预拌砂浆研究与应用.ppt

预拌砂浆研究与应用北京城建集团有限责任公司混凝土分公司 总目录一 预拌砂浆研究与应用工作报告二 预拌砂浆研究与应用技术报告 预拌砂浆研究与应用工作报告 目录1 预拌砂浆研究的必要性2 预拌砂浆研究的可行性3 项目的来源及研究目标4 干粉砂浆的研制5 预拌砂浆的研制6 研究成果7 研究结论 1 预拌砂浆研究的必要性建筑砂浆广泛应用于砌筑 抹灰 地面 屋面找平等工程 传统砂浆 砌筑和抹灰 一般都在施工现场拌制 在拌制过程中为改善砂浆的和易性及柔软性 都不同程度地加入了石灰膏拌制成混合砂浆 由于石灰膏含水50 重量计量难以实现 工地现场一般采用体积计量法 另外 我国石灰膏制造工艺比较落后 石灰质量不稳定 因此石灰膏的品质 含水率 石灰消解程度等 波度较大 本市大部分工地使用的石灰膏无质量证明书 无产品检验报告 给砂浆质量控制带来了隐患 同时石灰膏的制作 运输和使用 也污染了施工现场的环境 破坏了文明施工 从混合砂浆组份来看 水泥和石灰膏分属水硬性和气硬性胶凝材料 两者硬化机理截然不同 石灰膏仅改善砂浆的可操作性 对硬化砂浆的物理力学性能起到的作用不大 具体表现为 砂浆不耐水 收缩大 抗渗性差 为此建筑工程施工验收规范规定在 0 00以下 砖基础必须使用水泥砂浆 在外墙抹灰过程中 设计人员为提高砂浆与基层的粘结力和抗惨性 往往采用水泥砂浆来代替混合砂浆 但由于缺少石灰膏这一保水增稠材料 导致水泥砂浆存在凝结时间短 柔软性和保水性差等缺陷 即使加入了水泥也容易造成砂浆失水硬化快而抹灰层起壳的现象 由于建筑砂浆这一重要建材质量的波动大 使住宅建筑墙体渗漏开裂 抹灰层起壳 空鼓等质量问题的投诉屡见不鲜 因此为保证住宅及公共建筑施工质量 改进砂浆制作工艺已势在必行 2 预拌砂浆研究的可行性早在20世纪50年代末 德国 奥地利 芬兰等国家早已将干粉砂浆作为主要的砂浆建材 在欧洲 100万人口的城市差不多就有2个干粉砂浆生产厂 目前在一些发达国家 预拌砂浆的产量很大 仅德国就有75个干粉砂浆生产工厂 美国和日本目前仍然是世界上最大的两个商品砂浆生产国 根据掺入外加剂的不同 商品砂浆的品种很多 法国一个砂浆工厂能生产40 50种 包括砌筑 抹灰 保温 嵌缝 修复及防水砂浆等 可以很好地制满足各种施工要求 在发展中国家 商品砂浆也有较快的发展 一些亚洲国家如新加坡 泰国 马来西亚等虽起步较晚 但发展非常迅速 1984年新加坡建立第一个干粉砂浆生产厂 主要生产墙面砂浆产品 马来西亚1987年也投入一条干粉砂浆生产线 同样生产墙面砂浆产品 随着商品砂浆市场的迅速发展 东南亚市场上的商品砂浆产品也丰富起来了 许多新产品如自流平砂浆 防火砂浆 保温墙面砂浆等都已成功投放市场 目前在韩国 日本 泰国 新加坡 马来西亚等亚洲国家和地区 都有大规模的专业干粉砂浆生产厂 在我国 台湾已有专业的干粉砂浆生产线 香港投产了一条干粉砂浆生产线 上海已经进入推广应用阶段 大陆的其它地区还没有大规模专业的商品砂浆生产厂 目前北京正在编制 预拌砂浆生产和应用技术规程 并计划推广应用 北京市建委在2004年6月份曾下文推行这一新技术 综合国内外商品砂浆的发展状况 研究和开发适合北京市场的商品砂浆 进行预拌砂浆的推广应用 从技术层面和政策层面 都具有可行性 3 项目的来源及研究目标本项目是根椐北京市建筑市场的发展需求 由北京城建集团有限责任公司提出凝土分公司立项研究的项目 研究时间2003年3月开始 2004年10月完成 研究的目标包括以下三个部分 1 在试验室条件下研制成功可以用于砌筑 抹灰 保湿 嵌缝 修复及防水等功能的各种砂浆并确定配合比设计参数 2 砂浆用各种原材料对其性能的影响规律进行总结 在此条件的基础上配制成功干粉砂浆 在预拌混凝土生产线上配制成功预拌砂浆应用于工程施工 并对其各种性能进行检测 3 编制 预拌砂浆生产和应用技术规程 4 干粉砂浆的研制确定干粉砂浆的组成成份配比 并对其性能进行测试 4 1砌筑砂浆强度等级 M5 M30稠度 30 120 mm 凝结时间 4 12 h 4 2抹灰砂浆强度等级 M5 M20稠度 70 100 mm 凝结时间 4 12 h 4 3地面砂浆强度 M15 M30稠度 30 70 mm 凝结时间 4 8 h 5 预拌砂浆的研制在干粉砂浆研制成功的基础上 研究并配制出砂浆专用缓凝剂 泵送剂 使之能满足砂浆远距离运输和泵送施工的要求 进行预拌砂浆的工业化生产 并在实际工程中应用 6 研究成果编制 北京市预拌砂浆生产和应用技术操作规程 进行预拌砂浆生产应用技术成果验收 预拌砂浆的性能检测 7 研究结论本研究通过对各种原材料的优选 配合比的调整 特别是水泥 外加剂和粉煤灰品种的选择和掺量的调整试验 配制出符合现场施工及使用要求 具有良好施工性能的预拌砂浆 1 编制 北京市预拌砂浆生产和应用技术操作规程 为采用新技术与新材料 实行严格质量控制 改进施工方法 保证工程质量创造有利条件 2 商品化干粉和预拌砂浆的研究成功 使砂浆在实现品种多 施工快 工作效率高 保水性 和易性和耐久性好 并且省工 省料 省钱 省心 商品化干粉和预拌砂浆原料占用场地少 可避免粉尘飞扬 有利于环境保护 预拌砂浆研究与应用技术报告 1 概述在20世纪80年代 我国从上海开始并逐渐推广应用建筑用砂浆产品 90年代末期 国内出现了一些商品砂浆生产的厂家 这些厂家大多生产预混 干 砂浆 预混 干 砂浆又分为干粉料 干混料 干混粉砂浆或干混砂浆 它是由胶凝材料 细骨料 外加剂等固体材料组成 经工厂准确配料和均匀混合而制成的砂浆半成品 拌和水是在使用前在施工现场搅拌时加入 上海生产预拌砂浆的厂家 生产的预拌砂浆是指把拌和水在内的全部组份在工厂内完成拌和的砂浆 这种砂浆运到施工现场时可以直接应用 出于提高建筑工程质量的目的 中国在上世纪90年代末 大力推动和发展商品砂浆 在北京已有生产干粉砂浆的厂家 但是大多数的厂家为单一产品 主要生产水泥基耐磨地面砂浆 瓷砖粘结剂 混凝土界面剂 薄罩面材等 真正用于大规模住宅工程的预拌砂浆在北京还没有出现 随着外加剂技术的不断进步以及材料运输技术的不断提高 预拌砂浆的生产和应用在北京已具备技术条件 2 预拌砂浆研究的技术路线及技术方案2 1 预拌砂浆研究的技术原理预拌砂浆是充分利用各种原材料在砂浆中的功能优势 通过优化配料 使用干燥收缩较小的水泥 降低砂浆干缩的外加剂 掺合料 配制出具有优异的施工性能和多功能的干粉砂浆 然后在这种干粉砂浆的基础上掺加专用外加剂 改善其工作性能配制成预拌砂浆 2 2 预拌砂浆研究的技术路线预拌砂浆的配制技术 就是根据我国现在的砂浆配合比设计公式 根据以上研究试验结果确定强度等级 然后依据强度等级对工作性能进行调整 最后在试验室确定其生产配合比 并对此配合比下生产的砂浆各项技术指标进行检测 在满足设计的各项指标时 依据试验测试结论进行预拌砂浆的生产应用 2 3 预拌砂浆研究的技术方案为了得到最优的研究结果 我们采用单因素试验方法优选 先将水泥 粉煤灰 外加剂 掺合料对砂浆收缩的影响进行试验 从中选出强度等级和工作性能相适应 收缩值最低 抗拉强度和抗折强度最高的单因素配比 然后将各种因素综合考虑 进行方案优化选择出最合理的配比 经检测各项主要力学性能指标满足设计要求后再应用于实际工程 其流程如下图 图1预拌砂浆研究技术方案 3 原材料的选择预拌砂浆的组成材料主要包括水泥 砂 矿渣粉 粉煤灰 建筑熟石灰 建筑石膏 增稠粉 泵送剂 缓凝剂等 每一种成份在配制不同功能要术的砂浆时 都能发挥独特的功能 3 1 水泥可以用于预拌砂浆的水泥有硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥 矿渣硅酸盐水泥 白水泥等 由于预拌砂浆以满足砌筑 抹灰 保温 嵌缝 修复及防水为主 装饰为辅 因此在大多数情况下 采用普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥 在本研究中我们选中用了北京京都 冀东盾石 兴隆水泥 双山水泥 鹿泉鼎鑫等水泥厂的水泥进行研究 其性能指标如表1 表1水泥技术数据 经过对比 本研究初步确定从京都牌 鼎鑫牌和盾石牌三种水泥中选择活性高 质量性能稳定的P O42 5水泥 分别采用这三种不同的水泥 同一种外加剂的三种不同掺量进行流动度对比试验 已确定水泥外加剂的适应性试验结果如图2所示 图2不同外加剂掺量对水泥净浆流动度的影响 根据对比试验结果 选用鼎鑫牌P O42 5水泥 其性能见表2 表2鹿泉鼎鑫P O42 5水泥性能 通过实验测试的水泥基本性能稳定 各种参数满足国家的出厂要求 且富裕强度高 3 2 砂子可以用于预拌砂浆的砂子 需要经过干燥 筛分等预备处理 以保证粒度质量符合配合此设计的要求 在本研究中我们从北京 三河 涿洲 昌平等地选取了几个砂样进行实验 最后确定采用洁净的中砂 细度模数为2 6 3 0 其性能如表3 表3砂的技术指标 3 3 拌合水采用自来水 3 4 外加剂为了确保预拌砂浆远距离运输以及向高层建筑的泵送施工需求 本研究配制成功预拌砂浆专用外加剂 其性能指标如表所示 采用同一种水泥 鼎鑫P O42 5 分别对萘系减水剂W1 聚羧酸系列减水剂W2和蜜胺系列减水剂W3三种外加剂 进行流动度对比试验 试验表明 W1的最佳掺量为2 W2的最佳掺量为5 W3的最佳掺量为4 如图3所示 图3外加剂掺量与水泥净浆流动度的关系 经过对萘系减水剂 W1 蜜胺系列减水剂 W3 和聚羧酸 W2 系列减水剂试验结果的对比 选用W2聚羧酸系列高效减水剂 它具有无氯 低碱 高效等特点 能非常明显的改善砂浆和易性及粘聚性 提高砂浆的密实性和耐久性等 其技术指标如表4所示 表4W2高效减水剂的技术指标 3 5 矿渣粉本研究为了降低水泥水化热 采用部分矿渣粉来代替水泥 以改善砂浆的性能 实验所选用的矿渣粉技术指标如下表 表5矿渣的物理力学性能指标 表6矿渣粉的化学成分 3 6 粉煤灰粉煤灰能改善砂浆施工性能和力学性能 减少需水量 避免拌合物的离析 泌水 改善工作性 为降低砂浆生产成本 改善砂浆的和易性 本研究采用一级 二级粉煤灰研制预拌砂浆 各项技术指标见表7 表7粉煤灰技术指标 3 7 增稠粉本研究选用了一阶线性甲基纤维素 羧甲基纤维素淀粉作为增稠组分 3 8 缓凝剂为了保证预拌砂浆满足远距离运输及施工现场 温度的变化及施工进度的要求 本研究已经研制成功 可以随意调整初凝时间的缓凝剂 4 各种原材料对预拌砂浆收缩性能的影响各种原材料在预拌砂浆的生产应用过程中起到非常重要的作用 收缩裂缝的出现是影响砂浆使用功能 耐久性指标的最主要原因 因此通过大量的试验 优选出低收缩值的预拌砂浆原材料品种及最佳掺量 是本研究的关键 4 1 水泥品种对收缩性能的影响为了选择适合配制的水泥 我们分别使用普通硅酸盐水泥 P O 矿渣硅酸盐水泥 P S 粉煤灰硅酸盐水泥 P F 火山灰质硅酸盐水泥 P P 采用同样的配合比配制砂浆 对它们的收缩性能进行试验 从中优选出收缩较小的水泥品种用于本研究 收缩试验结果见表10 图4 表10不同品种水泥砂浆的收缩值 a 标养条件 b 干燥空气图4不同品种水泥砂浆的收缩值 通过以上数据可知 几种水泥的收缩值在标准养护条件下差别不大 但是在干燥环境下区别则较为明显 采用普通水泥收缩值较小 火山灰质硅酸盐水泥有明显的收缩 粉煤灰水泥和矿渣水泥的收缩值差别不大 因此要配制收缩值较小的砂浆 优先选用普通水泥 4 2增稠粉对砂浆收缩的影响为了改善其施工性能及使用性能 我们使用了纤维素类增稠粉 提高预拌砂浆在使用过程中的性能 因此我们对增稠粉的掺量进行试验 选出适合配制预拌砂浆的最佳掺量 表11不同掺量增稠粉的收缩值 由表11数据可知 对于掺增稠粉的砂浆 在标养条件下 由于有充足的水分 砂浆收缩小 但在干燥环境下收缩达到甚至超过不掺增稠粉的砂浆 因此可以得出这样的结论 a 标养条件 b 干燥空气图5不同掺量增稠粉对砂浆收缩的影响 对处于地下或潮湿环境中工作的沙浆采用增稠粉可以起到改善性能的的作用 且从6 12 的掺量变化中 随着掺量的增加 收缩值增大 其最佳的掺量为8 10 而对于干燥环境中工作的砂浆而言 掺增稠粉不仅不起防裂作用 而且使用后收缩值变大 4 3 防水剂对砂浆收缩的影响为确保在潮湿环境和干燥环境的砂浆都具有防水防裂的能力 有的重点工程采用掺加防水剂的措施来改善砂浆的防水防裂功能 为了选择合理的掺量 我们对防水剂 FS 的掺量进行了试验 以便找到最适合于工程应用的防水剂掺量 a 标养条件 b 干燥空气图6不同掺量防水剂对砂浆收缩的影响 通过以上数据可知 掺加防水剂后的砂浆试件在标养和干燥空气中的收缩值相差不大 但随着防水剂掺量的增加 收缩值逐渐变小 超过2 5 后收缩值基本不变 因此我们认为掺加2 5 的防水剂 对于配制砂浆具有较理想的效果 使这种适应性很强的刚性防裂措施能发挥作用 4 4 掺合料品种及掺量对砂浆收缩的影响采用不同的掺和料 不同的掺量对砂浆收缩的影响也不同 为了满足不同的施工需要 我们对矿渣粉 粉煤灰和复合掺合料三种材料对砂浆的收缩影响进行了试验 表13不同掺合料品种和掺量砂浆的收缩值 a 标养条件 b 干燥空气图7不同掺量矿渣粉对砂浆收缩的影响 a 标养条件 b 干燥空气图8不同掺量粉煤灰对砂浆收缩的影响 a 标养条件 b 干燥空气图9不同掺量复合掺合料对砂浆收缩的影响 通过表13数据可知 当矿粉掺量由10 25 增加 砂浆的收缩逐渐减少 超过25 时收缩值又有所增加 因此用矿粉配制砂浆时的掺量一般应在20 30 当粉煤灰掺量由10 40 变化时 砂浆的收缩值逐渐由大变小 再由小变大 因此粉煤灰配制砂浆时的掺量宜控制在15 40 FK为矿粉与粉煤灰复合的产品 当FK掺量由20 50 变化时 砂浆的收缩值由大变小 当掺量超过40 时 砂浆在FK40 50 的范围内收缩值趋于稳定 因此我们在配制砂浆时 其掺量应在40 50 5 预拌砂浆配制的技术要求5 1 预拌砂浆配制的技术要求5 1 1 砌筑砂浆强度M5 0M7 5M10M15M20M25M30稠度30507090100120 mm 凝结时间4812 h 5 1 2抹灰砂浆强度等级 M5 0M7 5M10M15M20稠度 7090100 mm 凝结时间 4812 h 5 1 3地面砂浆强度 M15M20M25M30稠度 305070 mm 凝结时间 48 h 6 预拌砂浆的研制6 1 配合比设计公式参数的确定 试验数据回归结果 表14 回归结果 6 2 配合比设计有关系数试验方案中 我们应选定砂浆强度等级 水泥 水 砂 掺合料用量 其试验方案设计如下表 根据以上设计 我们在试验室进行了实验 其数据如下表 表 16 表 17 在以上配合比设计公式的基础上 我们根据砂浆品种多要求也不同的现实 因此我们采用全面试验分折的方法 进行了M5 M30不同强度等级砂浆的配制试验 确定其强度等级的配合比 6 3 预拌砂浆的研制预拌砂浆目前有多种生产的思路 其一是将多种材料按照配合比 以干基的成份按比例混合 具体过程就是先将砂子进行烘干筛分 输送到贮料仓 其余成份在进厂时直接进入贮料仓 由控制系统按配方要求配料后直接投入混料机 经搅拌混合均匀后进入干粉砂浆贮灌 在生产时按重量比与拌合水直接配料进入搅拌机拌搅出厂 另一种工作方是采用预拌混凝土生产设备在预拌混凝土生产线上 直接输入配比 用预拌混凝土的生产方法进行生产 本研究采用第二套工艺 7 产品检验通过以上研究 经试验及调整后 我们配制了M10等级的干粉砂浆 送北京市建