一種二元體系自流平砂漿的實驗研究

沈宇鵬 郭鑫宇 沈宇輝

（寧波俞甬環(huán)科預(yù)拌砂漿有限公司，浙江 寧波 315500）

1 引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，各級地方政府出臺政策鼓勵商品房住宅項目精裝修交付，這在提升住戶便利性的同時，對建筑裝修工程提出了更高的要求。地面找平是裝修工程中的一個重要環(huán)節(jié)，它直接影響到地磚和地板的鋪設(shè)，地面找平不好，容易造成地磚空鼓、地板裂縫，影響居住舒適度。

自流平砂漿是近年來在國內(nèi)興起的一種新型地坪材料，它具有流動性好、早期強度高、施工方便等優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用于醫(yī)院、實驗室、工業(yè)廠房等地面平整度要求較高的工程，但在住宅精裝修工程上，還沒有開始大量使用，除人們對自流平砂漿的了解較少外，還與自流平砂漿的成本高有關(guān)。

目前，市場上主要使用的自流平砂漿主要是以鋁酸鹽水泥、硅酸鹽水泥和石膏復(fù)合而成的三元膠凝材料體系，其組成復(fù)雜、使用材料品種繁多、成本高。硫鋁酸鹽水泥經(jīng)過幾十年的發(fā)展，生產(chǎn)應(yīng)用技術(shù)非常成熟，已大量應(yīng)用于具有早強、微膨脹要求的灌漿修補領(lǐng)域，而且來源廣泛、成本低。本實驗計劃采用普通硅酸鹽水泥與硫鋁酸鹽水泥復(fù)合二元膠凝材料體系，通過試驗研究，適用于精裝修領(lǐng)域的墊層自流平砂漿。

2 試驗

2.1 原材料

（1）膠凝材料。P·O42.5普通硅酸鹽水泥：寧波海螺水泥有限公司，比表面積380m2/kg，初凝時間200min，終凝時間260min，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量28.2%。硫鋁酸鹽水泥：唐山北極熊建材有限公司，比表面積454m2/kg，初凝時間21min，終凝時間32min。

（2）骨料。細(xì)砂：廣東西江天然砂，細(xì)度模數(shù)1.6，氯離子含量0.002%。

（3）摻合料。粉煤灰：寧波北侖電廠，F(xiàn)類Ⅱ級，45μ m方孔篩余細(xì)度15%，燒失量3.06%。礦粉：寧波紫恒建材科技有限公司，S95級，比表面積416m2/kg。石灰石粉：寧波本地產(chǎn)。

（4）外加劑。減水劑：聚羧酸減水劑PC-1021，蘇州市興邦化學(xué)建材有限公司，混凝土減水率29%；三聚氰胺減水劑SMF-1013，蘇州市興邦化學(xué)建材有限公司，混凝土減水率14%。纖維素醚：MHPC400，黏度 400MPa·s；MGT2035，黏度 20 000MPa·s；GL3155，黏度 40 000MPa·s，北方天普纖維素有限公司。膨脹劑：CSA膨脹劑，日本電氣化學(xué)株式會社；塑性膨脹劑，南京斯泰寶貿(mào)易有限公司。消泡劑：A-406，蘇州市興邦化學(xué)建材有限公司?？稍俜稚⑿匀槟z粉：5044，瓦克化學(xué)（中國）有限公司。

2.2 主要試驗設(shè)備

水泥膠砂攪拌機、流動度試模（內(nèi)徑30mm±0.1mm，高度50mm±0.1mm）、測試板（大于300mm×300mm平板玻璃）、水泥恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱、壓力試驗機、混凝土抗折試驗機、砂漿立式收縮儀、拉伸粘接強度試驗機。

2.3 試驗思路與方法

首先，通過對膠砂比例與砂漿流動度的關(guān)系進(jìn)行試驗，確定最佳膠砂比例和水灰比。然后，通過添加不同功能的添加劑對砂漿的各項指標(biāo)進(jìn)行測試，研究外加劑的最優(yōu)選型。最后，通過優(yōu)化，制出各項指標(biāo)符合《地面用水泥基自流平砂漿》（JC/T 985-2005）行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的自流平砂漿。

砂漿流動度的試驗方法主要參考《地面用水泥基自流平砂漿》（JC/T 985-2005），強度試驗主要參考《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》（GB/T 17671-1999），收縮試驗主要參考《建筑砂漿基本性能試驗方法》（JGJ 70-90）。

3 試驗過程與結(jié)果的討論

3.1 不同膠砂比例對砂漿流動度的影響

自流平砂漿的最大特點是漿料具有流動性。在砂漿配比中，不同的膠（膠凝材料）砂（骨料）比例流動度會有很大差異。本試驗設(shè)計水灰比為0.4，分別配置膠砂比例為1∶9、2∶8……8∶2、9∶1等9組樣品，根據(jù)《水泥膠砂流動度測定方法》（GB/T 2419-2005），測試不同膠砂比例的砂漿流動度。膠砂比例對砂漿流動度的影響如圖1所示。

圖1 膠砂比例對砂漿流動度的影響

從圖1可以看出，當(dāng)膠砂比例小于2∶8時，砂漿沒有流動性，隨著膠砂比例的增加，砂漿的流動度先增大后減小，然后又緩慢回升。當(dāng)膠砂比例為5∶5時，砂漿的流動度數(shù)值最大，流動性最好。因此，自流平砂漿的膠砂比例宜設(shè)計在1∶1左右。

3.2 減水劑對砂漿流動度的影響

減水劑是提高砂漿流動度的重要添加劑，目前，市場上主要有三聚氰胺減水劑和聚羧酸減水劑，它們都是高效表面活性劑，能分散凝聚在一起的水泥顆粒，使?jié){體具有一定的流動性。本試驗設(shè)計膠砂比例為1∶1，然后分別添加0.1%、0.2%、0.3%、0.4%的三聚氰胺減水劑和聚羧酸減水劑，設(shè)計水灰比分別為0.4、0.35、0.3，對砂漿進(jìn)行正交試驗，測試砂漿的初始流動度和20min流動度，見表1。

表1 減水劑摻量對砂漿流動度的影響

從表1可以看出，添加三聚氰胺減水劑的砂漿不具有流動性，而添加聚羧酸減水劑的砂漿流動性較好。隨聚羧酸減水劑摻量的增加，砂漿的流動度逐漸增大，當(dāng)聚羧酸減水劑摻量大于0.3%時，流動度不再增加。當(dāng)水灰比為0.4時，砂漿的初始流動度大，但由于流動度損失較大，砂漿狀態(tài)不佳，容易泌水，因此，添加減水劑后，水灰比宜控制在0.3～0.35之間。

3.3 纖維素醚對砂漿流動度和體系穩(wěn)定性的影響

在測試減水劑對砂漿流動度的影響時，發(fā)現(xiàn)砂漿泌水嚴(yán)重，特別是20min以后砂子全部沉底，因此，必須在砂漿中加入保水增稠材料，改善體系黏度，減少泌水。纖維素醚是砂漿中常用的保水增稠材料，本試驗通過添加不同型號的纖維素醚，觀察砂漿的流動度，研究其對砂漿體系的影響。本次試驗配比見表2。

從表2試驗數(shù)據(jù)可以看出，添加MGT2035和GL3155兩種纖維素醚后，砂漿幾乎沒有流動性，說明高黏度纖維素醚不適合自流平砂漿。隨MHPC400摻量的增加，砂漿的流動度變小，當(dāng)摻量為0.15%時，砂漿流動度小于130mm，不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。試驗結(jié)果表明，當(dāng)水灰比為0.35、MHPC400摻量為0.1%時，砂漿的初始流動度和20min流動度差值最小，表明砂漿體系的穩(wěn)定性最好。

表2 纖維素醚對砂漿流動度的影響

3.4 硫鋁酸鹽水泥對砂漿流動度和強度發(fā)展的影響

自流平砂漿的另一個特點是早期強度高，標(biāo)準(zhǔn)要求24h最小抗壓強度達(dá)到6.0MPa，這就要求設(shè)計自流平砂漿配比時添加早強材料，提高砂漿的早期強度。硫鋁水泥是一種廣泛應(yīng)用的早強材料，本試驗通過硫鋁酸鹽水泥部分替代普通硅酸鹽水泥，測試砂漿的流動度和強度，研究硫鋁酸鹽水泥對砂漿流動度和強度發(fā)展的影響。試驗配比見表3。

從表3可以看出，在砂漿中加入硫鋁酸鹽水泥，會強烈影響砂漿的流動性，當(dāng)替代普硅比例超過20%時，砂漿很快失去流動性，導(dǎo)致20min流動度試驗結(jié)果無效。硫鋁酸鹽水泥對砂漿的強度也有很大影響，當(dāng)摻量低于20%時，可提高砂漿的1d強度，但隨摻量的增加，砂漿強度反而下降。試驗結(jié)果表明，硫鋁酸鹽水泥摻量為10%時，砂漿的各項指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，綜合性能最好，因此，確定硫鋁酸鹽水泥替代普通硅酸鹽水泥的比例為10%。

表3 硫鋁水泥替代普通硅酸鹽水泥對砂漿性能的影響

3.5 膨脹劑對砂漿體積變化率的影響

水泥砂漿在凝結(jié)硬化過程中的水分消耗和水化放熱都會產(chǎn)生體積收縮，從而造成空鼓開裂。《地面用水泥基自流平砂漿》（JC/T 985-2005）規(guī)定了自流平砂漿28d尺寸變化率應(yīng)控制在-0.15%～0.15%之間。因此，在強度發(fā)展過程中，必須控制砂漿的體積穩(wěn)定性。膨脹劑是一種補償水泥硬化過程中體積收縮的添加劑，主要常用塑性膨脹劑和CSA類膨脹劑，它們與水泥之間的作用機理不同，本試驗主要通過測試砂漿試件的體積變化來研究膨脹劑對砂漿性能的影響。試驗數(shù)據(jù)詳見表4。

從表4可以看出，砂漿中添加CSA類膨脹劑和塑性膨脹劑可補償體積收縮。CSA類膨脹劑對砂漿的流動度和強度影響不大，但塑性膨脹劑對添加量較為敏感，當(dāng)添加量達(dá)到0.03%時，砂漿很快失去流動性，28d強度損失較大。因此，宜選用CSA類膨脹劑，添加量為3%。

表4 膨脹劑對砂漿性能的影響

3.6 可再分散乳膠粉對砂漿粘接強度的影響

按照《地面用水泥基自流平砂漿》（JC/T 985-2005）的要求，自流平砂漿的拉伸粘接強度應(yīng)超過1.0MPa，因此，在砂漿體系中添加有機高分子材料，可再分散性乳膠粉是一種高分子聚合物，它能改善砂漿的脆性，提高砂漿的抗折強度和粘接強度，本試驗通過在砂漿中添加可再分散性乳膠粉，研究可再分散性乳膠粉摻量對自流平砂漿性能的影響。試驗數(shù)據(jù)詳見表5。

表5 可在分散性乳膠粉對砂漿性能的影響

從表5中試驗數(shù)據(jù)可以看出，在砂漿中添加可再分散性乳膠粉，砂漿的流動度會變小，但20min流動度和初始流動度的差值也越小，表明可再分散性乳膠粉有助于保持砂漿體系的穩(wěn)定性。增加可再分散性乳膠粉的摻量，可使砂漿的抗壓強度下降，但抗折強度和粘接拉伸強度逐漸提高。由以上數(shù)據(jù)可以看出，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的最低可再分散性乳膠粉的摻量為1.5%。

3.7 消泡劑對砂漿性能的影響

在砂漿體系中添加纖維素醚等高分子材料，攪拌過程中會產(chǎn)生大量的微小氣泡，硬化后會在表面留下針孔砂眼等麻點，影響表面質(zhì)量，因此，必須進(jìn)行消泡處理。本試驗通過添加A406消泡劑，觀察其對砂漿表面質(zhì)量的影響。消泡劑對砂漿表面質(zhì)量的影響如圖2所示。

圖2 消泡劑對砂漿表面質(zhì)量的影響

從圖2可以看出，未添加消泡劑的砂漿硬化后表面存在大量的可見麻點，而添加A406消泡劑的砂漿表面比較光滑，消泡效果明顯。因此，有必要在自流平砂漿中添加適量的消泡劑。

4 結(jié)語

在水泥基自流平砂漿體系中，膠砂比例為1:1時，砂漿的流動度最好。聚羧酸減水劑對自流平砂漿流動性的改善效果最明顯，最佳摻量為膠凝材料的3%。400黏度的纖維素醚可以保持砂漿體系的穩(wěn)定性，減少泌水和離析。

在硫鋁酸鹽水泥替代膠凝材料比例為10%時，不僅對自流平砂漿的初始流動度和20min流動度影響微小，而且能提高砂漿的早期強度，配以3%比例的CSA類膨脹劑，可減少收縮，使整個體系的體積穩(wěn)定性更好。

以粉煤灰等摻合料替代一定比例的膠凝材料，可配制出不同強度的自流平砂漿，其中，粉煤灰對砂漿的流動度有改善作用，石灰石粉對砂漿強度影響最大，替代比例不宜超過30%。