一种二元体系自流平砂浆的实验研究

沈宇鹏 郭鑫宇 沈宇辉

（宁波俞甬环科预拌砂浆有限公司，浙江 宁波 315500）

1 引言

随着经济的发展和人民生活水平的提高，各级地方政府出台政策鼓励商品房住宅项目精装修交付，这在提升住户便利性的同时，对建筑装修工程提出了更高的要求。地面找平是装修工程中的一个重要环节，它直接影响到地砖和地板的铺设，地面找平不好，容易造成地砖空鼓、地板裂缝，影响居住舒适度。

自流平砂浆是近年来在国内兴起的一种新型地坪材料，它具有流动性好、早期强度高、施工方便等优点，已广泛应用于医院、实验室、工业厂房等地面平整度要求较高的工程，但在住宅精装修工程上，还没有开始大量使用，除人们对自流平砂浆的了解较少外，还与自流平砂浆的成本高有关。

目前，市场上主要使用的自流平砂浆主要是以铝酸盐水泥、硅酸盐水泥和石膏复合而成的三元胶凝材料体系，其组成复杂、使用材料品种繁多、成本高。硫铝酸盐水泥经过几十年的发展，生产应用技术非常成熟，已大量应用于具有早强、微膨胀要求的灌浆修补领域，而且来源广泛、成本低。本实验计划采用普通硅酸盐水泥与硫铝酸盐水泥复合二元胶凝材料体系，通过试验研究，适用于精装修领域的垫层自流平砂浆。

2 试验

2.1 原材料

（1）胶凝材料。P·O42.5普通硅酸盐水泥：宁波海螺水泥有限公司，比表面积380m2/kg，初凝时间200min，终凝时间260min，标准稠度用水量28.2%。硫铝酸盐水泥：唐山北极熊建材有限公司，比表面积454m2/kg，初凝时间21min，终凝时间32min。

（2）骨料。细砂：广东西江天然砂，细度模数1.6，氯离子含量0.002%。

（3）掺合料。粉煤灰：宁波北仑电厂，F类Ⅱ级，45μ m方孔筛余细度15%，烧失量3.06%。矿粉：宁波紫恒建材科技有限公司，S95级，比表面积416m2/kg。石灰石粉：宁波本地产。

（4）外加剂。减水剂：聚羧酸减水剂PC-1021，苏州市兴邦化学建材有限公司，混凝土减水率29%；三聚氰胺减水剂SMF-1013，苏州市兴邦化学建材有限公司，混凝土减水率14%。纤维素醚：MHPC400，黏度 400MPa·s；MGT2035，黏度 20 000MPa·s；GL3155，黏度 40 000MPa·s，北方天普纤维素有限公司。膨胀剂：CSA膨胀剂，日本电气化学株式会社；塑性膨胀剂，南京斯泰宝贸易有限公司。消泡剂：A-406，苏州市兴邦化学建材有限公司。可再分散性乳胶粉：5044，瓦克化学（中国）有限公司。

2.2 主要试验设备

水泥胶砂搅拌机、流动度试模（内径30mm±0.1mm，高度50mm±0.1mm）、测试板（大于300mm×300mm平板玻璃）、水泥恒温恒湿养护箱、压力试验机、混凝土抗折试验机、砂浆立式收缩仪、拉伸粘接强度试验机。

2.3 试验思路与方法

首先，通过对胶砂比例与砂浆流动度的关系进行试验，确定最佳胶砂比例和水灰比。然后，通过添加不同功能的添加剂对砂浆的各项指标进行测试，研究外加剂的最优选型。最后，通过优化，制出各项指标符合《地面用水泥基自流平砂浆》（JC/T 985-2005）行业标准的自流平砂浆。

砂浆流动度的试验方法主要参考《地面用水泥基自流平砂浆》（JC/T 985-2005），强度试验主要参考《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》（GB/T 17671-1999），收缩试验主要参考《建筑砂浆基本性能试验方法》（JGJ 70-90）。

3 试验过程与结果的讨论

3.1 不同胶砂比例对砂浆流动度的影响

自流平砂浆的最大特点是浆料具有流动性。在砂浆配比中，不同的胶（胶凝材料）砂（骨料）比例流动度会有很大差异。本试验设计水灰比为0.4，分别配置胶砂比例为1∶9、2∶8……8∶2、9∶1等9组样品，根据《水泥胶砂流动度测定方法》（GB/T 2419-2005），测试不同胶砂比例的砂浆流动度。胶砂比例对砂浆流动度的影响如图1所示。

图1 胶砂比例对砂浆流动度的影响

从图1可以看出，当胶砂比例小于2∶8时，砂浆没有流动性，随着胶砂比例的增加，砂浆的流动度先增大后减小，然后又缓慢回升。当胶砂比例为5∶5时，砂浆的流动度数值最大，流动性最好。因此，自流平砂浆的胶砂比例宜设计在1∶1左右。

3.2 减水剂对砂浆流动度的影响

减水剂是提高砂浆流动度的重要添加剂，目前，市场上主要有三聚氰胺减水剂和聚羧酸减水剂，它们都是高效表面活性剂，能分散凝聚在一起的水泥颗粒，使浆体具有一定的流动性。本试验设计胶砂比例为1∶1，然后分别添加0.1%、0.2%、0.3%、0.4%的三聚氰胺减水剂和聚羧酸减水剂，设计水灰比分别为0.4、0.35、0.3，对砂浆进行正交试验，测试砂浆的初始流动度和20min流动度，见表1。

表1 减水剂掺量对砂浆流动度的影响

从表1可以看出，添加三聚氰胺减水剂的砂浆不具有流动性，而添加聚羧酸减水剂的砂浆流动性较好。随聚羧酸减水剂掺量的增加，砂浆的流动度逐渐增大，当聚羧酸减水剂掺量大于0.3%时，流动度不再增加。当水灰比为0.4时，砂浆的初始流动度大，但由于流动度损失较大，砂浆状态不佳，容易泌水，因此，添加减水剂后，水灰比宜控制在0.3～0.35之间。

3.3 纤维素醚对砂浆流动度和体系稳定性的影响

在测试减水剂对砂浆流动度的影响时，发现砂浆泌水严重，特别是20min以后砂子全部沉底，因此，必须在砂浆中加入保水增稠材料，改善体系黏度，减少泌水。纤维素醚是砂浆中常用的保水增稠材料，本试验通过添加不同型号的纤维素醚，观察砂浆的流动度，研究其对砂浆体系的影响。本次试验配比见表2。

从表2试验数据可以看出，添加MGT2035和GL3155两种纤维素醚后，砂浆几乎没有流动性，说明高黏度纤维素醚不适合自流平砂浆。随MHPC400掺量的增加，砂浆的流动度变小，当掺量为0.15%时，砂浆流动度小于130mm，不符合标准要求。试验结果表明，当水灰比为0.35、MHPC400掺量为0.1%时，砂浆的初始流动度和20min流动度差值最小，表明砂浆体系的稳定性最好。

表2 纤维素醚对砂浆流动度的影响

3.4 硫铝酸盐水泥对砂浆流动度和强度发展的影响

自流平砂浆的另一个特点是早期强度高，标准要求24h最小抗压强度达到6.0MPa，这就要求设计自流平砂浆配比时添加早强材料，提高砂浆的早期强度。硫铝水泥是一种广泛应用的早强材料，本试验通过硫铝酸盐水泥部分替代普通硅酸盐水泥，测试砂浆的流动度和强度，研究硫铝酸盐水泥对砂浆流动度和强度发展的影响。试验配比见表3。

从表3可以看出，在砂浆中加入硫铝酸盐水泥，会强烈影响砂浆的流动性，当替代普硅比例超过20%时，砂浆很快失去流动性，导致20min流动度试验结果无效。硫铝酸盐水泥对砂浆的强度也有很大影响，当掺量低于20%时，可提高砂浆的1d强度，但随掺量的增加，砂浆强度反而下降。试验结果表明，硫铝酸盐水泥掺量为10%时，砂浆的各项指标均符合标准要求，综合性能最好，因此，确定硫铝酸盐水泥替代普通硅酸盐水泥的比例为10%。

表3 硫铝水泥替代普通硅酸盐水泥对砂浆性能的影响

3.5 膨胀剂对砂浆体积变化率的影响

水泥砂浆在凝结硬化过程中的水分消耗和水化放热都会产生体积收缩，从而造成空鼓开裂。《地面用水泥基自流平砂浆》（JC/T 985-2005）规定了自流平砂浆28d尺寸变化率应控制在-0.15%～0.15%之间。因此，在强度发展过程中，必须控制砂浆的体积稳定性。膨胀剂是一种补偿水泥硬化过程中体积收缩的添加剂，主要常用塑性膨胀剂和CSA类膨胀剂，它们与水泥之间的作用机理不同，本试验主要通过测试砂浆试件的体积变化来研究膨胀剂对砂浆性能的影响。试验数据详见表4。

从表4可以看出，砂浆中添加CSA类膨胀剂和塑性膨胀剂可补偿体积收缩。CSA类膨胀剂对砂浆的流动度和强度影响不大，但塑性膨胀剂对添加量较为敏感，当添加量达到0.03%时，砂浆很快失去流动性，28d强度损失较大。因此，宜选用CSA类膨胀剂，添加量为3%。

表4 膨胀剂对砂浆性能的影响

3.6 可再分散乳胶粉对砂浆粘接强度的影响

按照《地面用水泥基自流平砂浆》（JC/T 985-2005）的要求，自流平砂浆的拉伸粘接强度应超过1.0MPa，因此，在砂浆体系中添加有机高分子材料，可再分散性乳胶粉是一种高分子聚合物，它能改善砂浆的脆性，提高砂浆的抗折强度和粘接强度，本试验通过在砂浆中添加可再分散性乳胶粉，研究可再分散性乳胶粉掺量对自流平砂浆性能的影响。试验数据详见表5。

表5 可在分散性乳胶粉对砂浆性能的影响

从表5中试验数据可以看出，在砂浆中添加可再分散性乳胶粉，砂浆的流动度会变小，但20min流动度和初始流动度的差值也越小，表明可再分散性乳胶粉有助于保持砂浆体系的稳定性。增加可再分散性乳胶粉的掺量，可使砂浆的抗压强度下降，但抗折强度和粘接拉伸强度逐渐提高。由以上数据可以看出，达到标准要求的最低可再分散性乳胶粉的掺量为1.5%。

3.7 消泡剂对砂浆性能的影响

在砂浆体系中添加纤维素醚等高分子材料，搅拌过程中会产生大量的微小气泡，硬化后会在表面留下针孔砂眼等麻点，影响表面质量，因此，必须进行消泡处理。本试验通过添加A406消泡剂，观察其对砂浆表面质量的影响。消泡剂对砂浆表面质量的影响如图2所示。

图2 消泡剂对砂浆表面质量的影响

从图2可以看出，未添加消泡剂的砂浆硬化后表面存在大量的可见麻点，而添加A406消泡剂的砂浆表面比较光滑，消泡效果明显。因此，有必要在自流平砂浆中添加适量的消泡剂。

4 结语

在水泥基自流平砂浆体系中，胶砂比例为1:1时，砂浆的流动度最好。聚羧酸减水剂对自流平砂浆流动性的改善效果最明显，最佳掺量为胶凝材料的3%。400黏度的纤维素醚可以保持砂浆体系的稳定性，减少泌水和离析。

在硫铝酸盐水泥替代胶凝材料比例为10%时，不仅对自流平砂浆的初始流动度和20min流动度影响微小，而且能提高砂浆的早期强度，配以3%比例的CSA类膨胀剂，可减少收缩，使整个体系的体积稳定性更好。

以粉煤灰等掺合料替代一定比例的胶凝材料，可配制出不同强度的自流平砂浆，其中，粉煤灰对砂浆的流动度有改善作用，石灰石粉对砂浆强度影响最大，替代比例不宜超过30%。