CN115448683B - 一种硅溶胶高强自流平材料的施工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及砂浆、混凝土技术领域，尤其涉及一种硅溶胶高强自流平砂浆的施工工艺。本发明对自流平材料深入分析研究，以期进一步提高自流平材料的抗开裂性能。本发明优点在于：自流平砂浆搅拌设备为定制设备：物料参数可手动设置调节，自动变频控制系统，搅拌速度可根据需要调节，施工方式简单，准确，施工效率高，施工流程完全可控，最大程度保证工程质量，并且砂浆中黄砂可被壳聚糖‑交联剂构筑的三维结构体系所环绕，进一步加强自流平材料的力学强度。通过调控黄砂的加入量，以及黄砂的细度模数，可以有效提高最终制得的自流平材料的剪切应力，从而实现自流平材料降低开裂率的目的。

Description

一种硅溶胶高强自流平材料的施工工艺

技术领域

本发明涉及砂浆、混凝土技术领域，尤其涉及一种硅溶胶高强自流平材料的施工工艺。

技术背景

在土木建设中，大批民用建筑的建设使得地坪材料的需求日益增加，传统房建施工中采用的水泥基砂浆找平抹面来完成地坪层的找平工作，但是这种方法得到的地坪平整度低，施工效率低。而自流平材料具有的现场拌水即可使用，并且稍经刮刀展开，即可获得高平整基面的特性，在建筑行业中被广泛应用。

自流平材料分为水泥基和石膏基，石膏基自流平材料主要成分为脱硫石膏，是工业上烟气湿法脱硫的副产物之一，由此带来的大量脱硫石膏如若不及时处理，堆积在空地上会对环境造成严重的影响。而石膏基自流平材料有效利用了脱硫石膏。例如公开号为CN109516752A，公开日为2019-03-26的中国发明专利公开了一种石膏自流平材料，包括α型半水石膏、石英砂、乳胶粉、柠檬酸、羟丙基甲基纤维素、消泡剂、润湿分散剂，具有较好的强度与耐水性能。然而发明人在实际使用中发现，上述石膏自流平材料铺设后需定时进行浇水养护，否则表面很容易出现开裂等情况，使其施工费居高不下。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请发明人对自流平材料深入分析研究，以期进一步提高自流平材料的抗开裂性能，具体的技术方案在下方分别予以说明：

一种硅溶胶高强自流平材料的的施工工艺，包括下列步骤：

S1.将所述水泥粉料，硅溶胶，骨料，脱硫石膏粉，壳聚糖，交联剂，以及外加剂混合在一起，得到初级粉料；

S2.将所述初级粉料与所述水、黄砂投入自流平材料搅拌机中进行混合搅拌，得到所述自流平材料。

该施工方式为：硅溶胶高强自流平砂浆粉料（不含砂）采用吨袋包装，运送到工地，加砂方式为：铲车把砂铲入砂斗，经皮带输送到搅拌桶里，砂量自动计量，也可手动调节。搅拌桶下设有称重系统，可对物料进行称重计量控制。加水方式：储存罐水经水泵输送到搅拌罐，自动计量加水。加粉料方式：吨袋包装粉料放入料斗，经过螺旋管输送到搅拌罐，进行自动计量。该施工方式简单，准确，施工效率高，施工流程完全可控，最大程度保证工程质量。

此外，该自流平砂浆搅拌设备为定制设备：物料参数可手动设置调节，自动变频控制系统，搅拌速度可根据需要调节，配料搅拌系统搅拌桨采用导流板加强搅拌的形式，搅拌电机功率根据硅溶胶高强自流平砂浆粘度定制大于等于7.5KW，砂浆输送系统的输送泵采用特制大功率大于等于45KW耐磨损泵，泵送配件也根据硅溶胶高强自流平砂浆的粘度阻力进行配置，采用高压软管，软管接口采用特殊加强法兰接口，耐高压不爆管。

进一步的，S2中向自流平材料搅拌机中先投入水，再投入初级粉料，最后投入黄砂。

进一步的，S2中所述混合搅拌时间为20-40s。

进一步的，S2中所述混合搅拌时间为15-18s。

进一步的，所述黄砂细度模数为1.6-3.7。

进一步的，还包括下列步骤：S3.将S2中搅拌好的成品放入存料搅拌机，边搅拌边经输送泵泵送到施工作业面上。

进一步的，所述存料搅拌机下方设有称重系统，用于对物料进行称重计量。

一种硅溶胶高强自流平材料，原料包括按重量计的以下组分：原料包括按重量计的以下组分：水泥粉料80-200份，硅溶胶10-20份，骨料10-20份，脱硫石膏粉40-80份，壳聚糖10-20份，交联剂5-10份，外加剂10-20份，水18-35份，以及黄砂150-250份。

其中，水泥粉料为通用硅酸盐水泥，主要成分为硅酸钙（质量分数不小于65%），还包括氧化铝、氧化钙等金属氧化物，且按适当比例磨制细粉得到的粉料。

硅溶胶是纳米二氧化硅和硅酸钠的混合形成的一种胶体，主要成份是硅酸钠，次要成份是纳米二氧化硅，因其具有粘结力强的特性，用于自流平材料中，能使自流平材料牢固，又能抗污防尘、耐老化，更主要的是，显著减少了自流平材料凝结后的开裂情况。

骨料是是自流平材料的主要组成材料之一，主要，材料包括细粒径的石英砂、河砂等。

脱硫石膏粉与一般石膏粉的区分在于物理成分的不同，在生产过程中运用各种方法达到脱硫的效果。所述脱硫石膏粉与所述增效剂、硅溶胶复配使用后，硅溶胶聚合形成的膜固定所述脱硫石膏粉，可以显著抑制浆料系统中所述填料、集料下沉，提高自流平材料的和易性。

壳聚糖（Chitosan）是由2-氨基-2-脱氧-D葡聚糖和2-乙酰氨基-2-脱氧-D葡聚糖的二元线性共聚物组成，壳聚糖分子中含有-NH₂，-NHCOCH₃，-OH，-COOH等极性基团，与硅溶胶复配使用后与其硅氧键之间形成插层复合结构，对自流平材料的表面光滑程度以及流变性能有一定提高，相比于一般的线性聚合物，壳聚糖具有完全的生物可降解性，用于建筑材料中不会造成环境的污染。

交联剂又称作架桥剂，可在线性高分子材料中形成三维结构的不溶性物质，壳聚糖的线性结构未交联时强度偏低，容易拉断，韧性不强，交联剂在壳聚糖的线性分子之间形成化学键，进而形成网状结构，从而提高分子材料的强度和弹性。

外加剂为一般水泥制品中的常用添加剂，包括减水剂、保水增稠剂、缓凝剂、消泡剂等。

黄砂为天然黄砂，加入到自流平材料中起骨架作用，和减小自流平材料凝结硬化过程中干缩湿胀所引起的体积变化，从而起到了降低自流平材料的开裂现象，并增强了材料的整体强度。此外，如图1所示，黄砂可被壳聚糖-交联剂构筑的三维结构体系所环绕，进一步加强自流平材料的力学强度。

聚丙烯酸钠，聚丙烯酸钾，聚丙烯酸钙均为聚丙烯酸盐的一种，其中，聚丙烯酸是一种水溶性高分子聚合物，以聚丙烯酸钠为代表物质，减缓了单体硅酸逐渐聚合成高聚硅胶的速度，使得所述硅溶胶不会因为收缩速度过快而导致自流平材料开裂，同时这种互溶方式不会影响所述硅溶胶最终聚合形成的-SIO-O-SIO-膜的力学强度，只是减缓其形成速度，使得最终的自流平材料仍具有较好的抗压性、抗拉伸性。

脱硫石膏粉包括高强脱硫石膏粉和普通脱硫石膏粉，高强脱硫石膏粉是与所述普通脱硫石膏粉在拌和之后具有更好的抗压强度，所述高强脱硫石膏粉根据脱水得到的半水石膏密实度更高，但是所述高强脱硫石膏粉获得抗压强度更高的同时，其流动性更差，所以需要和所述普通脱硫石膏粉拌和共同使用。

聚乙二醇、聚丙二醇、三羟甲基丙烷、三羟甲基乙烷均属于多元醇类交联剂，在室温、加热或辐照下可与壳聚糖发生充足的交联反应，并且交联效率高，只要加入少量便可获得稳定的交联结构。

进一步地或者更细节工艺配比的有益效果将在具体实施方式中结合具体实施例进行说明。

附图说明

图1为硅溶胶高强自流平砂浆制备及施工工艺流程图。

图2为本发明中实施例1-4以及对比例1-3中制得的自流平材料的抗冲击性，24h、7d、28d抗压/折测试，0-20流动度测试结果示意表。

图3为本发明中实施例1-4以及对比例1-3中制得的自流平材料的平整度、色差、光泽度以及丰满度测试结果示意表。

图4为本发明中实施例1-4以及对比例1-3中制得的自流平材料的剪切速率-应力测试结果示意表。

图5为本发明中实施例5-9中制得的自流平材料的剪切速率-应力测试结果示意表。

图6为本发明中实施例10-13中制得的自流平材料的剪切速率-应力测试结果示意表。

图7为本发明中自流平材料的内部三维网络结构示意图，其中1-壳聚糖，2-交联剂，3-黄砂。注：图中为1、2构成的骨架结构为壳聚糖与交联剂形成的絮凝状物质，并非单一壳聚糖线性结构。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例都属于本发明的保护范围。

实施例1：

原料包括按重量计的以下组分：水泥粉料80份（ARDEX A 35快凝早强水泥），硅溶胶10份（采用LS150纳米二氧化硅粉，以及硅酸钠[CAS: 106985-35-7 纯度99%]以质量比1:1混合形成），骨料10份（包括Translink445高岭土和LC10复合轻集料，以质量比1:2混合形成），脱硫石膏粉40份，壳聚糖（青岛河海生物科技）16份，交联剂7份，外加剂10份，水18份，以及黄砂150份；所述黄砂细度模数为1.6。

其中：壳聚糖粘度为0.25Pa·s，交联剂为聚乙二醇（CAS:25322-68-3），外加剂为聚丙烯酸钠（CAS:9003-04-7），脱硫石膏粉为高强脱硫石膏粉（中天建和脱硫石膏粉）和普通脱硫石膏粉（p160石膏砂浆）的混合物（1:1，w/w）。

实施例2：

原料包括按重量计的以下组分：水泥粉料160份，硅溶胶20份，骨料20份，脱硫石膏粉80份，壳聚糖20份，交联剂10份，外加剂20份，水35份，以及黄砂250份；所述黄砂细度模数为3.7。

其中：壳聚糖粘度为0.5Pa·s，交联剂为聚乙二醇，外加剂为聚丙烯酸钾（CAS:25608-12-2），脱硫石膏粉为高强脱硫石膏粉和普通脱硫石膏粉的混合物（1:2，w/w）。

实施例3：

原料包括按重量计的以下组分：水泥粉料100份，硅溶胶15份，骨料15份，脱硫石膏粉60份，壳聚糖15份，交联剂8份，外加剂15份，水27份，以及黄砂200份；所述黄砂细度模数为2.4。

其中：壳聚糖粘度为0.35Pa·s，交联剂为聚丙二醇（CAS:25322-69-4），外加剂为聚丙烯酸钠，脱硫石膏粉为高强脱硫石膏粉和普通脱硫石膏粉的混合物（1:1-2，w/w）。

实施例4：

原料包括按重量计的以下组分：水泥粉料150份，硅溶胶18份，骨料17份，脱硫石膏粉75份，壳聚糖18份，交联剂9份，外加剂19份，水32份，以及黄砂220份；所述黄砂细度模数为3.4。

其中：壳聚糖粘度为0.4Pa·s，交联剂为聚乙二醇，外加剂为聚丙烯酸钠，脱硫石膏粉为高强脱硫石膏粉和普通脱硫石膏粉的混合物（1:1.7，w/w）。

对比例1：

与实施例1不同之处在于，未加入黄砂；

对比例2：

与实施例1不同之处在于，未加入壳聚糖；

对比例3：

与实施例1不同之处在于，未加入交联剂；

对于实施例1-4以及对比例1-3中的原料制备得到自流平材料的方法包括下列步骤：

S1.将所述水泥粉料，硅溶胶，骨料，脱硫石膏粉，壳聚糖（对比例2除外），交联剂（对比例3除外），以及外加剂混合在一起，得到初级粉料；

S2.将所述初级粉料与所述水、黄砂（对比例1除外）投入自流平材料搅拌机中进行混合搅拌，得到所述自流平材料。

<自流平材料的性能测试>

申请人对实施例1-4以及对比例1-3所得的自流平表面的抗压、抗拉伸性能进行测试，结果如附图2所示，其中：

抗压强度：分为24h、7d和28d，因为自流平材料靠胶结作用逐渐硬化，在前7d抗压强度增长较快，7-14d增长缓慢，28d后增长基本停止，为标准强度，根据JCT 985-2017《地面用水泥基自流平材料》，测试其可耐受的最大压力。

抗折强度：测试标准同根据JCT 985-2017《地面用水泥基自流平材料》，不同的是在自流平材料上施加剪切力。

抗冲击性：根据JCT 985-2017《地面用水泥基自流平材料》，测试自流平材料在反复弯曲冲击荷载作用下，混凝土吸收冲击动能的能力。

在本实施例中，抗压强度、抗折强度和抗冲击试件符合下列规定：

1.采用边长为200*400*（40~50）mm的立方体为标准试件；

2.试件的承压面的平面度公差不得超过0.0005d，d为边长；

3.试件的相邻面间的夹角应为90°，其公差不得超过0.5°；

4.试件各边长、直径和高的尺寸的公差不得超过1mm。

5.试件数量为10块，测试结果取平均值；

6.试件养护龄期为28d。

由图2中数据可知，实施例1-4中制得的自流平材料均符合国家标准，而对比例1中，未加入黄砂的自流平材料出现了明显的开裂现象并脱离底板，并且未加入壳聚糖和交联剂的自流平材料均出现了轻微开裂的现象。对比例1-3中的自流平材料的24h、7d和28d抗压强度和抗折强度均有一定程度下降，其中以对比例1中的下降程度更为明显，可见黄砂对自流平材料力学强度方面的提升有较为显著的效果。

另外，根据国家标准《建筑地面工程施工质量验收规范》GB50209-2010，对实施例1-4以及对比例1-3所得的自流平材料进行检测，结果如附图3所示，其中：

平整度：距表面1m远处垂直观察，自流平表面无缺陷面积占总面积的百分比。

色差及光泽度：距表面1m远处垂直观察或采用仪器测试，自流平表面垂直观察无肉眼可见的差异的面积占总面积的百分比，其中色差计测定色差不能超过3.0；光泽度的差异不能超过10个光泽单位。

丰满度：观察自流平表面可反光的面积占总面积的百分比。

经测试，如图2所示，实施例1-4和对比例1-3所获得的自流平材料，其平整度、色差及光泽度以及丰满度相差不大，表明了黄砂、壳聚糖、交联剂的加入并不影响自流变材料的上述特征。发明人还发现，黄砂细度模数应控制在3.7以下，否则会使得料浆平整度降到80%以下，影响使用。

<自流平材料的静态流变测试>

由于自流平材料的抗开裂性能不好进行量化测试，于是发明人对自流平材料的水泥料浆进行静态流变测试，通过测试结果反映出自流平材料的抗开裂性能。流体的剪切应力与剪切速率之间的变异关系用图形表示称为流变曲线，塑性流体是流变曲线中的一种，其特点是剪切应力小于某一数值τ时，就不能流动，大于τ后才开始流动，料浆在低剪切速率中的剪切应力越大，则在实际使用过程中，其越不容易因冲击而发生开裂现象。基于此，发明人针对上述实施例和对比例中不同配比的料浆，于剪切速率在2-12s^-1范围内进行剪切应力的测试，测试结果如图4所示，可见所有进行测试的料浆的剪切应力随着剪切速率的增大而逐渐在增大，而对比例2-3中的料浆剪切应力随着剪切速率的增大增长较为缓慢，对比例1中未添加黄砂的料浆，其剪切应力增长最为缓慢。发明人认为，壳聚糖、交联剂与黄砂形成的三维网络结构对搅拌料浆的转子形成了阻力，从而对转子产生了初始的剪切应力。

进一步，发明人测试了黄砂添加量对最终料浆剪切应力的影响。

实施例5

与实施例1不同之处在于，原料包括黄砂160份。

实施例6

与实施例1不同之处在于，原料包括黄砂170份。

实施例7

与实施例1不同之处在于，原料包括黄砂180份。

实施例8

与实施例1不同之处在于，原料包括黄砂190份。

实施例9

与实施例1不同之处在于，原料包括黄砂200份。

测试结果如图5所示，可见在实施例1中的其他添加剂的参数下，黄砂按重量计的份数为180-190份时，可以令料浆获得最大的剪切力。

进一步，发明人考察了黄砂的细度模数对最终料浆剪切应力的影响。

实施例10

与实施例7不同之处在于，黄砂细度模数为2.2。

实施例11

与实施例7不同之处在于，黄砂细度模数为2.4。

实施例12

与实施例7不同之处在于，黄砂细度模数为2.6。

实施例13

与实施例7不同之处在于，黄砂细度模数为2.8。

测试结果如图6所示，可见在实施例7中的其他添加剂的参数下，黄砂细度模数为2.4-2.6范围内，可以令料浆获得最大的剪切力。

在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“基础实施例”、“优选实施例”、“其他实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种硅溶胶高强自流平材料的施工工艺，其特征在于，包括下列步骤：

S1.将所述水泥粉料，硅溶胶，骨料，脱硫石膏粉，壳聚糖，交联剂，以及外加剂混合在一起，得到初级粉料；

S2.将所述初级粉料与所述水、黄砂投入自流平材料搅拌机中进行混合搅拌，得到所述自流平材料；

原料包括按重量计的以下组分：水泥粉料80-200份，硅溶胶10-20份，骨料10-20份，脱硫石膏粉40-80份，壳聚糖10-20份，交联剂5-10份，外加剂10-20份，水18-35份，以及黄砂150-250份；

所述黄砂细度模数为2.4-2.6；

所述脱硫石膏粉包括高强脱硫石膏粉和普通脱硫石膏粉；

所述交联剂包括聚乙二醇、聚丙二醇、三羟甲基丙烷、三羟甲基乙烷中的其中一种；

所述骨料为Translink445高岭土和LC10复合轻集料，以质量比1:2混合形成的组合物；

所述外加剂为聚丙烯酸钠，聚丙烯酸钾中的其中一种。

2.根据权利要求1所述的一种硅溶胶高强自流平材料的施工工艺，其特征在于：S2中向自流平材料搅拌机中先投入水，再投入初级粉料，最后投入黄砂。

3.根据权利要求1所述的一种硅溶胶高强自流平材料的施工工艺，其特征在于：S2中所述混合搅拌时间为20-40s。

4.根据权利要求1所述的一种硅溶胶高强自流平材料的施工工艺，其特征在于：S2中所述混合搅拌时间为15-18s。

5.根据权利要求1所述的一种硅溶胶高强自流平材料的施工工艺，其特征在于：还包括下列步骤：S3.将S2中搅拌好的成品放入存料搅拌机，边搅拌边经输送泵泵送到施工作业面上。

6.根据权利要求5所述的一种硅溶胶高强自流平材料的施工工艺，其特征在于：所述存料搅拌机下方设有称重系统，用于对物料进行称重计量。