膨脹劑對(duì)水泥基自流平砂漿性能影響的研究

蔡良飛 周天正 孫奇超 孔金鳴 柯偉席

（武漢三源特種建材有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430083）

0 引言

水泥基自流平砂漿是20世紀(jì)70、80年代發(fā)展起來的新型建筑地面找平材料，具有流動(dòng)性好、易于施工、流平速度快、省時(shí)、流平層厚度薄、地面平整度高、抗壓強(qiáng)度大等優(yōu)點(diǎn)，極大地滿足了新型建筑對(duì)基層的高要求[1]，并適用于地面的修補(bǔ)和裝修等工程，是大型超市、商場(chǎng)、停車場(chǎng)、工廠車間、倉(cāng)庫(kù)等地面鋪筑的理想材料，也是建筑地面施工的一個(gè)發(fā)展方向[2]。

水泥基自流平砂漿在使用過程中，會(huì)面臨水化硬化后失去毛細(xì)孔內(nèi)的水分而導(dǎo)致體積收縮的現(xiàn)象[3]。砂漿的收縮可通過延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間、降低水灰比、摻入纖維、摻加減縮劑等措施來有效抑制[4]，摻入膨脹劑是抑制或補(bǔ)償收縮的廣泛認(rèn)可的措施[5]。

本文用3種不同體系的膨脹劑取代部分普通硅酸鹽水泥，研究不同體系膨脹劑對(duì)水泥基自流平砂漿流動(dòng)度、抗壓抗折強(qiáng)度及尺寸變化率的影響。

1 原材料和試驗(yàn)內(nèi)容

1.1 原材料

（1）水泥：華新P·O42.5R水泥，宜城安達(dá)R·SAC42.5水泥；

（2）硬石膏粉：市售硬石膏粉；

（3）膨脹劑：武漢三源特種建材有限責(zé)任公司生產(chǎn)的氧化鈣膨脹劑(EA2)和氧化鎂膨脹劑(MAC-M)；

（4）砂：40~70目和70~140目石英砂；

（5）外加劑：兆佳粉狀聚羧酸減水劑，羥甲基丙基纖維素醚，兆佳D130消泡劑。水泥物理性能指標(biāo)見表1，膨脹劑化學(xué)成分見表2。

表1 水泥物理性能指標(biāo)

表2 膨脹劑化學(xué)成分

1.2 主要試驗(yàn)方法

流動(dòng)度測(cè)試：水泥基自流平砂漿的初始流動(dòng)度及20min流動(dòng)度按《地面用水泥基自流平砂漿》（JC/T 985-2005）規(guī)定的方法進(jìn)行。

力學(xué)性能測(cè)試：水泥基自流平砂漿的抗折、抗壓強(qiáng)度按《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法》（GB/T 17671-1999）規(guī)定的方法進(jìn)行。將試塊放入溫度（23±2）℃、相對(duì)濕度（50±5）%的環(huán)境中養(yǎng)護(hù)至1d、28d時(shí)測(cè)量其抗折、抗壓強(qiáng)度。

尺寸變化率：水泥基自流平砂漿的尺寸變化率按《地面用水泥基自流平砂漿》（JC/T 985-2005）規(guī)定的方法進(jìn)行。在溫度（23±2）℃、相對(duì)濕度（50±5）%的環(huán)境中放置24h后脫模、編號(hào)、標(biāo)明測(cè)試方向，脫模后30min內(nèi)按標(biāo)明的測(cè)試方向測(cè)定試件長(zhǎng)度，即為試件的初始長(zhǎng)度。然后將試件在溫度（23±2）℃、相對(duì)濕度（50±5）%的環(huán)境中放置3d、7d、14d、21d、28d后，按標(biāo)明的測(cè)試方向測(cè)定試件長(zhǎng)度，即為對(duì)應(yīng)齡期自然干燥后長(zhǎng)度。

1.3 試驗(yàn)配合比

3種不同體系的膨脹劑取代部分普通硅酸鹽水泥，膨脹劑的取代量分別為2%、4%和6%，外加劑為上述多種外加劑復(fù)合而成。固定水料比為0.2，按《地面用水泥基自流平砂漿》（JC/T 985-2005）中規(guī)定的攪拌方式進(jìn)行攪拌。然后對(duì)試樣進(jìn)行流動(dòng)度、力學(xué)性能和尺寸變化率的測(cè)試，研究膨脹劑對(duì)面層水泥基自流平砂漿性能的影響。試驗(yàn)配合比見表3。

表3 水泥基自流平砂漿配合比

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 不同體系膨脹劑對(duì)水泥基自流平砂漿流動(dòng)度的影響

不同體系膨脹劑對(duì)水泥基自流平砂漿流動(dòng)度的影響見圖1、圖2。

圖1 不同體系膨脹劑對(duì)水泥基自流平砂漿初始流動(dòng)度的影響

圖2 不同體系膨脹劑對(duì)水泥基自流平砂漿20min流動(dòng)度的影響

從中可以看出，隨著石膏與氧化鈣膨脹劑摻量的增加，水泥基自流平砂漿初始流動(dòng)度以及20min流動(dòng)度均無明顯變化；隨著氧化鎂膨脹劑摻量的增加，水泥基自流平砂漿的初始流動(dòng)度以及20min流動(dòng)度呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)，這是因?yàn)槭嗉把趸}膨脹劑的比表面積與普通硅酸鹽水泥相當(dāng)，需水量接近，而氧化鎂膨脹劑在生產(chǎn)時(shí)細(xì)度較小，比表面積較大，使?jié){體中空隙更大，需水量顯著增加而致。

2.2 不同體系膨脹劑對(duì)水泥基自流平砂漿力學(xué)性能的影響

不同體系膨脹劑對(duì)水泥基自流平砂漿力學(xué)性能的影響見表4，由表4可得出，隨著膨脹劑摻量的增加，水泥基自流平砂漿的1d及28d的抗折、抗壓強(qiáng)度均逐漸減小。原因?yàn)椋海?）膨脹劑等量取代水泥摻入，水泥的摻量就會(huì)等量減少，水泥水化產(chǎn)物的生成量也會(huì)減少，進(jìn)而導(dǎo)致強(qiáng)度的降低；（2）試件內(nèi)部的某些薄弱區(qū)會(huì)因過大的膨脹能產(chǎn)生微裂縫或應(yīng)力集中，一定程度上導(dǎo)致強(qiáng)度的降低。

表4 不同體系膨脹劑對(duì)水泥基自流平砂漿力學(xué)性能的影響

2.3 不同體系膨脹劑對(duì)水泥基自流平砂漿尺寸變化率的影響

不同體系膨脹劑對(duì)水泥基自流平砂漿尺寸變化率的影響分別見圖3、圖4、圖5。

圖3 石膏摻量對(duì)水泥基自流平砂漿尺寸變化率的影響

圖5 氧化鎂膨脹劑摻量對(duì)水泥基自流平砂漿尺寸變化率的影響

如圖3所示，隨著石膏摻量的增加，水泥基自流平砂漿的尺寸變化率逐漸減小。且隨著齡期的延長(zhǎng)，水泥基自流平砂漿的尺寸變化率逐漸增大，在28d左右趨于穩(wěn)定。這是因?yàn)槭鄷?huì)與水泥水化后的產(chǎn)物反應(yīng)生成鈣礬石，一方面生成的鈣礬石能提高水化產(chǎn)物的密實(shí)程度，改善過渡區(qū)的微觀結(jié)構(gòu)；另一方面生成的鈣礬石體積相較于之前固相體積增大了120%。

如圖4所示，隨著氧化鈣膨脹劑摻量的增加，水泥基自流平砂漿的尺寸變化率先減小后增大。隨著齡期的延長(zhǎng)，在2%及4%摻量下，水泥基自流平砂漿的尺寸變化率逐漸增大；但在6%摻量下，尺寸變化率先減小后增大。氧化鈣膨脹劑補(bǔ)償收縮效果明顯優(yōu)于石膏，且在6%摻量下已經(jīng)開始膨脹。這是因?yàn)檠趸}膨脹劑中含有氫氧化鈣，就無需借助水泥水化產(chǎn)物，氫氧化鈣即可與無水硫鋁酸鈣反應(yīng)生成鈣礬石，且在14d后水化程度進(jìn)一步增大。

圖4 氧化鈣膨脹劑摻量對(duì)水泥基自流平砂漿尺寸變化率的影響

如圖5所示，隨著氧化鎂膨脹劑摻量增加，水泥基自流平砂漿的尺寸變化率逐漸減小。隨著齡期的延長(zhǎng)，水泥基自流平砂漿的尺寸變化率逐漸增大，在7d后趨于穩(wěn)定。這是因?yàn)檠趸V膨脹劑水化速率慢，需水量少，水化速率慢但能持續(xù)進(jìn)行，早期的膨脹速率不高，膨脹不大但能持續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)生膨脹多達(dá)十幾年，總膨脹量較大。

3 結(jié)束語

（1）石膏對(duì)水泥基自流平砂漿的流動(dòng)度影響不大，摻加石膏會(huì)降低水泥基自流平砂漿的強(qiáng)度以及尺寸變化率，石膏對(duì)比氧化鈣膨脹劑和氧化鎂膨脹劑，對(duì)尺寸變化率的影響最大。

（2）氧化鈣膨脹劑對(duì)水泥基自流平砂漿的流動(dòng)度影響不大，但氧化鈣膨脹劑對(duì)強(qiáng)度的影響最為明顯，但依舊滿足JC/T 985-2005中的性能指標(biāo)，且對(duì)比石膏及氧化鎂膨脹劑，氧化鈣膨脹劑對(duì)降低干燥收縮有優(yōu)勢(shì)，4%摻量最為合適。

（3）氧化鎂膨脹劑在6%摻量下比2%摻量下流動(dòng)度降低了9.4%，隨著摻量增加，水泥基自流平砂漿的強(qiáng)度降低，尺寸變化率略有升高。

（4）綜合考慮，最佳膨脹劑是摻量為4%的氧化鈣膨脹劑，可得到流動(dòng)度滿足要求、力學(xué)性能優(yōu)異且表面無開裂的面層水泥基自流平砂漿。