减水剂和缓凝剂对石膏基自流平砂浆性能影响探讨.docx

减水剂和缓凝剂对石膏基自流平砂浆性能影响探讨1953年，德国ArdeX公司最早发明了自流平材料。直至1975年，ArdeX公司发明“早凝快干水泥基自流平技术，欧洲各国才掀起了开发自流平技术的浪潮。20世纪80年代初，为减少石灰等材料的消耗，日本出现了能够替代水泥基自流平材料的石膏基自流平材料。在20世纪末，随着施工工程的不断扩大，石膏基自流平材料的技术水平越来越成熟。而我国对自流平材料的研究起步较晚，直到20世纪80年代末才陆续展开研究。自流平材料具有流动性及稳定性良好、施工简便、光洁平整、耐腐蚀性能好等优点，是大型超市、停车场、车间等室内地面铺筑的首选材料。我国每年新增建筑面积近20亿m2,预计每年对自流平材料的需求量为2700万3因而其市场需求量巨大，应用前景广阔。按照主要基材种类不同，自流平材料主要可分为水泥基自流平砂浆、石管基自流平砂浆和环氧自流平材料。其中，石膏基自流平砂浆因具有硬化时间短、早强度较高、微膨胀、与基底粘结力高及可循环利用等特点，被认为是最理想的自流平材料。石膏基自流平砂浆采用。一半水高强石膏和。一半水建筑石膏为基材，以河砂、石英砂和矿渣砂等为粗细骨料，同时掺入水泥、减水剂、缓凝剂、PH值调节剂、消泡剂等辅助材料，经混合均匀制备而成。目前，我国已有众多学者对石膏基自流平砂浆的制备技术进行了研究。王明明等人研窕了水泥掺量对石膏基自流平砂浆流动性及力学性能的影响，并制备出流动度约为155mm、绝干抗折强度为7.6MPa、绝干抗压强度为23.3MPa的石膏基自流平砂浆。李静静研究了硅灰对石膏基自流平砂浆性能的影响，发现掺加适量的硅灰可以改善石膏基自流平砂浆的流动性，缩短凝结时间，提高强度，且其收缩率基本无变化，耐水性有所改善。彭明强对2h抗压强度、抗折强度分别为35.1MPa和6MPa的高强石膏基胶凝材料进行优化配合比，制备出绝干强度抗折为10.40MPa、绝干抗压强度为32.30MPa的石膏基自流平砂浆。但是，已报道的研究成果大多针对改善和提高石膏基自流平砂浆的流动性与力学性能。因此，本文针对石膏基自流平材料与外加剂的匹配适应性展开深入研究，旨在为进一步提高石膏基自流平砂浆的工作性能和力学强度提供理论基础。1试验1.1 原材料高强石膏为化工科技有限公司生产的高强。一半水磷石膏;石英砂为0.5：1.Omm中级砂;水泥为PO42.5普通硅酸盐水泥;减水剂为聚竣酸系减水剂;缓凝剂为CH-C型缓凝剂。其中，高强a一半水磷石膏的主要化学成分、基本性能分别见表1和表2<.PO42.5普通硅酸盐水泥净浆的物理性能见表3。袅I高强a-半水破石音的主要化学成分u%成分Ca()SOjSiO2CO2Fe1OjAIjOjMg<)K2OMaIM),结晶水含U37.1645.M2.572.242.151.361.410.160.040.226.02«2高强“-半水磷石膏的基本性能缓凝时间miu抗折强强八IPa抗一强发/MPa怀,刑小就初凝终凝21.绝于21.维干32%8275.810.223.637.4表3P()42.5普通硅酸盐水泥净浆的物理性能标局用水中凝结时间min抗折强度/MPa抗压津度/MPa初凝终凝3<128<13<128<128.4%1952556.79.232.655.41.2 试验方法以高强a一半水磷石膏为石膏基材、石英砂为骨料，按高强石膏：石英砂：水泥的质量比56%:40%:4%配置混合粉，再分别掺入0.10.6wt%聚按酸系减水剂和0.10.6wt%CH-C型缓凝剂，按水胶比035加入去离子水，利用搅拌机低速搅拌Imin后再快速搅拌2min,得到石膏基自流平砂浆，并对其工作性能和力学强度进行测试。1.3 性能测试根据建筑石膏净浆物理性能的测定(GB/T17669.41999)测试石膏基自流平砂浆的流动度和凝结时间，根据石膏基自流平砂浆(JC/T10232007)测试石膏基自流平砂浆的抗折强度和抗压强度。2试验结果与分析2.1 减水剂和缓凝剂对砂浆工作性能的影响聚按酸系减水剂和CH-C型缓凝剂掺量对石膏基自流平砂浆流动度的影响分别如图1和图2所示。由图1可以看出，聚陵酸系减水剂对自流平砂浆有较好的减水效果，可明显提高砂浆的流动度，且砂浆流动度随减水剂掺量增大而逐渐增大。当减水剂掺量0.2wt%时，砂浆的流动度由104mm增加至202mm,表现出优异的自流平性能。但当减水剂掺量高于0.2wt%时，随减水剂掺量增加，砂浆的流动度增长速率较缓慢。这说明聚陵酸系减水剂存在一个饱和掺量点。减水剂对石膏砂浆的作用主要是通过吸附在。一半水璘石膏晶体的表面以改变石膏砂浆体系中的固液界面性质。在向石膏砂浆中掺入减水剂后，减水剂吸附在石膏颗粒表面，与石膏浆体作用，改变了浆体的电化学性质，便被石膏包裹的水释放出来，从而达到提高砂浆流动度的目的。聚拨酸系减水剂主要是通过静电斥力和空间位阻的协同作用，阻止石膏颗粒间的直接接触，相当于在石膏颗粒表面形成了一层稳定的隔离膜，使砂浆释放出被包裹的拌合水，从而减少砂浆的需水量，或者在相同水胶比下提高砂浆的流动度。图I聚竣酸系戒水剂掺对石膏基自流平砂浆流动度的影响含7%图2Cll-C型缓凝剂掺量对石科基自流平砂浆流动度的影响由图2可以看出，向砂浆中掺加缓凝剂后，砂浆的流动性有所提高。但与减水剂相比，缓凝剂提升石膏砂浆流动度的幅度相对不明显。此外，在减水剂掺量为0.2wt%条件下，随着缓凝剂掺量增加，砂浆流动度提高的幅度较小，当缓凝剂掺量为05wt%时，砂浆流动度为209mm。这表明，增加缓凝剂掺量对砂浆的流动度影响较小。在减水剂掺量为02wt%的前提下，缓凝剂掺量对砂浆凝结时间的影响如图3所示。由图3可以看出，在不掺缓凝剂的情况下，砂浆的初凝时间为35min,终凝时间为48min,远低于石膏基自流平砂浆(JC/T10232007)中的缓凝时间标准。当掺入缓凝剂后，砂浆的初凝时间和终凝时间都随缓凝剂掺量增加逐渐增加，说明缓凝剂对砂浆有明显的缓凝作用。当缓凝剂掺量低于02wt%时，随着缓凝剂掺入量增加，砂浆初凝时间和终凝时间近乎同步增大，且时间间隔较短，石膏砂浆在施工时容易控制;当缓凝剂掺量大于02wt%,砂浆初凝、终凝时间间隔增大，且砂浆终凝时间过长，将会提高施工后的养护难度。Oooooooooo018161412108642211u,各知»图3缓凝剂掺量对砂浆凝结时间的影响为了进一步探明石膏基自流平砂浆的缓凝性能，在掺入0.2wt%减水剂和0.2wt%缓凝剂条件下，研究了石膏基自流平砂浆经时流动度损失的变化规律，如图4所示。170-160020406080100“min图4石膏基自流平砂浆经时流动度损失的变化规律由图4可知，石膏基自流平砂浆在20min时间内的流动度损失较小，但当时间进一步延长时，浆体流动度损失较为严重。这主要是因为在。一半水石膏水化的初始阶段，减水剂和缓凝剂中的有机高分子通过静电斥力和空间位阻效应改变了石膏颗粒的表面性质，使砂浆在初始阶段的需水量减少。随着浆体水化持续进行，石膏颗粒被逐渐活化与分散，水化产物中的超细粒子或胶凝团吸附了更多的有机高分子，砂浆颗粒表面的电性被中和，静电排斥和空间位阻的协同作用能力降低，破坏了体系电化学性质的平衡。这时石膏浆体开始凝聚，从而导致浆体的经时流动度损失随时间的延长而逐渐增大。2.2 减水剂和缓凝剂对砂浆力学强度的影响聚按酸系减水剂掺量对石膏基自流平砂浆力学强度的影响如图5所示。由图5可以看出,聚陵酸系减水剂对砂浆的力学强度造成了不良影响。随着聚峻酸减水剂掺量增加，砂浆Id,7d,14d的抗折强度及抗压强度呈现为先升高后降低的趋势。当聚陵酸减水剂掺量增至0.2wt%时，砂浆Id,7d,14d的抗折强度及抗压强度的最大值分别为9.7MPa和26.7MPao这是由于减水剂的作用所导致，若减水剂掺量合适，能够使砂浆包裹的拌和水正好满足砂浆整体拌和成型的需求，此时的试样有最大的力学强度;而当减水剂掺量继续增大时，导致砂浆释放的拌合水过多,超过胶凝浆体水化硬化的需水量,进而影响了试样成型后的力学强度。结合减水剂对砂浆工作性能和抗压强度的影响规律可认为,石膏基自流平砂浆中聚粉酸系减水剂的最佳掺量为0.2Wt%。eda5fill（八）抗压强度Sa0Ol020.30405。6elatt*Wdd4dl三(B)抗折强度CH-C型缓凝剂掺量对石存基自流平砂浆力学强度的影响（八）抗压强度(1)抗折强度图5爽段酸系减水剂掺对石膏基自流图6平砂浆力学强度的影响CH-C型缓凝剂掺量对石膏基自流平砂浆力学强度的影响如图6所示。由图6可以看出,石膏缓凝剂的掺入对砂浆的力学强度造成了不利影响。随着缓凝剂掺量增加，砂浆Id,7d,14d的抗折强度及抗压强度均呈现降低趋势。当缓凝剂掺量低于02wt%时，随着缓凝剂掺量增加，砂浆Id和7d的抗折强度下降幅度较大，而14d抗折强度下降幅度较小;当缓凝剂掺量高于02wt%时，随着缓凝剂掺量增加，砂浆Id,7d,14d的抗折强度及抗压强度均明显降低。结合缓凝剂对砂浆工作性能和抗压强度的影响规律认为，石膏基自流平砂浆中的CH-C型缓凝剂掺量不宜过高，且其最佳掺量应为0.1Wt%。3结论1)随着减水剂掺量增加，石膏基自流平砂浆的流动度先快速增加而后逐渐趋于平稳，其抗折强度和抗压强度呈现先升高后降低的变化趋势，其中聚拨酸系减水剂的最佳掺量为0.2wt%<.2)随着缓凝剂掺量增加，石膏基自流平砂浆的流动度变化幅度较小，初凝时间和终凝时间逐渐增大,而抗折强度和抗压强度则逐渐降低,其中CHC型缓凝剂的最佳掺量为0.1wt%,3)当聚粉酸系减水剂掺量为0.wt%,CH-C型缓凝剂掺量为0.1wt%时，所制备的砂浆具有最优性能，其流动度为196mm,初凝时间为55min,终凝时间为乃min,14d抗折强度和抗压强度分别为9.2MPa和25.3MPa,已达到石膏基自流平砂浆(JC/T1023-2007)中的石膏基自流平砂浆性能要求。附参考资料：缓凝剂对石膏基自流平砂浆的影响研究了ZJ-GI9、ZJ-Gi8、酒石酸和葡萄糖酸钠4种缓凝剂对石膏基自流平砂浆的凝结时间、流动度、抗压强度、物相组成和水化放热的影响。结果表明：4种缓凝剂在不同程度上均能延缓石膏基自流平砂浆的凝结时间，其中效果最好的是ZJG19,最差的是葡萄糖酸钠；缓凝剂酒石酸会提高石膏基自流平砂浆的30min流动度；4种缓凝剂都在不同程度上降低了砂浆的硬化体抗压强度，掺入ZJ-G18的砂浆在1、3、7d和28d时，抗压强度均有较好表现;掺入ZJ-G19砂浆的Id抗压强度最差，但其28d抗压强度超过了掺入酒石酸和葡萄糖酸钠的砂浆的抗压强度；缓凝剂并未使得砂浆物相发生改变；4种缓凝剂均延缓了砂浆放热速率峰值的出现时间，不同程度地降低了放热速率。综合考虑凝结时间与抗压强度，选取掺量为O.8%o的ZJ-G19缓凝剂，此时的石膏基自流平砂浆的性能较优。关键词：缓凝剂；石膏基自流平砂浆；凝结时间；抗压强度；流动度；水化放热；物相组成引言由于脱硫石膏本身的凝结时间极短，无法满足建筑施工要求，因此在制备石管基自流平砂浆时，为满足凝结时间，会加入缓凝剂对砂浆的性能进行改善。石膏缓凝剂种类大致分为3种：蛋白类、无机盐类、有机酸类其中，蛋白类缓凝剂具有掺量小但缓凝效果好的优势3-4。不同种类的缓凝剂对石膏基自流平砂浆的作用机理不同，但均是对半水石管溶解析晶的各个过程进行干预。黄滔等发现蛋白类缓凝剂会与钙离子生成络合物，延缓建筑石膏的凝结时间。冯春花发现缓凝剂种类会对脱硫石膏水化浆体的微观形貌有较大影响。马保国等7.8通过分析缓凝剂对磷建筑石管的凝结时间、力学强度的影响，得到三聚磷酸钠可减缓石膏的溶出并会延缓其水化反应的结果。本文研究缓凝剂的掺量及种类对石膏基自流平砂浆性能的影响，以期为石膏基自流平砂浆的工作性能和力学性能的提高提供参考。1材料与方法1.1试验材料脱硫建筑石膏：石膏，其外观呈现灰白色，石膏的基本性能和化学成分组成见表1、表2。水泥：冀东PO425水泥，其基本性能和化学成分组成见表3、表4。外加剂:减水剂（ZJ-PC8300）、缓凝剂（ZJ-GI9、刀石18、酒石酸、葡萄糖酸钠）、纤维素健（刀-400£）、消泡剂（ZJG130）,所使用的外加剂均为市面上销售的化工产品或分析纯。IR建筑公介从小性健指X578103.276收2脱健筑右音化学处分立$6AO,Fe2O5CaOMgOSO,Xtt1.oss1.11093051383204348020.1510.1940t¾ttfiaa/MPa优折隹度，MPa水泥品冷幄充.度用水尸初Xl修3d28d3d28dPO4252851622492644126493.4“CaO沁Abo,Fe,O>SOaMgO565424237.123.234.252.981.2配合比石膏基自流平砂浆的基本配合比见表5。-S-flif砂蒙配介tt“An'石-水，0*拓一95050062040.4500研究缓凝剂种类和掺量对石膏基自流平砂浆的流动度、凝结时间、硬化体抗压强度的影响，缓凝剂掺量增长变化依次为0.6%。、O.8%o、1.0>1.2%。、1.4%o°ZJ-G19.ZJ-GI8、酒石酸、葡萄糖酸钠依次记为GN、GE,JS、PN,如ZJG19掺量为O.6%o的记为GNo6,其28d龄期则记为GN06-28,其他掺量和龄期组别以此类推。1.3试验方法参照JcTIO232021石膏基自流平砂浆中的方法测定石膏基自流平砂浆的流动度、凝结时间、硬化体抗压强度。将砂浆硬化体浸泡在无水乙醇中，其水化终止后，再将其放置在40°C的电鼓风干燥箱中，烘干至恒重后，磨细至200目过筛，采用型号为D8-FOCUS型X射线衍射仪对其分析，衍射角度为570°(20),扫描速度为5°ISo通过X射线衍射分析缓凝剂种类和掺量的变化对砂浆水化产物的影响。通过水泥等温量热仪，8通道/I-CA1.8000HPCl-CA1.HPC对石膏基自流平砂浆进行水化热试验，测试温度为26,测试时间为72h.2结果与分析2.1 不同缓凝剂对石膏基自流平砂浆凝结时间与流动度的影响不同缓凝剂掺量下石膏基自流平砂浆的凝结时间与流动度结果见表6、表7。U6缓凝剂时石膏基门流平砂浆凝结时间的影响缓凝剂掺量%O凝结时间minGNGEJSPN0.6674230120.8935742161.01207457191.21468966221.4158947923«7B凝内对公音MrHfC*iA冷度的电*1ana/mmat对播/、GNGEJSPN30mnMM30t11g初始30ms初Mt30W)0159116193163无160无081649916397169109IM荒1.016510316096165133167无1.2162YOO16096163139167X1.41539815592160147161无缓凝剂掺量从O6%o增加到l4%o时，砂浆凝结时间的增幅计算见式(1)：=r°6z,l*xl00(1)式中.A为凝结时间的增幅,%;人为缓凝剂掺量为0.6%c时砂浆的凝结时间min;心为缓凝剂掺建为1.4%)时,砂浆的凝结时间，mino由表6可知，随着单一缓凝剂掺量的逐渐增大，石膏基自流平砂浆的凝结时间也在逐渐增长,4种缓凝剂掺量由0.6%)增加到1.4%o时,砂浆的凝结时间的增幅分别为57.60%、55.32%、62.03%、47.8%,其中JS作为缓凝剂对砂浆的凝结时间的变化影响最大，此外同等掺量下，GN作为缓凝剂对砂浆凝结时间的延长作用是最好的，GE次之，最差的是PN。由表7可知,随着GN与GE的掺量由O.6%o增加到1.4%o,石膏基自流平砂浆的初始流动度与30min流动度都呈先增长再下降的趋势；随着JS的掺量由0.6%。增加到l4%o,砂浆的初始流动度先增长再下降，而30min流动度一直在提高，且优于其余3种缓凝剂，这表示JS除去可以作为石膏基自流平砂浆的缓凝剂使用外，同时可以作为石膏基自流平砂浆的保塑剂，来减少砂浆的经时损失；随着PN的掺量由0.6%。增加到1.4%o时，砂浆的初始流动度先增长再下降，但由于其凝结时间太短，无法测得经时损失。2.2 缓凝剂对石管基自流平砂浆强度的影响不同缓凝剂掺量下各组石膏基自流平砂浆的1、3、7、28d抗压强度结果如图1所示。M1燥微利时右音城自流平眇装抗年位度的出晌由图1可知：(1)随着缓凝剂掺量的增加，砂浆硬化体的1、3、7、28d抗压强度均降低，同时在单一缓凝剂作用下，砂浆硬化体的抗压强度随着龄期的延长而增大。(2)龄期为Id时，在同等掺量缓凝剂时均是掺入GN的砂浆硬化体的抗压强度最小，而掺入PN的砂浆硬化体的抗压强度最大；随着龄期的增长，掺入GN的砂浆硬化体的抗压强度逐渐增长，掺入PN的砂浆硬化体的抗压强度逐渐减小；龄期为28d时，砂浆硬化体的抗压强度仅次于掺入GE的砂浆硬化体的抗压强度，掺有PN的砂浆硬化体的抗压强度最低。(3)当缓凝剂掺量由O.6%o增加到1.4%o,掺入GN的砂浆的Id抗压强度由8.2MPa降低至7.2MPa,降幅为12.2%；掺入GE的砂浆的Id抗压强度由13MPa降低至10.6MPa,降幅为18.5%；掺入JS的砂浆的Id抗压强度由12.4MPa降低至10.5MPa,降幅为15.3%；掺入PN的砂浆的Id抗压强度由13MPa降低至10.6MPa,降幅为18.5%。(4)当缓凝剂掺量由O.6%o增加到1.4%。，掺入GN的砂浆的28d抗压强度由18.5MPa降低至14.0MPa,降幅为24.3%；掺入GE的砂浆的28d抗压强度由20MPa降低至14.6MPa,降幅为27%；掺入JS的砂浆的28d抗压强度由15.7MPa降低至13.2MPa,降幅为15.92%；掺入PN的砂浆的28d抗压强度由15.7MPa降低至13.0MPa,降幅为17.2%。综上，在Id龄期下，随着缓凝剂掺量的增加，GN对降低石膏基自流平砂浆抗压强度的影响最小；在28d龄期下，GE对降低石膏基自流平砂浆抗压强度的影响最大。2.3 XRD分析采用X射线衍射分析的方法,测试当缓凝剂掺量均为0.8%。且龄期为28d时,石膏基自流平砂浆的水化产物。结果如图2所示。1CaSO42H2O2-C-S-H3AFt9PN10-28II.'t.33.JS10-28GE10-28GN10-28510203040506070752°图228d龄期接入4种缓凝剂的石膏基自流平砂浆水化产物XRD图谱由图2可知,石膏基自流平砂浆并不会随着4种缓凝剂种类的不同而出现新的水化产物,主要还是以二水合硫酸钙为主，并含有水化硅酸钙和钙钮石，因此出现抗压强度差异的原因是由于缓凝剂对石膏基自流平砂浆的析晶硬化过程有所影响，使其结构出现不同，致使其抗压强度出现明显差异。2.4 缓凝剂对石膏基自流平砂浆水化放热的影响根据相关试验数据绘制不同缓凝剂掺量下石膏基自流平砂浆的水化热曲线，如图3所示。0510MK*<a)GN152005101520酎同Zh(bQE05IO1520012345时闹4时间Zh(c)JS(d)PN图30鬃制V，MfMCi«平眇浆的水化放热速率的的R由图3可知，当石膏基自流平砂浆在水化热试验开始时出现较小峰值是由溶解产生，而后随着缓凝剂掺量的增加，石膏基自流平砂浆达到最大放热速率的时间均向右偏移，这说明缓凝剂掺量的增加明显延长了水化时间，增加了凝结时间；随着缓凝剂掺量由0.6%。增加到1.4%o,GN使得砂浆的最大水化放热速率先减小再增大，分别为1.04、0.92、0.91、1.02、1.06W,GE使得砂浆的最大水化放热速率从0.99W降低至0.70W,JS使得砂浆的最大放热速率从0.92W降低至0.54W,PN使得砂浆的最大水化放热速率从1.04W降低至0.87W,当缓凝剂掺量均为0.8%。时，缓凝剂GN、GE.JS和PN这4组达到最大放热速率的时间依次为9526>5954、51213044s,这佐证了前文2.1节中GN在石膏基自流平砂浆中的缓凝效果最优,PN的缓凝效果最差。结论本文通过研究不同缓凝剂种类和掺量对石膏基自流平砂浆的凝结时间、流动度和力学性能的影响，同时分析其水化放热速率与硬化体XRD,得出以下结论：（1）4种缓凝剂在石膏基自流平砂浆中，GN的缓凝效果最好，PN的缓凝效果最差，GE与JS的缓凝效果适中。4种缓凝剂对石膏基自流平砂浆的初始流动度无明显影响，JS对其30min流动度有增大的作用，且随着JS掺量的增加而增加。（2）随着缓凝剂掺量的增加，石膏基自流平砂浆的抗压强度呈明显降低的趋势，因此为了兼顾抗压强度与缓凝效果，选取掺量为0.8%。的GN,此时的石膏基自流平砂浆的性能较优。（3）由XRD可知，4种缓凝剂掺入石膏基自流平砂浆中并未产生新的物相对砂浆硬化体的抗压强度产生影响。由水化热分析可知，4种缓凝剂都能在不同程度上延缓放热速率峰值的出现时间，这与其缓凝效果相对应；当缓凝剂掺量为0.8%。时，掺入GN（9526s）比掺入PN（3044s）的砂浆的最大放热速率出现时间推迟了3倍以上。