干粉砂浆技术的研究与应用

干粉砂浆技术的研究与应用

江云安,金欣,张利俊,颜亨吉,王栋民
(中国建筑材料科学研究院水泥与新型材料所,北京)

0. 引言
干粉砂浆又称干拌砂浆,是将干粉状的骨料(砂子)、胶凝材料、化学添加剂等均匀混合,通过计算机计量控制、机械化生产、产品可以散装运到现场,作业时只要按一定比例加水搅匀,即可直接使用的新型干粉类砂浆。使用干粉砂浆可实现机械化作业,降低人力成本,提高生产效率,避免因原材料原因现场配制时容易出现配比差错或掺杂使假造成的质量问题。干粉砂浆的使用半径大,供应范围广;有利于使用散装水泥,改变袋装水泥进施工现场的状况。从商业角度上看,干粉砂浆是水泥的增值产品。目前干粉砂浆主要有:砌筑砂浆、干混凝土及特种砂浆(彩色砂浆)几大类。砌筑砂浆主要用于墙体、结构件的砌筑,如砌筑粘土砖、混凝土砌块、石材等,同时也可用于室内外墙面的抹灰工程。特种砂浆主要有抹灰砂浆、粘结砂浆、饰面砂浆、自流平砂浆、修补砂浆等,可用于地面、墙面等的抹灰,瓷砖、饰面饰材、保温材料等的粘贴,路面、防水层、混凝土结构等的修补等。根据不同的条件和用途,现在开发的特种砂浆已有近50种。本项目是以干粉砂浆系列产品的配方研究及工业化生产为主要目标,结合国内原材料情况和国情重点对建筑干粉砂浆和特种工程用干粉砂浆进行了研究。现已完成建筑干粉砌筑砂浆、粘贴类砂浆、膨胀防水砂浆、高强无收缩灌注料等的研究和小型工业化生产。水泥与新型材料所已建成了一条小型的干粉砂浆生产线,生产出少量的产品应用于一些工程,取得了一定的生产和使用经验。

1.干粉砂浆主要品种的研究及其技术性能
1.1 砌筑砂浆
现场制备的砂浆随意性大,往往达不到现行建筑砂浆标准,同时对环境造成很大的污染。干粉砌筑砂浆完全达到现行建筑砂浆标准,标号齐全且质量稳定,操作方便,对环境的影响也很小。根据砌筑砂浆和修补砂浆的技术特性,我们首先考察确定了砂的技术经济指标和质量要求。质量状况见表1。我们知道,干粉砂浆的主要成分是砂、粉煤灰和水泥,其中特别是作为主要原料的砂,其来源和质量对于生产成本和产品质量都有决定性的影响。另外就是添加剂的用量,它与配方研究、生产设备好坏有关。

为提高干粉砂浆的粘结性能和修补砂浆的耐久性能,选用德国wacker公司的可再分散胶粉。虽然产品成本大幅度提高,但其内在质量大大超过普通砂浆的性能。根据国内水泥、砂子材性配制的干粉粘结砂浆及修补砂浆的试验结果见图1、图2。

从图,1可以看出,干粉砂浆的强度随水泥用量的提高及粉煤灰用量的减少而提高。图! 显示加入可再分散胶粉可明显增强干粉砂浆的拉伸强度,内部粘结力和柔性也有所提高。由于砌筑砂浆是建筑砂浆中应用量最大的品种,因此其经济性也是需要考虑的重要指标,为此,我们设计了一系列砌筑砂浆的配合比,对其性能价格比进行了比较,从中选择了下列性价比较好的几个配比,其有关技术性能见表2。

1.2 自流平高强无收缩灌浆料


无收缩灌浆料性能指标:流动度">230mm(按砂浆流动度的试验方法),泌水性能要求无泌水。初凝>2h,终凝<10h;耐久性高,对钢筋无锈蚀,耐久坚固,用于地面耐磨性好。
自流平高强无收缩灌浆料适用范围:
1)大型设备和精密设备地脚螺栓与机座二次灌注,地面自动找平。
2)钢结构与混凝土固接的二次灌注及梁、柱二次加固。
3) 后张法预应力钢筋混凝土孔道灌浆;
4)地铁、隧道、地下工程逆做法施工缝嵌固。

1.3 瓷砖粘结剂
目前国内建筑及装饰业中常用普通水泥砂浆来粘贴瓷砖,也有使用所谓的瓷砖粘结剂的,但其使用厚度一般在10mm以上,且粘结力不高,抗流挂性也不佳。特别是当需要在GRC 板材、纸面石膏板等特殊基层上使用时,其效果更不理想。本项目借鉴欧洲先进技术和材料,研究出高粘结力、高保水性的瓷砖粘结剂。其原强度、抗冻融性和抗流挂性都有很大的提高,施工厚度仅为2-4mm。可在不同基体,包括混凝土、砖墙、砌块、GRC 板材、纸面石膏板、木材、塑料等表面上直接粘贴瓷砖。瓷砖粘结砂浆按JC/T 547标准检验,其主要技术性能见图3、图4、表5。


为提高砂浆的工作性和保水性,必须添加适当的增稠剂及保水剂。加入可再分散胶粉可明显增强干粉砂浆的拉伸强度、内部粘结力和柔性,再分散胶粉一般用量较小,其添加量可根据产品技术性能要求及品种试验确定。作为干粉砂浆的重要组成部分,砂的质量及含泥量、含水量、颗粒形状、级配等特性也对粘结砂浆的性能起到重要作用。不同颗粒大小的砂对砂浆粘结强度的影响见表6。

可见砂的合理的粒径范围对瓷砖粘结剂性能有相当的影响,是影响材料性能的重要指标。

1.4 干粉膨胀砂浆
膨胀砂浆具有微膨胀性能,可克服普通砂浆收缩开裂。可用于混凝土构筑物的修补、抹面、防水施工等。其膨胀曲线见图5,基本性能见表7。


干粉膨胀砂浆性能指标:抗压强度>15mpa,稠度5-8cm,14d限制膨胀率>0.02%,经冻融试验质量损失<5%,抗压强度损失<25%。

2 干粉砂浆生产工艺简介
干粉砂浆的生产工艺可分为3 个阶段:
1)原材料的预处理,包括砂子的破碎、烘干、筛分等;
2) 各种原材料的计量配料和混合;
3) 产品的中间贮存、包装和配送运输。
主要生产设备有:烘干机、筛分设备、各种输送设备、计量配料设施、混料机(搅拌机)、各式料仓、包装机等。干粉砂浆生产厂由于其生产工艺的特点,占地面积不大,不产生空气及水污染等,非常适宜在大中城市周围建厂。图6为干粉砂浆生产工艺流程图。

干粉砂浆生产工艺中最关键是砂的处理以及混料的均匀性,特别是砂的筛分和烘干。其中,筛分的主要问题在于如何使砂的粒度级配合理并提高效率,烘干的主要问题是如何降低能耗。这都对生产设备提出了较高的要求,设备的国产化难点也正在这里。另一个主要问题在于各种原材料的准确计量。干粉料产品的生产是由几种甚至十几种粉状原材料均匀混合而成的,有些材料用量很小,有些用量又很大,因此原材料的准确计量对配比的准确以及产品的性能有着很大的影响。我们对上述问题进行了广泛的调研,对国内机械设备、计量设备的生产能力及生产水平有了一定的掌握,力求尽可能利用国产设备。

3.经济和社会效益
商品干粉砂浆在我国刚刚处于起步阶段,目前国内现有干粉砂浆的成套设备和技术都是由国外进口的,1条年产10 万t的生产线一次性投资就需要200-250 万美元。这对一般企业而言都是很难承受的。因此,现在只有少数几家大的建材企业如冀东水泥集团、福建水泥集团等投资兴建了数条生产线。国内大部分地区仍是空白。为此,国家经贸委委托中国建筑材料科学研究院对干粉砂浆进行了研发,以期正确引导这一行业健康蓬勃发展。干粉砂浆成本参照北京地区水泥、砂子、石灰配制的混合砂浆成本对比见表8。

仅从表8看出,干粉砂浆比混合砂浆的直接成本要高些。但综合成本应该是相当的(中国散装水泥协会示范工程———北京市某小区有对比数据)。因为干粉砂浆质量稳定,饰面厚度可以减薄,使用量可以减少,施工速度加快,工程质量提高,环境友好等,这些都是难以计算的。

4 前景展望
干粉砂浆发展到今天,在全球范围内有几十种干粉砂浆产品在各个建筑工地上使用。通常情况下,干粉砂浆产品用25kg或40-50kg 包装,大量使用可用散装。而市场上高附加值产品也有小袋包装,需要时甚至还有1kg 的小包装。在欧美等发达国家,干粉砂浆产品已成为使用非常普遍的建筑材料品种。干粉砂浆的发展有赖于经济技术的发展,随着我国经济实力的不断提升,人们对城市环境保护的日益重视,现代建筑文化的更新,使用干粉砂浆的呼声日渐高涨,干粉砂浆有其广阔的市场前景。目前,政府的有关建设部门、环保部门正在从政策的角度出发: 促成干粉砂浆市场的形成(上海市建委和环保部门已联合发文,从2003年起,市区内建筑工地禁止现场搅拌砂石料)。根据我国的情况,每个大中型城市应该有几条干粉砂浆生产线。因此,全国至少需要干粉砂浆生产厂300-500家,这是一个相当广阔的市场。

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