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三元复合胶凝体系聚合物水泥防水砂浆的性能与应用

来源:未知 作者:admin 时间:2014-07-22 点击:
导读:聚合物水泥防水砂浆在低温环境中由于水化反应不完全,产品早期抗压强度低、易粉化、抗渗性能差、防水效果不好使其应用受到限制。采用硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥和无水石膏三元复合胶凝体系制备聚合水泥防水砂浆,对防水砂浆的性能进行研究和应用发现,在聚合物
三元复合胶凝体系聚合物水泥防水砂浆的性能与应用
方楚燕1,瞿金清2
[1.德高(广州)建材有限公司,广东广州510235;2.华南理工大学化学与化工学院,广东广州510640]

0 前言
有效地解决建筑结构渗漏,延长建筑物的寿命一直是建筑技术的难题。除了通过密实结构达到防水抗渗以外,防水材料的使用成为一项必不可少的防水手段。与传统仅用水泥基水硬性材料防水不同,聚合物水泥防水砂浆既含有无机水硬性胶凝材料,又含有机高分子树脂,其中的无机粘结剂水泥可以提供耐水性骨架、与基面的机械粘结力、长期的耐久性和强度增长性;聚合物可以对水泥体系进行增强,聚合物均匀地分布于砂浆体系中,成膜后能增强体系的内聚力,增加体系的密实度,减少裂缝的产生。然而现有聚合物防水砂浆在低温环境中由于水化反应不完全,产品早期抗压强度低、易粉化、抗渗性能差、防水效果不好使其应用受到限制。目前对聚合物砂浆的研究主要集中在聚合物共混改性水泥砂浆,聚合物种类、掺量对水泥砂浆性能的影响,而对复合无机粘结料的配伍性研究较少,对改性机理的研究有待进一步加强。本文采用硅酸盐水泥-硫铝酸盐水泥-无水石膏三元复合胶凝体系作为聚合物水泥防水砂浆的主要组成,提高在低温环境下的产品性能,研究了胶凝体系对聚合物水泥防水砂浆性能的影响及应用。
 
1 实验
1.1 原材料
硅酸盐水泥(简称OPC):采用广州市花都水泥有限公司的P·Ⅱ42.5R 水泥作为聚合物水泥防水砂浆的主要胶凝材料,密度3.07 g/cm3,80 μm 筛筛余4.8%,比表面积360 m2/kg,标准稠度27%。
硫铝酸盐水泥(简称CSA):唐山六九水泥厂的快硬硫铝酸盐水泥作为聚合物水泥防水砂浆的第2 种胶凝材料,比表面积417 m2/kg。
石膏(简称Cs):采用国产无水石膏作为第3 种胶凝材料,其主要组成:CaSO4 82%,CaO 1.2%,MgO 38.2%,SO3 48.2%,H2O 0.5%。
聚合物乳液(简称POL):采用巴斯夫SD623 丁苯乳液。
1.2 聚合物水泥防水砂浆的制备方法
硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥和石膏种类及掺量经过大量的实验进行筛选,得知以硅酸盐水泥为主的产品体系选择无水石膏作为缓凝剂和水化促进剂较好,石膏掺量为3%~5%,双组分聚合物水泥防水砂浆粉剂的配方见表1。
双组分聚合物水泥防水砂浆粉剂的基础配方
双组分聚合物水泥防水砂浆水剂配方质量分数:SD623,40%;消泡剂,0.1%;杀菌剂,0.1%;水,59.8%。
1.3 聚合物防水砂浆的性能测试方法
(1)聚合物水泥防水砂浆的抗折、抗压强度试件规格为40 mm×40 mm×160 mm,根据DL/T 5126—2001《聚合物改性水泥砂浆试验规程》中的规定成型、养护,至规定龄期后测试强度。
(2)防水砂浆涂膜抗渗压力(涂层抗渗)依据GB 23440—2009《无机防水堵漏材料》进行测试,涂膜总厚度约为2 mm。
(3)防水砂浆的吸水率根据JC/T 984—2011《聚合物水泥防水砂浆》和DL/T 5126—2001 进行测试,浆料涂刷在40 mm×40 mm×160 mm 的试块上,涂膜厚度为5 mm。
(4)防水砂浆的横向变形能力根据JC/T 1004—2006《陶瓷墙地砖填缝剂》附录B 进行测试。
(5)防水砂浆收缩率试验,根据JC/T 984—2011 和JC/T603—2004《水泥胶砂干缩试验方法》进行成型、养护和试验。
 
2 结果与讨论
2.1 聚合物防水砂浆凝结时间分析
表2 为常温和低温环境下聚合物水泥防水砂浆的凝结时间。
不同温度环境下聚合物防水砂浆的凝结时间变化
表2 表明,以硅酸盐水泥为主的体系,影响凝结时间是硅酸盐水泥的熟料C3A(铝酸三钙),加入一定量的硫铝酸盐水泥,相当于引入早期活性相当高的C4A3S(无水硫铝酸钙),而石膏的加入也对体系起到促进水化反应的作用。所以三元复合胶凝体系加快了体系的早期水化速度,明显缩短了聚合物水泥防水砂浆的凝结时间。以下为三元胶凝体系的水化反应过程:
水化反应:
C4A3S+CSH+(32-6x)H+CSHx (硫酸盐)→C6AS3H32+2AH3
或:C4A3S+CSH+(32-6x)H+CSHx→C6AS3H32+C3ACSH10
而AH3 与C3ACSH10 在硫酸盐存在下又反应生成钙矾石。
其中,C4A3S 是硫铝酸盐水泥的主要熟料成分,CSH 是硅酸盐水泥的水化产物—— —水化硅酸钙,CSHx (硫酸盐)是无水石膏溶解在水中的产物。
水化产物钙矾石的主要特点是:(1)形成速度快;(2)高结合水能力;(3)收缩补偿的能力。钙矾石的快速生成,缩短了体系的凝结时间,提高了体系的早期强度并降低收缩率。从表2 还可以得知,三元胶凝体系的收缩率比单一胶凝体系的收缩率低很多。
2.2 常温和低温环境下聚合物防水砂浆的抗压和抗折强度
防水砂浆的强度发展,主要来自胶凝体系中水泥的水化,据文献[2]可知,由于无水石膏的加入,SO42-离子会快速生成较多的钙矾石,针棒状钙矾石晶体之间相互搭接,形成网状结构,具有较好的韧性,因而抗折强度较高。而防水砂浆中硅酸盐水泥的水化产物水化硅酸钙凝胶(CSH 凝胶)和氢氧化钙为产品体系提供了较高的抗压强度。硫铝酸盐水泥和石膏的掺加,使硅酸盐水泥为主的产品体系出现收缩补偿的功能。但是过量的SO42-离子容易导致在水化后期生成钙矾石产生膨胀而影响强度的发挥。不同环境温度下抗压和抗折强度的变化见表3。
不同温度环境下聚合物防水砂浆的凝结时间变化
由表3 可知,硅酸盐水泥为主,硫铝酸盐水泥为辅的复合胶凝体系,添加无水石膏作为调节凝结时间和促进水化反应的辅助原材料,使防水砂浆具有高的抗压和抗折强度,主要因为硅酸盐水泥的水化速度和无水硬石膏的水化速度一致,无水石膏的溶解速度较慢,硅酸盐水泥的水化速度相对较慢,这样能够充分互补参与水化反应。
2.3 聚合物防水砂浆的抗渗性和吸水率
聚合物水泥防水砂浆的抗渗压力和吸水率测试结果见表4。
聚合物水泥防水砂浆的抗渗压力和吸水率
表4 表明,聚合物水泥防水砂浆的吸水率不仅与配方体系中的憎水剂、胶粉有关,还与配方的级配性有很大关系。硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥及石膏的三元复合体系中,钙矾石的生成提高了砂浆的致密性,同时生成的AH3 也非常致密,有利于提高防水砂浆的强度和抗渗压力,降低吸水率。
2.4 三元复合胶凝体系防水砂浆的应用
目前聚合物水泥防水砂浆在国内得到了广泛应用,生产防水砂浆的企业犹如雨后春笋。从防水砂浆用镘刀或抹刀施工,到毛刷、滚筒,再到机械施工,产品的施工工艺和施工性能不断调整,原先的产品标准已经不适应现在的发展需求,所以国家在2011 年对聚合物水泥防水砂浆的产品标准进行了修订,修订后标准号为JC/T 984—2011,于2012 年7 月1 日正式实施。
本研制的三元复合胶凝体系防水砂浆符合新行业标准规定的技术指标,而且有良好的施工适应性,对于特殊工程或冬季施工的应用都有很大的优势。在常温环境下,产品有2 h 以上的可操作时间,6 h 左右产品达到终凝,比单一胶凝体系的防水砂浆节省了一半以上的固化时间;此外,还具有较短的凝固时间,减少了涂层间的干燥时间,缩短了工程的施工时间和提高了工人的工作效率等。

3 结语
以硅酸盐水泥为主,硫铝酸盐水泥为辅,加入无水石膏进行调节的聚合物水泥防水砂浆具有强度高、吸水率低和收缩补偿性能,特别是在低温环境下,具有优异的力学性能。
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