輕質(zhì)墻板灌漿料的制備及應用研究

逄魯峰，楊蘇，馬正先

（山東建筑大學土木工程學院，山東濟南 250101）

0 引言

隨著人們對居住環(huán)境有了更高的需求，傳統(tǒng)的建筑材料已不能滿足建筑要求和產(chǎn)業(yè)政策，特別是國家開展“十二五”墻體材料革新，提出加快推動墻體材料產(chǎn)業(yè)升級，為建筑和循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展開拓了前所未有的曠闊空間[1]。各種輕質(zhì)墻板蓬勃發(fā)展，其中FPB輕質(zhì)墻板是國內(nèi)墻體材料革新中非常好的替代產(chǎn)品。

FPB建筑用輕質(zhì)墻板以硅酸鈣板為兩面板，芯材采用水泥、石膏、聚苯顆粒等，結(jié)構(gòu)見圖1。FPB輕質(zhì)墻板兼具輕質(zhì)高強、阻燃耐火、施工便捷等于一體，被充分利用于框架建筑體系的非承重墻體，施工時2塊墻板的榫頭和榫槽對齊后中間會形成灌漿孔，待FPB輕質(zhì)墻板收縮穩(wěn)定后即可注入灌漿料。

圖1 FPB輕質(zhì)墻板

目前國內(nèi)外還缺乏具備優(yōu)異性能的FPB輕質(zhì)墻板專用灌漿材料，使用的輕質(zhì)墻板專用灌漿料流動性差、在灌漿時灌入細微縫隙能力低，經(jīng)常不能完整堵塞縫隙，灌后甚至留下毛髦狀孔洞，且漿體和墻體無法很好的密貼，導致結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與耐久性較差，不能滿足工程實際需要。

針對現(xiàn)階段輕質(zhì)墻板灌漿料所發(fā)現(xiàn)的問題，通過控制變量法引入硅灰、粉煤灰、礦粉，分析其對輕質(zhì)墻板灌漿料流動性及力學性能的影響，制備一種流動度高、力學性能良好，且不發(fā)生離析泌水、能夠滲透到微小的隙縫中的FPB輕質(zhì)墻板專用灌漿料，使板縫中的每處都充盈飽滿的漿體，性能符合JC/T 985—2017《地面用水泥基自流平砂漿》要求。

1 試 驗

1.1 原材料

水泥：P·O42.5，濟南山水水泥廠，比表面積320～350 m2/kg；硫鋁酸鹽水泥：強度等級42.5，云雀水泥有限公司，比表面積352 m2/kg；粉煤灰：Ⅰ級，濟寧恒志建材有限公司；硅灰：94級，山西君盛天弘新材料有限公司；礦粉：S95級，山東京中礦粉廠；石英砂：細度模數(shù)1.9，含泥量＜0.5%，泰安鑫合烘干砂廠；聚羧酸減水劑：PC-1601粉劑，減水率37%，山東華迪建筑科技有限公司；有機硅消泡劑：淄博拓興化工有限公司；羥丙基甲基纖維素：黏度400 mPa·s，山東戈麥斯化工有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗步驟

（1）在輕質(zhì)墻板灌漿料的基礎配合比上，分別摻入硅灰、粉煤灰、礦粉，通過控制變量法研究FPB輕質(zhì)墻板灌漿料的流動性及抗壓強度。（2）將礦物摻合料進行正交試驗來探究其復合效應能否產(chǎn)生更優(yōu)效果，綜合分析得出最優(yōu)配比。（3）將最優(yōu)配比的FPB輕質(zhì)墻板灌漿料與市售原墻板灌漿料進行性能對比，并對工程中所應用的FPB輕質(zhì)墻板進行性能測試。

1.2.2 測試方法

流動度測試：按JC/T 985—2017進行，模具為自流平砂漿流動度試模，內(nèi)徑（30±0.1）mm、高度（50±0.1）mm的金屬空心圓柱體。強度測試按GB/T 17671—1999《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO）法》進行，試件尺寸為40 mm×40 mm×160 mm。

1.3 試驗儀器與設備

JJ-5型水泥膠砂攪拌機：滄州金瑞試驗儀器有限公司；TYE-300B型壓力試驗機：濟南中奧試驗儀器公司；FA2004B型天平：上海精密科學儀器有限公司；試模：河北華旺試驗設備有限公司。

2 試驗結(jié)果與分析

試驗選擇硅灰、粉煤灰、礦粉，分別以0、5%、10%、15%、20%、25%摻量替代普硅水泥。試驗初步確定FPB輕質(zhì)墻板灌漿料的基礎配合比為：水膠比0.5、膠砂比1.0、硫鋁酸鹽水泥15%、P·O42.5水泥84.8%、聚羧酸減水劑0.12%、有機硅消泡劑0.04%、羥丙基甲基纖維素0.04%。

2.1 硅灰、粉煤灰、礦粉對輕質(zhì)墻板灌漿料流動度的影響（見圖2）

圖2 礦物摻合料摻量對輕質(zhì)墻板灌漿料流動度的影響

從圖2可以看出：

（1）硅灰對輕質(zhì)墻板灌漿料流動度的影響

相比無硅灰的組，F(xiàn)PB輕質(zhì)墻板灌漿料的流動度有所提升，當硅灰摻量在0～5%內(nèi)增多時，F(xiàn)PB輕質(zhì)墻板灌漿料初始與30 min流動度略微增大，當硅灰摻量為5%時達到最大，初始和30 min流動度分別為163、132 mm。

當硅灰摻量超出合適范圍后，F(xiàn)PB輕質(zhì)墻板灌漿料的流動度開始減小，原因是水泥的比表面積為0.32～0.35 m2/g，而硅灰的比表面積達20～25 m2/g，因此硅灰代替等質(zhì)量的水泥會使表面積變大，從而利用更多的自由水來濕潤膠凝材料的表面，所以灌漿料流動性會降低，且變得粘稠[2]。

（2）粉煤灰對輕質(zhì)墻板灌漿料流動度的影響

粉煤灰摻量由0增加至20%時，F(xiàn)PB輕質(zhì)墻板灌漿料初始與30 min流動度較基準組顯著提升。原因是粉煤灰的顆粒細、聚集程度較低，球形顆粒在灌漿料中有潤滑、滾珠效果，可以增強潤滑并使骨料和水泥顆粒之間的摩擦減小。當粉煤灰摻量達到20%時，初始與30 min流動度均較大，分別為169、145 mm。粉煤灰摻量超過20%時，所產(chǎn)生的滾珠效應達到飽和狀態(tài)，流動度基本不變。

（3）礦粉對輕質(zhì)墻板灌漿料流動度的影響

礦粉摻量在0～20%范圍內(nèi)，F(xiàn)PB輕質(zhì)墻板灌漿料的流動度隨礦粉摻量的增加呈逐漸增大的趨勢，這可能是由于礦粉表面能相對較大，可以很好的吸附聚羧酸減水劑分子，因此礦粉表面會生成雙電層，可以使水泥的絮凝狀結(jié)構(gòu)打開[3]。礦粉摻量達到20%時，F(xiàn)PB輕質(zhì)墻板灌漿料的流動度達到最大，初始和30 min流動度分別為168、148 mm，30 min流動度損失為20 mm，損失較小。這是因為礦粉具有很好的保水性[4]，加入一定量可以降低因為過分蒸發(fā)導致的FPB輕質(zhì)墻板灌漿料流動度損失。

在相同摻量下，縱向比較它們對FPB輕質(zhì)墻板灌漿料初始流動度的影響大小為：粉煤灰＞礦粉＞硅灰，對30 min流動度的影響大小為：礦粉＞粉煤灰＞硅灰。

2.2 硅灰、粉煤灰、礦粉對輕質(zhì)墻板灌漿料抗壓強度的影響（見圖3）

圖3 礦物摻合料對灌漿料抗壓強度的影響

從圖3可以看出：

（1）硅灰對輕質(zhì)墻板灌漿料抗壓強度的影響

硅灰摻量由0增加至10%時，輕質(zhì)墻板灌漿料的各齡期抗壓強度明顯提高；當硅灰摻量達到10%時，F(xiàn)PB輕質(zhì)墻板灌漿料中膠凝材料密實程度達到最大，1、3、28 d抗壓強度均達到最高值，分別為9.90、17.34、29.79 MPa。由于硅灰具有顯著的火山灰效應，和水接觸后能夠生成富硅凝膠，凝膠里SiO2會和Ca（OH）2發(fā)生反應產(chǎn)生C-S-H凝膠[5]，使Ca（OH）2含量大大降低，并產(chǎn)生低堿水化硅酸鈣，因此試件硬化后結(jié)構(gòu)變得更加致密。但當硅灰摻量超過10%時，F(xiàn)PB輕質(zhì)墻板灌漿料的1、3、28 d抗壓強度呈下降趨勢，但下降幅度較小。此外，隨齡期逐漸延長，輕質(zhì)墻板灌漿料抗壓強度的上升幅度愈來愈大。這是由于試件齡期的延長，會使硅灰火山灰作用逐漸變得更加顯著，添加適當?shù)墓杌夷軌蛎黠@促進漿體后期的水化反應[6]，從而可以使水化產(chǎn)物增加，促進水化反應持續(xù)時間較長，因此對后期強度的貢獻更加顯著。

（2）粉煤灰對輕質(zhì)墻板灌漿料抗壓強度的影響

當粉煤灰摻量從0增加到10%時，F(xiàn)PB輕質(zhì)墻板灌漿料各齡期的抗壓強度逐漸提高，當摻量為10%時抗壓強度為最高，1、3、28 d抗壓強度分別為9.85、17.08、27.69 MPa，且相較于早期強度，粉煤灰對FPB輕質(zhì)墻板灌漿料后期強度貢獻更大。相較于硅灰與礦粉，粉煤灰摻量增加對強度的增長不明顯。這是由于水化產(chǎn)物Ca（OH）2與粉煤灰粒子中間存在水解層，Ca+要與粉煤灰中的SiO2和A12O3發(fā)生二次水化反應必須通過水解層[7]，反應產(chǎn)物逐漸積聚在水解層中，所以當水解層內(nèi)未達到一定量的火山灰效應產(chǎn)物時，強度不會顯著提高。

（3）礦粉對輕質(zhì)墻板灌漿料抗壓強度的影響

隨礦粉摻量的增加，F(xiàn)PB輕質(zhì)墻板灌漿料的抗壓強度先提高后降低。當?shù)V粉摻量為10%時，灌漿料抗壓強度達到峰值，1、3、28 d抗壓強度分別為9.87、17.23、28.24 MPa；礦粉取代水泥10%以上時，抗壓強度呈減小趨勢，這可能是由于礦粉過多時，膠凝材料的活性組分減少，因此FPB輕質(zhì)墻板灌漿料的抗壓強度也相應下降。

2.3 正交試驗

根據(jù)上述試驗可知，摻入適量粉煤灰、礦粉能夠有效提升灌漿料的流動性和抗壓強度。綜合考慮灌漿料的工作性及經(jīng)濟性，將粉煤灰、礦粉、硅灰進行正交試驗來探究其復合效應能否產(chǎn)生更優(yōu)效果，正交試驗因素水平見表1，正交試驗結(jié)果見表2，F(xiàn)PB輕質(zhì)墻板灌漿料的流動度及抗壓強度極差分析見表3。

表1 正交試驗因素水平

表2 正交試驗結(jié)果

從表3可知：

（1）3種礦物摻合料對FPB輕質(zhì)墻板灌漿料的初始流動度影響大小為：硅灰＞粉煤灰＞礦粉；對灌漿料30 min流動度影響大小為：硅灰=礦粉＞粉煤灰。在合適比例下?lián)郊?種礦物摻合料能夠改善FPB輕質(zhì)墻板灌漿料的流動度可能是因為，不同粒徑的摻合料添加優(yōu)化了漿體中膠凝材料顆粒的級配[8]，使得堆積狀態(tài)變得愈加致密，空隙中水分子能夠大量釋放。

（2）不同礦物摻合料對FPB輕質(zhì)墻板灌漿料的1、3、28 d抗壓強度影響大小順序均為：硅灰＞礦粉＞粉煤灰。在合適比例下?lián)郊?種礦物摻合料可以使FPB輕質(zhì)墻板灌漿料的抗壓強度尤其是后期抗壓強度明顯提升，這可能是由于水化產(chǎn)物Ca（OH）2會促使礦粉水化，形成很多低密度的水化硅酸鈣與鈣礬石[9]。水化硅酸鈣和鈣礬石比表面積較大，匯聚在粉煤灰和硅灰顆粒四周，起到了晶核作用，促進了粉煤灰和硅灰水化反應速率。

表3 正交試驗極差分析

綜合流動度及強度因素，礦物摻合料的最優(yōu)組合為A3B2C1，即摻加15%抗壓粉煤灰、10%礦粉、5%硅灰。此時，初始、30 min流動度分別為169、146 mm，1、3、28 d抗壓強度分別為10.64、19.52、30.78 MPa，符合JC/T 985—2017要求。

2.4 與原有產(chǎn)品性能對比

將原墻板施工中所應用的某市售品牌灌漿料產(chǎn)品與所研制的FPB輕質(zhì)墻板灌漿料進行性能對比，結(jié)果見表4。

表4 灌漿料性能對比

由表4可知，F(xiàn)PB輕質(zhì)墻板灌漿料所測的各項性能均優(yōu)于原始的墻板專用灌漿料，該灌漿料具有很高的流動性及良好的力學性能，且不發(fā)生離析泌水，能夠滲透到微小的隙縫中，使板縫中的每處都充盈飽滿的漿體，固化后與墻體有良好的粘結(jié)力，穩(wěn)定性好，對墻體無侵蝕性，不污染環(huán)境，且對人體無害，符合我國推行的“節(jié)能減排、綠色環(huán)?！钡慕ú恼摺?/p>

2.5 工程應用

將FPB輕質(zhì)墻板灌漿料應用于濟南市歷城區(qū)董家街道十村整合城中村改造安置房項目中，因其原材料來源豐富，且價格便宜、施工簡便，大大提高了施工效率，其優(yōu)良的性能與可操作性強的優(yōu)點在項目施工中獲得一致認可。

對應用于施工的FPB輕質(zhì)墻板進行性能測試，規(guī)格為長2440 mm、寬610 mm、厚100 mm，測試結(jié)果見表5，所測各項性能均符合GB/T 23451—2009《建筑用輕質(zhì)隔墻條板》要求。

3 結(jié)論

（1）粉煤灰、礦粉、硅灰3種礦物摻合料對FPB輕質(zhì)墻板灌漿料的流動度都會產(chǎn)生一定影響，在相同摻量條件下，對FPB輕質(zhì)墻板灌漿料初始流動度影響的大小為：硅灰＞粉煤灰＞礦粉，對30 min流動度影響的大小為：硅灰=礦粉＞粉煤灰。

表5 FPB輕質(zhì)墻板的性能

（2）隨礦物摻合料摻量的增加FPB輕質(zhì)墻板灌漿料的抗壓強度先提高后降低，3種礦物摻合料對FPB輕質(zhì)墻板灌漿料抗壓強度的影響大小為：硅灰＞礦粉＞粉煤灰。

（3）一定比例的復摻可以顯著優(yōu)化FPB輕質(zhì)墻板灌漿料的性能。通過正交試驗得出，當?shù)V物摻合料組合方式為15%粉煤灰+10%礦粉+5%硅灰時灌漿料的抗壓強度及流動性較高。

（4）所研制的FPB輕質(zhì)墻板灌漿料市售性能優(yōu)于墻板專用灌漿料，該灌漿料具有很高的流動性和良好的力學性能，且不發(fā)生離析泌水，已成功應用于濟南市歷城區(qū)董家街道十村整合城中村改造安置房項目中。