C40F10墊層水泥基自流平砂漿配比優(yōu)化

康 勇，張鶴譯

(遼寧省建設科學研究院有限責任公司,遼寧 沈陽 110005)

地面用水泥基自流平砂漿具有優(yōu)良的性能，其推廣應用不僅可為材料生產(chǎn)企業(yè)和建筑施工企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟效益和社會效益，而且從節(jié)能、降耗、環(huán)保及提高建筑物質量等方面都有著十分重要的意義[1-2]。地面用水泥基自流平砂漿按材料使用部位分為面層和墊層。墊層產(chǎn)品按其抗壓強度等級分為C16、C20、C25、C30、C35、C40共6類，墊層產(chǎn)品按其抗折強度等級分為F4、F6、F7、F8、F10共5類。

制備地面用水泥基自流平砂漿的關鍵是：在低水灰比條件下，提高材料的流變性能；在大流動性前提下，保證其具有良好的黏聚性，防止泌水、離析；在滿足相對較長可工作時間的前提下，提高早期強度，減少收縮[3]。

作為水泥基材料，考慮節(jié)約資源、重視節(jié)能減排才能更有利于產(chǎn)品的發(fā)展和推廣。粉煤灰作為一種工業(yè)廢料，在水泥、混凝土等綠色建材中發(fā)揮著重要作用[4-5]。本文從滿足水泥基自流平砂漿的工作性能和力學性能出發(fā)，通過調整粉煤灰取代水泥比例、70～120目硅砂比例、膠粉和消泡劑摻量4個配比參數(shù)，對水泥基自流平砂漿的流動度和強度進行試驗研究，得到制備抗壓強度等級C40、抗折強度等級F10的墊層水泥基自流平砂漿優(yōu)化配合比。

1 材料與方法

1.1 原材料

水泥采用遼陽天瑞水泥有限公司生產(chǎn)的52.5R普通硅酸鹽水泥，標準稠度用水量28.5%，28 d抗折強度8.8 MPa，28 d抗壓強度58.6 MPa，其他各項指標符合標準要求。粉煤灰采用鐵嶺新元建材有限責任公司的F類Ⅰ級灰，比表面積為720 m2/kg，細度(45 μm方孔篩余)為8.2%。砂子采用遼寧彰武產(chǎn)70～120目硅砂和40～70目硅砂。膠粉采用德國瓦克5010N可再分散乳膠粉。消泡劑采用德國明凌AGITANR P803粉末消泡劑。纖維素采用陶氏化學WALOCEL MT 400 PFV 羥乙基甲基纖維素。木質纖維采用德國JRS公司ARBOCEL ZZC500木質纖維。減水劑采用自制粉體聚羧酸減水劑，減水率30%。

1.2 試驗方法

試驗采用的水泥基自流平砂漿配比如表1所示，水料比為0.22。試驗中采用單變量的方法進行試驗分析，先進行粉煤灰取代水泥比例試驗(即編號1，2，3，4，5)，根據(jù)試驗結果進行后續(xù)單變量試驗。通過改變配比參數(shù)：粉煤灰取代水泥比例、70～120目硅砂比例、膠粉摻量和消泡劑摻量來分析4個配比參數(shù)對自流平砂漿的性能影響情況，測試了初始流動度、20 min流動度、24 h和28 d抗折和抗壓強度，試驗方法按照《地面用水泥基自流平砂漿》(JC/T 985—2017)標準中規(guī)定執(zhí)行[6]。

表1 水泥基自流平砂漿配比(質量百分比，%)

2 結果與分析

2.1 粉煤灰取代水泥比例影響分析

粉煤灰取代水泥比例對水泥基自流平砂漿的性能影響試驗結果如圖1～圖3所示。

圖1 粉煤灰取代水泥比例對流動度影響

圖2 粉煤灰取代水泥比例對24 h強度影響

圖3 粉煤灰取代水泥比例對28 d強度影響

由圖1可以看出，當粉煤灰取代水泥比例低于20%時，隨著粉煤灰取代水泥比例的增加，自流平砂漿的流動度逐漸增大，流動度損失率下降。但粉煤灰取代水泥比例超過25%時流動度開始下降，流動度損失率增大。此外，當粉煤灰取代率為10%時，自流平砂漿20 min流動度低于130 mm，流動度達不到標準要求。由此可以得出，當粉煤灰取代率在15%～25%時，對提高自流平砂漿初始流動度和降低流動度損失率有一定作用。這主要是由于粉煤灰品質較好，微珠效應在粉煤灰摻量較少的情況下得以充分發(fā)揮，表現(xiàn)為流動度逐漸增大；粉煤灰摻量增加到一定量時，由于粉煤灰的火山灰效應，參與進行水化反應，故使得流動性下降。

由圖2、圖3可以看出，隨著粉煤灰取代水泥比例的增加，自流平砂漿的24 h和28 d抗折、抗壓強度均呈現(xiàn)下降趨勢，當粉煤灰取代水泥比例為25%時，28 d抗折強度為10.4 MPa，抗壓強度為40.6 MPa。當粉煤灰取代水泥比例低于25%時，自流平砂漿24 h壓折比變化平緩，當粉煤灰取代水泥比例超過25%時，壓折比開始增加。由此可以得出，粉煤灰取代率宜控制在25%以下。綜合自流平砂漿流動度、流動度損失率和強度考慮，粉煤灰取代率為20%比較合適，其他試驗配比均固定使用編號3對應的配比，即粉煤灰取代水泥比例為20%，70～120目硅砂比例60%，膠粉摻量為1.5%，消泡劑摻量為0.04%。。

2.2 70～120目硅砂比例影響分析

70～120目硅砂比例對水泥基自流平砂漿的性能影響試驗結果如圖4～圖6所示。

圖4 70～120目硅砂比例對流動度影響

圖5 70～120目硅砂比例對24 h強度影響

圖6 70～120目硅砂比例對28 d強度影響

由圖4可以看出，隨著70～120目硅砂比例的增加，自流平砂漿流動度和流動度損失率呈增大趨勢。當70～120目硅砂比例為30%時，自流平砂漿初始流動度和20 min流動度低于130 mm，不符合標準要求。70～120目硅砂比例為70%時，流動度損失率最大。由此可以得出，70～120目硅砂比例在40%～60%時能較好的滿足砂漿流動性要求。

由圖5、圖6可以看出，隨著70～120目硅砂比例的增加，自流平砂漿的24 h和28 d的抗折、抗壓強度均呈現(xiàn)下降趨勢。70～120目硅砂比例為70%時，自流平砂漿28 d抗折強度為8.3 MPa，抗壓強度為38.5 MPa，不符合初期設計要求。隨著70～120目硅砂比例的增加，自流平砂漿24 h壓折比變化平緩，70～120目硅砂比例為70%時，自流平砂漿28 d壓折比增大明顯。綜合自流平砂漿流動度、流動度損失率和強度考慮，70～120目硅砂比例為60%比較合適。

2.3 膠粉摻量影響分析

膠粉作為一種重要的化學外加劑，可以提高砂漿的柔韌性，降低砂漿的開裂風險，同時可以改善砂漿的黏聚性和保水性。膠粉摻量對水泥基自流平砂漿的性能影響試驗結果如圖7～圖9所示。

圖7 膠粉摻量對流動度影響

圖8 膠粉摻量對24 h強度影響

圖9 膠粉摻量對28 d強度影響

由圖7可以看出，隨著膠粉摻量的增加，自流平砂漿流動度呈增大趨勢，流動度損失率呈下降趨勢。膠粉摻量1.0%時，自流平砂漿初始流動度與未摻膠粉初始流動度比提高5%，膠粉摻量2.0%時流動度損失率增大。由此可以得出，自流平砂漿摻入適量的膠粉可以降低砂漿內摩擦力，起到潤滑作用，提高砂漿流動性能，降低流動度損失率。

由圖7、圖8可以看出，隨著膠粉摻量的增加，自流平砂漿抗壓強度略有下降，而抗折強度明顯提高，壓折比逐漸減小。膠粉摻量1.5%時，自流平砂漿24 h抗折強度是未摻膠粉的2.3倍，28 d抗折強度是未摻膠粉的2.7倍，24 h壓折比是未摻膠粉的40%，28 d壓折比是未摻膠粉的32%。自流平砂漿壓折比降低提高了砂漿柔性，降低開裂幾率。綜合自流平砂漿流動度、流動度損失率和強度考慮，膠粉摻量為1.5%比較合適。

2.4 消泡劑影響

消泡劑在砂漿中扮演者重要角色，可以改善機械攪拌帶來的氣泡，優(yōu)化孔結構，使硬化后的材料達到表面平整、無蜂窩麻面、勻質性好。消泡劑摻量對水泥基自流平砂漿的性能影響試驗結果如圖10～圖12所示。

圖10 消泡劑摻量對流動度影響

圖11 消泡劑摻量對24 h強度影響

圖12 消泡劑摻量對28 d強度影響

由圖10可以看出，隨著消泡劑摻量的提高，自流平砂漿流動度呈增大趨勢，流動度損失率呈先降低后增大趨勢。消泡劑中乳化劑起到潤滑助流作用，加入后能夠減小砂漿的黏度，提高流動性，但當消泡劑摻量為0.06%時，消泡作用顯著，砂漿中起到滾珠作用的氣泡量顯著減少，砂漿流動性降低，流動度損失率增大顯著。

由圖11、圖12可以看出，隨著消泡劑摻量的提高，自流平砂漿抗折強度和抗壓強度呈增大趨勢，壓折比呈下降趨勢。與未摻消泡劑自流平砂漿比，消泡劑摻量為0.04%時，24 h抗折強度是、抗壓強度分別提高1.2 MPa、2.6 MPa，28 d抗折強度、抗壓強度分別提高3.3 MPa、6.3 MPa。24 h 壓折比在消泡劑摻量0.04%時最低，降低了砂漿早期開裂的出現(xiàn)幾率。綜合自流平砂漿流動度、流動度損失率和強度考慮，消泡劑摻量為0.04%比較合適。

3 結 論

水泥基自流平砂漿性能受不同配比參數(shù)共同作用影響，應同時考慮工作性、標準要求和經(jīng)濟性，通過選擇合理的配比參數(shù)不但可以獲得性能優(yōu)良的水泥基自流平砂漿也可以降低產(chǎn)品成本。本文通過試驗確定：配比參數(shù)分別為粉煤灰取代水泥比例20%，70～120目硅砂比例60%，膠粉摻量1.5%，消泡劑摻量0.04%，可獲得性能滿足標準要求的C40F10墊層水泥基自流平砂漿。