CN107522449A - 一种自流平低收缩高强砂浆 - Google Patents

一种自流平低收缩高强砂浆 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种自流平低收缩高强砂浆，该砂浆由胶凝材料、细集料、纤维、外加剂和水组成，所述胶凝材料由硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥和矿物掺合料组成，占总质量比的28％～36％；所述细集料由轻砂和河砂组成，与所述胶凝材料的质量比为1.5～2.2，占总质量比的54％～60％；所述纤维为钢纤维，占总体积比的0.1％～0.5％；所述外加剂为减水剂，用量为所述胶凝材料质量的0.8％‑2.5％；水与所述胶凝材料质量比为0.26～0.35，占总质量比的8％～10％。本发明的砂浆重点解决了高强砂浆固有的高收缩且需具备高流动性的问题，可实现自流平，其收缩指标可达到同等强度低收缩混凝土的收缩要求，28d抗压强度超过60MPa，可同时满足碳化、冻融和离子侵蚀等苛刻服役环境，具有低收缩、高流动、高强和全耐久的特点。

Description

一种自流平低收缩高强砂浆
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种自流平低收缩高强砂浆。
背景技术
现代工程使用的结构越来越复杂，环境也越来越多样化，对砂浆的各项性能的要求逐渐提高。传统砂浆一般采用硅酸盐水泥、黄砂和水组成，水仅用来提高流动性，不用水胶比来控制强度。现代砂浆技术有所发展，市售砂浆种类增加，但是大多数砂浆仍然为普通砌筑砂浆、保温砂浆，胶凝材料由单纯的普通硅酸盐水泥改为硅酸盐水泥加大掺量粉煤灰，水胶比由原来的1.0左右降为0.6左右，同时添加少量减水剂和增稠剂来确保砂浆的保水性和流动性，但其收缩值很大，28d收缩值可达到1mm以上，而采用高强砂浆会进一步增大砂浆的收缩，同样，提高砂浆的流动性达到自流平状态的砂浆一般胶凝材料含量高，因此其收缩会进一步加大，很难兼具高强、大流动性、低收缩、良好的耐久性。
发明内容
本发明采用硅酸盐和硫铝酸盐的复合胶凝材料体系、添加多种矿物掺合料、添加轻砂、添加纤维，采用引气型低收缩外加剂等多种技术手段，将各类原材料的优异性能高效整合。使得制备出的砂浆兼具超高流动性、低收缩、高强度、抗拉、高耐久性，28d抗压强度大于60MPa，流动度用马氏锥测量下落时间小于1min，28d自收缩值小于3.0×10-4，满足抗碳化、抗冻、离子侵蚀等多种严酷的服役环境条件，而且利用了大量的工业废弃物，对实验经济和社会的发展有着重要的意义。
针对现有技术中，各种技术均难以达到砂浆的低收缩要求，更何况要求兼具大流动性、高强，全耐久，为大幅度降低砂浆的收缩，提高砂浆的流动性，实现高强和全耐久性，本发明提供了一种自流平低收缩高强砂浆，具有低收缩，高流动高强和全耐久的特点。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种自流平低收缩高强砂浆，由胶凝材料、细集料、纤维、外加剂和水组成，所述胶凝材料由硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥和矿物掺合料组成，占总质量比的28％～36％；所述细集料由轻砂和河砂组成，与所述胶凝材料的质量比为1.5～2.2，占总质量比的54％～60％；所述纤维为钢纤维，占总体积比的0.1％～0.5％；所述外加剂为减水剂，用量为所述胶凝材料质量的0.8％-2.5％；水与所述胶凝材料质量比为0.26～0.35，占总质量比的8％～10％。
优选的，所述胶凝材料中，硅酸盐水泥为P.II型，强度等级在42.5级以上；所述硫铝酸盐水泥为低碱度硫铝酸盐水泥；所述矿物掺合料为微珠与I级粉煤灰、等级在S95级以上的矿渣、硅灰3种材料中的1种以上的组合。
优选的，所述胶凝材料中，按胶凝材料质量占比，硅酸盐水泥占38％-60％，硫铝酸盐水泥占5％-12％，粉煤灰占10％-25％，矿渣占0％-20％，微珠占10％～20％，硅灰占0～5％。
优选的，所述细集料中的轻砂为吸水率在10％以上的免烧核壳结构轻骨料或陶砂，所述轻砂占所述细集料体积比的10％～27％；所述河砂为中砂。
优选的，所述钢纤维为镀铜钢纤维或不锈钢纤维，长度范围为4mm～8mm，长径比为30～70。
优选的，所述减水剂为减水率在25％以上的低收缩聚羧酸类减水剂。
本发明的先进技术手段和有益效果如下：
1、采用多种手段复合降低收缩，从而达到低收缩的目的。
2、采用硅酸盐、硫铝酸盐水泥和矿物掺合料的多种胶凝材料复合体系可大幅度降低高强砂浆的收缩。添加微珠作为掺合料，其球形颗粒有助于提高流动性的同时，降低收缩，提高耐久性。添加轻砂解决了高强砂浆长期水化所需要的水分，进一步降低收缩，其球形颗粒也有助于提高流动性。添加微细钢纤维，有助于进一步降低收缩和提高耐久性，但同时也会降低流动性。
3、本发明制备的砂浆的新拌性能好，具有大流动性，几乎可实现自流平，同时不离析不泌水。参考水泥胶砂流动度测定方法，但是不振动的初始胶砂流动度大于260mm；马氏锥下流时间小于1min。远高于普通砂浆的胶砂流动度150mm～200mm，马氏锥无法自动下流。
4、本发明制备的砂浆参考建筑砂浆基本性能试验方法，标准养护28d的抗压强度超过60MPa。远高于一般砂浆的5～25MPa。
5、本发明制备的砂浆的收缩值非常低。参考普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法，28d和56d的自收缩率分别小于等于3.0×10-4和4.0×10-4，28d和56d的干燥收缩率分别小于等于5.0×10-4和6.5×10-4。远低于一般砂浆28d收缩值的(10～25)×10-4。
6、本发明制备的砂浆的各项耐久性能均很优良，具有全耐久性。参考普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法，标准养护28d的样品，能够抵抗300次快速冻融循环后动弹性模量损失小于10％，碳化28d深度为0，气体渗透系数低于5.0×10-8m2/s，160次抗硫酸盐实验耐蚀系数大于85％等。标准养护56d的抗氯离子迁移系数低于4.5×10-12m2/s。
7、本发明制备的砂浆可用于各种机场、铁路、公路、桥梁、大楼以及钢筋密集、结构异形、有碳化、冻融、离子侵蚀的苛刻服役环境条件的各种特种结构与工程。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述，但所述实施例仅用于说明本发明而不是限制本发明。
实施例1
制备的砂浆所用胶凝材料为P·II 42.5级硅酸盐水泥、低碱度硫铝酸盐水泥和I级粉煤灰、S95级矿渣微粉和微珠的复合体系。所用细集料为细度模数2.6的河砂(中砂)，吸水率为20％的泡水免烧轻砂。所用纤维为长度4～8mm，长径比为30～70的镀铜钢纤维。所用减水剂为减水率26％的引气型低收缩聚羧酸减水剂。所用水为可饮用自来水。
各材料的用量为：胶凝材料占总质量比为32.1％，其中硅酸盐水泥占总质量比的15.4％，硫铝酸盐水泥占总质量比的1.61％，粉煤灰占总质量比的8.0％，矿渣占总质量比的3.9％，微珠占总质量比的3.2％；自来水占总质量比的9.7％(水与胶凝材料质量比为0.30)；聚羧酸减水剂占总质量比的0.47％(用量为胶凝材料质量的1.46％)；细集料占总质量比为56.7％(细集料与胶凝材料的质量比1.77)，其中轻砂占总质量比的5.0％(占细集料体积比的14.9％)，河砂占总质量比的51.7％；镀铜钢纤维占总质量比的1.0％(占总体积比的0.3％)。
材料的制备方法为：先将各种胶凝材料全部加入砂浆搅拌机干搅均匀，加入已混合的水和减水剂，慢速搅拌均匀后；继续慢速搅拌，并依次加入轻砂、河砂、钢纤维，加入完毕后快速搅拌2min。
新拌砂浆的胶砂流动度(不振动)的初始流动度为290mm，马氏锥下流时间55s，同时不离析不泌水。硬化砂浆的28d抗压强度70.0MPa，90d抗压强度86.0MPa。
硬化砂浆的28d和56d干燥收缩率分别为4.50×10-4和6.50×10-4，28d和56d自收缩率分别为2.50×10-4和3.0×10-4。
测得硬化砂浆的28d和56d抗氯离子迁移系数为分别为5.9×10-12m2/s和4.0×10-12m2/s，28d气体渗透系数为4.8×10-8m2/s，300次冻融循环动弹模损失为1.0％，质量损失为1.5％，碳化28d碳化深度为0，160次抗硫酸盐实验耐蚀系数为91.5％。
实施例2
制备的砂浆所用胶凝材料为P·II 52.5级硅酸盐水泥、低碱度硫铝酸盐水泥和I级粉煤灰、S105级矿渣微粉和微珠的复合体系。所用细集料为细度模数2.6的河砂(中砂)，吸水率为10％的陶砂。所用纤维为长度4～8mm，长径比为30～70的不锈钢纤维。所用减水剂为减水率26％的引气型低收缩聚羧酸减水剂。所用水为可饮用自来水。
采用与实施例1相同的制备方法。
各材料的用量为：胶凝材料占总质量比为28.5％，硅酸盐水泥占总质量比的14.3％，硫铝酸盐水泥占总质量比的2.8％，粉煤灰占总质量比的2.8％，矿渣占总质量比的2.9％，微珠占总质量比的5.7％；自来水占总质量比的9.9％(水与胶凝材料质量比为0.347)；聚羧酸减水剂占总质量比的0.29％(用量为胶凝材料质量的1％)；细集料占总质量比为60.0％(细集料与胶凝材料的质量比2.12)，陶砂占总质量比的6.0％(占细集料体积比的16.9％)，河砂占总质量比的54.0％；不锈钢纤维占总质量比的1.36％(占总体积比的0.4％)。
新拌砂浆的胶砂流动度(不振动)的初始流动度为285mm，马氏锥下流时间58s，同时不离析不泌水。硬化砂浆的28d抗压强度74.0MPa，90d抗压强度88.0MPa。
硬化砂浆的28d和56d干燥收缩率分别为4.26×10-4和6.12×10-4，28d和56d自收缩率分别为2.38×10-4和2.88×10-4。
测得硬化砂浆的28d和56d抗氯离子迁移系数为分别为8.64×10-12m2/s和3.82×10-12m2/s，28d气体渗透系数为4.52×10-8m2/s，300次冻融循环动弹模损失为0.88％，质量损失为1.3％，碳化28d碳化深度为0，160次抗硫酸盐实验耐蚀系数为88.5％。
实施例3
采用与实施例1相同的材料和制备方法。
各材料的用量为：胶凝材料占总质量比为35.1％，硅酸盐水泥占总质量比的13.3％，硫铝酸盐水泥占总质量比的4.2％，粉煤灰占总质量比的5.3％，矿渣占总质量比的7.0％，微珠占总质量比的5.3％；自来水占总质量比的9.3％(水与胶凝材料质量比为0.265)；聚羧酸减水剂占总质量比的0.70％(用量为胶凝材料质量的2％)；细集料占总质量比为54.2％(细集料与胶凝材料的质量比1.55)，轻砂占总质量比的8.4％(占细集料体积比的26.2％)，河砂占总质量比的45.8％；镀铜钢纤维占总质量比的0.68％(占总体积比的0.2％)。
新拌砂浆的胶砂流动度(不振动)的初始流动度为280mm，马氏锥下流时间50s，同时不离析不泌水。硬化砂浆的28d抗压强度68.0MPa，90d抗压强度81.5MPa。
硬化砂浆的28d和56d干燥收缩率分别为4.72×10-4和6.83×10-4，28d和56d自收缩率分别为2.72×10-4和3.31×10-4。
测得硬化砂浆的28d和56d抗氯离子迁移系数为分别为6.20×10-12m2/s和4.43×10-12m2/s，28d气体渗透系数为5.0×10-8m2/s，300次冻融循环动弹模损失为1.6％，质量损失为1.8％，碳化28d碳化深度为0，160次抗硫酸盐实验耐蚀系数为90.5％。
实施例4
制备的砂浆所用胶凝材料为P·II 42.5级硅酸盐水泥、低碱度硫铝酸盐水泥和I级粉煤灰、硅灰和微珠的复合体系。所用细集料为细度模数2.6的河砂(中砂)，吸水率为20％的泡水免烧轻砂。所用纤维为长度4～8mm，长径比为30～70的不锈钢纤维。所用减水剂为减水率30％的引气型低收缩聚羧酸减水剂。所用水为可饮用自来水。
采用与实施例1相同的制备方法。
各材料的用量为：胶凝材料占总质量比为30.5％，硅酸盐水泥占总质量比的17.7％，硫铝酸盐水泥占总质量比的3.03％，粉煤灰占总质量比的5.2％，硅灰占总质量比的1.51％，微珠占总质量比的3.03％；自来水占总质量比的8.8％(水与胶凝材料质量比为0.289)；聚羧酸减水剂占总质量比的0.76％(用量为胶凝材料质量的2.5％)；细集料占总质量比为58.3％(细集料与胶凝材料的质量比1.92)，轻砂占总质量比的3.6％(占细集料体积比的10.4％)，河砂占总质量比的54.7％；不锈钢纤维占总质量比的1.60％(占总体积比为0.45％)。
新拌砂浆的胶砂流动度(不振动)的初始流动度为275mm，马氏锥下流时间58s，同时不离析不泌水。硬化砂浆的28d抗压强度73.5MPa，90d抗压强度88.5MPa。
硬化砂浆的28d和56d干燥收缩率分别为4.65×10-4和6.62×10-4，28d和56d自收缩率分别为2.59×10-4和3.18×10-4。
测得硬化砂浆的28d和56d抗氯离子迁移系数为分别为5.20×10-12m2/s和3.65×10-12m2/s，28d气体渗透系数为4.1×10-8m2/s，300次冻融循环动弹模损失为1.1％，质量损失为1.2％，碳化28d碳化深度为0，160次抗硫酸盐实验耐蚀系数为85.5％。
普通砂浆性能如下：
初始胶砂流动度一般为150mm～200mm，马氏锥无法自动下流，砂浆28d抗压强度一般为5～25MPa，28d干燥收缩率一般处于(10～25)×10-4，28d抗氯离子迁移系数一般为(10.0～25.0)×10-12m2/s，冻融循环次数一般不超过100次，28d碳化深度一般达到5mm以上。
对比实施例1～4所制备的砂浆和普通砂浆，我们可以得出如下结论：
1、本发明制备的砂浆的新拌性能好，具有大流动性，几乎可实现自流平，同时不离析不泌水。参考水泥胶砂流动度测定方法，但是不振动的初始胶砂流动度大于260mm；马氏锥下流时间小于1min。远高于普通砂浆的胶砂流动度150mm～200mm，马氏锥无法自动下流。
2、本发明制备的砂浆参考建筑砂浆基本性能试验方法，标准养护28d的抗压强度超过60MPa。远高于一般砂浆的5～25MPa。
3、本发明制备的砂浆的收缩值非常低。参考普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法，28d和56d的自收缩率分别小于等于3.0×10-4和4.0×10-4，28d和56d的干燥收缩率分别小于等于5.0×10-4和6.5×10-4。远低于一般砂浆28d收缩值的(10～25)×10-4。
4、本发明制备的砂浆的各项耐久性能均很优良，具有全耐久性。参考普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法，标准养护28d的样品，能够抵抗300次快速冻融循环后动弹性模量损失小于10％，碳化28d深度为0，气体渗透系数低于5.0×10-8m2/s，160次抗硫酸盐实验耐蚀系数大于85％等。标准养护56d的抗氯离子迁移系数低于4.5×10-12m2/s。

Claims (6)

1.一种自流平低收缩高强砂浆，由胶凝材料、细集料、纤维、外加剂和水组成，其特征在于，所述胶凝材料由硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥和矿物掺合料组成，占总质量比的28％～36％；所述细集料由轻砂和河砂组成，与所述胶凝材料的质量比为1.5～2.2，占总质量比的54％～60％；所述纤维为钢纤维，占总体积比的0.1％～0.5％；所述外加剂为减水剂，用量为所述胶凝材料质量的0.8％-2.5％；水与所述胶凝材料质量比为0.26～0.35，占总质量比的8％～10％。
2.根据权利要求1所述的一种自流平低收缩高强砂浆，其特征在于，所述胶凝材料中，硅酸盐水泥为P.II型，强度等级在42.5级以上；所述硫铝酸盐水泥为低碱度硫铝酸盐水泥；所述矿物掺合料为微珠与I级粉煤灰、等级在S95级以上的矿渣、硅灰3种材料中的1种以上的组合。
3.根据权利要求2所述的一种自流平低收缩高强砂浆，其特征在于，所述胶凝材料中，按胶凝材料质量占比，硅酸盐水泥占38％-60％，硫铝酸盐水泥占5％-12％，粉煤灰占10％-25％，矿渣占0％-20％，微珠占10％～20％，硅灰占0～5％。
4.根据权利要求1所述的一种自流平低收缩高强砂浆，其特征在于，所述细集料中的轻砂为吸水率在10％以上的免烧核壳结构轻骨料或陶砂，所述轻砂占所述细集料体积比的10％～27％；所述河砂为中砂。
5.根据权利要求1所述的一种自流平低收缩高强砂浆，其特征在于，所述钢纤维为镀铜钢纤维或不锈钢纤维，长度范围为4mm～8mm，长径比为30～70。
6.根据权利要求1所述的一种自流平低收缩高强砂浆，其特征在于，所述减水剂为减水率在25％以上的低收缩聚羧酸类减水剂。
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