CN108264315A - 膨胀可控的建筑用砂浆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种膨胀可控的建筑用砂浆，其原料包括：质量比为1∶(0.9～2.9)∶(0.5～0.8)∶(0.1～0.3)∶(0.5～3)的硫铝酸盐水泥熟料、石膏、石灰、偏高岭土和砂，还包括水固比为(0.5～3)的水。本发明的原料简单易得，成本低，砂浆不仅强度高、早期强度发展快、膨胀率大、后期强度不倒缩，而且强度及膨胀率均可控。同时本发明制备砂浆的方法步骤简单，无需经过复杂的处理，适合大规模应用，实用性强。

Description

膨胀可控的建筑用砂浆及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种膨胀可控的建筑用砂浆及其制备方法，属建筑材料领域。

背景技术

水泥砂浆作为建筑工程常用的材料之一，可以用于工程的基础灌浆、抹面、施工缝嵌固及修补加固领域，还可用于大型机器设备的锚固等。然而传统的水泥砂浆硬化后会出现较大的收缩，用于灌浆时难以充填密实，用于抹面时容易产生开裂、脱落，导致墙面装饰效果变差，而用于修补领域时，会在修补材料与结构体间再次出现缝隙，影响修补效果。此外，水泥砂浆作为修补材料时还存在凝结硬化慢、早期强度偏低的缺点，会使修补工程的工期延长，难以满足某些工程快速抢修的需求。为了满足各种工程的实际需求，研究人员开发出了多种具备不同性能优势的砂浆。

公告日为2013年9月4日，公告号为CN102432254B的中国专利中，公开了一种以硫铝酸盐水泥、缓凝剂、早强剂、稳定剂、骨料等组成的砂浆，大幅度提高了砂浆的早期强度，并具有流动性好、凝结时间可控等优点，可广泛应用于充填、锚固、灌浆、结构补强等方面。但该砂浆仍然存在一定的收缩性，难以起到充填密实的效果。

通过改变组分或添加膨胀剂等方式可以使砂浆具有膨胀能力，这样砂浆在凝结硬化过程中产生膨胀，就可以起到补偿收缩的作用，并能充分填充砂浆的孔隙，提高密实性，进而提高其耐久性。

例如公布日2015年1月7日，公布号为CN104261749A的中国专利中，就公开了一种具有膨胀性能的水泥基材料，主要由硅酸盐水泥、聚合物、稳定剂、分散剂等组成，其中聚合物组分遇水或遇油后会产生较大的膨胀，使裂缝愈合。由于掺加较多的特殊聚合物和有机稳定剂等，会使砂浆的成本大增，难以大规模应用，且膨胀率仅为0.1％左右。

发明内容

发明目的

本发明的一个目的是提供一种膨胀可控的建筑用砂浆，该砂浆不仅强度高、早期强度发展快、膨胀率大、后期强度不倒缩，而且强度及膨胀率均可控。

本发明的另一个目的是提供上述膨胀可控的建筑用砂浆的制备方法。

发明概述

一种膨胀可控的建筑用砂浆，其特征在于：所述建筑用砂浆的原料包括：质量比为1∶(0.9～2.9)∶(0.5～0.8)∶(0.1～0.3)∶(0.5～3)的硫铝酸盐水泥熟料、石膏、石灰、偏高岭土和砂，还包括水固比为(0.5～3)的水。

优选的，所述建筑用砂浆的原料中还包括质量不大于硫铝酸盐水泥熟料质量0.5％的缓凝剂。

缓凝剂可以延长水泥熟料的凝结时间，使砂浆能在较长时间内保持塑性，方便输送。本领域技术人员可以根据实际需要添加缓凝剂，可以为常规缓凝剂，例如所述缓凝剂为柠檬酸、糖钙或木质素磺酸盐中的一种。

优选的，所述建筑用砂浆的原料中还包括质量不大于硫铝酸盐水泥熟料质量0.2％的消泡剂。

消泡剂可以用于去除水泥浆体中的气泡，提高砂浆的力学性能和抗渗性能，可以为常规的消泡剂，例如所述消泡剂为聚醚消泡剂或有机硅消泡剂中的一种。

优选的，所述硫铝酸盐水泥熟料包括质量百分数不低于60％的硫铝酸盐类矿物，余量包括硅酸二钙和铁、铝相矿物，所述硫铝酸盐类矿物为无水硫铝酸钙、无水硫铝酸钡钙或无水硫铝酸锶钙中的一种或两种以上的混合物。

优选的，所述石膏为天然石膏或脱硫石膏。所述的脱硫石膏为工业副产品，以便更加节省成本。

优选的，所述石灰为生石灰或熟石灰。为了反应更加快速，更优选采用熟石灰。

优选的，所述砂的细度模数在2.3～3.0之间。本领域技术人员可以根据需要可以采用天然砂或机制砂。

作为本领域技术人员公知的，所述的偏高岭土是由高岭土经600～800℃高温煅烧后脱水得到的，具有高活性的无水硅酸铝。

本发明的另一个目的是提供上述膨胀可控的建筑用砂浆的制备方法，其步骤包括：将硫铝酸盐水泥熟料、石膏、石灰、偏高岭土和砂按质量比为1∶(0.9～2.9)∶(0.5～0.8)∶(0.1～0.3)∶(0.5～3)混合后，将余下组份混合均匀后加入混合物中，搅拌均匀即得到所述膨胀可控的建筑用砂浆。

根据是否需要加入缓凝剂和/或消泡剂，可以将缓凝剂和/或消泡剂溶解在水中，与水一起加入混合物中。

本发明的砂浆在早期水化阶段，硫铝酸盐水泥熟料中所含的硫铝酸盐类矿物、石膏中的硫酸钙以及石灰中的氢氧化钙与水接触后会快速发生水化反应，生成大量呈针棒状的钙矾石晶体及六方板状的单硫型水化硫铝酸钙晶体，两种晶体互相交错不断生长，形成砂浆材料的骨架结构，而另一些水化产物铝凝胶等则填充在空隙中，使骨架更加牢固，从而提高了砂浆的早期强度以及膨胀能力。同时，偏高岭土在早期水化阶段起到悬浮剂的作用，并且可以改善砂浆的工作性。

本发明的砂浆在后期水化阶段，硫铝酸盐水泥熟料中的硅酸二钙会发生水化反应生成水化硅酸钙和氢氧化钙，偏高岭土中的无水硅酸铝则会与氢氧化钙反应生成水化铝酸钙相及水化硅酸钙凝胶，水化硅酸钙凝胶填充于骨架中，可以使骨架更加牢固。而水化铝酸钙又会继续与剩余的石膏反应生成钙矾石晶体，加强骨架结构，保证了膨胀材料后期强度的稳步增长，防止倒缩。

优选的，

硫铝酸盐水泥熟料、石膏、石灰、偏高岭土和砂质量比为1∶(0.9～1.7)∶(0.65～0.8)∶(0.1～0.2)∶(1.5～3)，所得砂浆强度较高，1d抗压强度即可达10MPa以上，28d抗压强度可达20～30MPa。

硫铝酸盐水泥熟料、石膏、石灰、偏高岭土和砂质量比为1∶(1.7～2.9)∶(0.5～0.65)∶(0.2～0.3)∶(0.5～1.5)，所得砂浆具有高的膨胀性能，28d砂浆的膨胀率可达2.0％～3.5％。

本发明的原料简单易得，成本低，砂浆不仅强度高、早期强度发展快、膨胀率大、后期强度不倒缩，而且强度及膨胀率均可控。同时本发明制备砂浆的方法步骤简单，无需经过复杂的处理，适合大规模应用，实用性强。

具体实施方式

接下来结合实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述，但本发明绝不局限与此，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明的实施例中所用的硫铝酸盐水泥熟料1为购自唐山北极熊建材有限公司的工业熟料，含有无水硫铝酸钙含量为65％，其余为贝利特即硅酸二钙(16％)、铁相(5％)、钙铝相(8％)、杂质(6％)。

本发明的实施例中所用的硫铝酸盐水泥熟料2由实验室高温炉自行合成，含有无水硫铝酸钡钙(76％)、贝利特(12％)、硫酸钡(5％)和少量杂质。

本发明的实施例中所用的硫铝酸盐水泥熟料3由实验室高温炉自行合成，含有无水硫铝酸钙(92％)，硫酸钙(3％)，其余为钙铝相。

本发明的实施例中天然石膏购自上海徽润建材有限公司，脱硫石膏来自苏州中电脱硫石膏供应有限公司。石灰为购自浙江杭州建德宏伟钙粉厂的熟石灰，偏高岭土为购自湖南超牌科技有限公司的超牌高活性偏高岭土，砂为河砂(经筛分析实验，河砂的细度模数为2.6)。各实施例中未掺入缓凝剂，聚醚类消泡剂掺量为硫铝酸盐水泥熟料的0.1％。

实施例1～7及对比例1～3

参照GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》中水泥胶砂的制备方法，将硫铝酸盐水泥熟料、石膏、石灰、偏高岭土按顺序加入到搅拌锅中，首先开动搅拌机低速搅拌120s进行干混，混合均匀后按照0.5的水固比将掺加聚醚类消泡剂的水加入其中。启动搅拌机搅拌，低速搅拌60s，在第二个30s开始时加入砂，30s内加完，高速搅拌30s，停拌90s，再高速搅拌60s后停机。搅拌结束后立即将砂浆装入40mm×40mm×40mm和40mm×40mm×160mm的试模并振实成型。1d后拆模，将试件放入标准养护室中养护至相应龄期，分别测试其抗压强度和膨胀性能。其原料的质量比如表1所示：

表1各实施例原料的质量比

实施例	硫铝酸盐水泥熟料	石膏	石灰	偏高岭土	砂
						实施例1	1	0.90	0.80	0.10	3.00
实施例2	1	1.14	0.75	0.13	2.50
						实施例3	1	1.38	0.70	0.16	2.00
实施例4	1	1.70	0.65	0.19	1.50
						实施例5	1	2.00	0.60	0.22	0.90
实施例6	1	2.45	0.55	0.25	0.70
						实施例7	1	2.90	0.50	0.28	0.50
对比例1	1	0	0.70	0.16	2.00
						对比例2	1	1.38	0	0.16	2.00
对比例3	1	2.90	0.50	0	0.50

其中，实施例1和实施例2采用硫铝酸盐水泥熟料1，实施例3和实施例4采用硫铝酸盐水泥熟料2，实施例5～7采用硫铝酸盐水泥熟料3。对比例1和对比例2采用硫铝酸盐水泥熟料2，对比例3采用硫铝酸盐水泥熟料3。

实施例1、实施例3、实施例5、实施例7和对比例2、对比例3采用天然石膏，其余实施例采用脱硫石膏。两种石膏中的主要成分均为二水硫酸钙，并且含量相同。

上述实施例的抗压强度和膨胀率如表2所示：

表2各实施例试件的抗压强度和膨胀率

从表2中可以看到随着原料组成的不同，实施例1-7不同龄期试件的抗压强度均呈现先上升后下降的趋势。测得的1d强度中，实施例4的试件强度最高，达13.2MPa，实施例1的试件强度最低，但也有8.5MPa。后期实施例3的试件强度发展最快，28d强度可达30.9MPa，而实施例7的试件28d强度则只有12.8MPa。因此根据原料组成的不同可获得具有不同强度，以及不同强度发展速度的砂浆。

膨胀率测定结果显示各实施例中的试件均有所膨胀，实施例1-4的试件膨胀率较小，28d膨胀率均小于1％。实施例5-7的试件膨胀率大增，实施例7的试件28d膨胀率则达到3.42％。观察单一实施例不同龄期的膨胀率，可以发现试件的膨胀发展主要集中在3d龄期内，后期虽有增长但不显著。所以根据原料组成的不同也可获得不同的膨胀率及膨胀速率。

从对比例的实验数据可以看出，各组分的缺失对材料性能影响较大。石膏的加入能有效提高砂浆材料的强度及膨胀率(参见实施例3和对比例1的比较)。石灰的加入也会部分提高砂浆材料的强度及膨胀率(参见实施例3和对比例2的比较)。偏高岭土的加入则能有效提升膨胀性能，并有利于砂浆材料后期的强度发展，防止强度倒缩(参见实施例7和对比例3的比较)。优选的，硫铝酸盐水泥熟料、石膏、石灰、偏高岭土和砂质量比为1∶(0.9～1.7)∶(0.65～0.8)∶(0.1～0.2)∶(1.5～3)时，所得砂浆强度较高。硫铝酸盐水泥熟料、石膏、石灰、偏高岭土和砂质量比为1∶(1.7～2.9)∶(0.5～0.65)∶(0.2～0.3)∶(0.5～1.5)，所得砂浆具有高的膨胀性能。

结果表明，本发明的砂浆具有强度高、早期强度发展快、膨胀率大、强度及膨胀率均可控等优点。通过改变原材料中水泥熟料、石膏、石灰等组分的比例，使三硫型水化硫铝酸钙(钙矾石)、单硫型水化硫铝酸钙和铝凝胶等水化产物的生成量发生了变化。由于每种水化产物对强度和膨胀性能的贡献均不相同，如钙矾石对膨胀性能和强度均有较大贡献，而铝凝胶则对强度影响较大。同时，不同的水化产物之间也会存在相互作用。由于水化产物之间的比例等因素决定了微观结构的形成状态，因此影响了砂浆材料包括强度和膨胀率在内的宏观性能。所以可以实现对砂浆材料的强度和膨胀率进行主要控制。此外改变偏高岭土和砂所占比例及水固比可以对砂浆的性能进行进一步的调节、优化。

在实际使用的过程中，根据其对所使用材料的强度和膨胀率等技术指标的要求，选择不同配比的原料得到膨胀可控的建筑用砂浆来满足实际需求。

Claims (10)

1.一种膨胀可控的建筑用砂浆，其特征在于：所述建筑用砂浆的原料包括：质量比为1∶(0.9～2.9)∶(0.5～0.8)∶(0.1～0.3)∶(0.5～3)的硫铝酸盐水泥熟料、石膏、石灰、偏高岭土和砂，还包括水固比为(0.5～3)的水。

2.如权利要求1所述的膨胀可控的建筑用砂浆，其特征在于：所述建筑用砂浆的原料中还包括质量不大于硫铝酸盐水泥熟料质量0.5％的缓凝剂。

3.如权利要求2所述的膨胀可控的建筑用砂浆，其特征在于：所述缓凝剂为柠檬酸、糖钙或木质素磺酸盐中的一种。

4.如权利要求1所述的膨胀可控的建筑用砂浆，其特征在于：所述建筑用砂浆的原料中还包括质量不大于硫铝酸盐水泥熟料质量0.2％的消泡剂。

5.如权利要求4所述的膨胀可控的建筑用砂浆，其特征在于：所述消泡剂为聚醚消泡剂或有机硅消泡剂中的一种。

6.如权利要求1所述的膨胀可控的建筑用砂浆，其特征在于：所述硫铝酸盐水泥熟料包括质量百分数不低于60％的硫铝酸盐类矿物，余量包括硅酸二钙和铁、铝相矿物，所述硫铝酸盐类矿物为无水硫铝酸钙、无水硫铝酸钡钙或无水硫铝酸锶钙中的一种或两种以上的混合物。

7.如权利要求1所述的膨胀可控的建筑用砂浆，其特征在于：所述砂的细度模数在2.3～3.0之间。

8.如权利要求1所述的膨胀可控的建筑用砂浆，其特征在于：所述硫铝酸盐水泥熟料、石膏、石灰、偏高岭土和砂质量比为1∶(0.9～1.7)∶(0.65～0.8)∶(0.1～0.2)∶(1.5～3)。

9.如权利要求1所述的膨胀可控的建筑用砂浆，其特征在于：所述硫铝酸盐水泥熟料、石膏、石灰、偏高岭土和砂质量比为1∶(1.7～2.9)∶(0.5～0.65)∶(0.2～0.3)∶(0.5～1.5)。

10.一种权利要求1-9中任一项所述膨胀可控的建筑用砂浆的制备方法，其特征在于：其步骤包括：将硫铝酸盐水泥熟料、石膏、石灰、偏高岭土和砂按质量比为1∶(0.9～2.9)∶(0.5～0.8)∶(0.1～0.3)∶(0.5～3)混合后，将余下组份混合均匀后加入混合物中，搅拌均匀即得到所述膨胀可控的建筑用砂浆。