劉成，李英丁，賈陸軍

（1.綿陽職業(yè)技術學院 材料與建造學院，四川 綿陽 621000；2．廣東龍湖科技股份有限公司綿陽技術中心，四川 綿陽 621000）

水泥基面層自流平砂漿是以特種水泥、普硅水泥、石膏為主要膠凝材料、加入填料和各種外加劑制備而成的新型地面找平裝飾材料，能夠快速、高效地對地面進行找平，并具有優(yōu)良的裝飾效果。

水泥基面層自流平砂漿具有流平性好、早期強度高、易于鋪設、施工速度快、工期短等特點，廣泛應用于工業(yè)廠房、停車場以及公共地面等[1]。水泥基面層自流平砂漿通常大面積施工，高表面體積比導致的蒸發(fā)作用和劇烈的水化反應會引起顯著的化學收縮使其易產(chǎn)生收縮開裂[2]。對于厚度大于10 mm的水泥基面層自流平砂漿地面，收縮應力是導致其早期開裂的最重要因素。隨著收縮（包括自收縮和干燥收縮）應變的增加，由于地基對地面的約束，使地面不能自由變形，從而形成沿其長度方向分布的收縮應力。當收縮拉應力超過水泥基面層自流平砂漿的抗拉強度時，自流平砂漿就會開裂。因此對于水泥基面層自流平砂漿收縮應變進行控制，將有利于降低自流平砂漿的開裂風險[3]。

水泥基面層自流平砂漿的尺寸變化率依據(jù)JC/T 985—2017《地面用水泥基自流平砂漿》進行測試，該標準規(guī)定自流平砂漿在收縮模具內(nèi)澆筑24 h脫模測試初始長度，28 d后測試自然干燥后長度，通過2次測試長度計算尺寸變化率。水泥砂漿現(xiàn)行的其他標準，如GB/T 29756—2013《干混砂漿物理性能試驗方法》、JCT 603—2004《水泥膠砂干縮試驗方法》均是以成型后24 h脫模開始測試初始長度計算砂漿的收縮，砂漿從模具澆筑至24 h的尺寸變化被忽略。然而水泥基面層自流平砂漿是一種快凝砂漿，通常2 h左右膠凝材料即開始水化，澆筑至24 h的尺寸變化對研究水泥基面層自流平砂漿的尺寸變化率極為重要，然現(xiàn)行的國家和行業(yè)標準并無相關測試方法。

本文采用新型砂漿尺寸變化測試儀測試了水泥基面層自流平砂漿的0～24 h和長齡期的尺寸變化性能，研究了水泥基面層自流平砂漿石膏摻量和凝結時間對水泥基面層自流平砂漿0～24 h的尺寸變化的影響，對指導水泥基面層自流平砂漿的應用具有參考價值。

1 實驗

1.1 實驗原材料

硬石膏：廣安恒盛建材有限公司；高鋁水泥：CA50-A700，鄭州嘉耐特種鋁酸鹽有限公司；普硅水泥：P·O42.5，安縣中聯(lián)水泥有限公司；石英砂：40～140目，綿陽市龍門石英砂廠；重鈣：325目，江油市華川新材料集團有限公司；酒石酸：DL，常茂生物化學工程股份有限公司。膠凝材料的化學成分如表1所示。

表1 膠凝材料的化學成分 %

1.2 實驗方法

1.2.1 流動度

稱取2 kg試樣，將440 g水倒入膠砂攪拌鍋中，緩慢倒入自流平砂漿粉料，慢速攪拌1 min后再快速攪拌1 min至均勻。將符合JC/T 985—2017的流動度環(huán)放置在干燥的玻璃板中央，將攪拌均勻的漿料灌滿流動度環(huán)，分別在10 s內(nèi)提起流動度環(huán)和15 min提起流動度環(huán)，保持10～15 s，使?jié){料自由流動，待流動停止4 min后測試垂直方向的直徑，取平均值為初始流動度和15 min流動度。

1.2.2 凝結時間

按照1.2.1中均勻攪拌漿料，按照GB/T 1346—2011《水泥標準稠度用水量、凝結時間、安定性檢驗方法》測試水泥自流平砂漿的初凝和終凝時間。

1.2.3 抗折、抗壓強度

稱取2 kg試樣，按照1.2.1攪拌方法攪拌均勻。將漿料灌入預先涂有脫模劑的40 mm×40 mm×160 mm膠砂試模中，漿料充滿后用刮刀刮平，24 h脫模，同時制備2組試件。試件在標準狀態(tài)下分別養(yǎng)護24 h和28 d，按照JC/T 985—2017測試抗折、抗壓強度。

1.2.4 尺寸變化測試

面層自流平砂漿測尺寸變化采用如圖1所示砂漿尺寸變化測試裝置，模具槽尺寸為50 mm×20 mm×1060 mm，倒入模具槽內(nèi)的面層自流平砂漿一端通過固定件與模具固定，另一端通過固定件與移動滑塊相連，千分表通過位移探針與移動滑塊接觸，當膠凝材料水化過程發(fā)生收縮或膨脹時，面層自流平砂漿的尺寸發(fā)生變化，從而帶動移動滑塊位移，通過位移探針傳導到千分表，從而可以通過千分表的度數(shù)變化計算面層自流平砂漿的尺寸變化率。

稱取2 kg試樣，按照1.2.1攪拌方法攪拌均勻。倒入砂漿尺寸變化測試儀模具槽內(nèi)，自水泥基面層自流平砂漿加水開始計時，每0.5 h讀取千分表數(shù)據(jù)，至24 h。隨后每1 d讀取1次，至28 d。

2 實驗結果與討論

2.1 石膏對水泥基面層自流平砂漿性能的影響

石膏是水泥基面層自流平砂漿重要膠凝材料和膨脹組分，在水泥基面層自流平砂漿中提供CaSO4與水泥反應形成鈣礬石抵消自流平砂漿的收縮。自流平砂漿配比為：普硅水泥15%、高鋁水泥20%、石英砂（40～140目）40%、添加劑（包含可再分散乳膠粉、減水劑、消泡劑、抗沉淀劑和早強劑）4%、酒石酸0.13%、硬石膏摻量分別為10%、15%和20%、采用重鈣配平至100%，確保配方中細粉料和石英砂的比例不變。研究硬石膏摻量對水泥基面層自流平砂漿的性能的影響。結果如表2所示。

表2 硬石膏摻量對水泥基面層自流平砂漿性能的影響

由表2可見，硬石膏摻量對水泥基面層自流平砂漿初始和15 min流動度的影響極小，硬石膏摻量從10%增加至20%時，水泥基面層自流平砂漿的流動度變化在2 mm以內(nèi)。硬石膏摻量對水泥基面層自流平砂漿早期抗折、抗壓強度的影響明顯大于后期抗折抗壓強度的影響。硬石膏摻量從10%增加至20%時，水泥基面層自流平砂漿1 d抗折、抗壓強度分別提高了43.5%、36.8%；3 d抗折、抗壓強度分別提高了58.2%、32.7%；28 d抗折、抗壓強度分別提高了26.3%、20.5%。這是因為隨硬石膏摻量的增加，體系中硫酸鈣溶度增大，有利于鈣礬石的形成，因此自流平砂漿的密實度相應提高，從而改善了自流平砂漿不同齡期的強度。

將砂漿尺寸變化測試儀置于自然環(huán)境下，然后將水泥基面層自流平砂漿漿料澆筑到模具槽內(nèi)，調(diào)整滑塊位置，保持模具槽內(nèi)漿料的長度為1000 mm。水泥基面層自流平砂漿0～24h尺寸變化和1～28 d尺寸變化分別如圖2、圖3所示。

水泥基面層自流平砂漿是一種快凝砂漿，終凝時間2 h左右，硬化過程水化反應較為激烈，既有水泥水化的化學收縮，也有水分消耗和蒸發(fā)產(chǎn)生的物理收縮。從圖2可以看出，水泥基面層自流平砂漿在硬化前尺寸均發(fā)生收縮，硬石膏摻量為10%時，1 h的收縮最大，收縮值為0.017 mm/m，隨后收縮開始減小，3 h時收縮最小，收縮值為0.002 mm/m，隨著齡期的延長，收縮越來越大，直至24 h時收縮值為0.103 mm/m；硬石膏摻量為15%時，1 h的收縮也最大，收縮值為0.024 mm/m，隨著齡期的進一步延長，收縮越來越小，3.5 h時開始膨脹，膨脹值為0.018 mm/m，隨后尺寸一直呈現(xiàn)膨脹趨勢，直至10 h時膨脹基本平穩(wěn)，到24 h時膨脹值為0.201 mm/m；硬石膏摻量為20%時，3 h的收縮最大，收縮值為0.066 mm/m，隨后收縮快速下降并迅速膨脹，至4 h轉為膨脹，此時膨脹值為0.145 mm/m，4 h時膨脹達到最大，此時膨脹值為0.414 mm/m，隨后膨脹開始下降，至24 h時膨脹值為0.349 mm/m。

楊峰等[4]對普硅水泥-高鋁水泥-石膏三元體系鈣礬石的作用原理進行了系統(tǒng)研究，硬石膏與高鋁水泥的主要礦物成分C3A發(fā)生如下反應生成鈣礬石，從而控制水泥基面層自流平砂漿的尺寸變化。

由此可以看出，在普硅水泥和高鋁水泥一定的情況下，鈣礬石的形成主要取決于石膏的含量，因此隨著石膏摻量的增加，鈣礬石生成量增多，從而抵消了水泥自流平體系的收縮。

硬石膏摻量較少時，水泥基面層自流平砂漿的水化初期，由于體系中的一部分水參與水化反應，另外一部分水自然蒸發(fā)消耗，因此從水泥基面層自流平砂漿澆筑至1 h，體系水分的消耗引起砂漿的塑性物理收縮，在此階段表現(xiàn)出隨著齡期延長收縮增大。當水泥基面層自流平砂漿初凝后，隨著鈣礬石的大量生成，抵消了水分消耗帶來的物理塑性收縮，體系開始膨脹，且隨著齡期延長膨脹增大。當硬石膏摻量較多時，水泥基面層自流平砂漿的水化初期，水化反應較為激烈，水化熱較高加速了水分的消耗，從而導致體系塑性物理收縮延長。體系終凝階段鈣礬石大量生成，水泥基面層自流平砂漿迅速膨脹，水化熱較高，當水化反應趨于平穩(wěn)后，水泥基面層自流平砂漿溫度下降，從而引起膨脹率減小，表現(xiàn)出輕微收縮的特征。

由圖3可見，隨著養(yǎng)護齡期的增長，水泥基面層自流平砂漿呈現(xiàn)收縮的趨勢，硬石膏摻量為10%的水泥基面層自流平砂漿，1 d收縮值為0.103 mm/m，28 d收縮值為0.521 mm/m。硬石膏摻量為15%的水泥基面層自流平砂漿，1 d膨脹值為0.201 mm/m，28 d膨脹值為0.021 mm/m。硬石膏摻量為20%的水泥基面層自流平砂漿，1 d膨脹值為0.349 mm/m，28 d膨脹值為0.095 mm/m。硬石膏摻量為15%對水泥基面層自流平砂漿的收縮控制最佳，28 d收縮最小，且相對體積處于膨脹狀態(tài)。

2.2 緩凝劑對水泥基面層自流平砂漿性能的影響

根據(jù)上述實驗結論，鈣礬石是影響試水泥基面層自流平砂漿強度和體積變化的主要因素，因此鈣礬石的形成時間對水泥基面層自流平砂漿的研究具有重要意義。水泥基面層自流平砂漿中酒石酸為常用的緩凝組分，酒石酸摻量是調(diào)節(jié)水泥基面層自流平砂漿施工時間和凝結時間的重要添加劑。結合硬石膏摻量的測試結果，測試酒石酸摻量分別為0.03%、0.08%和0.13%時水泥基面層自流平砂漿的性能變化，其余配比為：普硅水泥15%、高鋁水泥20%、石英砂（40～140目）40%、添加劑4%、硬石膏摻量15%、采用重鈣配平至100%，結果如表3和圖4所示。

表3 酒石酸摻量對水泥基面層自流平砂漿性能的影響

從表3可以看出，水泥基面層自流平砂漿的流動度隨酒石酸摻量的增加而增大，酒石酸摻量為0.03%時，水泥基面層自流平砂漿初始流動度為137 mm，15 min無流動度，施工時間較短；酒石酸摻量為0.08%時，初始和15 min流動度分別增加至143、108 mm，依然不能滿足施工要求；酒石酸摻量為0.13%時，初始和15 min流動度分別增加至146、138 mm。水泥基面層自流平砂漿的1 d抗折、抗壓強度隨酒石酸摻量增加而降低，酒石酸摻量由0.03%增加至0.13%時，1 d抗折、抗壓強度分別降低了14.1%、13.0%。水泥基面層自流平砂漿的28 d抗折、抗壓強度隨酒石酸摻量增加而提高，酒石酸摻量由0.03%增加至0.13%時，28 d抗折、抗壓強度分別提高了2.9%、9.2%。酒石酸摻量增加自流平砂漿早期的水化進程延遲，導致早期膠凝材料水化不足，從而影響了水泥基自流平砂漿的1 d強度，然而自流平砂漿中膠凝材料總量沒有發(fā)生變化，酒石酸的摻量變化僅僅改變了膠凝材料的水化進程，凝結時間更長的自流平砂漿1 d后鈣礬石的形成更多，更好地填充了自流平砂漿內(nèi)部空隙，使得自流平砂漿密實度更高，因此表現(xiàn)為酒石酸摻量增加，水泥自流平砂漿28 d強度提高。

由圖4可見，不同酒石酸摻量的水泥基面層自流平砂漿在初、終凝階段均發(fā)生收縮，酒石酸摻量為0.03%時，凝固較快，1 h的收縮最大，收縮值為0.449 mm/m，隨后收縮開始減小，7 h時收縮最小，收縮值為0.308 mm/m，隨著齡期的進一步延長，收縮進一步增加，直至24 h時收縮值為0.365 mm/m；酒石酸摻量為0.08%時，1.5 h的收縮最大，收縮值為0.084 mm/m，隨著齡期的進一步延長，收縮越來越小，3 h時體積轉為膨脹，膨脹值為0.045 mm/m，隨后尺寸一直呈現(xiàn)膨脹趨勢，直至16 h時膨脹達到最大值，到24 h時膨脹值為0.212 mm/m；酒石酸摻量為0.13%時，6 h的收縮達到最大，收縮值為0.087 mm/m，隨后收縮快速下降，至8 h體積轉為膨脹，此時膨脹值為0.004 mm/m，20 h時膨脹達到最大，此時膨脹值為0.312 mm/m，隨后體積輕微下降，至24 h時膨脹值為0.305mm/m。

酒石酸作為水泥基自流平砂漿的緩凝組分，其摻量直接影響水泥基面層自流平的初、終凝時間。當酒石酸摻量較少時，水泥基自流平的初凝時間較短，且初、終凝的間隔時間短，普硅-高鋁-石膏三元體系水化熱集中釋放，水泥自流平砂漿漿料的塑性收縮較大，自流平砂漿終凝前鈣礬石的形成被塑性漿料吸收抵消，未能達到有效的膨脹效果。當酒石酸摻量較高時，普硅-高鋁-石膏三元體系初終凝間隔時間較長，普硅-高鋁-石膏三元體系水化進程未集中進行，鈣礬石的形成主要發(fā)生在水泥自流平砂漿終凝以后，形成有效膨脹。因此，酒石酸摻量既能調(diào)節(jié)水泥基自流平砂漿的操作時間和凝固時間，也對水泥自流平砂漿早期的尺寸變化有很好的調(diào)節(jié)作用。

3 結論

（1）三元體系的水泥基自流平砂漿中，硬石膏的摻量是影響水泥基自流平砂漿性能的重要因素，硬石膏摻量的增加可以顯著提高水泥基自流平砂漿的1 d強度、同時對28 d強度也有一定的改善。

（2）硬石膏摻量的增加可以抑制水泥基自流平砂漿的早期收縮，同時減少水泥基自流平砂漿后期收縮。

（3）酒石酸摻量對水泥基自流平砂漿的1 d和28 d強度有一定的影響，同時可以顯著改善水泥基自流平砂漿早期鈣礬石形成進程，可以有效的調(diào)節(jié)水泥基自流平砂漿早期尺寸變化。

（4）采用新型尺寸變化測試裝置可以測試水泥基自流平砂漿水化過程的尺寸變化，能準確評價水泥基自流平砂漿的水化過程的收縮膨脹特性。