HCSA 超高强水泥在自流平砂浆中的应用

武汉地板 |亿牌地板 |白沙洲地板 陈晨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: The text has discussed that HCSA super high strength cement used in Cement-based self-flow mortar, according to author s years experience. The result indicate that HCSA super-high strength cement can produce self-flow material which has early-strength, high-strength. Using its little expand characteristic, it can compensate mortar materials dry-shrink. Key word: HCSA super-high strength cement self-flow materials early strength dry-shrink 1 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。 2 HCSA 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SAC 34 ，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 320400 m2/kg ， HCSA 超高强水泥的主要化学组成见表 1。 表 1 HCSA 超高强水泥的化学分析成分 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO TiO2 SO3 Usual range 4.56.5 3639 1.02.0 3941 1.52.0 1.01.5 911 Specification limit 35 2.5 3942 2.5 1.8 912 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。 3 HCSA 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： HSCACHCHSCCA 323390693 3 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： HSCACHCHSCSAC 32339068 334 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。 3.1 HCSA 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 2 HCSA 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 MPa 1d 26 11 7d 32 19 28d 40 26 注：面层 HCSA 含量一般在 2025%，垫层中含量在 510%。 结果表明，自流平砂浆 24 小时的强度就可达到 28 天强度的 5055%，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。 3.2 HCSA 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。 -0.1-0.09-0.08-0.07-0.06-0.05-0.04-0.03-0.02-0.0107 14 28龄期（d）干缩（%）面层垫层 图 1 HCSA 超高强水泥基自流平砂浆的干 燥收缩（ 23， 50%RH） 00.010.020.030.040.050.060.070.080.090.17 14 28龄期（d）水中膨胀（%）面层垫层 图 2 HCSA 超高强水泥基自流平砂浆的水中膨胀（ 23，水养） 3.3 HCSA 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