表8、不同普硅摻量下，Gyp/CSA水泥比例對砂漿28d抗壓強度的影響(單位：Mpa)0.30.40.50.60.716024.027.028.128.729.020020.6223.9823.4125.5426.0424017.7619.5918.7819.5320.842809.1413.6815.0815.5816.11圖7. 不同普硅摻量下，Gyp/CSA水泥比例對砂漿28d抗折強度的影響圖9不同普硅摻量下，Gyp/CSA水泥比例對砂漿28d抗壓強度的影響實驗結(jié)論：1) 整體試驗是在固

15、定膠凝材料總量的基礎(chǔ)上進行的，普硅水泥摻量低時，相對地石膏和硫鋁水泥總量較高，由于實驗中采用的水泥強度較高，因此，隨普硅水泥摻量減少砂漿的強度呈現(xiàn)增大趨勢，增長幅度較大。2) 普硅摻量較高時（試驗中為280，在膠凝材料中所占比例為78%），石膏和硫鋁水泥的總量較少，砂漿的1d抗折強度不能滿足JC/T 985標(biāo)準(zhǔn)要求，普硅摻量67%時，砂漿的1d強度均能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，因此硫鋁水泥和石膏的摻量對提高砂漿的早期強度有重要的作用，另外也可以看出，Gyp/(CSA水泥)比例固定時，體系的1d強度隨普硅摻量增加而減??；3) 在后期強度方面（試驗中主要為28d強度），普硅摻量較高時(為280)，砂漿的28d

16、強度較低，不能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求；4) 普硅摻量在200-240時，砂漿的28d抗折強度相差較小，表明在此摻量范圍內(nèi)時，普硅摻量對28d抗折影響敏感性較弱；3總結(jié)1) 就整體而言，Gyp/(CSA水泥)為0.3-0.6時，無論普硅水泥摻量如何變化，砂漿的1d強度均Gyp/(CSA水泥)比例增加呈增大趨勢，比例0.6時，1d強度降低，從28d抗壓強度數(shù)據(jù)來看，強度隨Gyp/(CSA水泥)比例增大呈增加趨勢，而28d抗折強度變化與之不一致，普硅摻量低時基本隨Gyp/(CSA水泥)比例增大呈減小趨勢；2) 整體試驗是在固定膠凝材料總量的基礎(chǔ)上進行，普硅水泥摻量低時，由于實驗中水泥強度較高，因此，砂漿強度隨著普硅摻量減少呈現(xiàn)增大趨勢，且增長幅度較大，普硅摻量較高時（在膠凝材料中所占比例為78%），石膏和硫鋁水泥的總量較少，砂漿的1d抗折強度不能滿足JC/T 985標(biāo)準(zhǔn)要求，普硅摻量67%時，砂漿的1d強度均能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，因此硫鋁水泥和石膏的摻量對提高砂漿的早期強度有重要的作用，另外也可以看出，Gyp/(CSA水泥)比例固定時，1d強度隨普