HCSA超高强水泥在自流平砂浆中的应用

-----------------------------------------------殷庆立，男，1966年1月14日出生，工程师。河北省滦县雷庄镇招商西路174号，063705。联系电话：[phone]HCSA超高强水泥在自流平砂浆中的应用殷庆立，张振秋，陈智丰唐山北极熊特种水泥有限责任公司摘要：水泥基自流平砂浆是一种低成本、施工快的地坪材料，具有流平性好、施工速度快、工期短等特点。HCSA超高强水泥是一种特殊煅烧的硫铝酸盐水泥，专用于瓷砖胶粘剂、自流平水泥材料、无收缩灌浆料和修补材料等干混砂浆产品。用它替代铝酸盐水泥用于自流平砂浆，同样能起到加快强度发展、降低材料干缩的目的。本文结合近年来对HCSA超高强水泥的应用实践，探讨其在水泥基自流平材料的应用。结果表明利用HCSA超高强水泥可以制作出具有早强、高强特性的自流平材料，并能利用其微膨胀的特性补偿材料的干缩。关键词：HCSA超高强水泥，自流平材料，早期强度，干缩Abstract:ThetexthasdiscussedthatHCSAsuperhighstrengthcementusedinCement-basedself-flowmortar,accordingtoauthor＇syearsexperience.TheresultindicatethatHCSAsuper-highstrengthcementcanproduceself-flowmaterialwhichhasearly-strength,high-strength.Usingit’slittleexpandcharacteristic,itcancompensatemortarmaterials’dry-shrink.Keyword:HCSAsuper-highstrengthcementself-flowmaterialsearlystrengthdry-shrink1前言水泥基自流平砂浆主要用来提供一种低成本、施工快、停工时间短的地坪材料，以替代市面上传统的树脂基材料。作为建筑物地面的垫层或最终面层，它可以用作旧混凝土地坪的翻新，也可用于新建工程，具有流平性好、施工速度快、工期短、绿色环保等特点，是现代建筑地面装饰的发展方向。国内外生产水泥基自流平砂浆的供应商的技术路线一般说来不外乎下述之一：（1）以硅酸盐水泥为胶凝材料主成分，辅以铝酸盐水泥和石膏；（2）以铝酸盐水泥为主要胶凝材料，辅以硅酸盐水泥和石膏。但铝酸盐水泥价格比较昂贵，因而市场上急需一种能同样具有补偿干缩、加快早期强度发展，成本又比铝酸盐水泥大幅度降低的胶凝材料。HCSA超高强水泥价格虽比普通硅酸盐水泥稍高，但比铝酸盐水泥便宜的多。因而利用HCSA超高强水泥替代铝酸盐水泥可大幅度降低成本，取得更高的效益。本文根据多年来对HCSA超高强水泥的应用实践，探讨了利用HCSA超高强水泥在自流平砂浆中的应用可能性。2HCSA超高强水泥的特性HCSA超高强水泥是利用经特殊煅烧的熟料粉磨而成的硫铝酸盐水泥，其主要矿物相为无水硫铝酸钙SAC34，次要矿物相为硅酸二钙C2S。它不同于基于铝酸一钙相CA的铝酸盐水泥和基于硅酸钙相C3S、C2S的硅酸盐水泥。HCSA超高强水泥具有下列特点：1.早期强度发展快，同时后期强度仍有跟进，并且具有较高的抗拉强度。2.通过调节外掺石膏的数量和类型，可以影响钙钒石的形成时间、形态和数量，从而补偿砂浆的收缩。3.HCSA超高强水泥混凝土致密度高，具有较好的抗渗性、气密性。HCSA超高强水泥的这些特点特别适用于研发人员开发出低成本、高性能的干粉砂浆如堵漏防渗砂浆、快硬砂浆、瓷砖胶粘剂、自流平砂浆、无收缩灌浆料、修补砂浆等。HCSA超高强水泥的比表面积在320~400m2/kg，HCSA超高强水泥的主要化学组成见表1。表1HCSA超高强水泥的化学分析成分SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOTiO2SO3Usualrange4.5~6.536~391.0~2.039~411.5~2.01.0~1.59~11Specificationlimit7.0352.539~422.51.89~12在研发干混砂浆时，HCSA超高强水泥可以单独使用，也可以与其它胶凝材料如硅酸盐水泥、石膏等进行复合，并且可加入干混砂浆常用的填料、胶粉或乳液。取决于配方组成和所用的技术，HCSA超高强水泥可用来取得不同性能。一般地，在硅酸盐水泥中加入HCSA超高强水泥后会有快凝快硬的性能，HCSA超高强水泥加入量对凝结时间的影响主要取决于所用的硅酸盐水泥，应当考虑的因素有C3A含量、矿物掺合料的类型和掺量、碱含量。利用添加剂如缓凝剂和促凝剂可以调控硅酸盐水泥和HCSA超高强水泥复合后的凝结时间。3HCSA超高强水泥基自流平砂浆的开发地面用水泥基自流平砂浆是由水泥基胶结材料、骨料、填料及添加剂组成，在新拌状态下其自身具有流动性或稍加辅助性铺摊就能流动找平的地面材料。添加剂用来调控配方的流变性能和力学性能。一般地，可以使用的化学添加剂有：（1）聚合物，或者是胶粉，或者是乳液；（2）消泡剂；（3）缓凝剂；（4）促凝剂；（5）塑化剂/超塑化剂（减水剂）；（6）流变改性剂；（7）纤维。缓凝剂一般为柠檬酸、柠檬酸三钠、酒石酸等，利用缓凝剂可以控制/延长自流平材料的流动性保持时间，从而易于施工。促凝剂在缓凝剂之后起作用，用来促进微观结构的快速发展以提高早期强度，使得材料在20℃标准条件养护下能在24小时后具有10-30MPa的机械强度。塑化剂/超塑化剂,例如木质素磺酸盐/三聚氰胺高效减水剂等用来提高砂浆的工作性和流动性能，它们可以在低水灰比下达到所要求的流动度，从而改善材料的总体机械性能。消泡剂用来消除材料在搅拌和施工过程中裹入的气泡，否则这些气泡会增加材料的孔隙率并降低其机械强度，而且影响材料的表观效果。聚合物胶粉用来改善材料与基层的粘结强度、提高材料抵抗收缩开裂的能力，并改善其耐磨性能。传统水泥基自流平中铝酸盐水泥的作用是利用反应生成的钙钒石的膨胀功能补偿材料后期的硬化收缩，从而避免地坪材料的开裂：HSCACHCHSCCA3233906933HCSA超高强水泥的特性表明，通过调节、控制硅酸盐水泥/HCSA超高强水泥/石膏之间的比例，同样能够生成膨胀性的钙钒石，达到补偿收缩的目的：HSCACHCHSCSAC32339068334通过仔细选择所用原料（OPC、HCSA超高强水泥、石膏和添加剂），可以得到下述性能：（1）可控凝结时间；（2）适于施工的流变性能；（3）高早期强度；（4）高的长龄期强度；（5）补偿收缩。利用HCSA超高强水泥、浅野PII42.5硅酸盐水泥、填料、集料和适宜的添加剂成功地配制出自流平砂浆垫层和自流平砂浆面层。通过试验比较发现，利用HCSA超高强水泥配制出的面层和垫层自流平砂浆与用国外某著名铝酸盐水泥配出的相应面层和垫层性能相比（同样的配方，但用HCSA超高强水泥完全替代铝酸盐水泥），流动性、强度和收缩没有明显差别，但HCSA超高强水泥配制的自流平凝结相对快一些。3.1HCSA超高强水泥基自流平砂浆的强度发展自流平砂浆的强度取决于所用水泥的类型和比例，以及所用的缓凝剂、促凝剂的化学性质。加水量、养护温度、湿度也会影响强度的大小，另外一个考虑因素是硬化基体的孔隙率。加入HCSA超高强水泥后的自流平砂浆材料的24小时强度有很大的增长，甚至超过一般混凝土基层的28天强度20MPa。OPC/HCSA/CaSO4之间的比例对凝结时间、流动性和强度的发展有很大的影响。一般地，随着HCSA含量的加大，砂浆的24小时强度相应地提高。早期强度的提高主要归因于钙钒石的形成，水化初期形成的钙钒石组成骨架和同期形成的凝胶填充水泥石孔隙，使水泥石逐渐致密而具有一定的结构强度。表2HCSA超高强水泥基自流平面层和垫层的强度发展项目面层垫层抗压强度MPa1d26117d321928d4026注：面层HCSA含量一般在20~25%，垫层中含量在5~10%。结果表明，自流平砂浆24小时的强度就可达到28天强度的50~55%，特别是面层的强度可达到20MPa以上，并且材料的表面湿度得到大幅度降低，使得能够很快铺设饰面特别是那些对湿度敏感的饰面如环氧地坪、木地板等。3.2HCSA超高强水泥基自流平砂浆的干缩和水中膨胀自流平砂浆不仅要有较快的强度增长，而且要求有很低的干燥收缩。干缩是评价水泥基自流平砂浆抗裂性的一个重要指标，其大小关系到自流平材料硬化后是否产生裂纹、空鼓、脱落等现象。自流平砂浆的干缩值与钙钒石的生成时间和数量有关，一般说来，早期生成的钙钒石起填充和密实的作用，只有强度发展到一定程度之后生成的钙钒石才起到膨胀从而补偿材料干缩的作用。石膏的加入量和类型对钙钒石的生成量和生成时间起着至关重要的影响。图1是HCSA超高强水泥基自流平砂浆的干燥收缩，结果表明无论是面层还是垫层其干缩值都大大低于国家标准要求（0.15%）,而自流平垫层具有更好的体积稳定性。图2是HCSA超高强水泥基自流平砂浆在水中的膨胀结果。-0.1-0.09-0.08-0.07-0.06-0.05-0.04-0.03-0.02-0.01071428龄期（d）干缩（%）面层垫层图1HCSA超高强水泥基自流平砂浆的干燥收缩（23℃，50%RH）00.010.020.030.040.050.060.070.080.090.171428龄期（d）水中膨胀（%）面层垫层图2HCSA超高强水泥基自流平砂浆的水中膨胀（23℃，水养）3.3HCSA超高强水泥基自流平砂浆的应用自流平砂浆适用于建筑物地面，尤其是适用于作为工业厂房地坪与家居装修室内地面的找平层。具有流动性高、施工速度快、工期短、硬度适中等特点，是具有承载与装饰功能的绿色环保建筑材料。在施工时应注意以下问题：基层处理：自流平的厚度一般都控制的比较薄，如果基层因为强度、变形、耐久性等因素发生破坏比如开裂等，表层的自流平不能承受因基层破坏产生的应变或者超过其应变的能力，就会导致地面自流平的相应破坏，因此基层及自流平施工前的预处理非常重要界面剂的使用：界面剂能够改善砂浆与地面的粘结能力，阻止气泡的产生以及砂浆中的水分过快地渗入底层。因此必须采用界面剂对预处理好的基层进行界面处理，但界面剂不能直接搅拌到自流平材料中。图3是某地下停车场在自流平砂浆施工完成后的效果。图3地下停车场自流平砂浆施工完成后的效果4结论1.利用HCSA超高强水泥替代国外的铝酸盐水泥，成功地开发出低成本、高性能的自流平面层和垫层；2.利用HCSA超高强水泥配制的水泥基自流平砂浆具有较快的早期强度增长和低的干燥收缩3.利用HCSA超高强水泥配制自流平砂浆需要严格控制所用硅酸盐水泥以及石膏的类型，并调控好它们三者之间的比例。