水泥基砌墙砖灌浆料的研制

1背景

GB-T2542-2012《 砌墙砖试验方法》， 2013.9月实施，其中GB-T25183-2010《 砌墙砖抗压强度试验用净浆材料》对砌墙砖灌浆料的各项性能做了详细的规定。市面上虽然有相关的专用灌浆料可采购，但性能参差不齐，存在许多缺点：流动性不够好，不足以自流平、自密实;凝结时间太长、4h强度不够，明显不满足GB-T25183-2010中的要求。考虑水泥取材方便，为方便全国各地各试验室都容易获得符合要求的净浆材料，本课题主要依据GB-T25183-2010《 砌墙砖抗压强度试验用净浆材料》的要求，研制水泥基砌墙砖抗压强度试验用净浆材料。

2基本性能要标和净浆料基础配方

1.依据GB-T25183-2010的要求

表1净浆材料物理指标的要求

2.对水泥基砌墙砖抗压强度试验用净浆材料的研究，是基于表2基础配方下进行，试验按《水泥基灌浆材料》(JC/T986--2005)的要求进行实验，对掺量不同的添加剂进行实验时，质量百分比为净浆料总质量的百分比。

表2 水泥基砌墙砖抗压强度试验用净浆材料基础配方

3胶凝材料的物化反应原理

硅酸盐水泥拌合水后，四种主要熟料矿物与水反应后产物如下：

硅酸三钙(C3S)

硅酸三钙在常温下的水化反应生成水化硅酸钙(C-S-H凝胶)和氢氧化钙。

3CaO·SiO2+nH2O=xCaO·SiO2·yH2O+(3-x)Ca(OH)2

硅酸二钙的水化(C2S)

β-C2S的水化与C3S相似，只不过水化速度慢而已。

2CaO·SiO2+nH2O=xCaO·SiO2·yH2O+(2-x)Ca(OH)2

铝酸三钙

铝酸三钙水化迅速

2(3CaO·Al2O3)+27H2O=4 CaO.Al2O3·19H2O+2 CaO.Al2O3·8H2O

铁相固溶体(C4AF)

水化比铝酸三钙略慢，水泥或多或少都有一定量的石膏存在，一般它的反应方式如下

4CaO.Al2O3·Fe2O3+4 Ca(OH)2+22 H2O=[4CaO.(Al2O3,Fe2O3)·13 H2O]

普通硫铝酸盐水泥的水化如下：

3CaO·Al2O3·CaSO4+ 2(CaSO4·2H2O)+34H2O→

3CaO·Al2O3·CaSO4·32H2O+2 (Al2O3·3H2O)(gel)

2CaO·SiO2+3H2O→3CaO- Al2O3- H2O+ Ca(OH)2

本次试验因配方中CaSO4·2H2O相对比较充足，Ca(OH)2的浓度也比较高，所以会接着发生以下水化反应：

Al2O3·3H2O)(gel)+ Ca(OH)2+20H2O→3CaO·Al2O3·CaSO4·32H2O

从以上的物理化学反应里看出，采用普通硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥复合，可以产生如下水化过程：

C4A3S+2CSH2+34H= C3A .CSH32+ AH3 (gel) ;C3A +3CSH2+26H= C3A .3CSH32

C3S+H=C-S-H(gel)+2CH ;溶液中随着CH的浓度增加，促使下列反应发生:

AH3 (gel)+3CH+3CSH2+20H= C3A .3CSH32

4胶凝材料的比例确定

在普通硅酸盐水泥中加入铝酸盐水泥会对改变普通硅酸盐水泥的水化进程。硫铝酸盐的加入，加快材料的凝结时间，促使早期钙矾石迅速生长，钙矾石是一种体积膨胀的针状晶体，可以填充硬化浆体内部空隙，使材料密实度提高，抑制硬化浆体的收缩，提高材料的早期强度。

通过试验得出普硅水泥和硫铝水泥凝结时间和强度关系：

配比：胶凝材料为材料总量的40%，胶砂总量的0.5

图1：硫铝水泥掺量和凝结时间的关系

图2：硫铝水泥掺量和胶砂抗压强度的关系

从以上的试验结果中得出硫铝在总胶材的掺量在35%-65%之间凝结时间最短，都能控制在50分钟以内，但还不能满足GB-T25183-2010的要求，此掺量的1天抗压强度在15MPa左右，也达不到19-21MPa的要求

5外加剂配比的确定

5.1为了缩短凝结时间、提高4h抗压强度、和流动度。我们采了相应的外加剂。水泥用量通过图1和图2已基本确定，为了进一步减少收缩，提高压强，我们加入1.0nm以下的细砂作为填料，基础试验配方暂定如下：

5.2我们通过正交试验确定外加剂的量

常用减水剂有萘系和羧酸，本课题中表1中要求流动度160-164mm，两种都可满足要求，考虑收缩、强度和良好的工作性，我们采用羧酸系列，配制的出来净浆流动度普遍可到200mm以上。超早强剂有碳酸锂、甲酸钙、氯化锂、硫酸亚铁，本课题中我们选用碳酸锂作来超早强剂。为了进一步提高浆体的压强、减少干缩，避免搅拌引入汽泡我们采用了消泡剂来提高净浆的密实度。为了得出的各种材料对砂浆性能的影响，分析得出合理配比，我们安排了三因素三水平的正交试验，试验因素与水平见下表所示。

注：试验结果的判断以表1为参照

6试验结果分析

从上面的数据中看出方案2、4、7最符合表的中的各项指标要求。综合各种因素，确定方案4为最佳配比。

6.1.因减水剂用的是聚羧酸，故流动度都大于表1里规定的160mm，此是笔者特定设计的，更能满足实际工作要求。如非要流动度度做160-164之间，可采用萘系减水剂或适量添高粘的HPMC来达到表1规定要求。

6.2超早剂的添加不但调整了初凝、终凝时间，还使4h抗压强发了变化，正交试验得出超早强剂的最佳 掺量为0.28%(以水泥用量计)

6.3适量添加消泡剂，提高浆体的密实度、减少了浆体的空隙率、减少了浆体的收缩、还能在一定程上提高了抗压强度，本次试验方案中得出消泡剂最佳掺量为1.5%(以水泥用量计)

7结论

本课题用42.5硅酸盐水泥26%，硫铝酸盐水泥按14%(水泥总量不变)，细砂填料58%，做对比性实验净浆料，基础试验配比如表5.1;通过正交实验(见表5.2)所得数据，得出三种外加剂的最佳比例。

通过试验得出水泥基砌墙砖灌浆料的最佳配比如下：

作者：刘强:苏州市吴江滨湖检测技术有限公司，周雅芳：苏州市建设工程质量检测中心有限公司,金怡：苏州市吴江区建筑安装管理处

参考文献：

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[3] 夏艺.干粉砂浆外加剂的研究[D].南京:东南大学,2005.

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[5]JGJ70-2009.建筑砂浆强度检测方法标准[S].

[7]DBJ15-XX-2004.干粉砂浆应用技术规程[S].

[8] GB-T2542-2012《 砌墙砖试验方法》

[9] GB-T25183-2010《 砌墙砖抗压强度试验用净浆材料》

[10] 《水泥基灌浆材料》(JC/T986--2005)