鄭奕鵬，王 蘭

(黎明職業(yè)大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院，福建 泉州 362000)

水泥基自流平砂漿是由水泥基膠凝材料、細骨料、填料及外加劑等組成，與水(或乳液)攪拌后具有流動性能或稍加輔助性攤鋪就能流動找平的地面用材料[1]。自流平砂漿抗壓強度等級分C16、C20、C25、C30、C35、C40，抗壓強度低于灌漿料。因其高流動性、自平整性、施工便捷、勞動力要求低，且凝結(jié)時間短、早期強度高等優(yōu)異性能[2]，自流平砂漿在國內(nèi)外得到了大量推廣和應(yīng)用。

據(jù)統(tǒng)計，泉州市存在多達1.61億m2的石結(jié)構(gòu)房屋，涉及總?cè)丝谌俣嗳f人。因石結(jié)構(gòu)樓板多采用純石板樓蓋，花崗巖易脆斷，歷年屢有石結(jié)構(gòu)坍塌事故見諸報端[10-11]，引起各方的關(guān)注與重視。鑒于自流平砂漿的以上特性，結(jié)合閩東南地區(qū)石結(jié)構(gòu)建筑的研究成果[3-7]，本文基于石板樓蓋加固結(jié)構(gòu)技術(shù)[8-9]提出新的加固技術(shù)。以自主研制的自流平砂漿替代原技術(shù)中的改性砂漿，改變原有的施工方式，以提高施工效率，節(jié)約施工成本。

1 自流平砂漿試驗研究

1.1 原材料

(1)水泥：P.O 42.5普通硅酸鹽水泥，高鋁酸鹽水泥CA-60。

(2)細骨料：符合GB/T 14684—2011規(guī)定的天然砂，粒徑0.16～0.60 mm級配的細砂，含水率約1.5%，人工烘干，含泥量低于0.15% 。

(3)減水劑：FDN(萘系減水劑)緩凝型高效減水劑，聚羧酸型高效減水劑，固含量30%。

(4)膨脹劑：UEA-Ⅱ膨脹劑(U型膨脹劑)。

(5)增粘劑：采用羥丙基甲基纖維素醚(HPMC)，可分散再生乳膠粉。

(6)消泡劑：通用型有機硅消泡劑。

(7)摻合料：Ⅰ級粉煤灰。

1.2 試驗方法

參照《地面用水泥基自流平砂漿》JC/T 985—2017確定攪拌方式、流動值及力學(xué)性能試驗，每組試驗成型6個40 mm×40 mm×160 mm三連模，用來做抗折和抗壓試驗。在環(huán)境溫度(23±2)℃，相對濕度(50±5)%，試驗區(qū)的循環(huán)風(fēng)速低于0.2 m/s的標(biāo)準(zhǔn)試驗條件下進行試件養(yǎng)護。參照《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時間、安定性檢驗方法》GB/T 1346—2011測定凝結(jié)時間。

1.3 自流平砂漿基礎(chǔ)配方

經(jīng)查閱相關(guān)文獻及試配確定試驗基礎(chǔ)配方，如表1所示。

表1 基礎(chǔ)配方

以基礎(chǔ)配方為基準(zhǔn)，進行正交試驗設(shè)計，研究膠凝材料、減水劑、消泡劑等材料的用量對自流平砂漿基本性能的影響。

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 高鋁酸鹽水泥摻量對自流平砂漿抗壓強度影響

圖1為水泥中不同占比的高鋁酸鹽水泥對自流平砂漿抗壓強度的影響。

圖1 高鋁酸鹽水泥摻量對抗壓強

(1)由圖1可知未摻入高鋁酸鹽水泥時，自流平砂漿抗壓強度最低，1 d抗壓強度僅4.17 MPa，7 d抗壓強度為26.8 MPa，28 d抗壓強度僅為36.8 MPa，砂漿24 h抗壓強度不低于6 MPa,不能滿足規(guī)范的要求。

(2)隨著高鋁酸鹽水泥摻量增加，自流平砂漿的1、7和28 d抗壓強度均有所提升，高鋁酸鹽水泥的摻量在20%時，自流平砂漿的1、7和28 d抗壓強度分別達9.2、31、40.6 MPa，高于石板樓蓋加固砂漿抗壓強度的要求。但隨著高鋁酸鹽水泥摻量的增加，自流平砂漿的制作成本將有所提高，不符合鄉(xiāng)鎮(zhèn)建筑加固應(yīng)經(jīng)濟適用的基本要求。

綜上所述，最終確定普通硅酸鹽水泥與高鋁酸鹽水泥的摻和質(zhì)量比為9 ∶1。

2.2 減水劑種類及摻量對自流平砂漿流動性能影響

作為自流平砂漿中最重要的外加劑，減水劑對自流平砂漿的流動性能及強度有著顯著的影響[12]。(1)通過對比相同用量的FDN減水劑和聚羧酸高效減水劑對自流平砂漿流動度影響，摻入FDN減水劑的自流平砂漿初始流動度為65 mm，摻入聚羧酸高效減水劑的自流平砂漿初始流動度為163 mm。摻入聚羧酸高效減水劑的自流平砂漿的流動度明顯高于摻入相同比例FDN減水劑的自流平砂漿。(2)隨著減水劑的摻入量增加，自流平砂漿的流動度隨之提高。當(dāng)聚羧酸高效減水劑的摻量為0.85%時，自流平砂漿初始流動度為163 mm，20 min流動度為145 mm。滿足石板樓蓋加固對于自流平砂漿流動性的要求。

2.3 消泡劑對自流平砂漿表觀狀態(tài)的影響

自流平砂漿對表面平整度要求較高，使用消泡劑可有效改善自流平砂漿的表面平整度。借鑒韓芳芳等[13]的研究結(jié)果，分別摻入0.2%、0.3%、0.4%、0.5%的消泡劑，觀察不同摻量的消泡劑對自流平砂漿的平整度的影響。結(jié)果如表2所示。

表2 消泡劑摻量對自流平砂漿平整度影響

當(dāng)未加入消泡劑時，砂漿攪拌過程中產(chǎn)生大量氣泡，成型后表面粗糙，內(nèi)部及表面可以觀察到大量孔洞。當(dāng)摻入消泡劑后，攪拌時氣泡數(shù)量顯著減少，成型后表面相對光滑，并隨著消泡劑摻量增加氣泡數(shù)量遞減。當(dāng)消泡劑摻入為0.3%時，攪拌時氣泡少，成型后表面光滑平整，氣泡少。能滿足用于石板樓蓋加固的要求。

通過試驗同時優(yōu)化了可再分散乳膠粉、HPMC(羥丙基甲基纖維素)、UEA等外加劑的摻入量，確定最終配合比如表3所示。

表3 自流平砂漿配合比

3 自流平砂漿加固應(yīng)用實例

3.1 試件設(shè)計及制作

為了驗證自流平砂漿的性能是否符合石板樓蓋要求，在進行石板樓蓋加固抗彎試驗中，將自流平砂漿用于3片石板樓蓋的加固。試件設(shè)計參數(shù)如表4所示。試件尺寸及構(gòu)造如圖2所示，試件完成實物圖如圖3所示。

表4 試件參數(shù)表

圖2 試件尺寸(單位：mm) 圖3 試件實物圖

3.2 試驗結(jié)果及分析

通過觀察石板樓蓋加固過程中自流平砂漿的流動狀態(tài)，分析自流平砂漿的流動性能及總結(jié)加固過程中可能會遇到的問題。通過觀察加固后試件的外觀、試件加載前后表面砂漿與石板之間的粘結(jié)情況，了解自流平砂漿與石材之間的粘結(jié)情況。

3.2.1 不同加固砂漿對石板樓蓋承載力影響分析

經(jīng)加固石板樓蓋承載力及變形分析如表5所示。

表5 主要試驗結(jié)果

由表5可知，試件LB-4和LB-2的加固位置相同，加固材料和施工方式不同，試件LB-4的砂漿強度低于試件LB-2。由分析結(jié)果表明：砂漿強度對加固試件開裂彎矩和極限彎矩影響不大。由表5也可發(fā)現(xiàn)，試件LB-4和試件LB-2的開裂彎矩和極限彎矩均有較大程度的提高。兩者之間對開裂彎矩和極限彎矩的提高幅值分別相差0.09和3.72 kN·m，提高幅值相差不大。不考慮砂漿強度對承載力的影響，采用兩種加固方式對石板樓蓋受彎承載力的影響程度相當(dāng)。

3.2.2 流動性能分析

試驗加固過程中，為模擬實際施工工況，以板縫開孔的方式進行自流平砂漿澆筑，板縫設(shè)置兩個澆筑孔和兩個排氣孔，開孔尺寸為40 mm×200 mm，自制簡易澆筑漏斗進行澆筑，加固前試件如圖4所示。自流平砂漿澆筑過程中不進行任何振搗，依靠自流平砂漿的流動性進行自主找平，澆筑完成經(jīng)養(yǎng)護后的試件如圖5所示。

圖4 加固前試件 圖5 澆筑完成圖

由圖4、圖5可知，試件表面光滑平整，砂漿密實，無蜂窩麻面現(xiàn)象，且試件表面無氣泡及裂紋。

3.2.3 粘結(jié)性能分析

試件加載結(jié)束后，自流平砂漿的局部破壞形態(tài)如圖6所示。

圖6(a)為試件板頂局部破壞形態(tài)。板頂石材因頂部壓應(yīng)力過大而起皮、壓碎，但板縫自流平砂漿與石板之間仍粘結(jié)良好。圖6(b)為試件板底及板側(cè)自流平砂漿破壞形態(tài)。試件板側(cè)及板底自流平砂漿因受拉應(yīng)力大于自流平砂漿的抗拉強度，因此開裂破壞。試件破壞后，自流平砂漿未與石板脫開，板側(cè)及板底自流平砂漿與石材之間粘結(jié)良好，二者之間的協(xié)調(diào)工作性能良好。

(a)板頂破壞形態(tài) (b)板底破壞形態(tài)

由此可知，自流平砂漿的粘結(jié)性能可滿足用于石板樓蓋加固的粘結(jié)強度要求，經(jīng)自流平砂漿加固的石板樓蓋整體性能良好。

4 結(jié) 論

(1)完善并確定了自流平砂漿的最終配合比。

(2)自流平砂漿各項指標(biāo)均能滿足規(guī)范《地面用水泥基自流平砂漿(JC/T 985—2017)》要求。

(3)自流平砂漿可用于石板樓蓋加固，其流動性能及粘結(jié)性能能滿足石板樓蓋加固要求。