可分散乳膠粉在水泥基自流平砂漿中的應(yīng)用研究

任增洲，吳芳（.重慶建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心有限公司，重慶　4047；.重慶大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，重慶　400045）

可分散乳膠粉在水泥基自流平砂漿中的應(yīng)用研究

任增洲1，吳芳2
（1.重慶建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心有限公司，重慶401147；2.重慶大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，重慶400045）

由于自流平砂漿早期強(qiáng)度低、粘結(jié)性能和表面灰化耐磨性不足而帶來(lái)的后果是自流平砂漿幾乎不能作為地坪的面層，但隨著國(guó)內(nèi)可再分散乳膠粉的發(fā)展及國(guó)外相對(duì)低成本的引進(jìn)，使得水泥基自流平砂漿的作為飾面層變得有實(shí)際意義。試驗(yàn)結(jié)果表明：在一定摻量范圍內(nèi)，可再分散乳膠粉可明顯提高水泥基自流平砂漿的流平性、抗裂性、粘接性和耐磨性，但對(duì)早期強(qiáng)度不利；當(dāng)可再分散乳膠粉RE5011L的摻量控制在2.0%～3.0%時(shí)，水泥基自流平砂漿的30 min流動(dòng)度可達(dá)到130 mm以上，24 h抗折、抗壓強(qiáng)度分別可達(dá)到4.1 MPa和9.1 MPa，粘接強(qiáng)度可達(dá)到1.65 MPa，優(yōu)于JC/T 985—2005《地面用水泥基自流平砂漿》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求，并且其表面光潔平整度比較理想，耐磨性也符合JC/T 985—2005規(guī)定要求。

水泥基自流平砂漿；可再分散乳膠粉；粘接性；耐磨性

0　引言

自流平地面材料（Self-leveling materials of floor，簡(jiǎn)稱SL）是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的一種以無(wú)機(jī)或者有機(jī)膠凝材料為基材，與超塑化劑等外加劑及細(xì)砂等混合而成的建筑地面找平材料［1-3］。自流平材料具有良好的流動(dòng)性及穩(wěn)定性、施工簡(jiǎn)便速度快、勞動(dòng)強(qiáng)度低、光潔平整、強(qiáng)度高、流平層厚度薄及良好的耐水耐酸性等優(yōu)點(diǎn)，是大型超市、商場(chǎng)、停車場(chǎng)、工廠車間、倉(cāng)庫(kù)等地面鋪筑的理想材料，也是建筑地面施工的一個(gè)發(fā)展方向［4］。

目前，我國(guó)水泥基自流平砂漿存在性能較差和品種較少的問(wèn)題。由于自流平砂漿早期強(qiáng)度低、粘接性能和表面灰化耐磨性不足而帶來(lái)的后果是幾乎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者其它地面材料作為裝飾層。雖然環(huán)氧樹脂自流平砂漿具有流動(dòng)性好、表面質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，但它對(duì)基材和施工的要求較高，而且價(jià)格昂貴，更重要的是溶劑型環(huán)氧地坪材料在生產(chǎn)、施工和固化過(guò)程中會(huì)排放一定量的揮發(fā)性有機(jī)物（VOC），有害人體健康。隨著對(duì)環(huán)保的日益重視和水泥基自流平材料性能的提高，水泥基自流平材料在工業(yè)地面開始顯現(xiàn)比環(huán)氧地坪材料更大的優(yōu)勢(shì)。尤其是隨著國(guó)內(nèi)有機(jī)摻合料（可再分散乳膠粉、增塑劑等）的發(fā)展及國(guó)外相對(duì)低成本的引進(jìn)，使得水泥基自流平砂漿的耐磨性及表面光潔度大幅提高變得更加有實(shí)際意義。

本文重點(diǎn)研究了可再分散乳膠粉在水泥基自流平砂漿配制中的性能影響。

1　試驗(yàn)

1.1試驗(yàn)原材料

水泥：重慶拉法基水泥有限公司生產(chǎn)的P·O42.5R水泥，細(xì)度為0.4%、標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量為28.4%、安定性（餅法）合格，其主要化學(xué)成分見表1，物理性能見表2；峨嵋山墻華特種水泥有限責(zé)任公司生產(chǎn)的42.5級(jí)硫鋁酸鹽水泥（SAC），總堿量為0.70%，比表面積為496 m2/kg，其物理性能見表2。砂子（S）：70～140目。礦物摻合料：粉煤灰（F），重慶華能珞璜電廠產(chǎn)Ⅱ級(jí)粉煤灰，比表面積為2600 cm2/g，密度為2.33 g/cm3，化學(xué)成分見表1；礦渣（Sg），重慶鋼鐵集團(tuán)產(chǎn)水淬高爐礦渣，活性系數(shù)為0.304，經(jīng)烘干粉磨后使用，4900孔篩余量2.5%，其化學(xué)成分見表1。減水劑：格雷斯生產(chǎn)的聚羧酸高效減水劑，固含量22.08%，減水率21%?？稍俜稚⑿腿槟z粉：德國(guó)瓦克生產(chǎn)的RE5011L。羥丙基甲基纖維素醚（HPMC）：赫克力士天普化工生產(chǎn)的纖維素醚，黏度為4000 mPa·s。消泡劑：重慶德豐生產(chǎn)的有機(jī)硅類P808。水：自來(lái)水。

表1　水泥和摻合料的主要化學(xué)成分　%

表2　水泥的主要物理性能

1.2試驗(yàn)條件及方法

（1）環(huán)境條件：本實(shí)驗(yàn)所處的環(huán)境溫度（23±2）℃，相對(duì)濕度（50±5）%，試驗(yàn)區(qū)的循環(huán)風(fēng)速低于0.2 m/s。

（2）試驗(yàn)方法：流動(dòng)度、拉伸粘接強(qiáng)度、耐磨性按JC/T 985—2005《地面用水泥基自流平砂漿》進(jìn)行測(cè)試；抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度按GB/T 17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試；硬化表面質(zhì)量情況：目測(cè)。

1.3試驗(yàn)配比

通過(guò)參考國(guó)內(nèi)的一些配方及自行試驗(yàn)調(diào)配獲得試驗(yàn)配合比，具體如表3所示。

表3　自流平砂漿的試驗(yàn)配合比

2　結(jié)果與討論

2.1可再分散乳膠粉對(duì)自流平砂漿流動(dòng)性的影響（見圖1）

圖1　可再分散乳膠粉對(duì)自流平砂漿流動(dòng)性的影響

從圖1可以看出，自流平砂漿未摻乳膠粉時(shí)，20 min和30 min擴(kuò)展度分別為128 mm、112 mm，擴(kuò)展度經(jīng)時(shí)損失大，流動(dòng)性不符合JC/T 985—2005規(guī)定的不小于130 mm的要求。在其中摻入0.5%的乳膠粉RE5011后，自流平砂漿30 min時(shí)的擴(kuò)展度達(dá)到143 mm，擴(kuò)展度經(jīng)始損失較小，流動(dòng)性較好。這是因?yàn)榭稍俜稚⑷槟z粉可聚集在水化和未水化產(chǎn)物表面，減小砂漿內(nèi)部摩擦力，并且其含有的表面活性物質(zhì)在新拌砂漿中引入大量的微小氣泡，起到滾珠潤(rùn)滑作用，從而提高砂漿的流動(dòng)性。另外，可再分散乳膠粉具有保水作用，可減小砂漿的擴(kuò)展度經(jīng)時(shí)損失，延長(zhǎng)砂漿的可工作時(shí)間。當(dāng)RE5011摻量超過(guò)0.5%后，自流平砂漿的流動(dòng)性雖有波動(dòng)但變化不大。另外，試驗(yàn)中觀察到新拌砂漿的流平自愈性隨著摻量的增加變得更好，粘聚性逐漸增大，當(dāng)乳膠粉摻量達(dá)到4.0%時(shí)，砂漿的粘聚性變得很大以至于和易性有所降低。可再分散乳膠粉尤其是保護(hù)膠體分散時(shí)對(duì)水的親和及隨后的黏稠度提高了砂漿的內(nèi)聚力，從而提高了砂漿的和易性和自愈性［5］。但在用水量不變的情況下，乳膠粉摻量過(guò)多時(shí)，乳膠粉的吸水增稠作用較強(qiáng)，使得新拌自流平砂漿內(nèi)聚力變得很大，砂漿變得黏稠，從而降低和易性，因此乳膠粉摻量不宜過(guò)高［6］。

2.2可再分散乳膠粉對(duì)自流平砂漿抗折和抗壓強(qiáng)度的影響

可再分散乳膠粉對(duì)自流平砂漿抗折、抗壓強(qiáng)度和壓折比的影響分別見圖2、圖3和圖4。

圖2　乳膠粉摻量對(duì)自流平砂漿抗折強(qiáng)度的影響

圖3　乳膠粉摻量對(duì)自流平砂漿抗壓強(qiáng)度的影響

圖4　乳膠粉摻量對(duì)自流平砂漿壓折比的影響

從圖2、圖3可以看出，隨著乳膠粉摻量的增加，自流平砂漿24 h抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度逐漸降低，28 d抗折和抗壓強(qiáng)度波動(dòng)較大，變化規(guī)律不明顯。這是因?yàn)槿槟z粉中的表面活性劑成分會(huì)導(dǎo)致砂漿拌合物中引入大量微小氣泡，使得硬化砂漿內(nèi)部存在大量微小氣孔，從而降低了砂漿的早期強(qiáng)度。但隨著后期水化產(chǎn)物的形成及可再分散乳膠粉絮凝狀薄膜的形成，都可改善砂漿的密實(shí)度。一方面由于可再分散乳膠粉帶入的微小氣泡，另一方面由于可再分散乳膠粉絮凝狀薄膜改善砂漿的密實(shí)度。當(dāng)前者的影響較大時(shí)，則強(qiáng)度降低，當(dāng)后者影響較大時(shí)則強(qiáng)度提高，因此自流平砂漿的后期強(qiáng)度隨著摻量的增加波動(dòng)較大，無(wú)明顯的變化規(guī)律。

由圖4可以看出，當(dāng)乳膠粉摻量不超過(guò)3.0%時(shí)，自流平砂漿的24 h壓折比隨著乳膠粉摻量的增加呈降低趨勢(shì)；當(dāng)乳膠粉摻量不超過(guò)2.5%時(shí)，自流平砂漿的28 d壓折比隨著乳膠粉摻量的增加也逐漸降低，這說(shuō)明在一定摻量范圍內(nèi)，摻入可分散乳膠粉對(duì)降低自流平砂漿的脆性，提高其抗裂性具有顯著作用。這是由于在水泥水化過(guò)程中，可再分散乳膠粉的一部分聚合物顆粒沉積到水化產(chǎn)物和未水化的水泥顆粒上，一部分聚合物顆粒聚集在毛細(xì)孔中，當(dāng)水泥水化或干燥使水分進(jìn)一步減少后，聚合物顆粒便逐漸凝聚形成薄膜，該膜層具有較高的變形能力，使水化產(chǎn)物之間及骨料相互膠結(jié)形成了聚合物的互穿網(wǎng)絡(luò)，填充了水化產(chǎn)物之間的孔隙，減少了骨料和水泥漿體界面上的微裂紋，從而提高砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度、抗裂性等性能［6］。

2.3可再分散乳膠粉對(duì)水泥基自流平砂漿粘結(jié)強(qiáng)度和耐磨性的影響（見圖5、圖6）

圖5　乳膠粉摻量對(duì)自流平砂漿粘結(jié)強(qiáng)度的影響

圖6　乳膠粉摻量對(duì)自流平砂漿耐磨性的影響

從圖5、圖6可以看出：乳膠粉對(duì)自流平砂漿的粘結(jié)性和耐磨性影響顯著。隨著乳膠粉摻量的增加，自流平砂漿的粘接強(qiáng)度逐漸提高。當(dāng)乳膠粉摻量不超過(guò)3.5%時(shí)，耐磨性隨可再分散乳膠粉摻量的增加逐漸增強(qiáng)；當(dāng)摻量超過(guò)3.5%時(shí)，耐磨性降低。這說(shuō)明在一定摻量范圍內(nèi)，可再分散乳膠粉可顯著提高自流平砂漿的粘接性和耐磨性。這是因?yàn)樗^(guò)程中可再分散乳膠粉形成絮凝狀的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)增加砂漿內(nèi)部的韌性，從而提高粘結(jié)性能；另外，水化過(guò)程中在自流平砂漿表面富集了一層水泥相和聚合物膜，產(chǎn)生了一個(gè)光滑而堅(jiān)硬的表面，從而使耐磨性提高。

綜合自流平砂漿的工作性能、力學(xué)性能、表面光潔平整度及成本因素，乳膠粉的摻量宜控制在2.0%～3.0%。

2.4自流平砂漿的SEM分析

為了更好地了解可再分散乳膠粉在水泥基自流平砂漿中的作用，對(duì)摻入3.0%RE5011L的水泥基自流平砂漿的水化產(chǎn)物進(jìn)行電子顯微鏡（SEM）掃描，結(jié)果見圖7。

圖7　自流平砂漿的SEM照片（×3000倍）

由圖7可以看出，在水化齡期1 d時(shí)，在自流平砂漿內(nèi)部存在大量疏松的孔結(jié)構(gòu)，幾乎看不到可再分散乳膠粉失水形成的白色絮凝狀的膜；3 d時(shí)，可以清楚地看到針狀鈣礬石，密實(shí)度增加，另外，還可以看到在水化產(chǎn)物中纏繞著一些絮凝狀的薄膜（可再分散乳膠粉隨著水化失水形成的），使得自流平砂漿結(jié)構(gòu)進(jìn)一步密實(shí)；28 d時(shí)，可以看到白色絮凝狀的物質(zhì)（可再分散乳膠粉脫水形成的）與水化產(chǎn)物相互交織形成更為密實(shí)的結(jié)構(gòu)，從而提高水泥基自流平砂漿的抗裂性能、抗沖擊性能、粘接性能及耐磨性能。

3　結(jié)論

（1）摻入可再分散乳膠粉可明顯提高自流平砂漿的流動(dòng)性和流平自愈性能。當(dāng)摻量達(dá)到4.0%時(shí)，砂漿內(nèi)聚力增大，稠度增大和易性降低。因此，可再分散乳膠粉RE5011L的摻量不宜超過(guò)4.0%。

（2）在一定摻量范圍內(nèi)，隨著可分散乳膠粉RE5011L摻量的增加，自流平砂漿的早期抗壓強(qiáng)度有所降低，壓折比逐漸提高，即自流平砂漿的脆性降低，抗裂性能提高。

（3）在一定摻量范圍內(nèi)，隨著可再分散乳膠粉RE5011L摻量的增加，自流平砂漿的粘接強(qiáng)度和耐磨性提高。

（4）通過(guò)對(duì)自流平砂漿的SEM分析表明，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，自流平砂漿中的鈣礬石數(shù)量和聚合物薄膜數(shù)量不斷增加，水化產(chǎn)物和聚合物薄膜相互交織形成的結(jié)構(gòu)不斷密實(shí)，從而提高水泥基自流平砂漿的抗裂性能、抗沖擊性能、粘接性能及耐磨性能。

［1］ Yuanjinsheng.DevelopmentandapplicationofGroundselfleveling materials［J］.China Building Materials，1997（12）：46-48.

［2］ Bobarris.Proper application of semi self-leveling micro-topping ［J］.Concrete concepts，2005，5（7）：10-14.

［3］JeongyunDo，YangseobSoh.Performanceofpolymer-modified self-leveling mortars with high polymer-cement ratio for floor finishing［J］.Cement and Concrete Research，2003，33：1497-1505.

［4］黎力，吳芳.自流平材料的應(yīng)用發(fā)展綜述［J］.新型建筑材料，2006 （4）：11-15.

［5］王新民，薛國(guó)龍，俞錫賢，等.干粉砂漿添加劑選用［J］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007.

［6］朱曉鯤.可分散聚合物粉末在干混砂漿中的應(yīng)用［J］.山西建筑，2007（1）：172-173.

Study of dispersible polymer powders on cement-based self-leveling mortar performance

REN Zengzhou1，WU Fang2
（1.Chongqing Construction Engineering Quality Supervision and Inspection Center Co.Ltd.，Chongqing 401147，China；2.Materials Science and Engineering College，Chongqing University，Chongqing 400045，China）

Because the self-leveling mortar early strength，adhesion properties and surface abrasion ashing is insufficient，the self-leveling mortar floor can hardly be used as the surface layer.But with the development of the domestic dispersible polymer powders and the introduction of dispersible polymer powders of relatively low cost abroad，it becomes possible as the surface layer. The results showed that the dispersible polymer powders can significantly improve leveling properties，crack resistance，adhesion properties and wear resistance of the cement-based self-leveling mortar，but it is detrimental to the early strength.When dosage of the dispersible polymer powders RE was controlled at 2.0%to 3.0%，the 30 minutes fluidity of cement-based self-leveling mortar can reach more than 130 mm，24 h flexural and compressive strength can reach 4.1 MPa and 9.1 MPa，the adhesive strength can reach 1.65 MPa，far more than the standard"Cementitious self-leveling floor mortar"JC/T 985—2005 performance requirements，and its effect of the smooth surface is ideal.The wear of the cement-based self-leveling mortar also meet the standard requirements.

cement-based self-leveling mortar，dispersible polymer powders，adhesion properties，wear

TU56+4.6

A

1001-702X（2016）04-0100-04

重慶市城鄉(xiāng)建設(shè)委員會(huì)科技項(xiàng)目（城科字第2007第41號(hào)）

2015-11-29；

2016-03-30

任增洲，男，1982年生，山東青島人，碩士研究生，從事建筑材料檢測(cè)與研究。地址：重慶市渝北區(qū)松牌路10#金華苑B棟，E-mail：251590235@qq.com。