系列干粉砂浆产品的组成及性能研究

1  引言
  有关干粉砂浆的组成、作用机理以及应用前景的论述已经非常详尽了。为了方便有关单位研制开发干粉砂浆产品,本文将具体介绍几种干粉砂浆的组成、性能、制备和应用。

2  粉煤灰系列干粉砂浆的研究
在吸取国外先进方法的基础上,同时考虑到我国建筑施工的特点,利用粉煤灰、水泥熟料、石灰、石膏等研制了粉煤灰系列干粉砂浆。该系列干粉砂浆可以将大量粉煤灰进行再利用,减少废弃物对环境污染,同时降低生产成本。粉煤灰系列干粉砂浆主要由粉煤灰系列干拌砂浆粉和砂组成,调整其配制比例就可以得到不同功能的建筑砂浆。粉煤灰系列干拌砂浆粉的成分主要原材料有粉煤灰、石
灰、石膏和激发剂等。其生产工艺为:首先将石膏、石灰破碎成2cm 以下的粒状物料,然后将粉煤灰、水泥熟料、粒状石灰、石膏、激发剂存于贮料仓内,经给料秤称量后入球磨机中粉磨,即成为粉煤灰干拌砂浆粉。砂浆粉的类型由配料称量设备控制。砂浆粉的细度采用0.080mm 的方孔筛测定,其筛余应小于8.0 %。通过调整各材料的比例,可以配制内墙抹面粉煤灰干拌砂浆粉、外墙抹面粉煤灰干拌砂浆粉、地面耐磨粉煤灰干拌砂浆粉。通过正交设计研究了粉煤灰用量、水泥熟料用量、石灰用量、石膏用量对干粉砂浆性能的影响,在此基础上确定了各材料的比例,配制了不同功能的干拌砂浆粉,并研究了粉煤灰系列干粉砂浆的性能。

211  内墙抹面粉煤灰干粉砂浆
(1) 内墙抹面粉煤灰干拌砂浆粉的配比及性能。内墙抹面干拌砂浆粉配比及性能列于表1 。

 注:抗压强度按水泥胶砂强度检验方法GB177 – 85 中规定的方法进行
  由表1 可知,随着粉煤灰用量的增加,干拌砂浆粉各龄期强度下降,由此认为粉煤灰用量以65 %为上限较合适;随着水泥熟料用量的增加,干拌砂浆粉各龄期强度增加。由于建筑用内墙抹面砂浆的强度等级一般为M5~M10 ,除对和易性、干缩值有具体规定外,对其它性能未作具体要求,因此,一般认为内墙抹面干拌砂浆粉母体强度达到25MPa 以上即可,不必追求过高的强度指标。
(2) 内墙抹面粉煤灰砂浆的性能。采用B 号内墙抹面干拌砂浆粉配制的砂浆性能列于表2 。

 由表2 可知,随着内墙抹面干拌砂浆粉与砂灰比例的增加,砂浆的各龄期的强度逐渐降低,采用不同的灰砂比,可配制出M5~M10 的内墙抹面砂浆; N1 ~N4 组砂浆的分层度在12mm~16mm 范围内,和易性良好,试验中还发现砂浆只有轻微的泌水现象,这对于内墙抹面非常有利;采用干拌砂浆粉配制的砂浆后期强度持续增长,主要是因为粉煤灰的活性或许被持续激发所致;N1 的砂浆强度等级达到M10 ,它的收缩情况是早期收缩较大,28d 后基本趋于稳定。

212  外墙抹面粉煤灰干粉砂浆
(1) 外墙抹面粉煤灰干拌砂浆粉的配比及性能。见表3 。

 注:抗压强度按水泥胶砂强度检验方法GB177 – 85 中规定的方法进行。
  由表3 可知,随着粉煤灰用量的增加,外墙抹面干拌砂浆粉的初凝、终凝时间延长;随着水泥用量的增加,干拌砂浆粉的各龄期强度增大,尤其是3d 强度增加幅度大,即粉煤灰用量过大,早期强度低。当粉煤灰用量为50 %和40 %时,干拌砂浆粉28d 强度相差不大(分别为46.1MPa 和47.2MPa) ,为降低成本,一般选择粉煤灰用量50 %是合理的。
  (2) 外墙抹面砂浆的性能。采用D 号外墙抹面干拌砂浆粉配制的砂浆性能列于表4 。

  由表4 结果可知,当外墙抹面干拌砂浆粉与砂的比例为1∶3~1∶4时,砂浆强度在29.3MPa~21.5MPa ,这一强度值要高于内墙抹面砂浆,主要由于干拌砂浆粉中水泥熟料较多的原因;从冻融结果看出,W1~W3 组砂浆冻融15 次后重量损失很小,而强度损失随着灰砂比的增大而增加。在寒冷地区,外墙抹面砂浆配制时灰砂比不宜过大。这种砂浆的和易性和保水性良好。

213  地面耐磨粉煤灰干粉砂浆
地面耐磨干粉砂浆是基层砂浆与表层耐磨砂浆的总称。基层砂浆采用外墙抹面干拌砂浆粉配制,配制方法如前所述。表层耐磨砂浆的配比及性能见表5 。

 这种配比的表层耐磨砂浆的流动度很大,但未出现泌水现象,容易使表面抹平;耐磨性是普通水泥砂浆的5.6 倍(即普通砂浆的磨损率为9.52kg/ m2) ,说明用耐磨砂浆制成的地面,耐磨性大幅度提高。
3  石膏干粉砂浆的研究
  石膏干粉砂浆是采用快速硬化的石膏作为粘结剂,对于这类干粉砂浆不能用常规砂浆组成,因为石膏的粘结性和塑性保存期较短,为此砂浆中必须引入调节塑性、提高保水性和减缓硬化时间的添加剂。石膏干粉砂浆主要成分为石膏(粘结剂) 、细砂粒(填料) 和化学添加剂。也可以用生产磷酸的废料—磷石膏, 它含有95 %的硫酸钙。
用于干粉砂浆的磷石膏可用以下三种方法获得:
(1) 用高压釜并在液相介质中制备加有改性添加剂α- 半水石膏;
(2) 制备β- 半水石膏,预先用石灰中和磷石膏浆,并脱水和干燥,获得中间产品然后进行煅烧;
(3) 制备无水石膏,用磷石膏制备无水石膏具有良好的性能,它的标号可以达到40MPa ,而且它的初凝时间为2h、终凝时间不小于5h ,这类无水石膏由于缓慢的硬化速度,可以用于生产抹面砂浆、粉刷砂浆、自流平地坪砂浆。
在造纸工业废料—木质素磺酸盐基础上加入改性剂,可以制备增塑剂。这类增塑剂不含游离酸和亚硫化合物,它是粉状的,能很好同水搅拌混合,没有毒性。目前国外生产的дTM -Ⅱ型多功能添加剂,是在木质素磺酸盐基础上,用钠盐、钙盐和表面活性物质改性而成。这类添加剂加入到用水泥作为粘结剂的砂浆中,有良好的增塑作用,但加入到石膏作为粘结剂的砂浆中,对增塑不起任何作用。而采用木质素磺酸盐+ 纤维型化合物+ 表面活性物质,如:木质磺酸盐+ Na 基羧甲基纤维素+ 烷基苯磺酸钠,对石膏干粉砂浆的工艺性能和使用性能有很大改善,这类复合添加剂加入量为0.2 %~0.3 %。可以采用以下工业废料作为石膏干粉砂浆增塑剂:蒸浓的糟粕,它是食品和酿酒工业的废料;生产己二酸酯废料—二羧酸盐浮渣。对于生产石膏干粉砂浆,还可以采用另一些粉末状复合添加剂,这类复合添加剂成分中,有提高砂浆对各类基体表面的粘附能力,增加保水性和塑性,减缓石膏硬化时间的各组分。一般这类复合添加剂有:纤维素酯和它的衍生物(甲基纤维素、羧甲基纤维素) ,三聚磷酸钠和表面活性物质(如烷基苯磺酸钠) 组成。

采用亚硫酸盐发酵的麦芽汁,结合消石灰、氯化钠、绿矾(硫酸亚铁) 、聚磷酸盐或木质素磺酸盐,这些添加剂都是有效的石膏硬化减缓剂。为了提高石膏干粉砂浆的流动性和早期强度,可以采用磺
酸盐+ 酒精+ 骨胶+ 有机硅组分的复合添加剂。减缓石膏粘结剂硬化的有机添加剂,还有乙二胺(引入量为石膏的0.13 %~1.4 %) 、聚酰胺、氮川磷酸三甲酯、酒石酸钾,减缓石膏硬化还可以引入磷酸盐、硼酸盐或硼酸。许多工业废料也可以作为干粉砂浆的化学添加剂,例如,为了提高石膏干粉砂浆的保存期,采用氧化铝工业废料、生产琼胶的废料,生产己内酰胺的含碱废渣等。研究表明:用于石膏抹面砂浆的复合添加剂,可以采用褐煤的化学机械处理产物。例如: 将含有灰分31 %、含硫量3.5 %的褐煤,预先在振动粉碎机和球磨机进行粉碎和磨细,用专门的改性剂进行处理,形成高效能的粉状添加剂,它的性能类似于腐植酸钠。腐植酸钠是粉末状碱性物质,不仅是有效的石膏缓凝剂,同时又是增塑剂、胶溶剂、缓蚀剂。
以下性能是石膏干粉砂浆重要的质量指标,即砂浆在不同表面涂刷时,保留塑性—粘性的持续时间。研究表明:在石膏干粉砂浆中引入木质素磺酸盐(水灰比为0.36~0.40) ,初凝时间为25min~80min ,终凝时间为33min~88min ,3d 以后抗压强度为6.4MPa~8.8MPa。但是仅引入木质素磺酸盐,并不能保证塑性持续必要时间,而且随着加入量增加,石膏砂浆强度趋于降低。在石膏砂浆中引入1 %木质磺酸盐,还引入3 %消石灰,虽不会对石膏干粉砂浆质量有影响,但保水性能降低到93 %~95 %。所以对石膏干粉砂浆必须选择适合的化学添加剂,并且最好采用复合添加剂。在石膏砂浆中加入腐植酸钠或者褐煤的化学机械处理产物,使拌好的砂浆可以保存45min~240min (与腐植酸钠或者褐煤引入量有关) ,2h 以后粘结强度为0.2MPa~0.3MPa ,抗压强度5MPa~9MPa ,抗弯强度为2MPa~5MPa ,保水能力为97 %~99 %。

目前国外专门用于石膏干粉砂浆的化学添加剂主要有以下几种:
(1) Cuminal C8070 (甲氧丙基纤维素) 。可大大提高砂浆保水能力,石膏粉刷砂浆中加入量为0.16 %~0.22 %。石膏抹面砂浆中加入量为0.3 %~0.8 %。
(2) Silipon RN6031 (十二烷基磺酸钠) 。具有吸收空气作用的表面活性物质,可以提高石膏干粉砂浆的可塑性,在石膏干粉砂浆中加入量为0.003 %~0.005 %。
(3)Amylotex 8100 (淀粉酯) 。化学改性淀粉,是石膏粉刷砂浆、石膏抹面砂浆、石膏粘结砂浆的增稠剂。
(4) Sillpur RE2971 (表面活性多元醇) 。有效的消泡剂,在石膏干粉砂浆中加入量为0.05 %~0.2 %。
(5) 还有一种专门用于石膏干粉砂浆的复合添加剂,在国外已投入生产。它的组分为纤维素酯和它的衍生物,三聚磷酸钠、亚硫酸麦芽汁和它的变体,各种表面活性物质,例如磺烷油、硫酸烷酯等。
采用Γ5~Γ6 石膏结合专用多功能化学添加剂的干粉砂浆,可用于石膏板组装时的粘结剂。对于这类石膏干粉砂浆,在使用时加入60 %~70 %的水拌和,拌好的石膏砂浆使用周期可以大于2h。
加有颗粒度不超过1.25mm 的珍珠岩的石膏砂浆,可以用于相对湿度不超过75 %的住宅、公用、工业建筑的抹面砂浆。这类石膏砂浆可以用手工或机械涂抹在砖体、混凝土和石膏基体上。由于这类砂浆的易施工性,所以抹面工作效率很高。加有珍珠岩的石膏抹面砂浆具有很好的耐火性,在金属结构上使用可以隔离火焰,并且对房屋维护结果有一定的保温(隔热) 作用。

  表6 列出加有10 %珍珠岩和Cuminal C8070 保水添加剂的石膏抹面砂浆性能。

 不加入多孔填料的石膏干粉砂浆,可以加入水分散颜料作为粉刷装饰砂浆,也可以作为粘结砂浆。石膏干粉砂浆用于各类建筑物内墙抹面和粉刷,具有高的质量和使用性能。对于外墙抹面粉刷砂浆,必须要求有较高的致密度、强度、耐侯性和抗寒性,而致密度、低的气孔率,不利于房间建立适宜的温度,屋内墙面由于水蒸气凝聚,为产生霉菌创造了条件。并且水泥砂浆收缩现象促进粉刷抹面表面形成裂纹,这就需要再粉刷,相应就费工费时。对于石灰砂浆虽然对房间气候有利,但石灰砂浆相对强度较低,特别在初期,而且石灰砂浆凝结和硬化缓慢。石膏干粉砂浆具有低的密度、高的强度、高的气孔率,它不同于水泥砂浆、石灰砂浆,既可以吸收水分,也可以放出水分,使房间保持适宜的温度,从而创造了舒适的居住条件。石膏砂浆塑性好,具有高的保水能力,很容易抹平。在施工过程中,石膏砂浆消耗量是水泥砂浆的50 %。石膏砂浆在粉刷施工时,很容易获得光滑平整的表面,这是水泥砂浆和石灰砂浆不容易达到的。石膏砂浆很快达到所要求的强度和很快干燥,在粉刷经过3d~5d 后,就可以在其上面进行油漆和裱糊,这与房间湿度、温度、通风程度有关。

石膏干粉砂浆具有很高的粘结能力,它在任何基体上都可以抹平和粉刷。例如:混凝土、泡沫混凝土、砖体等。用比例纤维网布对粉刷层进行加强,石膏砂浆可以在木质基体(如刨花板) 和硬质泡沫塑料上粉刷。最小抹面粉刷厚度为5mm ,平均10mm。由于石膏不同于水泥,石膏在硬化时膨胀,所以石膏砂浆在硬化时实际不收缩,因此,必要时它也可以涂厚。在实验室和施工现场,在标准温湿度条件下(t = 18 ℃~20 ℃,ψ= 60 %~65 %) ,对石膏抹面砂浆湿度变化进行测定。对于15mm~20mm 抹面层,经过1 昼夜湿度为10 %~12 % ,经过2 昼夜湿度为6 %~8 % ,经过3 昼夜湿度为4 %。所以通过3 昼夜,在石膏砂浆抹平层上可以进行下一步施工。

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