石膏品种及添加量变化对自流平砂浆强度影响的研究

24石膏品种及添加量变化对自流平砂浆强度影响的研究李玉海，王鹃瓦克聚合物材料（上海）有限公司，上海200000摘要：主要介绍了石膏种类及添加量变化对于自流平材料抗压/抗折强度、粘结强度的影响。关键词:石膏；自流平砂浆；强度中图分类号：TU528.47文献标识码：B文章编号：1004-1672(2008)01-0024-003自流平作为一种新型干混砂浆产品，因其可以快速、经济、有效地得到一个非常平整、牢固的地坪而得到了越来越广泛的关注。从自流平的无机胶凝材料的种类开看，自流平可分为“水泥基”：其中包括硅酸盐水泥与特种水泥(如铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥等)；“石膏基”自流平：以石膏为主要无机胶凝材料。本文选取了水泥基自流平，其中无机胶凝材料为三元体系——铝酸盐水泥(俗称“高铝水泥”)/硅酸盐水泥/石膏为基础的配方，有机胶凝材料采用VINNAPAS®可再分散胶粉5010N，来考察石膏类型及添加量变化对自流平性能的影响。1原材料与测试1.1原材料(1)硬石膏：本测试所采用是安徽恒泰新型建筑材料有限公司生产的硬石膏，其化学成分和物理性能如下：细度(200目筛余)：1.5%；白度：73.2；烧失量：7.07%；含水量：0.5%；SO3：48.74%；SiO2：2.25%；Fe2O3：微量；Al2O3：0.42%；CaO：36.02%；MgO：2.25%；Ti2O：微量。(2)水泥：海螺牌42.5#普通硅酸盐水泥。(3)高铝水泥：鸭牌，CA-50J6。(4)砂：河砂，含硅量86%，细度为70~140目。(5)半水石膏为β型半水石膏。其它添加及试验配方如下(其中调整重钙粉的量以将整个配方的总量平衡到1000)：灰水泥：270；高铝水泥：75；硬石膏：45~85；砂：330；重钙粉：240；缓凝剂：1.3；塑化剂：6；5010N：20；消泡剂：1.5；增稠剂：0.7；早强剂：11；半水石膏:0~10。1.2测试测试按JC/T985—2005《地面用水泥基自流平砂浆》中相应的要求进行拌和成型试件，测定流动度、拉伸强度、抗折/抗压强度。拌和时用水量固定为24%。2石膏添加量及种类变化对自流平强度影响水泥基自流平三元复合体系中，石膏不但起胶凝材料作用，而且对体系的凝结时间、收缩/膨胀性能都有很大影响。半水石膏与硬石膏的活性不同，反应速度也不同，对早期/后期强度的影响也不同。单掺硬石膏时，早期强度相对较低；单掺半水石膏时，后期强度较低，故本次研究二者相配合时的表现。根据一些前人的研究经验，在以普通硅酸水泥为主体的配方中，石膏总量一般为整个胶凝材料的5%~20%，本次实验分为两大部分：固定硬石膏的量，测试改变半水石膏添加比例时强度的变化；固定半水石膏的量，测试改变硬石膏的添加比例时强度的变化。2.1固定硬石膏添加比例，变化半水石膏的添加量，测试材料不同龄期的抗压/抗折强度及拉伸强度根据前人的测试结果，当石膏总量较小时对于收缩控制不利，同时强度发展缓慢，故取硬石膏的起始添加量为4.5%，变化半水石膏的添加量，测试材料不同龄期的抗压/抗折强度及拉伸强度，如图1(抗压、抗折强度变化曲线图)和图2(拉伸强度变化曲线图)所示。从测试过程发现，当半水石膏量高于1%时，材料早期强度很低；当达到2%时，一天的抗压强度几乎为零，故本表格只展示了半水石膏量的变化区间0~1%时强度的变化。在这个配方体系中，当硬石膏为4.5%时，添加半水石膏，抗压和抗折强度都有一个增长的趋势。但这个增长趋势有一个折点，即当半水石膏添加量超过0.8%时，材料抗压/抗折强度开始有下降的趋势，这个趋势对于早期强度（1天龄期）和后期强度石膏品种及添加量变化对自流平砂浆强度影响的研究李玉海2008年第24卷第1期25化学建材（7天和28天龄期）同样成立。测试中发现当半水石膏的添加量高于1%时，本配方的材料的早期强度下降很快，达到2%时一天不固化。图1硬石膏4.5%时半水石膏量的变化对抗压/抗折强度的影响图2硬石膏4.5%时半水石膏量的变化对拉伸强度的影响拉伸强度方面，半水石膏添加量的变化对于其数值影响很小，且同样存在一个折点的问题。这里简单分析一下石膏增量对强度影响很小的原因：无机胶凝材料的硬度比较高，表现的是高抗压强度，胶凝材料的变化量对于抗拉强度的影响比较小，在测试中就显示了随着胶凝材料总量的增加(石膏量增加了)，拉伸强度未升反降；当半水石膏量达0.8%以上时，由于体系的固化时间变长，固化后所形成的材料致密度也不够好，故而材料的内聚力下降，表现为其拉伸强度下降。2.2增加硬石膏用量，测试随半水石膏量的变化，材料不同龄期抗压/抗折强度及拉伸强度的变化增加硬石膏用量到6.5%，同样测试随着半水石膏的量的变化，材料不同龄期抗压、抗折强度及拉伸强度的变化，如图3和图4所示。硬石膏为6.5%时，添加半水石膏，在一定的范围内，抗压和抗折强度同样也有一个增长的趋势。但这个增长趋势的折点，相对实验2.1有了提前，即在用量为0.4%~0.8%时达到了最大值，相对于实验2.1中的结论，折点前移了一点。在实验2.2中硬石膏量比较高，总体来讲强度比实验2.1高，而且半水石膏添加量变化对于7天和28天龄期的强度影响不大，对于1天的龄期则有较明显的影响。图3中的折点显示，当半水石膏超过0.4%时，1天龄期时的抗压/抗折强度都明显下降，材料固化速度变慢。抗拉强度方面，总体与实验2.1相近，随着半水石膏量增加，材料的内聚力没有增长，略有下降，表现出材料的拉伸强度下降。图3硬石膏6.5%时半水石膏量的变化对抗压/抗折强度的影响图4硬石膏6.5%时半水石膏量的变化对拉伸强度的影响2.3固定半水石膏的量为0.4%，测试硬石膏量的变化对于材料强度的影响根据实验2.1和2.2的小结，固定半水石膏的量，变化硬石膏的量，以测试硬石膏量的变化对于材料强度的影响。取半水石膏的添加量为0.4%和0.8%两种添量，测试随着硬石膏的量的变化，材料不同龄期抗压、抗折强度及拉伸强度的变化。综合以前的测试，考虑到石膏对于自流平收缩/膨胀的影响，当半水石膏是为0.4%，取硬石膏的变化范围从4.5%~8.5%，具体结果如图5和图6所示。图5半水石膏0.4%时硬石膏量的变化对抗折/抗压强度的影响图6半水石膏0.4%时硬石膏量的变化对拉伸强度的影响在半水石膏为0.4%时，在本配方体系中，当硬拉伸强度/MPa硬石膏添加量/%2.524.56.58.51.510.507天拉28天拉半水石膏添加量硬石膏添加量26(2)掺加聚丙烯纤维可以抑制裂缝的产生和扩展，有效提高砂浆的抗徐变应变性能。当聚丙烯纤维掺加量超过一定值时，砂浆单位体积内的聚丙烯纤维数量过多，部分纤维出现相互缠绕现象，不能充分发挥聚丙烯纤维的增强作用；当体系中掺加聚合物乳液后，乳液在纤维和砂浆基体的界面处可形成过渡界面层，可以使载荷从砂浆基体转移到聚丙烯纤维上，提高了砂浆的性能。收稿日期：2007-10-11作者简介：田颖，单位地址：（250022）山东济南市济微路106号济南大学材料科学与工程学院，E-mail:[e-mail]石膏量比较小时，材料的收缩比较大，本测试中主要考查在自流平收缩/膨胀在合理范围内硬石膏变化量对于强度的影响，故硬石膏的量从4.5%开始。从图中可以看出，硬石膏量的变化对于早期强度(1天龄期的强度)影响不大，相对来讲28天的强度，则是一个明显的增长趋势。这主要是硬石膏的早期活性不强，反应较慢。在此配方体系中硬石膏对于早期强度(龄期为1天和7天时)同样有折点效应。达到一定的量时，强度达到最高值；超过此量，强度有下降的趋势。对于拉伸强度，在此测试中，增加硬石膏的量效果不是很好，强度总体是下降的。其结果与实验2.1、实验2.2相近，石膏量增加，体系的内聚力没有增大。2.4半水石膏的量为0.8%，测试硬石膏量的变化对材料强度的影响本测试中取半水石膏的量为0.8%，硬石膏的变化范围从4.5%~8.5%。具体结果如图7和图8所示。图7半水石膏0.8%时硬石膏量的变化对抗折/抗压强度的影响在半水石膏量为0.8%的情况下，在本配方体系中，硬石膏量的增加使早期强度(1天龄期的抗压/抗折强度)有下降的趋势；7天和28天龄期的抗折/抗压强度，则是含折点的增长。同样有一个最高点问题，当用量超过这一点时，后期强度会有一些下降。对于拉伸强度，在此测试中，增加硬石膏的量效果不是很好，强度总体是下降的。图8半水石膏0.8%时硬石膏量的变化对拉伸强度的影响3结论石膏对于自流平体系的收缩控制及强度发展有至关重要的作用。在实际应用中，为了达到比较好的早期强度和后期强度并很好的控制收缩，一般将半水石膏与硬石膏搭配使用。在一定的配方体系中这两种石膏的配合不是任意的，本测试就显示这一点。在本测试所用的配方体系中，半水石膏与硬石膏的量存在一个适当的配合点问题：当体系中存在一定的硬石膏量时，合适的半水石膏的添加比例为0.4%~0.8%，低于此量或高于此量时，对材料的早期强度都有些影响。而且测试中发现，如果半水石膏的量高于2%左右时，会有一天不固化的问题产生。相对于半水石膏这个添加量，硬石膏此时比较合适的添加量则是6.5%左右，这时的强度基本都处于最高点。石膏添量的变化对于材料的抗压/抗折强度有较大影响，对于抗拉强度则大多是降低，也就是说增加了石膏，材料的内聚力变小了，表现为拉伸强度下降。收稿日期：2007-08-22作者简介：李玉海，单位地址：上海浦东银城中路200号中银大厦31楼，联系电话：[phone]，E-mail:[e-mail]界面层，当砂浆受力时可以使载荷有效地从砂浆基体转移到聚丙烯纤维上，同时使得砂浆体系的内部结合更加紧密，抵御载荷的能力得到加强，有效提高了砂浆的性能。3结论(1)同时掺加聚合物乳液和适量的聚丙烯纤维，可以显著提高水泥砂浆抗徐变应变性能。其中，试样F4的28d徐变应变比试样F1的28d的徐变应变减少了34.1%；当聚丙烯纤维掺加量超过1.6%时，继续提高聚丙烯纤维掺量，对砂浆抗徐变应变性能的影响不显著。（上接第23页）石膏品种及添加量变化对自流平砂浆强度影响的研究李玉海拉伸强度/MPa硬石膏添加量/%24.56.58.51.510.507天拉28天拉抗压抗折强度/MPa硬石膏添加量/%35302515201004.56.58.551天折1天压7天折7天压28天折28天压