吳芳，任增洲，李利

(重慶大學材料科學與工程學院重慶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

(重慶大學材料科學與工程學院重慶400045)

通過對水泥基自流平砂漿組成材料對其性能的影響及作用機理的分析，掌握了組成材料的影響特性，開發(fā)出了高質量、經濟型、快硬性水泥基自流平砂漿。試驗結果表明：研制的水泥基自流平砂漿20min擴展度達145mm，30min擴展度大于130mm；24h抗折、抗壓強度達4.4MPa、13.8MPa；砂漿硬化表面光滑平整，材料成本價格僅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性及穩(wěn)定性，且早期強度高，施工速度快，勞動強度低，是大型超市、停車場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發(fā)展方向，市場潛力很大[1]。

目前國內水泥基自流平砂漿的發(fā)展與國外發(fā)達國家相比差距較大，主要存在早期強度低、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、表面質量高等優(yōu)點，但它對基材和施工的要求比較高，而且價格昂貴，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)實意義。

1 試驗材料和方法

1.1 試驗原材料

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

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

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

砂子：細度模數(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的纖維素醚（HPMC），B1-MT 4000 PFV；乳液型有機硅消泡劑；德國瓦克生產的RE5011L可分散乳膠粉。

水：自來水。

1.2 試驗方法

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

2 組成材料對自流平砂漿性能的影響

2.1 硫鋁酸鹽水泥對自流平砂漿性能的影響

硫鋁酸鹽水泥摻量對自流平砂漿性能的影響試驗結果如表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流動性逐漸降低。硫鋁酸鹽水泥對砂漿早期強度影響大，對后期強度影響小。當未摻硫鋁酸鹽水泥時，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，強度極低；當硫鋁酸鹽水泥摻量增加到10%時，砂漿早期強度提高明顯，24h抗折、抗壓強度分別提高了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；當比例在15%～20%時，自流平砂漿不泌水不離析，流動性好，強度高收縮低，表面平整光滑；當比例超過20%時，自流平砂漿流動性變差，強度降低，試件表面發(fā)黃。

硫鋁酸鹽水泥對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程。當兩種水泥的水化進程一致時，形成的水化產物相互搭接，尤其是膨脹性產物（鈣礬石）堆積量逐漸增多時，兩者的強度疊加達到最高；當兩種水泥水化進程不一致時，兩者的水化產物相互制約而破壞，膨脹性水化產物（鈣礬石）堆積量相對減少，強度降低[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 硫鋁酸鹽水泥對自流平砂漿性能的影響

2.2 砂對自流平砂漿性能的影響

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

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

從自流平砂漿流動性和強度方面考慮，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，試驗最終選擇集膠比為1.0。

表2 砂子對自流平砂漿性能的影響

2.3 礦物摻合料對自流平砂漿性能的影響

粉煤灰和礦渣對自流平砂漿性能的影響結果見表3。從表3中可知，當?shù)V物摻合料的取代量低于30%時，隨著礦物摻合料取代量的增加，自流平砂漿的流動性逐漸增大，但取代量超過30%時，流動性開始下降。砂漿的早期強度則隨著礦物摻合料取代量的增加逐漸降低，砂漿后期強度在礦物摻合料取代量不超過30%時有所提高，超過30%時也開始降低。另外，從表3中看到，當?shù)V物摻合料取代總量低于10%時，自流平砂漿30min時的擴展度低于130mm，流動性較差，達不到標準要求，當取代總量超過30%時，砂漿的早期強度較小。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，調節(jié)粉煤灰和礦渣之間的比例，試驗結果如表4。從表4中看出，當?shù)V渣與粉煤灰之間的比例在1.5左右時，砂漿的強度最佳，流動性最好。

綜合考慮，礦物摻合料的取代量控制在20%～30%，同時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，砂漿粘度增加較大，施工性能較差，對砂漿性能的改善趨勢亦較緩，并且摻量太大不經濟[4]，且對砂漿抗壓強度影響較大，因此摻量應控制在一定范圍內。

表4 礦渣和粉煤灰對自流平砂漿性能的影響（2）

從表5中看出，當自流平砂漿未摻乳膠粉時，自流平砂漿的流動性較差，摻入0.5%的乳膠粉后即可明顯提高砂漿的流動性，再繼續(xù)增加乳膠粉的摻量，砂漿的流動性變化較小。同時，試驗觀察發(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。乳膠粉對自流平砂漿的早期抗壓強度、粘接強度和耐磨性影響較大，隨著乳膠粉摻量的增加，砂漿早期抗壓強度基本逐漸降低，粘接強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 增稠劑對自流平砂漿性能的影響

試驗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，有助于延長開放時間，同時通過增稠作用防止離析和沉降，有助于形成更均勻的結構，從而提高粘接強度，形成光滑細膩的表面。

表5 RE5011L對自流平砂漿性能的影響

表6 增稠劑對自流平砂漿性能的影響

表7 消泡劑對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性先增大后減小，20min后流動性逐漸減小，強度先提高后降低。當自流平砂漿中不摻增稠劑(HPMC)時，砂漿泌水離析嚴重，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 消泡劑劑對自流平砂漿性能的影響

消泡劑對自流平砂漿性能的影響結果如下：

從表7中看出，消泡劑對自流平砂漿流動性影響較小，對強度影響較大。砂漿中不摻消泡劑時，強度很低，表面留有大量針狀氣孔，而摻入0.2%的消泡劑后，砂漿強度明顯提高，24h抗折、抗壓強度分別提高了1.0MPa、3.3MPa， 28d抗折、抗壓強度分別提高了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，砂漿的早期強度是逐漸提高的，后期強度變化波動較大，當消泡劑的摻量超過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經濟指標

根據上述試驗結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性能較優(yōu)，硬化砂漿表面光滑平整，原材料成本估算價格大約在600元/噸左右。

4 試驗結論

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

責任編輯：余詠梅

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

（3）當?shù)V渣和粉煤灰雙摻時，取代水泥總量在20%～30%、礦渣與粉煤灰的比例為1.5左右時，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，配制的自流平砂漿各方面性能較優(yōu)。

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

[1]苑金生.地面自流平材料的開發(fā)應用[J].中國建材.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合水泥研究[J].遼寧大學學報:自然科學版，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文獻標識碼：A文章編號：1671-9107（2010）08-0012-05

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

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與研究。