朱海霞（美巢集團(tuán)股份公司，北京　100076）

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石膏基自流平砂漿的技術(shù)進(jìn)展研究

朱海霞
（美巢集團(tuán)股份公司，北京100076）

主要介紹了石膏基自流平砂漿的起源，國內(nèi)外市場發(fā)展，以及在今后的應(yīng)用前景。簡單闡述了石膏基自流平砂漿在地暖系統(tǒng)中的應(yīng)用。比較了國內(nèi)外石膏基自流平砂漿的標(biāo)準(zhǔn)之間的差異性，并根據(jù)實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，石膏基自流平砂漿試塊在經(jīng)過絕干養(yǎng)護(hù)后，繼續(xù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)條件養(yǎng)護(hù)，強度仍然可以提高。

自流平砂漿；石膏基；地暖

自流平石膏是自流平地面找平石膏的簡稱，又稱為石膏基自流平砂漿，是由石膏材料、特種骨料及多種建筑化學(xué)添加劑在工廠配制、混合均勻而成的一種專門用于地面找平的干粉砂漿。20世紀(jì)60年代起源于歐洲，20世紀(jì)80年代我國開始研制石膏基自流平砂漿［1］。

1　石膏基自流平砂漿起源及國內(nèi)外發(fā)展概況

1.1石膏基自流平砂漿起源

早在20世紀(jì)60年代，為了解決地暖系統(tǒng)中水泥混凝土對銅管的腐蝕現(xiàn)象，歐洲開始采用石膏基地坪材料與聚乙烯管。經(jīng)過20多年的完善與發(fā)展，到20世紀(jì)80年代歐美的地暖技術(shù)已經(jīng)非常成熟，80年代后期石膏企業(yè)已經(jīng)開始制定了為地暖應(yīng)用的石膏基自流平砂漿的規(guī)范。

1.2國外石膏基自流平砂漿發(fā)展

日本由于勞動力緊張和費用高，對自流平地坪材料開發(fā)較早，日本住宅公團(tuán)在1972年首先對石膏基、水泥基自流平材料進(jìn)行了基礎(chǔ)研究，隨后出現(xiàn)商品石膏基自流平材料。1979年，日本已有10多種品牌的石膏基自流平材料［2］。

20世紀(jì)80年代以來，美國、法國、德國、意大利、瑞典、芬蘭等發(fā)達(dá)國家就開始進(jìn)行自流平砂漿的研究。例如德國的帕依愛羅公司用Ⅱ型無水石膏、奇羅尼公司用α半水石膏都生產(chǎn)出強度為20～30 MPa、鋪設(shè)厚度為10 mm的石膏基自流平材料。美國的石膏水泥公司則采用α、β-石膏混合物，在現(xiàn)場加入骨料后泵送的石膏基自流平地坪材料也得到廣泛應(yīng)用［2］。

在德國，僅2001年就生產(chǎn)了近1億m2的地面砂漿，其中干混石膏基地坪砂漿占16.4%，現(xiàn)場拌制石膏基地坪砂漿占6.6%［3］。從2001年歐洲脫硫石膏的應(yīng)用領(lǐng)域來看，15%的脫硫石膏用在了石膏基自流平砂漿中［4］。不難看出，在歐洲市場，石膏基自流平砂漿占據(jù)了地面砂漿的很大一部分份額。

1.3國內(nèi)石膏基自流平砂漿發(fā)展

我國石膏基自流平砂漿研究起步較晚，大約起始于20世紀(jì)80年代末、90年代初［5］。1986年研制成功以氟石膏廢渣為膠凝材料的石膏基自流平材料，但是由于石膏的耐水性較差，且呈中性或酸性，對鐵件有銹蝕的危險［6］，生產(chǎn)應(yīng)用的較少。近年有些單位也有石膏基自流平砂漿產(chǎn)品，但大多廠家采用建筑石膏來配制，并靠增加化學(xué)添加劑確保達(dá)到相應(yīng)性能要求，而添加劑費用約占自流平石膏生產(chǎn)成本的2/3，致使石膏基自流平砂漿應(yīng)用成本高于水泥基自流平砂漿，推廣應(yīng)用受阻，發(fā)展緩慢。應(yīng)用技術(shù)和施工機具與國外尚有一定的差距。

2005年，楊新亞和王錦華［7］開始研究硬石膏基地面自流平材料。隨著國內(nèi)石膏基自流平產(chǎn)品的逐漸成熟，2007年，我國制定并實施了相應(yīng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)JC/T 1023—2007《石膏基自流平砂漿》。

2　石膏基自流平砂漿的優(yōu)點及在地暖中的應(yīng)用

2.1石膏基自流平砂漿的優(yōu)點

石膏基自流平砂漿的主要膠凝材料是石膏，并且具有自動流平的性能，具有以下優(yōu)點：

（1）采用石膏基自流平砂漿施工的地面，尺寸準(zhǔn)確，水平度極高，不空鼓、不開裂；作業(yè)時輕松方便，效率高；并且可以采用泵送施工，日鋪地面可達(dá)800～1000 m2，比傳統(tǒng)的地面材料施工速度要快5～10倍。

（2）用做“地暖”找平覆蓋層，保溫性能好（地暖與其它采暖方式相比，節(jié)能幅度約為20%，如采用分區(qū)溫控裝置，節(jié)能幅度可高達(dá)40%）；不會像水泥砂漿層那樣，因熱脹冷縮產(chǎn)生開裂、起鼓等現(xiàn)象［4］。

（3）石膏基自流平砂漿硬化后的地板有一定彈性，腳感溫暖舒適；并且具有一定的隔聲效果。

（4）石膏基自流平砂漿和水泥砂漿用于建筑物地面的找平層時，二者連工帶料的最終成本相近。如若用石膏自流平砂漿替代水泥砂漿，由此減少水泥的用量在整個水泥產(chǎn)量中比例很小，不足1%，基本上不會影響水泥生產(chǎn)企業(yè)的利益。因此，在我國推廣應(yīng)用石膏基自流平砂漿的阻力小，前景廣。2.2石膏基自流平砂漿與水泥砂漿的性能對比

2.2.1一般性能對比（見表1）

表1　石膏基自流平砂漿與水泥基自流平砂漿一般性能對比

從表1可以看出，2種自流平砂漿的性能指標(biāo)十分相近，為了保證相應(yīng)的流動度，與普通砂漿相比，通常自流平砂漿的需水量要高很多。在自流平砂漿中，這些多余的水分將蒸發(fā)到空氣中，如果這一過程發(fā)生過快，就會引起十分明顯的砂漿收縮，進(jìn)而導(dǎo)致在砂漿中出現(xiàn)裂縫。但在石膏基自流平砂漿中不會出現(xiàn)這種情況，石膏基與水泥基砂漿的膨脹收縮值見圖1。

圖1　石膏基與水泥基砂漿的膨脹收縮值

由圖1可知，水泥基自流平砂漿的收縮率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于石膏基自流平砂漿，到28 d，水泥基自流平砂漿的收縮值約為1.17 mm/m。隨著時間的延長，水泥基自流平砂漿的收縮值在90d后達(dá)到約1.3mm/m，但石膏基自流平砂漿的收縮值仍保持在0.19 mm/m左右，也就是說，在水泥基自流平砂漿中由于過高的收縮值極有可能導(dǎo)致自流平砂漿開裂，因此，在實際施工過程中應(yīng)對水泥基自流平砂漿采取必要的養(yǎng)護(hù)措施以保證工程質(zhì)量。

2.2.2石膏基自流平砂漿的耐熱性能

由于石膏基自流平砂漿最初在歐洲是配合地暖系統(tǒng)產(chǎn)生的地面材料，為了模擬在地暖系統(tǒng)中的應(yīng)用，將自流平石膏置于50℃的熱環(huán)境中測試耐熱性能。所有試塊（40 mm×40 mm× 160 mm）首先在標(biāo)準(zhǔn)條件（溫度20℃，相對濕度65%）下養(yǎng)護(hù)7 d，然后直接置于烘箱中，在50℃的條件下分別放置7 d、28 d和194 d進(jìn)行測試，結(jié)果見表2。

表2　石膏基自流平砂漿的耐熱性能

從表2可以看出，石膏基自流平在50℃條件下的耐熱性能基本保持穩(wěn)定，28 d和194 d收縮值及抗折、抗壓強度幾乎保持一致。

2.2.3石膏基自流平砂漿在地暖系統(tǒng)的應(yīng)用

以上耐熱性能試驗結(jié)果表明，石膏基自流平砂漿是非常適合用于地暖系統(tǒng)的。

1909年英國人利用混凝土和石膏管道制作了輻射采暖系統(tǒng)，并申請了專利，成為最早的地暖產(chǎn)品［8］。20世紀(jì)30年代地暖技術(shù)已經(jīng)在發(fā)達(dá)國家開始使用，我國在20世紀(jì)50年代已將該技術(shù)應(yīng)用于人民大會堂和華僑飯店等工程中。

我國傳統(tǒng)的地暖填充層多采用豆石混凝土現(xiàn)場攪拌施工，如果采用石膏基自流平砂漿進(jìn)行填充，可以使施工質(zhì)量得到很大的提高，豆石混凝土地暖與石膏基自流平地暖的對比見表3。

表3　石膏基自流平地暖與豆石混凝土地暖的性能對比

石膏基自流平砂漿與高柔性粘結(jié)砂漿組成地暖系統(tǒng)，可以徹底解決目前國內(nèi)地暖系統(tǒng)中水泥砂漿的開裂、導(dǎo)熱率偏低、易損壞熱水管道等問題。它以整個地面作為散熱面，均勻地向室內(nèi)輻射熱量，相對于空調(diào)、暖氣片、壁爐等采暖方式具有熱感舒適、熱量均衡穩(wěn)定、節(jié)能、免維修等特點。另外，作為地暖系統(tǒng)，石膏材料本身的多孔性可以起到隔聲保溫的作用。石膏基自流平砂漿密度低，可以降低建筑物承載質(zhì)量，是綠色環(huán)保的節(jié)能型產(chǎn)品。

3　石膏基自流平砂漿種類

根據(jù)石膏種類的不同，石膏基自流平砂漿的膠凝材料主要采用α半水高強石膏、建筑石膏以及硬石膏。

3.1α-高強石膏基自流平砂漿

石膏基自流平材料的強度相對于水泥基自流平材料低，耐水性較差，主要以“底層自流平材料”的形式用于室內(nèi)。

采用α-高強石膏作為自流平材料的基材，可顯著提高材料強度，姜洪義和曹宇［9］用天然石膏制得2 h抗壓強度超過14 MPa的高強石膏。目前工業(yè)副產(chǎn)石膏采用丁二酸、馬來酸酐和丁二酸鈉等制備α-高強石膏的技術(shù)日益成熟，而將高強石膏用于自流平材料已普遍成熟，主要還是歸功于高強石膏優(yōu)異的力學(xué)性能。彭明強和葉蓓紅［10］用2 h抗壓和抗折強度分別為35.1、6 MPa的高強石膏為膠凝材料，在緩凝劑、保水劑等作用下制備出性能優(yōu)異的石膏自流平砂漿。

3.2建筑石膏自流平砂漿

石膏特有的保溫隔熱性、吸聲性能、防火性能，且具有賦形性優(yōu)良、裝飾美觀等優(yōu)點，從而越來越受到建筑行業(yè)的青睞。然而建筑石膏自流平砂漿的缺陷往往使其應(yīng)用受到限制，尤其是受雜質(zhì)影響的工業(yè)副產(chǎn)石膏，需通過摻入減水劑、水泥等提高石膏自流平材料的抗壓強度和抗折強度［11］。

蔡劍育等［12］在2%水泥作用下?lián)饺刖埕人崦褱p水劑，發(fā)現(xiàn)減水率從19.4%增長到41.9%，石膏強度大幅度提高。減水劑可在不降低石膏漿體流動性的同時減少拌合用水量，提高石膏硬化體的結(jié)構(gòu)密實度和力學(xué)性能。隨著石膏專用減水劑的快速發(fā)展，促進(jìn)了建筑石膏自流平材料的推廣應(yīng)用。影響減水劑效果的主要因素為晶體表面吸附，萘系和三聚氰胺系減水劑在β-半水石膏表面的吸附屬于物理吸附，而聚羧酸系減水劑屬于化學(xué)吸附。由于不同種類的工業(yè)副產(chǎn)石膏的雜質(zhì)影響，減水劑使用效果不同，必須加大力度開發(fā)和研究石膏專用減水劑。

3.3硬石膏自流平砂漿

硬石膏主要來源于天然石膏、氟石膏和高溫煅燒二水石膏，硬石膏水化活性差和硬化體強度低，必須通過粉磨［13］、熱處理［14-16］和添加激發(fā)劑改性［17-18］等方式進(jìn)行處理。一般采用激發(fā)劑改變CaSO4溶解度或溶解速度，加快CaSO4·0.5H2O的生成速率，提高硬石膏水化硬化能力，縮短凝結(jié)時間。激發(fā)劑主要包括：各種硫酸鹽［K2SO4、Na2SO4、Al2（SO4）3、FeSO4、CuSO4、明礬等］、堿性激發(fā)劑（水泥、石灰等）和其它鹽類激發(fā)劑（K2Cr2O4和Na2Cr2O4）［11］。

硬石膏活性與激發(fā)劑種類、分散度和自身的表面缺陷等有關(guān)［19］。王麗等［20］利用復(fù)合激發(fā)劑、減水劑、保水劑、摻合料、骨料、纖維和減縮劑等制備了硬石膏自流平砂漿，其抗壓、抗折強度分別達(dá)到16.7、7.3 MPa，粘結(jié)強度達(dá)0.57 MPa，收縮率為0.045%，性能符合日本住宅公團(tuán)標(biāo)準(zhǔn)要求。

4　石膏基自流平砂漿國內(nèi)外檢測標(biāo)準(zhǔn)比較

2007年我國頒布并實施了JC/T 1023—2007行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)與歐洲標(biāo)準(zhǔn)由于檢測方法和養(yǎng)護(hù)條件都不相同，因此各自的技術(shù)指標(biāo)也不盡相同。我們從定義、技術(shù)指標(biāo)、養(yǎng)護(hù)方法等方面將該標(biāo)準(zhǔn)與歐洲標(biāo)準(zhǔn)BS-EN-13454-1：2004和BS-EN-13454-2：2004進(jìn)行比較。

4.1定義和分類的區(qū)別

JC/T 1023—2007對石膏基自流平砂漿定義為：以半水石膏為主要膠凝材料、和/或骨料、填料及外加劑所組成的在新拌狀態(tài)下具有一定流動性的石膏基室內(nèi)地面用自流平材料，俗稱自流平石膏。

BS-EN-13454-1：2004定義為：（1）石膏膠凝材料Calcium sulfate binders（CAB），由半水或無水石膏組成，可能還有外加劑和添加劑，CaSO4含量≥85%；（2）石膏復(fù)合膠凝材料Calcium sulfate composite binders（CAC），由CAB和額外的添加劑組成，CaSO4含量＜85%，但≥50%；（3）干混石膏基砂漿Factory made mixtures（CA），由CAB或CAC和集料組成，可能包含外加劑和添加劑。

可見，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)中的石膏基自流平砂漿是以半水石膏為主要膠凝材料，而歐洲標(biāo)準(zhǔn)不僅限于一種石膏，包括了含有添加劑的石膏膠結(jié)料。

4.2初始流動度及流動度損失的區(qū)別

JC/T 1023—2007采用水泥基自流平測試用流動度環(huán)測試流動度，具體為：內(nèi)徑30 mm，高50 mm圓環(huán)，提起后4 min測量。

BS-EN-13454-2采用跳桌用的大環(huán)測試流動度，具體為：底φ100 mm，上φ70 mm，高60 mm的圓環(huán)（跳桌），提起后1 min測量。二者對流動度和流動度損失的要求見表4。

表4　流動度和流動度損失性能指標(biāo)比較

4.3收縮性指標(biāo)及檢測方法區(qū)別

JC/T 1023—2007采用水泥基自流平收縮模具，尺寸為10 mm×40 mm×160 mm，養(yǎng)護(hù)條件為：成型后在（23±2）℃、相對濕度（50±5）%條件下養(yǎng)護(hù)至24 h脫模，測量初始長度，之后放入（40±2）℃烘箱中烘至恒重，測量試件干燥后長度。

BS-EN-13454-2規(guī)定的模具尺寸為40 mm×40 mm×160 mm，養(yǎng)護(hù)條件為：成型后放入（20±5）℃，相對濕度90%以上養(yǎng)護(hù)箱養(yǎng)護(hù)24 h拆模，如果強度不夠，可以推遲到48 h脫模，脫模之后測量初始長度，之后放在（20±5）℃，相對濕度（65± 5）%條件下養(yǎng)護(hù)，分別在3 d、7 d、14 d、28 d測試收縮。

JC/T 1023—2007要求收縮率≤0.05%，BS-EN-13454-2要求收縮值≤0.2 mm/m。

4.4強度指標(biāo)的區(qū)別

JC/T 1023—2007對石膏基自流平的抗折、抗壓強度沒有進(jìn)行分級，而且最終強度都是絕干狀態(tài)的強度。編制該標(biāo)準(zhǔn)時，由于我國石膏粉體建筑材料標(biāo)準(zhǔn)中沒有強度等級之分，且國內(nèi)石膏基自流平砂漿的產(chǎn)量及用量尚屬起步階段，又因石膏基自流平砂漿使用范圍的限定，它有別于水泥基自流平材料，因此在標(biāo)準(zhǔn)中的強度指標(biāo)不分等級，具體見表5。養(yǎng)護(hù)方式為：終凝后1 h內(nèi)脫模，在（23±2）℃、相對濕度（50±5）%條件下養(yǎng)護(hù)至24 h；測試絕干強度的此時放入（40±2）℃烘箱中烘至恒重。

表5　JC/T 1023—2007強度指標(biāo)要求

BS-EN-13454-1對石膏基自流平的抗折、抗壓強度類似水泥基自流平一樣進(jìn)行了分級（見表6）。BS-EN-13454-2沒有進(jìn)行絕干養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)方式為：在（20±5）℃、相對濕度90%以上養(yǎng)護(hù)48 h脫模，然后在（20±5）℃、相對濕度（65±5）%條件下養(yǎng)護(hù)到齡期。

表6　BS-EN-13454-1強度指標(biāo)要求（28 d）

4.5實驗室數(shù)據(jù)驗證

JC/T 1023—2007對石膏基自流平砂漿的膠凝材料限制為半水高強石膏，而在實際中還會有無水石膏基的自流平材料。在我們?nèi)粘５脑囼炛幸舶l(fā)現(xiàn)，石膏基自流平由于多種添加劑的摻入，和純石膏制品的性能有很大的區(qū)別，在絕干狀態(tài)下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)后，如果繼續(xù)在常溫標(biāo)態(tài)下養(yǎng)護(hù)，強度還會繼續(xù)增長（如圖2所示）。因此建議在該行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)修編的時候，收集各種石膏基產(chǎn)品進(jìn)行不同養(yǎng)護(hù)制度的試驗對比，得出最終的強度結(jié)果更為科學(xué)。

圖2　不同養(yǎng)護(hù)方式下石膏基自流平強度的變化

5　結(jié)論

（1）自流平石膏砂漿作為地面找平層，具有其它材料無法比擬的優(yōu)點，市場前景廣闊。自流平石膏作為替代水泥、減少碳排放的重要產(chǎn)品，與政府已出臺政策推廣的“石膏干粉砂漿”一樣具有節(jié)能減排的社會效益和經(jīng)濟效益。

（2）石膏基自流平砂漿從強度穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性方面都優(yōu)于傳統(tǒng)水泥砂漿，是地暖系統(tǒng)的優(yōu)選材料。

（3）國內(nèi)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國外石膏基自流平砂漿標(biāo)準(zhǔn)中，技術(shù)指標(biāo)、檢測方法、養(yǎng)護(hù)條件均有很大的差異，而且我們通過試驗證明，半水石膏基自流平在絕干條件下測試的強度不是最終的強度。建議該行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)在修編時應(yīng)該考慮養(yǎng)護(hù)條件的影響。

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The research on the technological progress of gypsum-based self-leveling mortar

ZHU Haixia
（MACO Group Corporation，Beijing 100076，China）

This paper mainly introduces the origin of gypsum-based self-leveling mortar，the domestic and international market development and application prospect in the future，and simply explains its application in radiant floor heating system.We compared the difference between standards at home and abroad.According to our experimental results，the compressive strength of gypsum-based self-leveling mortar will increase under the standard curing condition after drying.

self-leveling mortar，gypsum based，radiant floor heating

TU56+4.6

A

1001-702X（2016）06-0001-05

2015-10-30；

2015-12-16

朱海霞，女，1981年生，河北張家口人，工程師，主要從事砂漿類產(chǎn)品研發(fā)以及化學(xué)添加劑的應(yīng)用研究。地址：北京市大興區(qū)瀛元街6號，電話：010-69272222，E-mail：zhuhaixia@meichao.com。