水泥基自流平砂漿的正交試驗(yàn)研究

□□ 舒 朗，喬歡歡

(1.德陽(yáng)旌鼎建材有限責(zé)任公司，四川 德陽(yáng) 618000；2.綿陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 綿陽(yáng) 621000)

引言

水泥基自流平砂漿是以水泥為膠凝材料，添加骨料、填料、礦物摻合料和化學(xué)外加劑拌合而成的水泥砂漿，以其優(yōu)異的性能備受關(guān)注[1-3]，但也存在早期強(qiáng)度低、表面灰化、耐磨性差等缺點(diǎn)，使其應(yīng)用在地面材料的面層時(shí)受到一定限制[4]。自流平砂漿的性能受到諸多因素的影響，擬通過(guò)試驗(yàn)研究P·O水泥、硫鋁酸鹽水泥、4115 N膠粉和P29減水劑對(duì)自流平砂漿性能影響的主次關(guān)系，并對(duì)自流平砂漿的性能進(jìn)行優(yōu)化。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

普通水泥：P·O 42.5R，北川中聯(lián)水泥有限公司生產(chǎn)，市售。

硫鋁酸鹽水泥：貴州息烽仁都建材有限公司生產(chǎn)，市售。

石英砂：0.212～0.425 mm(40～70目)、0.106～0.212 mm(70～140目)，市售。

填料：市售重鈣粉。

膨脹劑：硬石膏，市售。

可再分散乳膠粉：Vinnapas-4115N，德國(guó)瓦克公司生產(chǎn)。

緩凝劑：DL-酒石酸，江蘇常茂生物化學(xué)工程股份有限公司生產(chǎn)。

早強(qiáng)劑：采用氫氧化鋰，南京斯泰寶有限公司生產(chǎn)。

減水劑：HanriusP29聚羧酸系高性能減水劑，廣東龍湖科技股份有限公司生產(chǎn)。

消泡劑：AGITAN-P841，德國(guó)明凌化工集團(tuán)生產(chǎn)。

其他：MELFLUX 2651F,德國(guó)巴斯夫生產(chǎn)。

1.2 試樣制備與性能測(cè)試

1.2.1試樣制備

試驗(yàn)前，應(yīng)將所有的試驗(yàn)材料在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下放置至少24 h。每次試驗(yàn)需拌和至少2 kg試樣。試樣制備應(yīng)符合JC/T 985—2017《地面用水泥基自流平砂漿》中相關(guān)要求。

1.2.2性能檢測(cè)

流動(dòng)度測(cè)定、拉伸粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)定、尺寸變化率測(cè)定均按照J(rèn)C/T 985—2017《地面用水泥基自流平砂漿》試驗(yàn)方法進(jìn)行；強(qiáng)度測(cè)定按照GB/T 17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法(ISO法)》進(jìn)行；由于受實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備的限制，耐磨性仍按照J(rèn)C/T 985—2005《地面用水泥基自流平砂漿》中耐磨性測(cè)試方法進(jìn)行。

1.3 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為了研究各原料對(duì)自流平砂漿性能影響的主次順序，以P·O水泥、硫鋁酸鹽水泥、4115 N膠粉和P29減水劑為四因素，每個(gè)影響因素設(shè)置三個(gè)水平，以此設(shè)計(jì)四因素三水平的正交試驗(yàn)，因素和水平見(jiàn)表1，正交試驗(yàn)方案見(jiàn)表2。

表1 因素與水平

表2 試驗(yàn)方案

2 結(jié)果分析與討論

根據(jù)正交試驗(yàn)方案制備的水泥基自流平砂漿的流動(dòng)度、強(qiáng)度、拉伸粘結(jié)強(qiáng)度、耐磨性、尺寸變形率等性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。

根據(jù)表3所得的試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)初始流動(dòng)度、15 min流動(dòng)度、抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、拉伸粘接強(qiáng)度以及磨損量分別計(jì)算試驗(yàn)指標(biāo)：Kmn表示第n列因素m水平所對(duì)應(yīng)得試驗(yàn)指標(biāo)之和；Amn表示各列平均試驗(yàn)指標(biāo)，Amn=Kmn/3；Rn表示平均試驗(yàn)指標(biāo)極差，Rm=maxAmn-minAmn。

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果

2.1 各因素對(duì)砂漿流動(dòng)度的影響

各因素對(duì)自流平砂漿流動(dòng)度的影響規(guī)律見(jiàn)表。從表4可以看出，以自流平砂漿初始流動(dòng)度為指標(biāo)，各因素對(duì)其初始流動(dòng)度影響的主次為：P·O水泥>減水劑>膠粉>硫鋁酸鹽水泥；以15 min流動(dòng)度為指標(biāo)，各因素對(duì)其影響的主次為：減水劑>膠粉>硫鋁酸鹽水泥>P·O水泥。

2.2 各因素對(duì)自流平砂漿強(qiáng)度的影響

各因素對(duì)自流平砂漿抗折強(qiáng)度的影響規(guī)律見(jiàn)表5。從表5可以看出，以1 d抗折強(qiáng)度為指標(biāo)，各因素對(duì)其影響的主次為：硫鋁酸鹽水泥>膠粉>減水劑>P·O水泥，還可以看出：當(dāng)P·O水泥用量為250 g時(shí)，砂漿1 d抗折強(qiáng)度最大；隨著硫鋁酸鹽水泥用量的增加，砂漿早期抗折強(qiáng)度隨之增加；砂漿早期抗折強(qiáng)度隨膠粉摻量的增加而減小。各因素對(duì)自流砂漿28 d抗折強(qiáng)度影響的主次為：硫鋁酸鹽水泥>P·O水泥>膠粉>減水劑。

表5 抗折強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果分析

各因素對(duì)自流平砂漿抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律見(jiàn)表6。從表6可以看出，以1 d抗壓強(qiáng)度為指標(biāo)，各因素對(duì)其影響的主次為：硫鋁酸鹽水泥>P·O水泥>膠粉>減水劑；以28 d抗壓強(qiáng)度為指標(biāo)，各因素對(duì)其影響的主次為：P·O水泥>減水劑>膠粉>硫鋁酸鹽水泥，說(shuō)明P·O水泥是影響砂漿后期抗壓強(qiáng)度的主要因素。不論早期抗壓強(qiáng)度還是后期抗壓強(qiáng)度均隨P·O水泥的增加而增加。

表6 抗壓強(qiáng)度結(jié)果分析

2.3 各因素對(duì)自流平砂漿耐磨性的影響

各因素對(duì)耐磨性的影響規(guī)律見(jiàn)表7。從表7可知，以砂漿耐磨性為指標(biāo)，各因素對(duì)其影響的主次為：硫鋁酸鹽水泥>P·O水泥>膠粉>減水劑。耐磨性隨著硫鋁酸鹽水泥和膠粉用量的增加而增強(qiáng)。

表7 耐磨性試驗(yàn)結(jié)果分析

2.4 各因素對(duì)砂漿尺寸變化率的影響

以砂漿尺寸變化率為指標(biāo)，各因素對(duì)其影響的主次為：減水劑>膠粉>硫鋁酸鹽水泥>P·O水泥，具體見(jiàn)表8。砂漿尺寸變化隨P·O水泥用量的增加而增大，隨膠粉用量的增加而減小。

表8 尺寸變化率試驗(yàn)結(jié)果分析

2.5 各因素對(duì)砂漿拉伸粘接強(qiáng)度的影響

以砂漿拉伸粘接強(qiáng)度為指標(biāo)，各因素對(duì)其影響的主次為：減水劑>硫鋁酸鹽水泥>膠粉>P·O水泥，具體見(jiàn)表9。砂漿拉伸粘接強(qiáng)度隨硫鋁酸鹽水泥、膠粉和減水劑的用量增加而增強(qiáng)。

表9 拉伸粘接強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果分析

2.6 小結(jié)

根據(jù)各因素對(duì)各項(xiàng)性能影響的主次順序，可得最佳組合見(jiàn)表10。

表10 最佳組合

由于自流平砂漿主要作為面層和墊層使用，作為兩種用途使用的性能要求也不一樣，相應(yīng)配比也不一樣，現(xiàn)根據(jù)兩種用途來(lái)確定最優(yōu)方案：

因素A：主要是提高砂漿的強(qiáng)度，但對(duì)干縮及耐磨性的影響也比較大，面層選擇A2，墊層選擇A3。

因素B：主要影響砂漿的早期強(qiáng)度，面層選擇B3，墊層也選擇B3。

因素C：影響自流平砂漿的韌性，提高砂漿的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度和耐磨性，面層選擇C3，墊層選擇C1。

因素D：減水劑對(duì)流動(dòng)度、強(qiáng)度、耐磨性都會(huì)產(chǎn)生不可忽略的影響，面層選擇D2，墊層選擇D3。

綜上所述，當(dāng)水泥基自流平砂漿作面層使用時(shí)最佳方案為：A2-B3-C3-D2,作墊層使用時(shí)最佳方案為：A3-B3-C1-D3。最優(yōu)配比見(jiàn)表11及表12。

表11 面層最優(yōu)配比

表12 墊層最優(yōu)配比

按表11和表12所示的配合比制備水泥基自流平砂漿的各項(xiàng)性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表13，且均優(yōu)于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

表13 優(yōu)化配比的水泥基自流平砂漿性能

3 結(jié)論

以P·O水泥、硫鋁酸鹽水泥、4115 N膠粉和P29減水劑為四因素，設(shè)計(jì)四因素三水平的正交試驗(yàn)研究其對(duì)水泥基自流平砂漿的流動(dòng)度、強(qiáng)度、拉伸粘結(jié)強(qiáng)度、耐磨性、尺寸變形率的影響規(guī)律，獲得水泥基自流平砂漿的最優(yōu)配比。自流平砂漿用作面層時(shí)最優(yōu)質(zhì)量比為：P·O水泥(250份)、硫鋁水泥(150份)、4115膠粉(15份)、P29減水劑(1份)，減水劑摻量為砂漿干粉的1.0‰，纖維素醚和消泡劑摻量均為膠凝材料總質(zhì)量的0.25%；用作墊層時(shí)最優(yōu)配比為：P·O水泥(300份)、硫鋁水泥(150份)、4115膠粉(10份)、P29減水劑(1.3份)，減水劑摻量為砂漿干粉的1.3‰，纖維素醚和消泡劑摻量均為膠凝材料總質(zhì)量的0.25%。根據(jù)最優(yōu)配比制備的自流平砂漿無(wú)論是用作面層還是墊層其性能均遠(yuǎn)優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)要求。