吳芳，任增洲，李利

(重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院重慶400045)

地面用高性能水泥基自流平砂漿的配制

吳芳，任增洲，李利

(重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院重慶400045)

通過對(duì)水泥基自流平砂漿組成材料對(duì)其性能的影響及作用機(jī)理的分析，掌握了組成材料的影響特性，開發(fā)出了高質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)型、快硬性水泥基自流平砂漿。試驗(yàn)結(jié)果表明：研制的水泥基自流平砂漿20min擴(kuò)展度達(dá)145mm，30min擴(kuò)展度大于130mm；24h抗折、抗壓強(qiáng)度達(dá)4.4MPa、13.8MPa；砂漿硬化表面光滑平整，材料成本價(jià)格僅600元/噸左右。

水泥基；自流平；砂漿；配制

引言

水泥基自流平砂漿具有良好的流動(dòng)性及穩(wěn)定性，且早期強(qiáng)度高，施工速度快，勞動(dòng)強(qiáng)度低，是大型超市、停車場(chǎng)和倉庫等地面鋪筑的理想材料，也是現(xiàn)代建筑地面施工的一個(gè)發(fā)展方向，市場(chǎng)潛力很大[1]。

目前國(guó)內(nèi)水泥基自流平砂漿的發(fā)展與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比差距較大，主要存在早期強(qiáng)度低、表面灰化、耐磨性不足等問題[2]，幾乎還不能將自流平砂漿作為地坪的面層，而只能在自流平找平層之上再使用環(huán)氧樹脂自流平砂漿或其它地面材料作為裝飾層。雖然使用環(huán)氧樹脂自流平砂漿具有流平性好、表面質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，但它對(duì)基材和施工的要求比較高，而且價(jià)格昂貴，因此開發(fā)低成本高性能水泥基自流平砂漿具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 試驗(yàn)材料和方法

1.1 試驗(yàn)原材料

水泥：采用重慶拉法基水泥有限公司生產(chǎn)的P.O42.5R普通硅酸鹽水泥和峨嵋山墻華特種水泥有限責(zé)任公司生產(chǎn)的R.SAC42.5硫鋁酸鹽水泥。

礦渣粉（SK）：重慶鋼鐵集團(tuán)生產(chǎn)的水淬高爐礦渣，經(jīng)烘干粉磨后使用，4900孔篩余量2.5%。

粉煤灰(FA)：重慶華能珞璜電廠生產(chǎn)的Ⅱ級(jí)灰，比表面積為2600cm2/g，密度為2.33g/cm3。

砂子：細(xì)度模數(shù)為1.4左右的山硅石英砂。

外加劑：格雷斯聚羧酸減水劑；赫克力士天普化工生產(chǎn)的纖維素醚（HPMC），B1-MT 4000 PFV；乳液型有機(jī)硅消泡劑；德國(guó)瓦克生產(chǎn)的RE5011L可分散乳膠粉。

水：自來水。

1.2 試驗(yàn)方法

依據(jù)JC/T985～2005《地面用水泥基自流平砂漿》中的規(guī)范要求進(jìn)行試驗(yàn)。

2 組成材料對(duì)自流平砂漿性能的影響

2.1 硫鋁酸鹽水泥對(duì)自流平砂漿性能的影響

硫鋁酸鹽水泥摻量對(duì)自流平砂漿性能的影響試驗(yàn)結(jié)果如表1。從表1中看出，隨著硫鋁酸鹽水泥量的增加，自流平砂漿20min和30min流動(dòng)性逐漸降低。硫鋁酸鹽水泥對(duì)砂漿早期強(qiáng)度影響大，對(duì)后期強(qiáng)度影響小。當(dāng)未摻硫鋁酸鹽水泥時(shí)，自流平砂漿有泌水沉降現(xiàn)象，砂漿硬化表面浮一層灰白漿，強(qiáng)度極低；當(dāng)硫鋁酸鹽水泥摻量增加到10%時(shí)，砂漿早期強(qiáng)度提高明顯，24h抗折、抗壓強(qiáng)度分別提高了2.8MPa和8.1MPa，新拌砂漿沉降現(xiàn)象和砂漿硬化表面起皮、泛白霜情況得到改善；當(dāng)比例在15%～20%時(shí)，自流平砂漿不泌水不離析，流動(dòng)性好，強(qiáng)度高收縮低，表面平整光滑；當(dāng)比例超過20%時(shí)，自流平砂漿流動(dòng)性變差，強(qiáng)度降低，試件表面發(fā)黃。

硫鋁酸鹽水泥對(duì)自流平砂漿性能的影響主要取決于它與硅酸鹽水泥的水化進(jìn)程。當(dāng)兩種水泥的水化進(jìn)程一致時(shí)，形成的水化產(chǎn)物相互搭接，尤其是膨脹性產(chǎn)物（鈣礬石）堆積量逐漸增多時(shí)，兩者的強(qiáng)度疊加達(dá)到最高；當(dāng)兩種水泥水化進(jìn)程不一致時(shí)，兩者的水化產(chǎn)物相互制約而破壞，膨脹性水化產(chǎn)物（鈣礬石）堆積量相對(duì)減少，強(qiáng)度降低[3]。

綜合各方面考慮，硫鋁酸鹽水泥適宜摻量在15%～20%(占水泥總量)。

表1 硫鋁酸鹽水泥對(duì)自流平砂漿性能的影響

2.2 砂對(duì)自流平砂漿性能的影響

集膠比的大小既關(guān)系到自流平砂漿的流動(dòng)性，又關(guān)系到砂漿本身的收縮性和力學(xué)性能。隨集膠比的增大，即砂用量的增加，對(duì)減少砂漿收縮起正面作用，但集膠比增大，水泥含量相對(duì)減小，砂漿流動(dòng)性就會(huì)變差。為了能夠滿足流動(dòng)性要求，須增加用水量，這樣自流平砂漿的強(qiáng)度勢(shì)必會(huì)減小，因此集膠比應(yīng)控制一定范圍，這樣既滿足砂漿流動(dòng)性，又獲得較好的力學(xué)性。

從表2中看出，為了滿足流動(dòng)性要求，隨著集膠比增大，用水量增加即水灰比增大，強(qiáng)度逐漸降低，尤其是早期強(qiáng)度降低更明顯。當(dāng)集膠比達(dá)到1.4時(shí)，自流平砂漿的初始流動(dòng)度達(dá)不到160mm，此時(shí)，觀察到自流平砂漿已經(jīng)有少量泌水，并且強(qiáng)度極低。因此集膠比不能超過1.4。

從自流平砂漿流動(dòng)性和強(qiáng)度方面考慮，集膠比為0.8～1.0比較合適，但從減小砂漿收縮及成本考慮，試驗(yàn)最終選擇集膠比為1.0。

表2 砂子對(duì)自流平砂漿性能的影響

2.3 礦物摻合料對(duì)自流平砂漿性能的影響

粉煤灰和礦渣對(duì)自流平砂漿性能的影響結(jié)果見表3。從表3中可知，當(dāng)?shù)V物摻合料的取代量低于30%時(shí)，隨著礦物摻合料取代量的增加，自流平砂漿的流動(dòng)性逐漸增大，但取代量超過30%時(shí)，流動(dòng)性開始下降。砂漿的早期強(qiáng)度則隨著礦物摻合料取代量的增加逐漸降低，砂漿后期強(qiáng)度在礦物摻合料取代量不超過30%時(shí)有所提高，超過30%時(shí)也開始降低。另外，從表3中看到，當(dāng)?shù)V物摻合料取代總量低于10%時(shí)，自流平砂漿30min時(shí)的擴(kuò)展度低于130mm，流動(dòng)性較差，達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，當(dāng)取代總量超過30%時(shí)，砂漿的早期強(qiáng)度較小。因此粉煤灰和礦渣取代水泥量控制在20%～30%為宜。

用粉煤灰和礦渣取代30%的水泥，調(diào)節(jié)粉煤灰和礦渣之間的比例，試驗(yàn)結(jié)果如表4。從表4中看出，當(dāng)?shù)V渣與粉煤灰之間的比例在1.5左右時(shí)，砂漿的強(qiáng)度最佳，流動(dòng)性最好。

綜合考慮，礦物摻合料的取代量控制在20%～30%，同時(shí)保持礦渣與粉煤灰之間的比例在1.5左右。

2.4 可分散乳膠粉對(duì)自流平砂漿性能的影響

可再分散膠粉是配制水泥基自流平砂漿的關(guān)鍵材料，其摻入能夠改善新拌砂漿的自流平性和工作性，并且對(duì)提高砂漿與混凝土基層的粘接力、耐磨性、柔韌性有重要作用。但乳膠粉摻量超過3%時(shí)，砂漿粘度增加較大，施工性能較差，對(duì)砂漿性能的改善趨勢(shì)亦較緩，并且摻量太大不經(jīng)濟(jì)[4]，且對(duì)砂漿抗壓強(qiáng)度影響較大，因此摻量應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)。

表4 礦渣和粉煤灰對(duì)自流平砂漿性能的影響（2）

從表5中看出，當(dāng)自流平砂漿未摻乳膠粉時(shí)，自流平砂漿的流動(dòng)性較差，摻入0.5%的乳膠粉后即可明顯提高砂漿的流動(dòng)性，再繼續(xù)增加乳膠粉的摻量，砂漿的流動(dòng)性變化較小。同時(shí)，試驗(yàn)觀察發(fā)現(xiàn)砂漿的自愈性則隨乳膠粉摻量的增加逐漸增大，但乳膠粉摻量超過3.0%，砂漿粘聚性較大，和易性降低。乳膠粉對(duì)自流平砂漿的早期抗壓強(qiáng)度、粘接強(qiáng)度和耐磨性影響較大，隨著乳膠粉摻量的增加，砂漿早期抗壓強(qiáng)度基本逐漸降低，粘接強(qiáng)度和耐磨性逐漸增大。綜合各方面考慮，乳膠粉的摻量在2.0%～2.5%為最佳。

2.5 增稠劑對(duì)自流平砂漿性能的影響

試驗(yàn)用的增稠劑主要是羥丙基甲基纖維素醚(HPMC)，用它可以克服自流平砂漿中水分的蒸發(fā)及基層的吸水，有助于延長(zhǎng)開放時(shí)間，同時(shí)通過增稠作用防止離析和沉降，有助于形成更均勻的結(jié)構(gòu)，從而提高粘接強(qiáng)度，形成光滑細(xì)膩的表面。

表5 RE5011L對(duì)自流平砂漿性能的影響

表6 增稠劑對(duì)自流平砂漿性能的影響

表7 消泡劑對(duì)自流平砂漿性能的影響

從表6中看出，隨著增稠劑(HPMC)摻量的增加，自流平砂漿的初始流動(dòng)性先增大后減小，20min后流動(dòng)性逐漸減小，強(qiáng)度先提高后降低。當(dāng)自流平砂漿中不摻增稠劑(HPMC)時(shí)，砂漿泌水離析嚴(yán)重，摻入0.025%的增稠劑(HPMC)后，砂漿泌水離析情況改善，摻入0.05%的增稠劑(HPMC)后，砂漿工作性較好，并且流動(dòng)性滿足要求。綜合考慮，增稠劑(HPMC)的適宜摻量在0.5%左右。

2.6 消泡劑劑對(duì)自流平砂漿性能的影響

消泡劑對(duì)自流平砂漿性能的影響結(jié)果如下：

從表7中看出，消泡劑對(duì)自流平砂漿流動(dòng)性影響較小，對(duì)強(qiáng)度影響較大。砂漿中不摻消泡劑時(shí)，強(qiáng)度很低，表面留有大量針狀氣孔，而摻入0.2%的消泡劑后，砂漿強(qiáng)度明顯提高，24h抗折、抗壓強(qiáng)度分別提高了1.0MPa、3.3MPa， 28d抗折、抗壓強(qiáng)度分別提高了1.4MPa、7MPa，硬化砂漿表面針狀氣孔也明顯減少。再繼續(xù)增加消泡劑的摻量，砂漿的早期強(qiáng)度是逐漸提高的，后期強(qiáng)度變化波動(dòng)較大，當(dāng)消泡劑的摻量超過1.0%后，硬化砂漿表面開始出現(xiàn)泛白情況，刮掉泛白物質(zhì)后觀察到砂漿表面存有大氣孔，并且表面較粗糙。因此，消泡劑摻量不宜超過1.0%。

綜合各方面考慮，消泡劑摻量控制在0.5%～1.0%左右為宜。

3 配制的水泥基自流平砂漿的性能

表8 配制的自流平砂漿技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果配制的自流平砂漿性能見表8。配制的自流平砂漿工作性和力學(xué)性能較優(yōu)，硬化砂漿表面光滑平整，原材料成本估算價(jià)格大約在600元/噸左右。

4 試驗(yàn)結(jié)論

（1）當(dāng)硫鋁酸鹽水泥在復(fù)合水泥中占的比例為15%～20% (占膠凝材料總量的10%～15%)時(shí)，自流平砂漿的和易性較好，強(qiáng)度較高，收縮性較小。

責(zé)任編輯：余詠梅

（2）為了滿足自流平砂漿的流動(dòng)性，隨著集膠比增大，即砂子摻量增加，用水量增加，強(qiáng)度逐漸降低。從自流平砂漿的流動(dòng)性、強(qiáng)度及成本考慮，集膠比最佳在1.0左右。

（3）當(dāng)?shù)V渣和粉煤灰雙摻時(shí)，取代水泥總量在20%～30%、礦渣與粉煤灰的比例為1.5左右時(shí)，配制的自流平砂漿性能良好。

（4）可分散乳膠粉（RE5011L）、穩(wěn)定劑和消泡劑（P808）的摻量范圍分別為2.0%～2.5%、0.05%左右和0.5%～1.0%時(shí)，配制的自流平砂漿各方面性能較優(yōu)。

（5）根據(jù)試驗(yàn)得出各組成材料最佳摻量配制的水泥基自流平砂漿20min擴(kuò)展度達(dá)145mm，30min擴(kuò)展度大于130mm；24h抗折、抗壓強(qiáng)度達(dá)4.4MPa、13.8MPa；砂漿硬化表面光滑平整，材料成本價(jià)格僅600元/噸左右。

[1]苑金生.地面自流平材料的開發(fā)應(yīng)用[J].中國(guó)建材.1997:46-48.

[2]BobHarris.Proper application of semi selfleveling micro-topping[J].Concreteconcepts.2005，5(7):10.

[3]李遷.硫鋁酸鹽與硅酸鹽復(fù)合水泥研究[J].遼寧大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2007，33（6）:158-162.

[4]朱曉鯤.可分散聚合物粉末在干混砂漿中的應(yīng)用[J].山西建筑，2007，33(1):172-173.

Preparation of High-Performance Cementitious Self-Leveling Floor Mortar

The compositon，characteristics and the interactions of the composition materials are studied and as a result，we developed the high-quality，economical，fast-hard cement-based self-leveling mortar by studying the impact of composition materials on the cement-based self-leveling mortar properties and mechanism.The results showed that the development of cement-based self-leveling mortar is 20min extended degree vs 145mm，while 30min extended degree≥130mm vs 24h flexural，compressive strength≥4MPa，≥12MP against mortar hardening smooth surface.The material cost price is only 600 yuan/ton.

cement-based;self-leveling;mortar;preparation

TU9521.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671-9107（2010）08-0012-05

注：本文為重慶市城鄉(xiāng)建設(shè)委員會(huì)科技項(xiàng)目基金論文，項(xiàng)目編號(hào)：城科字第2007第41號(hào)。

10.3969／j.issn.1671-9107.2010.8.012

2010-7-16

吳芳（1967-）女，副教授，主要從事建筑材料方面的教學(xué)與研究。