康 勇，張鶴譯

(遼寧省建設(shè)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司,遼寧 沈陽(yáng) 110005)

地面用水泥基自流平砂漿具有優(yōu)良的性能，其推廣應(yīng)用不僅可為材料生產(chǎn)企業(yè)和建筑施工企業(yè)帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，而且從節(jié)能、降耗、環(huán)保及提高建筑物質(zhì)量等方面都有著十分重要的意義[1-2]。地面用水泥基自流平砂漿按材料使用部位分為面層和墊層。墊層產(chǎn)品按其抗壓強(qiáng)度等級(jí)分為C16、C20、C25、C30、C35、C40共6類(lèi)，墊層產(chǎn)品按其抗折強(qiáng)度等級(jí)分為F4、F6、F7、F8、F10共5類(lèi)。

制備地面用水泥基自流平砂漿的關(guān)鍵是：在低水灰比條件下，提高材料的流變性能；在大流動(dòng)性前提下，保證其具有良好的黏聚性，防止泌水、離析；在滿(mǎn)足相對(duì)較長(zhǎng)可工作時(shí)間的前提下，提高早期強(qiáng)度，減少收縮[3]。

作為水泥基材料，考慮節(jié)約資源、重視節(jié)能減排才能更有利于產(chǎn)品的發(fā)展和推廣。粉煤灰作為一種工業(yè)廢料，在水泥、混凝土等綠色建材中發(fā)揮著重要作用[4-5]。本文從滿(mǎn)足水泥基自流平砂漿的工作性能和力學(xué)性能出發(fā)，通過(guò)調(diào)整粉煤灰取代水泥比例、70～120目硅砂比例、膠粉和消泡劑摻量4個(gè)配比參數(shù)，對(duì)水泥基自流平砂漿的流動(dòng)度和強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)研究，得到制備抗壓強(qiáng)度等級(jí)C40、抗折強(qiáng)度等級(jí)F10的墊層水泥基自流平砂漿優(yōu)化配合比。

1 材料與方法

1.1 原材料

水泥采用遼陽(yáng)天瑞水泥有限公司生產(chǎn)的52.5R普通硅酸鹽水泥，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量28.5%，28 d抗折強(qiáng)度8.8 MPa，28 d抗壓強(qiáng)度58.6 MPa，其他各項(xiàng)指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。粉煤灰采用鐵嶺新元建材有限責(zé)任公司的F類(lèi)Ⅰ級(jí)灰，比表面積為720 m2/kg，細(xì)度(45 μm方孔篩余)為8.2%。砂子采用遼寧彰武產(chǎn)70～120目硅砂和40～70目硅砂。膠粉采用德國(guó)瓦克5010N可再分散乳膠粉。消泡劑采用德國(guó)明凌AGITANR P803粉末消泡劑。纖維素采用陶氏化學(xué)WALOCEL MT 400 PFV 羥乙基甲基纖維素。木質(zhì)纖維采用德國(guó)JRS公司ARBOCEL ZZC500木質(zhì)纖維。減水劑采用自制粉體聚羧酸減水劑，減水率30%。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用的水泥基自流平砂漿配比如表1所示，水料比為0.22。試驗(yàn)中采用單變量的方法進(jìn)行試驗(yàn)分析，先進(jìn)行粉煤灰取代水泥比例試驗(yàn)(即編號(hào)1，2，3，4，5)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行后續(xù)單變量試驗(yàn)。通過(guò)改變配比參數(shù)：粉煤灰取代水泥比例、70～120目硅砂比例、膠粉摻量和消泡劑摻量來(lái)分析4個(gè)配比參數(shù)對(duì)自流平砂漿的性能影響情況，測(cè)試了初始流動(dòng)度、20 min流動(dòng)度、24 h和28 d抗折和抗壓強(qiáng)度，試驗(yàn)方法按照《地面用水泥基自流平砂漿》(JC/T 985—2017)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定執(zhí)行[6]。

表1 水泥基自流平砂漿配比(質(zhì)量百分比，%)

2 結(jié)果與分析

2.1 粉煤灰取代水泥比例影響分析

粉煤灰取代水泥比例對(duì)水泥基自流平砂漿的性能影響試驗(yàn)結(jié)果如圖1～圖3所示。

圖1 粉煤灰取代水泥比例對(duì)流動(dòng)度影響

圖2 粉煤灰取代水泥比例對(duì)24 h強(qiáng)度影響

圖3 粉煤灰取代水泥比例對(duì)28 d強(qiáng)度影響

由圖1可以看出，當(dāng)粉煤灰取代水泥比例低于20%時(shí)，隨著粉煤灰取代水泥比例的增加，自流平砂漿的流動(dòng)度逐漸增大，流動(dòng)度損失率下降。但粉煤灰取代水泥比例超過(guò)25%時(shí)流動(dòng)度開(kāi)始下降，流動(dòng)度損失率增大。此外，當(dāng)粉煤灰取代率為10%時(shí)，自流平砂漿20 min流動(dòng)度低于130 mm，流動(dòng)度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求。由此可以得出，當(dāng)粉煤灰取代率在15%～25%時(shí)，對(duì)提高自流平砂漿初始流動(dòng)度和降低流動(dòng)度損失率有一定作用。這主要是由于粉煤灰品質(zhì)較好，微珠效應(yīng)在粉煤灰摻量較少的情況下得以充分發(fā)揮，表現(xiàn)為流動(dòng)度逐漸增大；粉煤灰摻量增加到一定量時(shí)，由于粉煤灰的火山灰效應(yīng)，參與進(jìn)行水化反應(yīng)，故使得流動(dòng)性下降。

由圖2、圖3可以看出，隨著粉煤灰取代水泥比例的增加，自流平砂漿的24 h和28 d抗折、抗壓強(qiáng)度均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，當(dāng)粉煤灰取代水泥比例為25%時(shí)，28 d抗折強(qiáng)度為10.4 MPa，抗壓強(qiáng)度為40.6 MPa。當(dāng)粉煤灰取代水泥比例低于25%時(shí)，自流平砂漿24 h壓折比變化平緩，當(dāng)粉煤灰取代水泥比例超過(guò)25%時(shí)，壓折比開(kāi)始增加。由此可以得出，粉煤灰取代率宜控制在25%以下。綜合自流平砂漿流動(dòng)度、流動(dòng)度損失率和強(qiáng)度考慮，粉煤灰取代率為20%比較合適，其他試驗(yàn)配比均固定使用編號(hào)3對(duì)應(yīng)的配比，即粉煤灰取代水泥比例為20%，70～120目硅砂比例60%，膠粉摻量為1.5%，消泡劑摻量為0.04%。。

2.2 70～120目硅砂比例影響分析

70～120目硅砂比例對(duì)水泥基自流平砂漿的性能影響試驗(yàn)結(jié)果如圖4～圖6所示。

圖4 70～120目硅砂比例對(duì)流動(dòng)度影響

圖5 70～120目硅砂比例對(duì)24 h強(qiáng)度影響

圖6 70～120目硅砂比例對(duì)28 d強(qiáng)度影響

由圖4可以看出，隨著70～120目硅砂比例的增加，自流平砂漿流動(dòng)度和流動(dòng)度損失率呈增大趨勢(shì)。當(dāng)70～120目硅砂比例為30%時(shí)，自流平砂漿初始流動(dòng)度和20 min流動(dòng)度低于130 mm，不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。70～120目硅砂比例為70%時(shí)，流動(dòng)度損失率最大。由此可以得出，70～120目硅砂比例在40%～60%時(shí)能較好的滿(mǎn)足砂漿流動(dòng)性要求。

由圖5、圖6可以看出，隨著70～120目硅砂比例的增加，自流平砂漿的24 h和28 d的抗折、抗壓強(qiáng)度均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。70～120目硅砂比例為70%時(shí)，自流平砂漿28 d抗折強(qiáng)度為8.3 MPa，抗壓強(qiáng)度為38.5 MPa，不符合初期設(shè)計(jì)要求。隨著70～120目硅砂比例的增加，自流平砂漿24 h壓折比變化平緩，70～120目硅砂比例為70%時(shí)，自流平砂漿28 d壓折比增大明顯。綜合自流平砂漿流動(dòng)度、流動(dòng)度損失率和強(qiáng)度考慮，70～120目硅砂比例為60%比較合適。

2.3 膠粉摻量影響分析

膠粉作為一種重要的化學(xué)外加劑，可以提高砂漿的柔韌性，降低砂漿的開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)可以改善砂漿的黏聚性和保水性。膠粉摻量對(duì)水泥基自流平砂漿的性能影響試驗(yàn)結(jié)果如圖7～圖9所示。

圖7 膠粉摻量對(duì)流動(dòng)度影響

圖8 膠粉摻量對(duì)24 h強(qiáng)度影響

圖9 膠粉摻量對(duì)28 d強(qiáng)度影響

由圖7可以看出，隨著膠粉摻量的增加，自流平砂漿流動(dòng)度呈增大趨勢(shì)，流動(dòng)度損失率呈下降趨勢(shì)。膠粉摻量1.0%時(shí)，自流平砂漿初始流動(dòng)度與未摻膠粉初始流動(dòng)度比提高5%，膠粉摻量2.0%時(shí)流動(dòng)度損失率增大。由此可以得出，自流平砂漿摻入適量的膠粉可以降低砂漿內(nèi)摩擦力，起到潤(rùn)滑作用，提高砂漿流動(dòng)性能，降低流動(dòng)度損失率。

由圖7、圖8可以看出，隨著膠粉摻量的增加，自流平砂漿抗壓強(qiáng)度略有下降，而抗折強(qiáng)度明顯提高，壓折比逐漸減小。膠粉摻量1.5%時(shí)，自流平砂漿24 h抗折強(qiáng)度是未摻膠粉的2.3倍，28 d抗折強(qiáng)度是未摻膠粉的2.7倍，24 h壓折比是未摻膠粉的40%，28 d壓折比是未摻膠粉的32%。自流平砂漿壓折比降低提高了砂漿柔性，降低開(kāi)裂幾率。綜合自流平砂漿流動(dòng)度、流動(dòng)度損失率和強(qiáng)度考慮，膠粉摻量為1.5%比較合適。

2.4 消泡劑影響

消泡劑在砂漿中扮演者重要角色，可以改善機(jī)械攪拌帶來(lái)的氣泡，優(yōu)化孔結(jié)構(gòu)，使硬化后的材料達(dá)到表面平整、無(wú)蜂窩麻面、勻質(zhì)性好。消泡劑摻量對(duì)水泥基自流平砂漿的性能影響試驗(yàn)結(jié)果如圖10～圖12所示。

圖10 消泡劑摻量對(duì)流動(dòng)度影響

圖11 消泡劑摻量對(duì)24 h強(qiáng)度影響

圖12 消泡劑摻量對(duì)28 d強(qiáng)度影響

由圖10可以看出，隨著消泡劑摻量的提高，自流平砂漿流動(dòng)度呈增大趨勢(shì)，流動(dòng)度損失率呈先降低后增大趨勢(shì)。消泡劑中乳化劑起到潤(rùn)滑助流作用，加入后能夠減小砂漿的黏度，提高流動(dòng)性，但當(dāng)消泡劑摻量為0.06%時(shí)，消泡作用顯著，砂漿中起到滾珠作用的氣泡量顯著減少，砂漿流動(dòng)性降低，流動(dòng)度損失率增大顯著。

由圖11、圖12可以看出，隨著消泡劑摻量的提高，自流平砂漿抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度呈增大趨勢(shì)，壓折比呈下降趨勢(shì)。與未摻消泡劑自流平砂漿比，消泡劑摻量為0.04%時(shí)，24 h抗折強(qiáng)度是、抗壓強(qiáng)度分別提高1.2 MPa、2.6 MPa，28 d抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度分別提高3.3 MPa、6.3 MPa。24 h 壓折比在消泡劑摻量0.04%時(shí)最低，降低了砂漿早期開(kāi)裂的出現(xiàn)幾率。綜合自流平砂漿流動(dòng)度、流動(dòng)度損失率和強(qiáng)度考慮，消泡劑摻量為0.04%比較合適。

3 結(jié) 論

水泥基自流平砂漿性能受不同配比參數(shù)共同作用影響，應(yīng)同時(shí)考慮工作性、標(biāo)準(zhǔn)要求和經(jīng)濟(jì)性，通過(guò)選擇合理的配比參數(shù)不但可以獲得性能優(yōu)良的水泥基自流平砂漿也可以降低產(chǎn)品成本。本文通過(guò)試驗(yàn)確定：配比參數(shù)分別為粉煤灰取代水泥比例20%，70～120目硅砂比例60%，膠粉摻量1.5%，消泡劑摻量0.04%，可獲得性能滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求的C40F10墊層水泥基自流平砂漿。