楊奇瑋，楊新亞，王義恒，李莎

（1.華新水泥股份有限公司，湖北 武漢 430073；2.武漢理工大學 材料研究與測試中心，湖北 武漢 430070）

0 前 言

石膏基地面自流平砂漿的主要膠凝材料由α型高強石膏、建筑石膏以及硬石膏等組成，在室內地面找平處理中應用廣泛，具有流動性好、施工工藝簡單、施工周期短、干燥收縮小、不易開裂、保溫隔熱性能好、綠色環(huán)保等優(yōu)點，與高柔性粘結砂漿組成地暖系統，可以解決目前國內地暖系統中存在的問題[1]。石膏作為工業(yè)減少碳排放的重要原料，符合我國建筑業(yè)發(fā)展的需要，其中工業(yè)生產氫氟酸的副產品氟石膏屬于硬石膏，已有學者經過研究用來制備石膏基磚、抹灰石膏、水泥緩凝劑等產品。采用氟石膏與α型半水石膏組成復合型石膏膠凝材料進行石膏基地面自流平砂漿開發(fā)，不僅可以拓寬氟石膏的資源化綜合利用途徑，還能與建材行業(yè)推廣的“石膏干粉砂漿”具有同樣節(jié)能減排的社會和經濟效益[1-3]。

本研究以提高工業(yè)廢棄物氟石膏的資源化利用為主要目的，探討不同種類和顆粒級配的細骨料和3種聚羧酸減水劑對摻氟石膏的復合型石膏基地面自流平砂漿性能的影響，確保自流平砂漿性能符合JC/T 1023—2007《石膏基自流平砂漿》的要求，提高氟石膏的綜合利用效率，達到以廢治廢、循環(huán)經濟的目的。

1 實 驗

1.1 原材料

（1）氟石膏：河北平泉產，將氟石膏進行固氟脫酸[3-5]改性處理后使其具有膠凝性能。改性氟石膏呈粉狀，主要技術性能見表1。

表1 改性氟石膏的主要技術性能

（2）α型半水石膏：湖北應城產，主要技術性能見表2。

表2 α型半水石膏的主要技術性能

（3）細骨料：選用石英砂、不同顆粒級配的碳酸鈣砂Ⅰ和碳酸鈣砂Ⅱ，堆積密度分別為1260、1350、1410 kg/m3，3種細骨料的顆粒分布見表3。碳酸鈣砂主要表現為顆粒級配不同，其中碳酸鈣砂Ⅰ的粒徑大于碳酸鈣砂Ⅱ。石英砂和碳酸鈣砂均由天然材料所制備，表面均較致密，由于機械制砂而多棱角，碳酸鈣砂以方狀為主，石英砂則為不規(guī)則形狀（見圖1）。

表3 不同細骨料的顆粒分布

圖1 石英砂和碳酸鈣砂Ⅰ的SEM照片

（4）外加劑：選用3種聚羧酸減水劑，F5為黃色粉末，密度300～600 kg/m3，干燥損失≤2.0%；S1為灰白色或淡橙色粉末，含水率≤3.0%；S2為灰白色或淡橙色粉末，含水率≤3.0%，三者減水率均大于25%；保水劑為纖維素醚（HPMC），其黏度為400 mPa·s；流平調凝劑為自制有機高分子類材料。

（5）水：自來水，符合JGJ 63—2006《混凝土用水標準》。

1.2 測試方法

結晶水含量按GB/T 5484—2012《石膏化學分析方法》進行測試；流動度（初始及30 min）、凝結時間及強度均按JC/T 1023—2007進行測試。初始流動度用水量（以下簡稱用水量）按流動度為（145±5）mm時確定。

1.3 自流平砂漿的基礎配比（見表4）

表4 自流平砂漿的基礎配比 %

2 結果與討論

2.1 細骨料對自流平砂漿性能的影響（見表5）

表5 細骨料對自流平砂漿性能的影響

從表3和表5可以看出，碳酸鈣砂Ⅱ中細砂所占比例最大，由碳酸鈣砂Ⅱ制備的3#自流平砂漿用水量也最大。這是因為摻入細顆粒越多，自流平砂漿結構越密實，為達到一定的流動性，會增大自流平砂漿的用水量。2#和3#自流平砂漿的凝結時間接近，且相對于1#自流平砂漿凝結時間有所縮短。這是因為碳酸鈣砂中含有較細顆粒，吸水性大，保水性強，能夠減少自流平砂漿塑性階段水分的散失，使得凝結時間縮短。

從表5的力學性能測試結果可見，1#自流平砂漿的抗折和抗壓強度均高于2#和3#自流平砂漿，但均符合JC/T 1023—2007的要求。這是因為天然石英砂的硬度較碳酸鈣砂更高，應用到砂漿中的力學性能表現更佳。石英砂在顆粒形狀上具有優(yōu)勢，不規(guī)則的顆粒能更好地填充在自流平砂漿內部孔隙之間，形成更加致密的砂漿結構[6]。摻2種碳酸鈣砂的自流平砂漿的力學性能接近，但2#自流平砂漿中的細骨料顆粒比3#自流平砂漿中的細骨料顆粒粗，對自流平砂漿的抗壓強度有利，反之，顆粒較細對自流平砂漿的抗折強度有利。

2.2 聚羧酸減水劑對自流平砂漿流動性的影響

自流平砂漿的關鍵技術在于能否使得自流平砂漿在自身重力作用下，獲得良好的流動性，從而達到自動流平效果。其中減水劑是自流平砂漿的主要外加劑，具有改善自流平砂漿流動性和強度的作用[7]。若不摻加減水劑，要符合JC/T 1023—2007中30 min流動度損失≤3 mm的要求，就會增大自流平砂漿的用水量，很可能造成自流平砂漿泌水離析的問題，因此需對減水劑作進一步研究。本次試驗選擇自流平砂漿流動度控制在（145±5）mm范圍內的用水量，分別采用3種聚羧酸減水劑，摻量為0.15%～0.30%，對自流平砂漿流動性的影響如表6所示。

表6 3種聚羧酸減水劑對自流平砂漿流動性的影響

由表6可以看出，隨著3種聚羧酸減水劑摻量從0.15%增大到0.30%，摻入S1的自流平砂漿用水量在32.0%～36.0%變化，摻入S2的自流平砂漿用水量在32.0%～34.0%變化，摻入F5的自流平砂漿用水量在30.0%～32.0%變化，說明在相同減水劑摻量范圍下，摻S2和F5對自流平砂漿的用水量影響相對摻S1較為穩(wěn)定。在相同摻量、達到相同流動度的情況下，摻F5的自流平砂漿用水量最少。當F5和S1的摻量同為0.15%時，摻入前者的自流平砂漿減水率較后者高11%；自流平砂漿要達到相同用水量32.0%，S系列聚羧酸減水劑的摻量同為0.30%時，較F5摻量高1倍。這與3種聚羧酸減水劑本身的分子結構組成和復合型石膏基體系的自流平砂漿的適應性有關。聚羧酸減水劑的特點在于主鏈上帶有多個支鏈結構，支鏈上不同的活性基團表現出不同的空間位阻效應，隨著水化進程推進，空間位阻效應產生的分散性受石膏水化作用的影響較小，因此，自流平砂漿的的流動性會在長時間內得到維持，并具有良好的分散穩(wěn)定性[8-10]。

2.3 聚羧酸減水劑對自流平砂漿力學性能的影響（見圖2）

圖2 3種聚羧酸減水劑對自流平砂漿力學性能的影響

由圖2可見，當3種聚羧酸減水劑的摻量在0.15%～0.30%時摻入F5的自流平砂漿力學性能最佳。摻入S1的自流平砂漿強度增長趨勢明顯，摻量為0.30%時，24 h抗折和抗壓強度較摻量為0.15%的分別提高了31.0%、47.3%；對于摻入S2的自流平砂漿，摻量為0.30%時，24 h抗折和抗壓強度較摻量為0.15%的分別提高了13.8%、8.3%。可見摻入S1對自流平砂漿的早期強度影響較大，隨著S1摻量的增加，24 h抗折和24 h抗壓強度都會得到明顯提高。自流平砂漿強度提高的原因在于適當摻入減水劑會使得復合型石膏顆粒間結構變得更加緊密，大孔隙數量減少，小孔數量增加，并逐漸均勻分散，有利于復合型石膏的水化硬化過程，從而提高自流平砂漿的力學性能[11]。

從圖2還可以看出，當F5摻量為0.25%時，自流平砂漿的絕干抗壓強度達到最高，這是因為自流平砂漿要達到規(guī)定的流動度時，增加減水劑摻量會使需水量減少，從而使復合型石膏對減水劑的吸附作用達到最佳；若繼續(xù)增加減水劑的摻量，復合型石膏對減水劑的吸附量就不再增大，致使?jié){體內部產生大量氣孔，自流平砂漿的抗壓強度降低[11]。

綜合分析，優(yōu)化后的自流平砂漿配合比為：m（復合型石膏）∶m（石英砂）∶m（S1聚羧酸減水劑）=80∶20∶0.2，制備的自流平砂漿30 min流動度增大5 mm，24 h抗折和抗壓強度分別為3.3、9.7 MPa，絕干抗折和抗壓強度分別為10.6、27.6 MPa，符合JC/T 1023—2007的要求，從而可以實現固廢產物氟石膏的資源化利用。

3 結 論

（1）當細骨料摻量均為20%時，摻石英砂的自流平砂漿流動性和力學性能均優(yōu)于摻碳酸鈣砂的自流平砂漿。

（2）自流平砂漿的流動性與所摻聚羧酸減水劑的分子結構組成有關。

（3）優(yōu)化后的自流平砂漿配合比為：m（復合型石膏）∶m（石英砂）∶m（S1聚羧酸減水劑）=80∶20∶0.2，制備的自流平砂漿30 min流動度增大5 mm，24 h抗折和抗壓強度分別為3.3、9.7 MPa，絕干抗折和抗壓強度分別為10.6、27.6 MPa，符合JC/T 1023—2007的要求。