CN116462473A - 一种全机制砂防水型水泥基自流平砂浆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种全机制砂防水型水泥基自流平砂浆及其制备方法。所述全机制砂防水型水泥基自流平砂浆包括如下原料：硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、硬石膏、重钙、机制砂、再分散乳胶粉、减水剂、憎水剂、早强剂、缓凝剂、纤维素醚、聚丙烯纤维、消泡剂和悬浮稳定剂。本发明所述的全机制砂防水型水泥基自流平砂浆，各原料及用量配比科学合理，经反复验证后，所选原料及用量能使自流平砂浆在初始流动度、20min流动度、流动度损失率、抗折抗压强度、防水性能等指标达到优异的效果，能够满足施工与力学性能要求。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种全机制砂防水型水泥基自流平砂浆及其制备方法。
背景技术
自流平砂浆通常由无机或有机胶凝材料、细骨料、填料及外加剂等组成，其加水搅拌后具有流动性，或稍加辅助性铺摊就能流动找平，自流平砂浆具有流动度大、施工快速、表面光滑平整等优点，是大型超市、商场、停车场、工厂车间、仓库等地面铺筑的理想材料，是现在建筑地面施工的一个发展方向，市场潜力很大。
近年来，随着我国施工技术的不断发展，市场对建筑材料研究愈发的重视，对工程品质及质量要求越来越高。自流平砂浆在实际使用中要求较为苛刻，一旦加水量略微出现差异，则会导致强度低、泌水、开裂等问题，质量稳定性不易控制，同时现有的水泥基自流平砂浆价格昂贵(因为关键原料昂贵)，以上原因导致市场推广受到限制。
故基于此，提出本发明技术方案。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种全机制砂防水型水泥基自流平砂浆，包括如下原料：硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、硬石膏、重钙、机制砂、再分散乳胶粉、减水剂、憎水剂、早强剂、缓凝剂、纤维素醚、聚丙烯纤维、消泡剂和悬浮稳定剂。
优选地，所述全机制砂防水型水泥基自流平砂浆，包括如下重量百分比的原料：硅酸盐水泥23～25％、硫铝酸盐水泥17～20％、硬石膏4～5％、重钙10～12％、机制砂38～42％、再分散乳胶粉0.7％、减水剂0.25～0.3％、憎水剂0.2～0.3％、早强剂0.15～0.3％、缓凝剂0.06～0.1％、纤维素醚0.005～0.01％、聚丙烯纤维0.005～0.01％、消泡剂0.1～0.2％和悬浮稳定剂0.05～0.1％。
优选地，所述减水剂为聚羧酸减水剂，减水率大于30％。
优选地，所述纤维素醚的粘度≤400mPa·s。
优选地，所述缓凝剂为酒石酸。
优选地，所述机制砂包括粗机制砂和细机制砂；所述粗机制砂的重量百分比为10～12％，所述细机制砂的重量百分比为28～30％；所述粗机制砂的粒度为0.6～1.18mm；所述细机制砂的粒度为0.075～0.6mm。
优选地，所述早强剂包括甲酸钙和碳酸锂；所述甲酸钙的重量百分比为0.1～0.2％，所述碳酸锂的重量百分比为0.05～0.1％。
基于相同的技术构思，本发明的另一方案是提供一种全机制砂防水型水泥基自流平砂浆的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、硬石膏、重钙和机制砂进行混合，得到第一混合物；
(2)将再分散乳胶粉、减水剂、憎水剂、早强剂、缓凝剂、纤维素醚、聚丙烯纤维、消泡剂和悬浮稳定剂进行混合，得到第二混合物；
(3)将所述第一混合物与所述第二混合物进行混合，即得到所述全机制砂防水型水泥基自流平砂浆。
优选地，步骤(1)中，所述混合的时间为30～40min。
优选地，步骤(2)中，所述混合的时间为5～10min。
本发明的有益效果为：
本发明所述的全机制砂防水型水泥基自流平砂浆，各原料及用量配比科学合理，经反复验证后，所选原料及用量能使自流平砂浆在初始流动度、20min流动度、流动度损失率、抗折抗压强度、防水性能等指标达到优异的效果，能够满足施工与力学性能要求。
本发明所述的全机制砂防水型水泥基自流平砂浆的制备方法，工艺简单易控，有利于规模化产出。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
实施例1机制砂颗粒分级及含量比例研究
本发明重点对原料配方进行设计，由于天然砂(如天然河砂)的开采受限且成本高，本发明采用机制砂替换原本自流平砂浆中常用的天然河砂。发明人研究得到：未处理的机制砂界面较为粗糙，会导致采用该机制砂制备得到的自流平砂浆性能较差。经分析发现原因为：多棱角的机制砂界面之间的相互搭接使流动过程中摩擦阻力增大，会降低自流平砂浆的流动性。故制备性能优异的全机制砂水泥基自流平砂浆，需要调整机制砂的颗粒级配，以使施工性能、力学性能满足要求，并且经济效益和社会效益最大化。
在利用机制砂配制水泥基自流平砂浆的过程中，单独依靠细度模数来控制砂的质量是不可靠的，无法保证砂浆流动性优异的同时能够得到最密实砂浆。本发明通过连续二级配的方法来调整自流平砂浆的颗粒级配，其中第一档为粗机制砂，粒度为0.6～1.18mm，第二档为细机制砂，粒度为0.075～0.6mm，研究颗粒级配对自流平砂浆流动度与力学性能的具体影响。
调整机制砂颗粒级配，设置粗机制砂(0.6～1.18mm)与细机制砂(0.075～0.6mm)重量之比分别为1:9、2:8、3:7、4:6、5:5，发现最终得到的自流平砂浆流动度整体趋势增大，即在该验证试验范围内自流平砂浆流动度随粗颗粒的增多而逐渐增大，扩展性能更优，砂浆的初始流动度与20min流动度分别为：143mm/134mm、141mm/135mm、143mm/137mm、145mm/135mm、146mm/136mm，自流平砂浆流动度损失率最小值为4.2％，最大值为6.9％。数据统计结果如表1所示。
表1机制砂粒度比例与砂浆流动度对应结果
| 比例/粗:细 | 砂浆初始流动度 | 砂浆20min流动度 | 流动度损失率 |
| 1:9 | 143mm | 134mm | 6.3％ |
| 2:8 | 141mm | 135mm | 4.3％ |
| 3:7 | 143mm | 137mm | 4.2％ |
| 4:6 | 145mm | 135mm | 6.9％ |
| 5:5 | 146mm | 136mm | 6.8％ |
注：流动度损失率＝(砂浆初始流动度-砂浆20min流动度)÷砂浆初始流动度×100％，下同。
分析表1数据可知，自流平砂浆的流动度随粗机制砂占比的增多而呈现增大趋势；流动度损失率随粗机制砂占比的增多而呈现先减后增的趋势，粗机制砂与细机制砂之比为3:7时，流动度损失率最小。
机制砂中细机制砂的粒径主要分布在0.075～0.6mm之间，而机制砂内细砂含量约高，机制砂总比表面积也相应增大，吸附水能力要高于粗机制砂占比较大时的情形。再者正如前文所述，机制砂粒型区别于天然砂，机制砂表面多棱角，颗粒之间的机械咬合力随机制砂接触面积的增大而增强，故随机制砂颗粒级配中粗机制砂占比的增多流动度会出现小幅度上涨，自流平砂浆随机制砂颗粒级配中粗机制砂的增多，砂浆力学性能亦呈下降趋势。
经进一步数据表明(表2所示)，3d龄期的自流平砂浆在粗机制砂与细机制砂比例为2:8时，抗折、抗压强度最大为6.7MPa/28.2MPa；粗机制砂与细机制砂比例为5:5时，砂浆力学性能较差，抗压、抗折强度达到最低，抗折、抗压强度分别为6.1MPa/27.1MPa；28d龄期的最大抗压强度在粗机制砂与细机制砂比例为3:7时达到43MPa；粗机制砂与细机制砂比例为2:8时，取得最大抗折强度为9.2MPa。
表2机制砂粒度比例与抗折、抗压强度对应结果
良好的颗粒级配可以使自流平砂浆材料的密实度增加，由实验数据的整体规律可以发现，随着粗颗粒的增多，自流平砂浆的力学强度呈降低趋势，粗颗粒增多导致砂浆集料之间的搭接填充不充分，空隙增多且孔隙率增大。综合考虑砂浆的流动度与力学性能指标，选择粗机制砂与细机制砂比例为3:7为最佳，反映在整体比例中时，粗机制砂的重量百分比为10～12％，细机制砂的重量百分比为28～30％。
实施例2纤维素醚含量研究
纤维素醚的含量是影响自流平砂浆力学性能和施工性能的指标之一。设置纤维素醚的含量分别为0.01％、0.02％、0.03％、0.04％、0.05％和0.06％。经测试，其1d抗折强度分别为2.37MPa、2.40MPa、2.37MPa、2.36MPa、2.33MPa、2.20MPa；1d抗压强度分别为9.07MPa、8.00MPa、7.90MPa、7.70MPa、7.23MPa、6.90MPa；3d抗折强度为4.60MPa、4.57MPa、4.50MPa、4.45MPa、4.32MPa、4.31MPa；3d抗压强度为21.00MPa、20.50MPa、19.83MPa、19.83MPa、19.55MPa、19.40MPa；28d抗折强度为7.5MPa、8.6MPa、9.4Pa、9.7MPa、9.5MPa、9.3MPa；28d抗压强度为42.00MPa、41.90MPa、41.70MPa、41.70MPa、40.10MPa、40.50MPa。结果如表3所示。
表3纤维素醚含量对抗折、抗压强度的影响结果
由表3数据可知，随着纤维素醚的含量的增加，1d、3d、28d抗折、抗压强度有减弱的趋势(除28d抗折强度外)，故综合确定纤维素醚的含量为0.01％。另外，结合实际应用并考虑成本，反映在整体比例中时，纤维素醚的含量为0.005～0.01％。
实施例3再分散乳胶粉含量研究
再分散乳胶粉的含量是影响自流平砂浆力学性能、和易性能的指标之一。设置再分散乳胶粉的含量分别为0、0.3％、0.5％、0.7％、0.9％、1.1％。
对砂浆流动度的影响：经实验数据证实，再分散乳胶粉对水泥基自流平砂浆的流动度具有一定的帮助。当固定水灰比且不掺加再分散乳胶粉(含量为0，记为空白组，下同)时，砂浆的流动度高，但砂浆在流动过程中只有浆体在流动，砂浆浆体并不能带动细集料等实现共同流动，并伴有分层离析的现象；当掺加0.3％的再分散乳胶粉后，初始流动度稍有增加，但砂浆状态相较于不添加再分散乳胶粉的组别提升非常大；当继续掺加再分散乳胶粉时，自流平砂浆流动度在掺量为0.7％时达到最大值144mm。通过对数据的进一步分析，自流平砂浆初始流动度最大为144mm，最小为138mm。通过分析实验数据还发现，再分散乳胶粉掺量由0％增加至1.1％时，砂浆流动度损失率分别为4.3％、3.6％、4.2％、4.2％、2.8％、1.4％。可以发现自流平砂浆的流动度损失在不断减小，即随着再分散乳胶粉含量的增加，可以减小自流平砂浆的流损，提高砂浆的稳定性，增加自流平砂浆的工作时间，提高工作性能，具体如表4所示。
表4再分散乳胶粉含量对砂浆流动度的影响
| 含量 | 砂浆初始流动度 | 砂浆20min流动度 | 流动度损失率 |
| 0 | 138mm | 132mm | 4.3％ |
| 0.3％ | 139mm | 134mm | 3.6％ |
| 0.5％ | 142mm | 136mm | 4.2％ |
| 0.7％ | 144mm | 138mm | 4.2％ |
| 0.9％ | 142mm | 138mm | 2.8％ |
| 1.1％ | 138mm | 136mm | 1.4％ |
对抗压抗折强度的影响：数据显示，空白组1d抗折强度为2.8Mpa，而随着再分散乳胶粉掺量的增加抗折强度会不断降低，在掺量为1.1％时达到最低值为2.3Mpa，降幅度达26％；空白组3d抗折强度为4.0Mpa，自流平砂浆抗折强度随再分散性乳胶粉掺量的增加而先增大后减小，在掺量为0.7％时达到最大抗折强度为4.4Mpa；再分散乳胶粉对砂浆28d抗折强度起到正面影响，即随着含量的增加抗折强度也随之增强。自流平砂浆空白组1d的抗压强度最高，达到9.8Mpa，1d抗压强度在掺量为1.1％时达到最低，最低为7.4Mpa；3d抗压强度的最大值与最小值也分别出现在空白组与掺量为1.1％的实验组当中，其压力值分别为21.8Mpa与17.5Mpa；自流平砂浆28d抗压强度随乳胶粉掺加量增加的影响规律与其对早期强度影响的规律相同，最大抗压强度为40.5MPa，最小抗压强度为37.0MPa。压折比随可再分散性乳胶粉掺加量的增加呈降低的趋势，1d强度的压折比变化不明显，3d与28d的压折比变化较显著，压折比减小说明砂浆自身韧性增强，具体如表5所示。
表5再分散乳胶粉含量对抗折、抗压强度的影响结果
对自流平砂浆拉伸粘接强度的影响：随再分散乳胶粉掺量由0％至1.1％，拉伸粘接强度不断提高，分别为0.9MPa、1.26MPa、1.41MPa、1.56MPa、1.73MPa、1.83MPa，较未掺加再分散乳胶粉自流平砂浆的增幅为40％、57％、73％、92％、103％。自流平砂浆的拉伸粘接强度显著提高，乳胶粉掺量达到0.7％时即可满足地面用面层自流平砂浆规范要求(拉伸粘接强度≥1.5MPa)。
综合数据性能及用量成本考虑，反映在整体比例中时，再分散乳胶粉的含量为0.7％。
实施例4消泡剂含量研究
设置消泡剂含量分别为0、0.05％、0.10％、0.15％、0.20％，自流平砂浆初始流动度与20min流动度分别为132mm/129mm、144mm/137mm、144mm/135mm、143mm/133mm与142mm/132mm，与对照组相比(消泡剂掺量为0)，消泡剂的助流效果非常明显，可有效提高砂浆的流动性，初始流动度增幅为9.1％、9.1％、8.3％与7.6％，20min流动度增幅为6.2％、4.7％、3.1％与2.3％，随消泡剂掺量增加自流平砂浆流动度的增长幅度逐渐降低。消泡剂掺量增加会导致流动度损失增大，流动度损失率为2.3％、4.9％、6.3％、7.0％与7.0％，相关数据如表6所示。
表6消泡剂含量对流动度的影响结果
| 含量 | 砂浆初始流动度 | 砂浆20min流动度 | 流动度损失率 |
| 0 | 132mm | 129mm | 2.3％ |
| 0.05％ | 144mm | 137mm | 4.9％ |
| 0.10％ | 144mm | 135mm | 6.3％ |
| 0.15％ | 143mm | 133mm | 7.0％ |
| 0.20％ | 142mm | 132mm | 7.0％ |
进一步对自流平砂浆的力学性能进行研究，如表7所示，结果显示：不添加消泡剂时，抗折、抗压强度最低，3d强度值为4.8MPa/19.9MPa，28d强度值为8.8MPa/34.4MPa；当消泡剂掺量为0.2％时，抗压抗折强度最高，28d抗折抗压强度可达到10.3MPa/45.6MPa。结合实际性能并考虑成本，反映在整体比例中时，消泡剂的含量为0.1～0.2％。
表7消泡剂含量对抗折、抗压强度的影响结果
实施例5减水剂含量研究
设置减水剂含量分别为0、0.1％、0.15％、0.20％、0.25％、0.3％，未掺加减水剂的自流平砂浆初始流动度与20min流动度仅为110mm/101mm，当掺加量达到0.3％时，初始流动度与20min流动度达到144mm/138mm，其较未掺加减水剂的空白组初始流动度增加了31％，其减水效果非常明显。进一步实验发明，当减水剂掺量在0.15％之前时，流动度随掺加量的增加增速较为明显，而当减水剂掺量超过0.15％后，流动度随减水剂掺加量的增加增速减缓，这说明减水剂并不能使流动度无限增大，其存在一个合适掺量。结合实际性能并考虑成本，反映在整体比例中时，减水剂的含量为0.25～0.3％。具体如表8所示。
表8减水剂含量对砂浆流动度的影响
实施例6缓凝剂含量研究
在实际施工中，三元胶凝材料具有快硬早强的特性，且砂浆材料受温度的影响较大，在高温天气下会出现凝结硬化加快的现象，为保证自流平砂浆具有足够的工作时间，减小20min流动度损失，试验加入0.1％缓凝剂，并通过试验验证自流平砂浆的20min流动度损失仅为2％，1d抗折抗压强度为2.5MPa与8.1MPa，满足规范要求。
实施例7憎水剂含量研究
设置憎水剂含量分别为0、0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％，进行吸水率，抗渗压力的测试，结果如表9所示。
表9憎水剂含量对吸水率、抗渗压力的影响
| 含量 | 试件吸水率 | 抗渗压力 |
| 0 | 8.1％ | 1.3MPa |
| 0.5 | 6.6％ | 1.5MPa |
| 1 | 5.8％ | 1.7MPa |
| 1.5 | 4.5％ | 1.8MPa |
| 2 | 3.8％ | 1.8MPa |
| 2.5 | 2.5％ | 1.8MPa |
结合数据与相关标准可知，当憎水剂含量为2～2.5％时，满足水泥基自流平砂浆的防水指标。
结合对实验数据的分析，制备经济效益与社会效益优良的机制砂水泥基自流平砂浆需满足施工与力学性能要求，同时也要兼顾成本。自流平砂浆流动度要达到规范要求与施工要求，流动度不达标则无法实现流动找平，自流平砂浆面层不能达到平整度要求，会加大施工操作难度；其次流动度损失率要小，流动度损失率关系到施工操作时间的长短，20min流动度损失低可以减小自流平砂浆的施工难度，正是因为如上各个因素之前的权衡，本发明经过反复试验确定原料及重量百分比含量，其为：
硅酸盐水泥23～25％、硫铝酸盐水泥17～20％、硬石膏4～5％、重钙10～12％、机制砂38～42％、再分散乳胶粉0.7％、减水剂0.25～0.3％、憎水剂0.2～0.3％、早强剂0.15～0.3％、缓凝剂0.06～0.1％、纤维素醚0.005～0.01％、聚丙烯纤维0.005～0.01％、消泡剂0.1～0.2％和悬浮稳定剂0.05～0.1％；其中：所述机制砂包括粗机制砂和细机制砂；所述粗机制砂为10～12％，所述细机制砂为28～30％；所述粗机制砂的粒度为0.6～1.18mm；所述细机制砂的粒度为0.075～0.6mm。
实施例8
本实施例提供一种全机制砂防水型水泥基自流平砂浆的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将25kg硅酸盐水泥(强度等级42.5)、18.39kg硫铝酸盐水泥、5kg硬石膏、10kg重钙、10kg粗机制砂(粒度为0.6～1.18mm)和30kg细机制砂(粒度为0.075～0.6mm)进行混合30min，得到第一混合物；
(2)将0.7kg再分散乳胶粉、0.25kg聚羧酸减水剂、0.2kg憎水剂、0.2kg甲酸钙、0.1kg碳酸锂、0.1kg酒石酸、0.005kg纤维素醚、0.005kg聚丙烯纤维、0.1kg消泡剂和0.05kg悬浮稳定剂进行混合5min，得到第二混合物；
(3)将所述第一混合物与所述第二混合物进行混合，即得到所述全机制砂防水型水泥基自流平砂浆。
实施例9
本实施例提供一种全机制砂防水型水泥基自流平砂浆的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将23kg硅酸盐水泥(强度等级42.5)、18.39kg硫铝酸盐水泥、5kg硬石膏、12kg重钙、12kg粗机制砂(粒度为0.6～1.18mm)和28kg细机制砂(粒度为0.075～0.6mm)进行混合30min，得到第一混合物；
(2)将0.7kg再分散乳胶粉、0.25kg聚羧酸减水剂、0.2kg憎水剂、0.2kg甲酸钙、0.1kg碳酸锂、0.1kg酒石酸、0.005kg纤维素醚、0.005kg聚丙烯纤维、0.2kg消泡剂和0.05kg悬浮稳定剂进行混合5min，得到第二混合物；
(3)将所述第一混合物与所述第二混合物进行混合，即得到所述全机制砂防水型水泥基自流平砂浆。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种全机制砂防水型水泥基自流平砂浆，其特征在于，包括如下原料：硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、硬石膏、重钙、机制砂、再分散乳胶粉、减水剂、憎水剂、早强剂、缓凝剂、纤维素醚、聚丙烯纤维、消泡剂和悬浮稳定剂。
2.根据权利要求1所述全机制砂防水型水泥基自流平砂浆，其特征在于，包括如下重量百分比的原料：硅酸盐水泥23～25％、硫铝酸盐水泥17～20％、硬石膏4～5％、重钙10～12％、机制砂38～42％、再分散乳胶粉0.7％、减水剂0.25～0.3％、憎水剂0.2～0.3％、早强剂0.15～0.3％、缓凝剂0.06～0.1％、纤维素醚0.005～0.01％、聚丙烯纤维0.005～0.01％、消泡剂0.1～0.2％和悬浮稳定剂0.05～0.1％。
3.根据权利要求2所述全机制砂防水型水泥基自流平砂浆，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸减水剂，减水率大于30％。
4.根据权利要求2所述全机制砂防水型水泥基自流平砂浆，其特征在于，所述纤维素醚的粘度≤400mPa·s。
5.根据权利要求2所述全机制砂防水型水泥基自流平砂浆，其特征在于，所述缓凝剂为酒石酸。
6.根据权利要求2所述全机制砂防水型水泥基自流平砂浆，其特征在于，所述机制砂包括粗机制砂和细机制砂；所述粗机制砂的重量百分比为10～12％，所述细机制砂的重量百分比为28～30％；所述粗机制砂的粒度为0.6～1.18mm；所述细机制砂的粒度为0.075～0.6mm。
7.根据权利要求2所述全机制砂防水型水泥基自流平砂浆，其特征在于，所述早强剂包括甲酸钙和碳酸锂；所述甲酸钙的重量百分比为0.1～0.2％，所述碳酸锂的重量百分比为0.05～0.1％。
8.权利要求1～7任一项所述全机制砂防水型水泥基自流平砂浆的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、硬石膏、重钙和机制砂进行混合，得到第一混合物；
(2)将再分散乳胶粉、减水剂、憎水剂、早强剂、缓凝剂、纤维素醚、聚丙烯纤维、消泡剂和悬浮稳定剂进行混合，得到第二混合物；
(3)将所述第一混合物与所述第二混合物进行混合，即得到所述全机制砂防水型水泥基自流平砂浆。
9.根据权利要求8所述全机制砂防水型水泥基自流平砂浆的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述混合的时间为30～40min。
10.根据权利要求8所述全机制砂防水型水泥基自流平砂浆的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述混合的时间为5～10min。
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