逄魯峰，楊蘇，馬正先

（山東建筑大學(xué)土木工程學(xué)院，山東濟(jì)南 250101）

0 引言

隨著人們對(duì)居住環(huán)境有了更高的需求，傳統(tǒng)的建筑材料已不能滿足建筑要求和產(chǎn)業(yè)政策，特別是國家開展“十二五”墻體材料革新，提出加快推動(dòng)墻體材料產(chǎn)業(yè)升級(jí)，為建筑和循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展開拓了前所未有的曠闊空間[1]。各種輕質(zhì)墻板蓬勃發(fā)展，其中FPB輕質(zhì)墻板是國內(nèi)墻體材料革新中非常好的替代產(chǎn)品。

FPB建筑用輕質(zhì)墻板以硅酸鈣板為兩面板，芯材采用水泥、石膏、聚苯顆粒等，結(jié)構(gòu)見圖1。FPB輕質(zhì)墻板兼具輕質(zhì)高強(qiáng)、阻燃耐火、施工便捷等于一體，被充分利用于框架建筑體系的非承重墻體，施工時(shí)2塊墻板的榫頭和榫槽對(duì)齊后中間會(huì)形成灌漿孔，待FPB輕質(zhì)墻板收縮穩(wěn)定后即可注入灌漿料。

圖1 FPB輕質(zhì)墻板

目前國內(nèi)外還缺乏具備優(yōu)異性能的FPB輕質(zhì)墻板專用灌漿材料，使用的輕質(zhì)墻板專用灌漿料流動(dòng)性差、在灌漿時(shí)灌入細(xì)微縫隙能力低，經(jīng)常不能完整堵塞縫隙，灌后甚至留下毛髦狀孔洞，且漿體和墻體無法很好的密貼，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與耐久性較差，不能滿足工程實(shí)際需要。

針對(duì)現(xiàn)階段輕質(zhì)墻板灌漿料所發(fā)現(xiàn)的問題，通過控制變量法引入硅灰、粉煤灰、礦粉，分析其對(duì)輕質(zhì)墻板灌漿料流動(dòng)性及力學(xué)性能的影響，制備一種流動(dòng)度高、力學(xué)性能良好，且不發(fā)生離析泌水、能夠滲透到微小的隙縫中的FPB輕質(zhì)墻板專用灌漿料，使板縫中的每處都充盈飽滿的漿體，性能符合JC/T 985—2017《地面用水泥基自流平砂漿》要求。

1 試 驗(yàn)

1.1 原材料

水泥：P·O42.5，濟(jì)南山水水泥廠，比表面積320～350 m2/kg；硫鋁酸鹽水泥：強(qiáng)度等級(jí)42.5，云雀水泥有限公司，比表面積352 m2/kg；粉煤灰：Ⅰ級(jí)，濟(jì)寧恒志建材有限公司；硅灰：94級(jí)，山西君盛天弘新材料有限公司；礦粉：S95級(jí)，山東京中礦粉廠；石英砂：細(xì)度模數(shù)1.9，含泥量＜0.5%，泰安鑫合烘干砂廠；聚羧酸減水劑：PC-1601粉劑，減水率37%，山東華迪建筑科技有限公司；有機(jī)硅消泡劑：淄博拓興化工有限公司；羥丙基甲基纖維素：黏度400 mPa·s，山東戈麥斯化工有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)步驟

（1）在輕質(zhì)墻板灌漿料的基礎(chǔ)配合比上，分別摻入硅灰、粉煤灰、礦粉，通過控制變量法研究FPB輕質(zhì)墻板灌漿料的流動(dòng)性及抗壓強(qiáng)度。（2）將礦物摻合料進(jìn)行正交試驗(yàn)來探究其復(fù)合效應(yīng)能否產(chǎn)生更優(yōu)效果，綜合分析得出最優(yōu)配比。（3）將最優(yōu)配比的FPB輕質(zhì)墻板灌漿料與市售原墻板灌漿料進(jìn)行性能對(duì)比，并對(duì)工程中所應(yīng)用的FPB輕質(zhì)墻板進(jìn)行性能測(cè)試。

1.2.2 測(cè)試方法

流動(dòng)度測(cè)試：按JC/T 985—2017進(jìn)行，模具為自流平砂漿流動(dòng)度試模，內(nèi)徑（30±0.1）mm、高度（50±0.1）mm的金屬空心圓柱體。強(qiáng)度測(cè)試按GB/T 17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO）法》進(jìn)行，試件尺寸為40 mm×40 mm×160 mm。

1.3 試驗(yàn)儀器與設(shè)備

JJ-5型水泥膠砂攪拌機(jī)：滄州金瑞試驗(yàn)儀器有限公司；TYE-300B型壓力試驗(yàn)機(jī)：濟(jì)南中奧試驗(yàn)儀器公司；FA2004B型天平：上海精密科學(xué)儀器有限公司；試模：河北華旺試驗(yàn)設(shè)備有限公司。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

試驗(yàn)選擇硅灰、粉煤灰、礦粉，分別以0、5%、10%、15%、20%、25%摻量替代普硅水泥。試驗(yàn)初步確定FPB輕質(zhì)墻板灌漿料的基礎(chǔ)配合比為：水膠比0.5、膠砂比1.0、硫鋁酸鹽水泥15%、P·O42.5水泥84.8%、聚羧酸減水劑0.12%、有機(jī)硅消泡劑0.04%、羥丙基甲基纖維素0.04%。

2.1 硅灰、粉煤灰、礦粉對(duì)輕質(zhì)墻板灌漿料流動(dòng)度的影響（見圖2）

圖2 礦物摻合料摻量對(duì)輕質(zhì)墻板灌漿料流動(dòng)度的影響

從圖2可以看出：

（1）硅灰對(duì)輕質(zhì)墻板灌漿料流動(dòng)度的影響

相比無硅灰的組，F(xiàn)PB輕質(zhì)墻板灌漿料的流動(dòng)度有所提升，當(dāng)硅灰摻量在0～5%內(nèi)增多時(shí)，F(xiàn)PB輕質(zhì)墻板灌漿料初始與30 min流動(dòng)度略微增大，當(dāng)硅灰摻量為5%時(shí)達(dá)到最大，初始和30 min流動(dòng)度分別為163、132 mm。

當(dāng)硅灰摻量超出合適范圍后，F(xiàn)PB輕質(zhì)墻板灌漿料的流動(dòng)度開始減小，原因是水泥的比表面積為0.32～0.35 m2/g，而硅灰的比表面積達(dá)20～25 m2/g，因此硅灰代替等質(zhì)量的水泥會(huì)使表面積變大，從而利用更多的自由水來濕潤膠凝材料的表面，所以灌漿料流動(dòng)性會(huì)降低，且變得粘稠[2]。

（2）粉煤灰對(duì)輕質(zhì)墻板灌漿料流動(dòng)度的影響

粉煤灰摻量由0增加至20%時(shí)，F(xiàn)PB輕質(zhì)墻板灌漿料初始與30 min流動(dòng)度較基準(zhǔn)組顯著提升。原因是粉煤灰的顆粒細(xì)、聚集程度較低，球形顆粒在灌漿料中有潤滑、滾珠效果，可以增強(qiáng)潤滑并使骨料和水泥顆粒之間的摩擦減小。當(dāng)粉煤灰摻量達(dá)到20%時(shí)，初始與30 min流動(dòng)度均較大，分別為169、145 mm。粉煤灰摻量超過20%時(shí)，所產(chǎn)生的滾珠效應(yīng)達(dá)到飽和狀態(tài)，流動(dòng)度基本不變。

（3）礦粉對(duì)輕質(zhì)墻板灌漿料流動(dòng)度的影響

礦粉摻量在0～20%范圍內(nèi)，F(xiàn)PB輕質(zhì)墻板灌漿料的流動(dòng)度隨礦粉摻量的增加呈逐漸增大的趨勢(shì)，這可能是由于礦粉表面能相對(duì)較大，可以很好的吸附聚羧酸減水劑分子，因此礦粉表面會(huì)生成雙電層，可以使水泥的絮凝狀結(jié)構(gòu)打開[3]。礦粉摻量達(dá)到20%時(shí)，F(xiàn)PB輕質(zhì)墻板灌漿料的流動(dòng)度達(dá)到最大，初始和30 min流動(dòng)度分別為168、148 mm，30 min流動(dòng)度損失為20 mm，損失較小。這是因?yàn)榈V粉具有很好的保水性[4]，加入一定量可以降低因?yàn)檫^分蒸發(fā)導(dǎo)致的FPB輕質(zhì)墻板灌漿料流動(dòng)度損失。

在相同摻量下，縱向比較它們對(duì)FPB輕質(zhì)墻板灌漿料初始流動(dòng)度的影響大小為：粉煤灰＞礦粉＞硅灰，對(duì)30 min流動(dòng)度的影響大小為：礦粉＞粉煤灰＞硅灰。

2.2 硅灰、粉煤灰、礦粉對(duì)輕質(zhì)墻板灌漿料抗壓強(qiáng)度的影響（見圖3）

圖3 礦物摻合料對(duì)灌漿料抗壓強(qiáng)度的影響

從圖3可以看出：

（1）硅灰對(duì)輕質(zhì)墻板灌漿料抗壓強(qiáng)度的影響

硅灰摻量由0增加至10%時(shí)，輕質(zhì)墻板灌漿料的各齡期抗壓強(qiáng)度明顯提高；當(dāng)硅灰摻量達(dá)到10%時(shí)，F(xiàn)PB輕質(zhì)墻板灌漿料中膠凝材料密實(shí)程度達(dá)到最大，1、3、28 d抗壓強(qiáng)度均達(dá)到最高值，分別為9.90、17.34、29.79 MPa。由于硅灰具有顯著的火山灰效應(yīng)，和水接觸后能夠生成富硅凝膠，凝膠里SiO2會(huì)和Ca（OH）2發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生C-S-H凝膠[5]，使Ca（OH）2含量大大降低，并產(chǎn)生低堿水化硅酸鈣，因此試件硬化后結(jié)構(gòu)變得更加致密。但當(dāng)硅灰摻量超過10%時(shí)，F(xiàn)PB輕質(zhì)墻板灌漿料的1、3、28 d抗壓強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)，但下降幅度較小。此外，隨齡期逐漸延長(zhǎng)，輕質(zhì)墻板灌漿料抗壓強(qiáng)度的上升幅度愈來愈大。這是由于試件齡期的延長(zhǎng)，會(huì)使硅灰火山灰作用逐漸變得更加顯著，添加適當(dāng)?shù)墓杌夷軌蛎黠@促進(jìn)漿體后期的水化反應(yīng)[6]，從而可以使水化產(chǎn)物增加，促進(jìn)水化反應(yīng)持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，因此對(duì)后期強(qiáng)度的貢獻(xiàn)更加顯著。

（2）粉煤灰對(duì)輕質(zhì)墻板灌漿料抗壓強(qiáng)度的影響

當(dāng)粉煤灰摻量從0增加到10%時(shí)，F(xiàn)PB輕質(zhì)墻板灌漿料各齡期的抗壓強(qiáng)度逐漸提高，當(dāng)摻量為10%時(shí)抗壓強(qiáng)度為最高，1、3、28 d抗壓強(qiáng)度分別為9.85、17.08、27.69 MPa，且相較于早期強(qiáng)度，粉煤灰對(duì)FPB輕質(zhì)墻板灌漿料后期強(qiáng)度貢獻(xiàn)更大。相較于硅灰與礦粉，粉煤灰摻量增加對(duì)強(qiáng)度的增長(zhǎng)不明顯。這是由于水化產(chǎn)物Ca（OH）2與粉煤灰粒子中間存在水解層，Ca+要與粉煤灰中的SiO2和A12O3發(fā)生二次水化反應(yīng)必須通過水解層[7]，反應(yīng)產(chǎn)物逐漸積聚在水解層中，所以當(dāng)水解層內(nèi)未達(dá)到一定量的火山灰效應(yīng)產(chǎn)物時(shí)，強(qiáng)度不會(huì)顯著提高。

（3）礦粉對(duì)輕質(zhì)墻板灌漿料抗壓強(qiáng)度的影響

隨礦粉摻量的增加，F(xiàn)PB輕質(zhì)墻板灌漿料的抗壓強(qiáng)度先提高后降低。當(dāng)?shù)V粉摻量為10%時(shí)，灌漿料抗壓強(qiáng)度達(dá)到峰值，1、3、28 d抗壓強(qiáng)度分別為9.87、17.23、28.24 MPa；礦粉取代水泥10%以上時(shí)，抗壓強(qiáng)度呈減小趨勢(shì)，這可能是由于礦粉過多時(shí)，膠凝材料的活性組分減少，因此FPB輕質(zhì)墻板灌漿料的抗壓強(qiáng)度也相應(yīng)下降。

2.3 正交試驗(yàn)

根據(jù)上述試驗(yàn)可知，摻入適量粉煤灰、礦粉能夠有效提升灌漿料的流動(dòng)性和抗壓強(qiáng)度。綜合考慮灌漿料的工作性及經(jīng)濟(jì)性，將粉煤灰、礦粉、硅灰進(jìn)行正交試驗(yàn)來探究其復(fù)合效應(yīng)能否產(chǎn)生更優(yōu)效果，正交試驗(yàn)因素水平見表1，正交試驗(yàn)結(jié)果見表2，F(xiàn)PB輕質(zhì)墻板灌漿料的流動(dòng)度及抗壓強(qiáng)度極差分析見表3。

表1 正交試驗(yàn)因素水平

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果

從表3可知：

（1）3種礦物摻合料對(duì)FPB輕質(zhì)墻板灌漿料的初始流動(dòng)度影響大小為：硅灰＞粉煤灰＞礦粉；對(duì)灌漿料30 min流動(dòng)度影響大小為：硅灰=礦粉＞粉煤灰。在合適比例下?lián)郊?種礦物摻合料能夠改善FPB輕質(zhì)墻板灌漿料的流動(dòng)度可能是因?yàn)椋煌降膿胶狭咸砑觾?yōu)化了漿體中膠凝材料顆粒的級(jí)配[8]，使得堆積狀態(tài)變得愈加致密，空隙中水分子能夠大量釋放。

（2）不同礦物摻合料對(duì)FPB輕質(zhì)墻板灌漿料的1、3、28 d抗壓強(qiáng)度影響大小順序均為：硅灰＞礦粉＞粉煤灰。在合適比例下?lián)郊?種礦物摻合料可以使FPB輕質(zhì)墻板灌漿料的抗壓強(qiáng)度尤其是后期抗壓強(qiáng)度明顯提升，這可能是由于水化產(chǎn)物Ca（OH）2會(huì)促使礦粉水化，形成很多低密度的水化硅酸鈣與鈣礬石[9]。水化硅酸鈣和鈣礬石比表面積較大，匯聚在粉煤灰和硅灰顆粒四周，起到了晶核作用，促進(jìn)了粉煤灰和硅灰水化反應(yīng)速率。

表3 正交試驗(yàn)極差分析

綜合流動(dòng)度及強(qiáng)度因素，礦物摻合料的最優(yōu)組合為A3B2C1，即摻加15%抗壓粉煤灰、10%礦粉、5%硅灰。此時(shí)，初始、30 min流動(dòng)度分別為169、146 mm，1、3、28 d抗壓強(qiáng)度分別為10.64、19.52、30.78 MPa，符合JC/T 985—2017要求。

2.4 與原有產(chǎn)品性能對(duì)比

將原墻板施工中所應(yīng)用的某市售品牌灌漿料產(chǎn)品與所研制的FPB輕質(zhì)墻板灌漿料進(jìn)行性能對(duì)比，結(jié)果見表4。

表4 灌漿料性能對(duì)比

由表4可知，F(xiàn)PB輕質(zhì)墻板灌漿料所測(cè)的各項(xiàng)性能均優(yōu)于原始的墻板專用灌漿料，該灌漿料具有很高的流動(dòng)性及良好的力學(xué)性能，且不發(fā)生離析泌水，能夠滲透到微小的隙縫中，使板縫中的每處都充盈飽滿的漿體，固化后與墻體有良好的粘結(jié)力，穩(wěn)定性好，對(duì)墻體無侵蝕性，不污染環(huán)境，且對(duì)人體無害，符合我國推行的“節(jié)能減排、綠色環(huán)保”的建材政策。

2.5 工程應(yīng)用

將FPB輕質(zhì)墻板灌漿料應(yīng)用于濟(jì)南市歷城區(qū)董家街道十村整合城中村改造安置房項(xiàng)目中，因其原材料來源豐富，且價(jià)格便宜、施工簡(jiǎn)便，大大提高了施工效率，其優(yōu)良的性能與可操作性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)在項(xiàng)目施工中獲得一致認(rèn)可。

對(duì)應(yīng)用于施工的FPB輕質(zhì)墻板進(jìn)行性能測(cè)試，規(guī)格為長(zhǎng)2440 mm、寬610 mm、厚100 mm，測(cè)試結(jié)果見表5，所測(cè)各項(xiàng)性能均符合GB/T 23451—2009《建筑用輕質(zhì)隔墻條板》要求。

3 結(jié)論

（1）粉煤灰、礦粉、硅灰3種礦物摻合料對(duì)FPB輕質(zhì)墻板灌漿料的流動(dòng)度都會(huì)產(chǎn)生一定影響，在相同摻量條件下，對(duì)FPB輕質(zhì)墻板灌漿料初始流動(dòng)度影響的大小為：硅灰＞粉煤灰＞礦粉，對(duì)30 min流動(dòng)度影響的大小為：硅灰=礦粉＞粉煤灰。

表5 FPB輕質(zhì)墻板的性能

（2）隨礦物摻合料摻量的增加FPB輕質(zhì)墻板灌漿料的抗壓強(qiáng)度先提高后降低，3種礦物摻合料對(duì)FPB輕質(zhì)墻板灌漿料抗壓強(qiáng)度的影響大小為：硅灰＞礦粉＞粉煤灰。

（3）一定比例的復(fù)摻可以顯著優(yōu)化FPB輕質(zhì)墻板灌漿料的性能。通過正交試驗(yàn)得出，當(dāng)?shù)V物摻合料組合方式為15%粉煤灰+10%礦粉+5%硅灰時(shí)灌漿料的抗壓強(qiáng)度及流動(dòng)性較高。

（4）所研制的FPB輕質(zhì)墻板灌漿料市售性能優(yōu)于墻板專用灌漿料，該灌漿料具有很高的流動(dòng)性和良好的力學(xué)性能，且不發(fā)生離析泌水，已成功應(yīng)用于濟(jì)南市歷城區(qū)董家街道十村整合城中村改造安置房項(xiàng)目中。