胶粉对氟石膏基自流平性能的影响研究.pdf

广东建材2023年第8期0 引言氟石膏的主要成分为无水硫酸钙，具有潜在水化活性。经激发改性可作为主要胶凝材料，与骨料、填料及外加剂制成石膏基自流平，用于工业、商业地面工程以及地面找平。氟石膏基自流平具有强度高、耐磨性和耐水性良好等优点，同时需要满足其他性能方面的要求。但容重高、粘度大，流动度损失明显，产品性能和施工特性不理想。近年来我国广泛地开展了石膏基自流平的相关研究1-4，通过各种途径优化材料性能。可再分散性乳胶粉（简称胶粉）作为石膏基自流平的主要外加剂5,6，可减少浆体的表面沉降和水分蒸发，提高流动性和塑化效果，是改善石膏基自流平性能的重要途径。但胶粉对氟石膏基自流平性能影响的研究尚不深入，本试验通过测试不同胶粉掺量的氟石膏基自流平 30min 流动度、强度、尺寸变化率、抗冲击性等物理力学性能和磨耗量、软化系数等指标，研究其影响规律并探讨其作用机理。1 原材料及试验方法1.1原材料主要胶凝材料：氟石膏，主要成分无水硫酸钙，比表面积460m2/kg，化学成分见表1所示，氟石膏改性激发剂自制；普通硅酸盐水泥P.O42.5级。细骨料：40120目河砂；填料：325目重质碳酸钙；缓凝剂：蛋白胶类，苏州市兴邦化学建材有限公司；减水剂：聚羧酸2651F，巴斯夫（中国）有限公司；消泡剂：AGITANP 803，德国明凌化工集团；抗沉淀剂：WALOCEL MT400 PFV，陶氏化学（中国）有限公司。可再分散性乳胶粉：SMARGO328，瓦克化学(中国)有限公司；该乳胶粉是基于醋酸乙烯酯和乙烯的半柔性共聚物，粘度低，并具有良好的平流辅助功能和消泡性能。氟石膏基自流平主要由氟石膏75%、水泥5%，河砂10%、重钙粉 10%等组成，改性激发剂掺量 0.5%。缓凝剂、减水剂、消泡剂、抗沉淀剂等外加剂按比例进行外掺，用量分别为0.20%、0.15%、0.10%、0.10%。胶粉掺量自0至1.5%依次递增0.3%。1.2试验方法氟石膏基自流平为干粉状，均匀、无结块、无杂物。试样制备与物理力学性能测试依据 JC/T 10232021石膏基自流平砂浆，试样与水搅拌得到均匀的料浆，成型后测定物理力学性能。耐磨性测试参照 JC/T9852006 地面用水泥基自流平砂浆，测定试样表面的磨耗量；耐水性测试参照 JC/T 698-2010 石膏砌块，测定软化系数。2 结果与讨论胶粉对氟石膏基自流平性能的影响研究李静静1梁 盼1蔡云香2（1 郑州科技学院；2 河南赛利特建筑材料有限公司）【摘要】通过测试不同胶粉掺量的氟石膏基自流平的物理力学性能、磨耗量和软化系数等指标，发现适量的胶粉可提高材料的流动性、28d烘干拉伸粘结强度、尺寸稳定性和耐磨性、耐水性，对抗折、抗压强度及抗冲击性影响不明显。胶粉在氟石膏基自流平中形成连续膜，在水化产物与骨填料之间形成丝状连接，晶体之间形成有机架桥，可改善氟石膏基自流平的性能。【关键词】胶粉；氟石膏基自流平；物理力学性能；耐磨性；耐水性基金项目郑州科技学院校级科研项目（2022XJKY03）.CaO40.80SiO20.60Al2O30.24Fe2O30.40MgO0.05SO355.58Na2O0.06K2O0.23Loss2.35表1 氟石膏化学成分(%)材料研究与应用-12广东建材2023年第8期2.1物理力学性能流动度是自流平产品及施工特性的重要控制指标，并影响物理力学性能和长期耐久性能。胶粉对氟石膏基自流平的30min流动度的影响见表2，实验结果表明未掺胶粉氟石膏基自流平30min流动度137mm，不符合JC/T 10232021 石膏基自流平砂浆 的技术要求，流动度经时损失大。随胶粉掺量增加30min流动度先显著增大后降低，掺量 0.6%时 30min流动度达 144mm，表面无泌水现象且流平后的表面状态良好，初始流动度损失小于3mm。继续增加过程中30min流动度不断降低，至1.2%时30min流动度降至140mm以下。胶粉对空气有诱导效应，溶于水中形成微小气泡，提高浆体对组分的悬浮能力，有利于浆体的流动。同时胶粉吸水增稠作用较强，溶于水使得浆体变得黏稠，浆体内聚力增加，对流动度带来不利影响。适量的胶粉可提高流动性，改善施工和易性，这也是石膏基自流平掺加胶粉的重要原因。胶粉掺量对抗折、抗压强度如图1所示，试验结果表明胶粉的掺加对 24h 抗折、抗压强度均没有明显改善。掺量 0.6%时 24h 抗折、抗压强度分别为 3.0MPa、8.3MPa，相比未掺提高7.4%、10.7%；28d绝干抗折、抗压强度有所提高，最高值分别为 11.9MPa、40.4MPa，提高15.5%、19.2%；超过0.9%时强度开始降低。28d烘干拉伸粘结强度随掺量增加先增加后有所降低，掺量0.6%时较未掺提高超过44.4%，如图2所示。氟石膏基自流平是以无水石膏为主的胶凝体系，水化硬化体形成强度，体系水化进程和强度发展周期较长。无水石膏在复合激发剂作用下水化生成二水石膏，新生成的二水石膏从饱和溶液中析出结晶形成结构骨架，使浆体凝结硬化，提供早期强度。早期24h时水化进程未完成，且仍含有较高的自由水分。胶粉形成的连续膜进一步减少浆体水分蒸发，过多的乳胶粉会导致浆体水化不充分，使得24h抗折、抗压强度降低；后期氟石膏基自流平水化硬化体结构致密，自由水分几乎完全蒸发，28d绝干抗压强度可达40MPa以上。基于自身的较高强度，胶粉的提升效果也不明显。相反0.9%以上胶粉掺量生成的水化产物具有膨胀性，对体系形成的结构有破坏作用，导致抗折、抗压强度有所下降。28d烘干拉伸粘结强度是材料自身内聚力及与其它材料界面结合性能的表征。胶粉具有较好的粘结力，在水化产物和骨填料之间起到胶结作用，提高了自身内聚力，并且形成的连续膜使界面过渡区更为致密，使浆体表面更加光滑，大幅改善28d烘干拉伸粘结强度。胶粉掺量对尺寸变化率影响见表2，未掺胶粉时氟石膏基自流平28d尺寸变化率达到-0.09%，掺加胶粉尺寸变化率均有所降低。0.9%时收缩率最低为0.02%；过掺量/%00.30.60.91.21.530min流动度/mm137141144142139135尺寸变化率/%-0.09-0.05-0.03-0.02+0.02+0.04表2 胶粉掺量对30min流动度、尺寸变化率的影响图1 胶粉掺量对抗折、抗压强度的影响图2 胶粉掺量对28d烘干拉伸粘结强度的影响材料研究与应用-13广东建材2023年第8期多时出现轻微膨胀。复合激发剂作用下无水石膏生成二水石膏水化率较高，氟石膏基自流平水化硬化体表现出膨胀性，后期又发生干燥收缩。未掺胶粉时初始流动度用水量较大使得试件养护过程中产生更大干缩，胶粉可提高氟石膏基自流平的流动度降低初始流动度用水量，并且胶粉形成的乳胶微粒填充和覆盖水化产物表面及浆体内部孔隙中，可提高氟石膏基自流平的尺寸稳定性，降低了开裂风险。氟石膏基自流平表面均无开裂和脱离底板，胶粉对抗冲击性能的影响并未直观表现。氟石膏基自流平结构致密，抵抗冲击负荷作用的能力较强。掺加胶粉的氟石膏基自流平乳胶膜形成软性连接的网络结构，可缓解内应力，抑制微裂缝的产生，保证材料的弹性和韧性，降低材料的脆性，有利于提高抗冲击性。2.2耐磨性耐磨性是地面用水泥基自流平的一个重要指标，氟石膏基自流平作为面层材料时耐磨性尤为重要，通过测定试样表面的磨耗量来进行耐磨性评价。胶粉掺量对氟石膏基自流平磨耗量的影响如图3所示，掺加胶粉时氟石膏基自流平的耐磨性均有所提高，在掺量0.6%时最佳，磨耗量自710mm3降低至488mm3，降幅31.3%，几乎可媲美地面用水泥基自流平。掺加胶粉的氟石膏基自流平柔性有所改善，表面抵抗剪切变形的能力也增强，耐磨性提高。磨耗量并未一直降低，达到峰值后又逐渐上升。过多的胶粉破坏结构，增加浆体离析和泌水的程度，表面结构较为疏松，对耐磨性不利。胶凝材料直接决定材料的耐磨性，胶粉可作为有效的辅助手段。乳胶微粒凝聚成连续的薄膜，与浆体形成互穿基质的混合体，在水化产物与骨填料之间形成丝状连接，晶体之间形成有机架桥，增加材料内部的韧性和粘结性，从而使耐磨性提高。2.3耐水性胶粉掺量对氟石膏基自流平软化系数的影响如图4所示，掺加胶粉时氟石膏基自流平的软化系数均有所提高，随掺量增加软化系数呈快速上升后缓慢下降的趋势。掺量0.9%时软化系数最高为0.65，较未掺时0.55相比提高18.2%。胶粉降低了外界水分与氟石膏基自流平内部结构的交换概率和程度，对耐水性具有积极意义。胶粉与水接触即发生分解并再次释放出一颗颗的乳液微粒，形成的乳胶微粒沉积到水化产物上，伴随水化反应进行不断堆积，逐渐填充和覆盖水化产物表面及浆体内部孔隙中；因体系水分进一步减少，乳胶微粒将凝聚成连续的薄膜，乳胶薄膜具有密封效应，有效阻止水分进入材料内部，降低吸水率从而保证饱水后的强度。胶粉掺量过多有损强度，进而使得软化系数相应下降。3 结论胶粉的掺加显著改善了氟石膏基自流平的流动度、28d烘干拉伸粘结强度，对抗折、抗压强度、尺寸变化率性及抗冲击性等物理力学性能指标影响相对有限。在适量范围内，随胶粉掺量增加氟石膏基自流平的耐磨性、耐水性均有提升。胶粉在氟石膏基自流平浆体中可形成连续膜，在材料研究与应用(下转第46页)图3 胶粉掺量对磨耗量的影响图4 胶粉掺量对软化系数的影响-14广东建材2023年第8期作，且同样是直接测量混凝土拌合物下降的高度，因此，提升测量读数的精确度应作为自动检测设备的重点研发方向。随着计算机图像处理技术、视觉处理技术等技术的发展，利用此类技术来提升测量读数的精确度具有可行性。通过监测其他指标（电流、扭矩、湿度等）来检测混凝土坍落度，此类检测技术不是直接测量混凝土拌合物下降的高度，因此获取的坍落度值是预测值而非准确测量值，因此在准确性方面具有一定地缺陷，但是此类检测技术能够快速获取混凝土实时坍落度，可达到实时在线监测的目的。所以，完善相关监测的指标值与混凝土坍落度之间的关系表，提升关系表的科学性、准确性，减少在准确性方面的缺陷是此类检测技术发展的重中之重。4 结论混凝土坍落度是评估预拌混凝土质量的一项重要指标，探索坍落度的影响因素对于制备高质量混凝土具有重要意义，原材料中对坍落度的影响排序依次是水、砂、石和水泥，而集料的裹浆层厚度可作为混凝土坍落度则有关键影响因素。坍落度检测技术主要有人工检测、自动检测以及通过监测其他指标间接来反应混凝土坍落度值，人工检测方法比较简单、快速，但比较费力，且需要检测人员相互配合工作；自动检测设备则减少了部分或全部的人工操作步骤，在一定程度上提高了检测效率、测量精度且缓解了检测人员的工作量；而通过监测其他指标来预测混凝土的坍落度，此方法效率最高、操作最简便，但需要提前建立相应的关系表。【参考文献】1 夏勇,陈哲,麦俊明,等.基于膜厚度理论对水泥基材料性能的研究进展J.广东建材,2022,38(06):1-5.2 李继全.商品混凝土塌落度自动检测技术研究及检测装置开发D.济南:济南大学,2019.3 方哲形,宁英杰,杨延龙,等.混凝土坍落度自动检测技术J.建筑技术开发,2021,48(12):139-140.4 REINHARDT H W,WSTHOLZ T.About the influence ofthe content and 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