成像水泥砂漿配合比設(shè)計(jì)方法研究與設(shè)計(jì)

盧恒

（廣西建工集團(tuán)建筑產(chǎn)業(yè)投資有限公司，廣西 南寧 530211）

0 引言

用于表面成像的水泥砂漿制品，具有結(jié)構(gòu)簡單、制作方便、推廣前景好等優(yōu)點(diǎn)，為水泥制品、砂漿結(jié)構(gòu)的表面裝飾提供了全新的方式。其原理是將帶有緩凝功能的油墨將要表現(xiàn)的內(nèi)容負(fù)相印刷于特殊處理的印刷介質(zhì)上，人們稱之為成像膜。將成像膜正面朝上，置于光滑平整的工作平臺(tái)上，排除成像膜和平臺(tái)之間的空氣，再按正常的砂漿澆筑辦法澆筑砂漿。待砂漿終凝狀態(tài)時(shí)立起所澆構(gòu)件，扯下成像膜，用高壓水槍沖洗，有功能油墨的地方被沖洗掉膠料，漏出骨料，骨料和膠料不同顏色的色差形成圖案[1]。

1 難點(diǎn)以及解決途徑

（1）從攪拌砂漿制品的顏色效果、原材料來源的廣泛性且便于實(shí)際生產(chǎn)操作等幾方面考慮。本次研究采用單級(jí)配的黑色金剛砂配制圖像砂漿，采用此種方法時(shí)對(duì)砂漿的和易性的調(diào)整存在一定的難度。

（2）提高流動(dòng)性、降低黏度。采用自卸的方式將砂漿倒入成像膜上，要求按照沿固定方向緩慢倒入膜內(nèi)一次成型。這要求砂漿具有較高的流動(dòng)、黏度較小，以利于在成像砂漿表面不會(huì)留下砂漿流動(dòng)的痕跡。

（3）由于砂漿強(qiáng)度不足而影響脫模時(shí)間，導(dǎo)致脫模后緩凝劑沖洗不凈，造成成型砂漿表面出現(xiàn)圖像的缺失，影響外掛質(zhì)量。

（4）由于砂漿和易性不好，造成成像制品表面出現(xiàn)緩凝劑移位、出現(xiàn)鹽析、裂紋、黑砂不均勻、沖洗厚度不勻等問題。

針對(duì)以上技術(shù)難點(diǎn)，本工程采用黑色金剛砂配制成像水泥砂漿，通過調(diào)整原材料的品質(zhì)以及施工工藝來有效改善或者解決相關(guān)問題。針對(duì)采用單級(jí)配的金剛砂配制的砂漿，可在采用較細(xì)骨料充當(dāng)填充物，由于地域材料的局限性，選擇鈣粉填充金剛砂間的縫隙，對(duì)于金剛砂的比例應(yīng)當(dāng)控制在適當(dāng)?shù)姆秶?，使得在成像時(shí)能呈現(xiàn)出分布均勻的黑砂；為了改善砂漿的和易性，增加黏聚性和澆筑密實(shí)性，可以在新拌砂漿中加入優(yōu)質(zhì)粉煤灰，這樣可以使砂漿初始結(jié)構(gòu)致密化，同時(shí)優(yōu)質(zhì)粉煤灰的減水作用，可以降低砂漿的水膠比，減小砂漿制品的初始孔隙率，提高其強(qiáng)度。在新拌砂漿中加入砂漿添加劑，降低水膠比，可以明顯提高砂漿的早期強(qiáng)度及和易性。在施工工藝方面，應(yīng)當(dāng)控制模具與成像膜之間的粘合效果，減少由于模具移位造成的褶皺、凹凸痕跡；應(yīng)當(dāng)控制下料高度以及布料速度，防止成像膜上的緩凝劑受砂漿重力的作用被沖散、移位。

2 原材料的選擇

2.1 水泥

成像混凝土砂漿應(yīng)該具有高流動(dòng)性、高后期強(qiáng)度和高耐久性的特點(diǎn)，所以應(yīng)該選擇水化速率慢的、C2S 含量高的低堿水泥，再者選擇顆粒分布較寬的水泥，控制水泥顆粒組成對(duì)水化熱的影響，降低水泥水化速度。本研究選用三明金牛水泥有限公司生產(chǎn)的 P·O42.5R 級(jí)水泥，相關(guān)物理性能指標(biāo)檢測(cè)如表 1 所示。

表 1 水泥物理性能指標(biāo)

2.2 礦物摻合料

優(yōu)質(zhì)粉煤灰對(duì)砂漿的和易性有較強(qiáng)的影響。本研究選用的粉煤灰為福州開發(fā)區(qū)華能實(shí)業(yè)有限公司產(chǎn)的Ⅱ級(jí)粉煤灰，其物理性能指標(biāo)如表 2 所示。

表 2 粉煤灰物理性能指標(biāo)

2.3 骨料

選用顏色鮮明的黑色金剛砂，為使水泥砂漿成像更加清晰、細(xì)致，金剛砂的規(guī)格應(yīng)控制在 20～40 目之間。本研究選用的金剛砂為福州九力城建材有限公司生產(chǎn)的 40 目優(yōu)質(zhì)金剛砂。

由于原材料受到地域的限制，采用的是單級(jí)配的金剛砂，因此應(yīng)當(dāng)選擇細(xì)小的填充物。應(yīng)選擇不與其他原材料發(fā)生反應(yīng)且在色澤、黏度上不會(huì)影響制品的填充物。本工程選用的填充物為福州九力城建材有限公司生產(chǎn)的 500 目白色鈣粉。

2.4 干粉添加劑

干粉添加劑可以顯著改善砂漿和易性，對(duì)水泥有很好的適應(yīng)性，能有效分散水泥顆粒，減水率在 20% 以上。本研究所用添加劑為深圳市威鍇眾潤有限公司產(chǎn)的干粉添加劑。

2.5 纖維

在砂漿摻入聚丙烯纖維，能極有效地控制砂漿因塑性收縮干裂或溫度等變化所引起的裂縫，防止并抑制裂縫的發(fā)展，從而改善抗?jié)B、抗裂性能，此外還可以大幅度提高砂漿抗沖擊能力，抗磨損，抗凍融，減少塑性沉降和龜裂。本研究所用纖維為 6～12mm 長纖維。

3 試驗(yàn)

3.1 砂漿配合比設(shè)計(jì)與調(diào)整

砂漿性能及質(zhì)量要通過配合比設(shè)計(jì)來保證，本研究從砂漿流動(dòng)性、強(qiáng)度、粘聚性及使用方式的要求，來進(jìn)行砂漿配合比設(shè)計(jì)。

（1）金剛砂堆積密度為 2266kg/m3，表觀密度為3655kg/m3；鈣粉堆積密度為 1935kg/m3，表觀密度為3355kg/m3。水泥的表觀密度為 3100kg/m3，粉煤灰的表觀密度為 2300kg/m3。配制用于本次研究的成像水泥砂漿，強(qiáng)度等級(jí)為 M30。

（2）低水膠比是砂漿強(qiáng)度的保證，要求和易性良好、早期強(qiáng)度高的自流平砂漿，初始坍落度在 250mm以上，不離析、不泌水。

（3）計(jì)算。

1）設(shè)金剛砂為 0.46m3

則金剛砂的用量= 0.46m3×2266kg/m3=1042kg

2）金剛砂的密實(shí)體積為

1042kg÷3655kg/m3= 0.285m3

金剛砂的空隙率 PJ=(1-2266/3655)×100%=38.0%

3）鈣粉的堆積體積

Vs=VJPJ+γsVJ= 0.46×38.0%+ 0.34×0.46=0.331(m3)

4）鈣粉的質(zhì)量 Mg=0.331×1935=640(kg)

鈣粉的密實(shí)體=640/3355=0.19(m3)

5）膠凝材料漿體體積=1-0.285-0.19=0.525(m3)

6）參考試驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)驗(yàn)，取水膠比為 0.38。

7）參考試驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)驗(yàn)以及效果，選定膠凝材料中粉煤灰摻量 12%。

8）參考試驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)驗(yàn)向砂漿中加入細(xì)小纖維，選定摻量為總膠材的 0.3%。

9）單位體積水泥凈漿膠凝材料用量為：

B=1/(C/γc+F/γf+W/C)

=1/(0.88/3.1+0.12/2.3+0.38)=0.716(kg/L)

單位體積砂漿中粉煤灰用量為：

0.12×716×0.525=45(kg)

單位體積砂漿中水泥用量為：

0.88×716×0.525=330(kg)

單位體積砂漿中水用量=0.38×716×0.525=142(kg)

（4）按前述步驟計(jì)算出配合比，試拌砂漿拌合物總質(zhì)量為 2kg，先摻干粉添加劑 3.7%（以總膠凝材料質(zhì)量計(jì)），試拌后測(cè)得砂漿流動(dòng)度 230mm，再摻 0.3%，測(cè)得砂漿流動(dòng)度 260 mm，且無泌水和離析現(xiàn)象。最后確定聚羧酸型干粉高效減水劑的摻量為膠凝材料總量的4.0%。[2]

（5）經(jīng)計(jì)算得到水泥砂漿的配合比（1m3砂漿各組成材料用量）：金剛砂 1042kg；鈣粉 640kg；水泥330kg；粉煤灰 45kg；水 142kg；添加劑 15.0kg；纖維 1.13kg。測(cè)得砂漿的流動(dòng)度為 260mm；1d 抗折強(qiáng)度為 4.1MPa，1d 抗壓強(qiáng)度為 19.8MPa；28d 抗折強(qiáng)度為7.2MPa，28d 抗壓強(qiáng)度為 38.4MPa，各項(xiàng)指標(biāo)滿足目標(biāo)要求。

3.2 驗(yàn)證

在實(shí)驗(yàn)室中拌制 40L 的按前述步驟計(jì)算出配合比設(shè)計(jì)的砂漿，原材料種類和比例未變，以不高于 20cm 的高度緩慢地將其倒入小型的圖像模中。試拌后確定干粉添加劑的摻量為膠凝材料總量的 4.2%，測(cè)得砂漿拌合物的流動(dòng)度為 260mm。選用的小型成像模具分別為塑料以及鋼模具，待脫模后揭開成像膜，并用高壓水槍沖洗制品表面，制品表面金剛砂砂粒均勻，色澤鮮艷，線條清晰，滿足施工要求（成型效果見圖 1、圖 2）。

圖 1 塑料模具制作出的樣品

圖 2 鋼模具制作出的樣品

4 結(jié)論

（1）在考慮了對(duì)成像砂漿和易性良好、早期強(qiáng)度高、初始坍落度在 250mm 以上，不離析、不泌水等要求，且最終砂漿制品的成像清晰、色彩鮮明，對(duì)原材料進(jìn)行了優(yōu)選、對(duì)配合比進(jìn)行了初步的設(shè)計(jì)，并通過試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

（2）經(jīng)過試驗(yàn)得出：砂漿的強(qiáng)度等級(jí)決定于水膠比和礦物摻合料的種類及摻量；砂漿的流動(dòng)度決定于添加劑的摻量。

（3）按照本文提出成像砂漿配合比的設(shè)計(jì)方法和步驟及給定的原材料，1m3砂漿各組成材料用量：金剛砂 1019kg；鈣粉 627kg；水泥 337kg；粉煤灰 46kg；水 145kg；添加劑 16.1kg；纖維 1.15kg。測(cè)得砂漿的流動(dòng)度為 265mm；1d 抗折強(qiáng)度為 4.1MPa，1d 抗壓強(qiáng)度為 19.8MPa；28d 抗折強(qiáng)度為 7.2MPa，28d 抗壓強(qiáng)度為38.4MPa，各項(xiàng)指標(biāo)滿足初選目標(biāo)要求。