一种复合胶凝材料及采用该复合胶凝材料的地面自流平砂浆

摘要

本发明提供了一种复合胶凝材料，该复合胶凝材料由50－80％的硫铝酸盐水泥、10－30％的硅酸盐水泥和5－30％的石膏组成。本发明的复合胶凝材料，具备快凝、快硬和收缩率低的特性，适用于配制具有特种性能和用途的特种干粉砂浆。本发明还提供一种采用上述复合胶凝材料的地面自流平砂浆，该地面自流平砂浆包括15－35％硫铝酸盐水泥、4－13％硅酸盐水泥、4.5－15％石膏、45－70％细砂、2.5－7％添加剂。本发明的地面自流平砂浆，用硫铝酸盐水泥代替铝酸盐水泥，解决了铝酸盐水泥价高、不易购买的问题，同时也解决了收缩与膨胀之间的矛盾，从而避免自流平层了空鼓、开裂，使粘结强度、抗折抗压强度、耐磨性匀达到了最优化的水平，特别适合于工业厂房、车间、仓储、商业卖场、展厅、体育馆或医院等大面积空间的一体整平及作为环氧地坪、聚氨酯地坪、PVC卷材、片材、橡胶地板、实木地板、金刚板等饰面材之高平整基面。

说明书

技术领域

本发明涉及一种胶凝材料，尤其涉及一种以水泥、石膏为胶结料的复合胶凝材料。本发明还涉及一种自流平砂浆，更具体是涉及一种采用上述复合胶凝材料的地面自流平砂浆。

背景技术

胶凝材料是在物理、化学作用下，能从浆体变成坚固的石状体，并能胶结其他物料，制成有一定机械强度的复合固体的物质。硅酸盐水泥是当今世界上最主要的建筑用胶凝材料，它的熟料以硅酸三钙(C₃S)矿物为主，硅酸盐水泥具有原料储备丰富、生产成本较低、生产工艺成熟的优点。但硅酸盐水泥凝结时间长，早期强度低，收缩率大，耐久性差，对于要配制那些要求固化时间短、早期强度高、收缩率低的特种砂浆，如自流平砂浆，采用单纯的硅酸盐水泥作为胶凝材料是无法达到各方面的性能要求的。

自流平是一种地面施工技术，它是多材料同水混合而成的液态物质，倒入地面后，这种物质可根据地面的高低不平顺势流动，对地面进行自动找平，并很快干燥，固化后的地面会形成光滑、平整、无缝的新基层。地面自流平砂浆是20世纪70年代发展起来的，它由胶凝材料、细骨料及添加剂等混合而成、是一种在现场加水搅拌后即可使用的单组分高强、速凝材料。地面自流平砂浆可为不平的基底提供一个合适的、平整、光滑和坚固的铺垫基底，以架设各种地板材料，如地毯、木地板、PVC、瓷砖等，成为底层自流平，也可直接做为地面负载层使用，成为面层自流平。由于地面自流平砂浆具有非常好的流动性、自流平能力和自光滑能力，即使对于大面积的地面，也能够快速高效获得高平整度地坪，因而广泛用于工业厂房、车间、仓储、商业卖场、展厅、体育馆或医院等大面积空间的一体整平；另外，地面自流平砂浆还具有快速凝固、快速干燥以及低收缩率、高抗压强度和良好的耐磨等特性，使其在作为环氧地坪、聚氨酯地坪、PVC卷材、片材、橡胶地板、实木地板、金刚板等饰面材之高平整基面上也得到越来越广泛的应用。

地面自流平砂浆从胶凝材料的成分看，可分为“水泥基”自流平材料和“石膏基”自流平材料。目前国产的水泥基地面自流平砂浆，其胶凝材料是以铝酸盐水泥、硅酸盐水泥为主，而铝酸盐水泥在全国只有少数地区有生产，所以价位较高且不好购买，另外，可能因为配方设计不甚合理，国产的水泥基地面自流平砂浆，施工后经常会出现收缩、空鼓、开裂、粘结强度不高、抗折抗压强度不高、耐磨性不好等问题；另外，施工时流动度不好或表面不光滑的问题也较为明显。

在硅酸盐水泥基胶凝材料的发展过程中，出现过多种改性的硅酸盐水泥和复合水泥，而不同系列水泥之间的复合也成为近年来研究的热点。二十世纪七十年代，中国发明了硫铝酸盐水泥，其熟料中含有大量硫铝酸钙(C₄A₃)矿物，该水泥具有早强、高强、低碱度和生产能耗低的特点；但不少实验证明，硫铝酸水泥和硅酸盐水泥混合时，在很大的配比范围内将发生复合水泥凝结时间急剧加快，甚至发生急凝，造成早期强度明显降低的问题，因而一般情况下，这两种水泥是不得混合使用的。本发明人经过反复试验，却发现当硫铝酸盐水泥掺入适量的硅酸水泥和石膏等材料，可以制得快硬、早强、高强及干缩率低的复合胶凝材料体系，从而降低特性水泥的生产成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种原材料来源广、成本较低且具有早强、高强和收缩率低的复合胶凝材料。

本发明的另一个目的是提供一种采用上述胶凝材料的地面自流平砂浆，该砂浆具有优异的的流动度、收缩率、抗压强度、拉伸粘结强度和耐磨性。

为实现以上目的，本发明的复合胶凝材料包括硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥和石膏，硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥、石膏在复合胶凝材料中的重量百分比为：硫铝酸盐水泥50-80％、硅酸盐水泥10-30％、石膏5-30％。

上述硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥、石膏在复合胶凝材料中的重量百分比优选为：硫铝酸盐水泥55-70％、硅酸盐水泥12-26、石膏13-30％。

上述硅酸盐水泥优选强度42.5R的硅酸盐水泥，石膏优选细度为大于或等于200目的天然硬石膏或∝型半水石膏。

本发明的复合胶凝材料利用硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥和石膏在一定的比例下混合后能反应生成具有膨胀特性的钙矾石，使其具备快凝、快硬和收缩率低的特性，从而可用于制备以缩短工期，快速交付使用为目的的各种快硬性砂浆、以获得优良修补性能为目的的各种修补砂浆、以快凝、早强、低收缩率为目的的自流平砂浆，还可用于作为防水堵漏材料及墙地砖粘贴用水泥基砂浆。

本发明还提供一种地面自流平砂浆，该地面自流平砂浆包括胶凝材料、细纱和添加剂，其特征在于：所述胶凝材料由硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥和石膏构成，各组分在地面自流平中的重量百分比为硫铝酸盐水泥15-35％、硅酸盐水泥4-13％、石膏4.5-15％、细砂45-70％、添加剂2.5-7％。

上述添加剂包括可再分散乳胶粉、缓凝剂、超塑化剂、消泡剂和稳定剂，各添加剂在地面自流平砂浆中的重量百分比为：可再分散乳胶粉2-5％、缓凝剂0.03-0.08％、超塑化剂0.1-0.7％、消泡剂0.1-0.2％、稳定剂0.06-0.15％。

为了更好提高自流平砂浆早期的强度，上述添加剂还包括早强剂，早强剂在地面自流平砂浆中的重量百分比为0.1-0.2％。

为了增加地面自流平砂浆的粘度，减少塑性及化学收缩，解决地面自流平砂浆的流动度与离析之间的矛盾，上述超塑化剂优选干酪素、稳定剂优选羟乙基纤维素醚。

上述超塑化剂优选聚羧酸醚高效减水剂，稳定剂优选阴离子型高分子共聚物。

上述消泡剂优选矿物油/聚二烯类消泡剂。

为了使面层自流平具有亮丽的色彩，上述添加剂还包括有颜料，颜料的添加量为地面自流平砂浆重量的0.5-3.5％。

上述细砂优选30-150目的精制石英砂或河砂。

本发明的地面自流平砂浆，具有如下的优点：

1、本发明采用来源广的硫铝酸盐水泥代替铝酸盐水泥与硅酸盐水泥和石膏复合做自流平砂浆的胶凝材料，解决了铝酸盐水泥价高、不易购买的问题，同时保留了自流平砂浆快硬、早强、高强及收缩率低的特性。

2、本发明使用均匀设计法对硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥和石膏进行了最优化实验，找出了三元体系的最优化配比，解决了收缩与膨胀之间的矛盾，从而避免了空鼓、开裂，使粘结强度、抗折抗压强度、耐磨性匀达到了最优化的水平。

3、本发明利用超塑化剂的非牛顿流体特性与稳定剂的牛顿体流体特性相结合，解决了施工时流动度损失大，施工后表面不光滑平整、离析起尘、沉降和不均匀的问题，使自流平具有非常好的自流平能力、自愈合能力和自光滑能力。

具体实施方式

一、复合胶凝材料

本发明采用均匀设计的思想和方法，设定硫铝酸盐水泥所占比例大于40％，石膏掺量0-30％，硅酸盐水泥掺量0-30％进行最优化实验，确定最佳配合比，使复合胶凝材料达到早强、高强、快硬及最小收缩率的同时降低硫铝酸盐水泥的成本。硅酸盐水泥优选强度为42.5R的硅酸盐水泥，石膏优选细度≥200的硬石膏。

表1原材料配比设计及性能测试结果

表2原材料配比设计及改性能测试结果

由表1、表2的实验数据可以看出，当硫铝酸盐水泥的量为50-80％、硅酸盐水泥的量取10-30％、石膏的量取5-30％10时，凝结时间、抗压强度、抗折强度和收缩率比较好，但10、13、14号配方得到的胶凝材料，其快凝、抗压、抗折和收缩率均能达到理想的要求，故确定硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥和石膏的最佳配比是硫铝酸盐水泥55-70％、硅酸盐水泥12-26、石膏13-30％。

二、地面自流平砂浆

实施例1

1、面层自流平配方

硫铝酸盐水泥                      300.00Kg

硅酸盐水泥(42.5R)                 126.00Kg

石英砂(100-120目)                 461.50Kg

硬石膏(细度≥200)                 65.00Kg

可再分散乳胶粉                    40.00Kg

酒石酸                            0.50Kg

碳酸锂                            2.00Kg

德国巴斯夫2651超塑化剂            1.50Kg

美国strukto12289消泡剂            2.00Kg

德国巴斯夫3003F稳定剂             1.50Kg

合计                              1000Kg

2、性能测试

所得的面层自流平性能为：流动度142mm，可操作时间大于40min，抗压强度43.5MPa，收缩率0.034％，拉伸粘结强度1.49MPa，耐磨性0.38g。

实施例2

1、底层自流平配方

硫铝酸盐水泥                     165.00Kg

硅酸盐水泥(42.5R)                50.00Kg

精制河砂砂(50-80目)              668.40Kg

硬石膏(细度≥200)                85.00Kg

可再分散乳胶粉                   20.00Kg

酒石酸                           0.80Kg

碳酸锂                           2.00Kg

干酪素                           6.00Kg

美国strukto12289消泡剂           2.00Kg

德国tylose H300P2稳定剂          0.80Kg

合计                             1000.00Kg

2、性能测试

按上述重量百分比加料混合，按水灰比26％加水搅拌后施工，所得的底层自流平性能为：流动度153mm，可操作时间大于45min，抗压强度37.5MPa，收缩率0.085％，拉伸粘结强度1.1MPa，耐磨性0.46g。

实施例3

1、彩色面层自流平配方

硫铝酸盐水泥                    280.00Kg

硅酸盐水泥(42.5R)               50.00Kg

精制河砂(100-120目)             522.50Kg

∝型半水石膏(细度≥200)                70.00Kg

德国waker可再分散乳胶粉5011N           50.00Kg

酒石酸                                 0.50Kg

碳酸锂                                 2.00Kg

德国巴斯夫2651超塑化剂                 2.00Kg

美国strukto12289消泡剂                 2.00Kg

德国巴斯夫3003F稳定剂                  1.00Kg

颜料                                   20.00Kg

合计                                   1000.00Kg

2、性能测试

按上述重量百分比加料混合，按水灰比23％加水搅拌后施工，所得的彩色面层自流平性能为：流动度137mm，可操作时间大于40min，抗压强度39.5MPa，收缩率0.023％，拉伸粘结强度1.54MPa，耐磨性0.32g。

三、对比实验

1、稳定剂对比实验

按下述配方，分别使用德国tyloseH300P2稳定剂(最佳加量0.08％)和德国巴斯夫3003F稳定剂(最佳加量0.2％)，进行平行对比实验：

硅酸盐水泥(42.5R)             126.00Kg

硫铝酸盐水泥                  300.00Kg

砂                            490.00Kg

硬石膏                        65.00Kg

可再分散乳胶粉                10.00Kg

缓凝剂酒石酸                  0.50Kg

早强剂碳酸锂                  2.00Kg

德国巴斯夫超塑化剂2651                1.50Kg

美国struktol消泡剂2289                2.00Kg

加水量：                              240Kg

按上述配方施工后发现，加入德国tyloseH300P2的自流平，四周产生白色的水迹，有一定离析，且倾斜时，离析现象更为明显，在实际施工中会造成自流平不均匀，空鼓、表面起尘，粘结强度差，耐磨性差等问题，而且还会造成自流平砂浆的缓凝，其24小时抗压强度只有8.7MPa。而加入德国巴斯夫3003F的自流平，则均匀一致，具有很好的抗沉淀性，且表面平滑，3003F不会对砂浆造成缓凝，其24小时抗压强度可达到18.5MPa。

2、干酪素的自愈合性能实验

使用实例2的配方，分别在8、15、30、45、60min时用铲刀在自流平表面划一道，可以看到使用干酪素做为超塑化剂，可在45min时仍具有很好的自愈合性能，这在实际施工中，可以使施工工具划过的地方自动愈合，从而达到光滑平整的表面。

由以上实验可以看出，当超塑化剂采用聚羧酸醚高效减水剂时，稳定剂采用德国巴斯夫3003F(阴离子型高分子共聚物)可以解决空鼓、表面起尘，粘结强度差，耐磨性差等问题。而当超塑化剂采用干酪素时，稳定剂采用德国tyloseH300P2(羟乙基纤维素醚)，自流平层也具有很好的自愈合能力。