自流平砂漿流動(dòng)性的影響因素研究

張建雋，靳秀芝，韓 濤，雷永勝

(1.中北大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，山西 太原030051;2.太原城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院 城建系，山西 太原030027)

0 引 言

自流平砂漿(Self-Leveling Mortar)是二十世紀(jì)七八十年代發(fā)展起來的，由水泥基膠凝材料、精選骨料及多種添加劑組成，與水混合后形成一種流動(dòng)性強(qiáng)、高塑性的自流平地基材料.使用時(shí)只需按設(shè)定的水灰比加水拌勻，泵送或人工澆筑后，靠砂漿在自重作用下自主流動(dòng)形成平整光滑的表面［1-3］.自流平砂漿材料具有易流動(dòng)，性能穩(wěn)定，易施工，勞動(dòng)強(qiáng)度小，砂漿厚度薄，平整光滑，強(qiáng)度高及耐水、耐酸，侵蝕性良好等優(yōu)點(diǎn)，是大型停車場(chǎng)、倉(cāng)庫(kù)、商場(chǎng)、超市、車間等進(jìn)行地面裝飾的理想材料，也是現(xiàn)今室內(nèi)室外地面施工新技術(shù)的發(fā)展方向，具有極大的市場(chǎng)潛力［4-6］.

現(xiàn)有自流平砂漿最大的問題是流動(dòng)性差，流動(dòng)度經(jīng)時(shí)損失較大.有研究指出［7-9］，水灰比、減水劑、保坍劑、可再分散乳膠粉、礦物摻合料等是影響自流平砂漿流動(dòng)性的關(guān)鍵因素.本文通過分別針對(duì)單一因素對(duì)比研究了不同因素對(duì)砂漿流動(dòng)度的影響，從而找出最佳配比，在滿足使用性能的情況下使得砂漿的流動(dòng)性達(dá)到最大，從而大大提高了施工效率.

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 原料來源

本實(shí)驗(yàn)采用的是PO42.5普通硅酸鹽水泥;砂是本地河沙，細(xì)度為Mx=1.56;減水劑為本實(shí)驗(yàn)室自配的聚羧酸高效減水劑，固含量是50%;粉煤灰來自太原第二熱電廠，粗灰比表面積是210 m2/kg，用球磨機(jī)磨細(xì)到比表面積為450 m2/kg;采用由廣州原野事業(yè)有限公司生產(chǎn)的DY5030型可再分散乳膠粉，容重為400～500 g/L，平均粒徑為80μm，固含量大于98%，最低成膜溫度為0℃，pH為6～8;保坍劑采用由山東威思化工有限公司生產(chǎn)的羥丙基甲基纖維素(HPMC)，其甲氧含量為26%～30%，羥丙基含量為26%～30%，粘度為80 000 Pa·s，pH為7～8.配砂漿時(shí)采用自來水.

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，水灰比分別選取0.50，0.55，0.60，0.65，0.70等進(jìn)行水灰比對(duì)流動(dòng)度的影響實(shí)驗(yàn)，再根據(jù)流動(dòng)度以及強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)結(jié)果選定水灰比0.55時(shí)分別進(jìn)行減水劑、保坍劑、可再分散乳膠粉、粉煤灰的實(shí)驗(yàn).減水劑含量(%)范圍為:0.1，0.3，0.5，0.7，0.9;保坍劑含量(%)范圍為:0.03，0.05，0.08，0.12;可再分散乳膠粉含量(%)范圍為:0.5，1.0，1.5，2.0，2.5;粉煤灰含量(%)范圍為:5，15，25，35，45，55.

流動(dòng)度及經(jīng)時(shí)流動(dòng)度(20 min)的測(cè)定按照J(rèn)C/T985-2005《地面用水泥基自流平砂漿》試驗(yàn)方法進(jìn)行.

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 水灰比的影響

水灰比對(duì)流動(dòng)度的影響如圖1所示.由圖1可知，隨著水灰比的增大，自流平砂漿的初始流動(dòng)度增大，在20 min流動(dòng)度先增大后減小，砂漿的流動(dòng)度經(jīng)時(shí)損失增大.增大水灰比有利于增大自流平砂漿的流動(dòng)度，但不利于砂漿的流動(dòng)度保持.在水灰比較大時(shí)，其硬化后孔隙比較多，容易引起收縮.考慮到自流平砂漿的收縮性，應(yīng)盡量降低其水灰比，在水灰比為0.55時(shí)最佳.

2.2 減水劑的影響

減水劑對(duì)流動(dòng)度的影響如圖2所示.

由圖2可知，聚羧酸減水劑的摻入可以在低水灰比的情況下增大自流平砂漿的流動(dòng)度.當(dāng)聚羧酸減水劑的摻量小于0.5%時(shí)，可以極大地改善砂漿的流動(dòng)性，在20 min經(jīng)時(shí)流動(dòng)度最高可達(dá)134 mm;當(dāng)聚羧酸減水劑的摻量大于0.5%時(shí)，砂漿的流動(dòng)度幾乎不再增加，甚至?xí)陆?綜合分析，聚羧酸高效減水劑的摻量為0.5左右，即本研究中聚羧酸減水劑的飽和摻量為0.5%.

減水劑溶解到水泥漿體中，其憎水基定向吸附在水泥顆粒表面，親水基溶于水溶液，在水泥顆粒表面形成了單分子或多分子吸附層.由于定向吸附使水泥顆粒表面帶有同種電荷，使水泥漿體在水化初期形成的絮凝結(jié)構(gòu)解體，將其束縛的游離水釋放出來，提高了水泥漿體的流動(dòng)度［10-11］.當(dāng)減水劑摻量少時(shí)，對(duì)水泥顆粒分散的影響較小，對(duì)減小水泥顆粒表面吸附水膜的厚度作用不大，對(duì)自流平砂漿流動(dòng)度提高的幅度較小;隨著聚羧酸減水劑加入量的增加，自流平砂漿流動(dòng)度逐漸增加，在聚羧酸減水劑加入量達(dá)到飽和點(diǎn)時(shí)，水泥顆粒表面對(duì)減水劑的吸附量達(dá)到飽和，繼續(xù)增大減水劑加入量，將不能使砂漿流動(dòng)度繼續(xù)增加.

2.3 保坍劑的影響

丙基甲基纖維素對(duì)自流平砂漿流動(dòng)度的影響如圖3所示.自流平砂漿的流動(dòng)度隨羥丙基甲基纖維素?fù)搅康脑黾酉仍黾雍蠖鴾p小，在含量為0.05%時(shí)，初始流動(dòng)度和20 min流動(dòng)度都達(dá)到了最大值，20min經(jīng)時(shí)流動(dòng)度最高可達(dá)到138mm.羥丙基甲基纖維素的摻量適當(dāng)時(shí)對(duì)自流平砂漿的流動(dòng)度有較小程度的增大作用，且經(jīng)時(shí)流動(dòng)度的損失減小，這時(shí)由于羥丙基甲基纖維素本身的分散性好，粘度大，可以起到很好的保水和保坍作用.它有助于保持薄層砂漿中的自由水，防止砂漿分層離析，可以增加液體的黏性，可作為增稠劑使用.

2.4 可再分散乳膠粉的影響

可再分散乳膠粉摻量對(duì)流動(dòng)度的影響如圖4所示.由圖4可知，無論初始流動(dòng)度還是20 min流動(dòng)度都隨可再分散乳膠粉摻量的增加而增大.當(dāng)乳膠粉的摻量超過1.5%后，自流平砂漿的流動(dòng)度的增大幅度很小，處于較穩(wěn)定的一個(gè)水平.因此可再分散乳膠粉的摻量選取1.5%左右，20 min經(jīng)時(shí)流動(dòng)度最高可達(dá)144 mm.在水泥水化、硬化過程中，內(nèi)部會(huì)形成大量的未能被水化產(chǎn)物所填充的毛細(xì)孔道，水分就很容易在這些毛細(xì)孔道內(nèi)聚集.將可再分散聚合物類乳膠粉加入到新拌水泥漿體中后，在溶解、分散過程中形成的比較致密的聚合物薄膜與水泥漿體水化產(chǎn)物形成了相互貫穿、相互鑲嵌的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(見圖5)，形成的聚合物薄膜填充、封閉了水泥水化產(chǎn)生的毛細(xì)孔，占據(jù)了原先被水占據(jù)的孔道，使砂漿體系中被孔道束縛的游離水釋放出來，有利于提高砂漿的流動(dòng)性［12］.

圖4 可再分散乳膠粉的摻量對(duì)自流平砂漿流動(dòng)度的影響 Fig.4 The effect of redispersible emulsion powders content on the fluidity of self-levelingmortar

圖5 可再分散乳膠粉在水泥顆粒表面的吸附狀態(tài) Fig.5 The adsorption of redispersible emulsion powders in the cement particle surface

可再分散乳膠粉是高分子基聚合物，吸附在水化產(chǎn)物和未水化水泥顆粒表面，減小了砂漿內(nèi)部顆粒間的摩擦力，其含有的表面活性基團(tuán)可在新拌砂漿中引入大量的微小氣泡，起到滾珠潤(rùn)滑作用，從而提高了砂漿的流動(dòng)性.但在用水量不變的情況下，當(dāng)乳膠粉摻量過多時(shí)，由于乳膠粉的吸水增稠作用過強(qiáng)，使得新拌自流平砂漿變得黏稠從而降低了流動(dòng)性，因此乳膠粉摻量不宜過高［13］.

2.5 粉煤灰的影響

粉煤灰對(duì)流動(dòng)度的影響如圖6所示.由圖6可知，將粉煤灰加入自流平砂漿中可以改善自流平砂漿的流動(dòng)性.隨著粉煤灰摻量的增加，砂漿的初始流動(dòng)度和20 min經(jīng)時(shí)流動(dòng)度增大，20 min經(jīng)時(shí)流動(dòng)度最高可達(dá)到157 mm，在超過40%時(shí)增加緩慢.這是由粉煤灰的形態(tài)效應(yīng)引起的:粉煤灰為球形玻璃體顆粒，粒度小、聚集度小，多為單個(gè)分散玻璃微珠，光滑玻璃球形粒子在自流平砂漿中起到滾珠的作用，粉煤灰密度小于水泥，在等量取代水泥的情況下，漿體的體積大于純水泥砂漿，同樣可以降低骨料間的摩擦，提高流動(dòng)度［14］.

圖6 粉煤灰摻量對(duì)自流平砂漿流動(dòng)度的影響 Fig.6 The effect of fly ash on the fluidity of self-levelingmortar

3 結(jié)論

1)隨著水灰比的增加，自流平砂漿的初始流動(dòng)度增加，20 min經(jīng)時(shí)流動(dòng)度先增大后減小，水灰比存在一個(gè)最佳比0.55.

2)聚羧酸減水劑的摻入可以在低水灰比的情況下增大自流平砂漿的流動(dòng)度.當(dāng)聚羧酸減水劑的摻量小于0.5%時(shí)，可以極大地改善砂漿的流動(dòng)性;當(dāng)聚羧酸減水劑的摻量大于0.5%時(shí)，砂漿的流動(dòng)度幾乎不再增加，甚至下降.聚羧酸高效減水劑的最佳摻量為0.5%.

3)羥丙基甲基纖維素的摻入可以提高砂漿的保水性.隨著羥丙基甲基纖維素?fù)搅康脑黾樱皾{的初始流動(dòng)度和20 min經(jīng)時(shí)流動(dòng)度先增加后減小，羥丙基甲基纖維素的最佳摻量為0.05%.

4)隨著乳膠粉摻量的增加，自流平砂漿的流動(dòng)度增加，當(dāng)乳膠粉的摻量超過1.5%后，自流平砂漿的流動(dòng)度的增大幅度很小，可再分散乳膠粉的最佳摻量為1.5%.

5)隨著粉煤灰摻量的增加，砂漿的初始流動(dòng)度和20 min經(jīng)時(shí)流動(dòng)度都得到了很大的提高，當(dāng)超過45%～55%時(shí)，變化趨勢(shì)不再明顯，粉煤灰的摻量可選在40%.

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