變溫條件下緩凝劑對地暖用自流平砂漿性能的影響

范樹景，杭法付，葉勇，張慶

（浙江忠信新型建材股份有限公司 杭州研發(fā)分公司，浙江 杭州310052）

0 前言

普通硅酸鹽水泥-鋁酸鹽水泥-硬石膏三元體系自流平砂漿（以下簡稱三元體系自流平砂漿）是一種以普通硅酸鹽水泥-鋁酸鹽水泥-硬石膏為主要膠凝材料，加入適宜的添加劑及精選級配砂等混合而成，可用于地面找平的新型地面材料。隨著建筑裝飾裝修工程的不斷發(fā)展，自流平砂漿需求量逐漸增多，因施工便捷，常用于地暖找平系統(tǒng)，地暖用三元體系自流平砂漿應(yīng)運而生。

緩凝劑是三元體系自流平砂漿中的常用化學(xué)外加劑，國內(nèi)外學(xué)者研究了其對砂漿性能的影響，主要側(cè)重于常溫下力學(xué)性能[1-2]、凝結(jié)時間[3-6]、流動性[7-8]等方面。但變溫條件下緩凝劑對砂漿性能的影響，尤其是對砂漿收縮性能的影響研究較少。

為了制備適應(yīng)于地暖系統(tǒng)的三元體系自流平砂漿，本文對比了單摻和復(fù)摻緩凝劑時三元體系地暖自流平砂漿的性能差異，包括流動性、凝結(jié)時間和強度等性能，還研究了變溫條件下，緩凝劑復(fù)摻對三元體系地暖自流平砂漿收縮率的影響。

1 試驗

1.1 原材料及配比

水泥：安徽海螺水泥公司生產(chǎn)的P·O42.5水泥、凱諾斯生產(chǎn)的TCC鋁酸鹽水泥；硬石膏：寧波友基工貿(mào)有限公司生產(chǎn)；重鈣：300目；精選級配石英砂；早強劑Li2CO3、消泡劑P803、纖維素醚MT400、聚羧酸減水劑2651F、可再分散乳膠粉5010N（乙烯基共聚物）：均為市售；緩凝劑：酒石酸、檸檬酸、葡萄糖酸鈉、硼酸，均為市售；自來水。

三元體系地暖自流平砂漿的基礎(chǔ)配合比如表1所示，用水量為粉料質(zhì)量的22%，文中涉及的百分比均為質(zhì)量百分比。

表1 三元體系地暖自流平砂漿的基礎(chǔ)配合比 %

1.2 試驗方法

流動度：按照JC/T 985—2017《地面用水泥基自流平砂漿》進行測試。

凝結(jié)時間：按照GB/T 1346—2011《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時間、安定性檢驗方法》進行測試。

抗壓、抗折強度：按照GB/T 17671—1999《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》進行測試。

收縮率：按照T/SBMIA013－2020《地暖用水泥基自流平砂漿》中規(guī)定的尺寸變化率方法進行測試，拌合好砂漿，然后按JC/T 985—2017制備試件，在標(biāo)準(zhǔn)試驗條件下養(yǎng)護1 d，測量試件長度，作為初始長度L0，到相應(yīng)齡期測試長度L，計算收縮率。將試件按照如下步驟進行冷熱循環(huán)試驗：（1）將試件在（60±2）℃下保持24 h±20 min；（2）將試件在（23±2）℃標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護條件下，保持24 h±20 min。重復(fù)上述冷熱循環(huán)14次。在最后1次循環(huán)后取出試件，然后按JC/T 985—2017的規(guī)定進行測試計算。

2 結(jié)果與分析

2.1 緩凝劑單摻對自流平砂漿性能的影響

固定緩凝劑摻量為0.11%時，不同緩凝劑對自流平砂漿流動度、凝結(jié)時間和強度的影響如表2所示。

表2 不同緩凝劑對自流平砂漿性能的影響

由表2可見：

（1）未摻緩凝劑時，砂漿的流動度很小，只有100 mm。摻加緩凝劑后，砂漿的流動度增大，尤其是摻酒石酸的砂漿，初始流動度達到155 mm，摻其余3種緩凝劑的砂漿初始流動度也都不小于130 mm。緩凝劑種類的不同，導(dǎo)致砂漿的流動度損失差異較大。摻入檸檬酸和硼酸時，砂漿20 min流動度損失在10 mm以上，而摻入酒石酸和葡萄糖酸鈉時，砂漿流動度損失略小。

（2）未摻緩凝劑時，砂漿的凝結(jié)時間較短，終凝時間只有40 min；摻入緩凝劑后凝結(jié)時間普遍延長，但其對砂漿的緩凝效果差異明顯。其中酒石酸和檸檬酸對砂漿的緩凝效果最明顯，初凝時間為225～230 min，終凝時間為285～295 min；葡萄糖酸鈉的緩凝效果居中；硼酸的緩凝效果較差，砂漿的初、終凝時間分別為30、60 min。

（3）未摻緩凝劑的砂漿1 d抗壓強度達到7.4 MPa，28 d抗壓強度達25.3 MPa。1 d齡期時，與未摻緩凝劑的相比，摻加檸檬酸的砂漿抗壓強度下降，摻其它緩凝劑的砂漿抗壓強度均有不同程度的提高。28 d齡期時，摻加緩凝劑的砂漿抗壓強度均較未摻加的有所降低，摻加酒石酸的砂漿28 d抗壓強度僅有16.5 MPa。

（4）緩凝劑對砂漿1 d抗折強度的影響與緩凝劑的種類有很大關(guān)系，摻入葡萄糖酸鈉后砂漿的1 d抗折強度略有提高，而摻入酒石酸和檸檬酸后，砂漿的1 d抗折強度有所降低；摻入4種緩凝劑均降低了砂漿的28 d抗折強度。

2.2 緩凝劑復(fù)摻對自流平砂漿性能的影響

當(dāng)每種緩凝劑摻量均為0.055%時，復(fù)摻緩凝劑對自流平砂漿流動度、凝結(jié)時間和強度的影響如表3所示。

由表3可見：

表3 緩凝劑復(fù)摻對自流平砂漿流動度、凝結(jié)時間和強度的影響

（1）與表2中單摻緩凝劑相比，緩凝劑復(fù)摻對砂漿初始流動度影響相對較小，但對20 min流動度有顯著影響，減小了20 min流動度損失。

（2）當(dāng)復(fù)摻酒石酸和檸檬酸、酒石酸和葡萄糖酸鈉時，砂漿的初凝時間和終凝時間都延長，終凝時間最長甚至達到了410 min，起到了疊加效果。當(dāng)硼酸分別與酒石酸、檸檬酸和葡萄糖酸鈉復(fù)摻時，在單摻硼酸緩凝劑的基礎(chǔ)上，提高了緩凝效果，延長了凝結(jié)時間。

（3）復(fù)摻緩凝劑時，砂漿的1 d抗壓強度為8.5～10.4 MPa，28 d抗壓強度為18.6～25.5 MPa，與未摻緩凝劑的相比，砂漿的1 d抗壓強度有所提高，28 d抗壓強度略有下降。砂漿的1 d抗折強度大于2.5 MPa，28 d抗折強度為5.0～6.3 MPa。與未摻緩凝劑時相比，砂漿的1 d抗折強度有所提高，28 d抗折強度略有下降。

2.3 復(fù)摻酒石酸與葡萄糖酸鈉對自流平砂漿性能的影響

2.3.1 對流動度、凝結(jié)時間和強度的影響

將酒石酸和葡萄糖酸鈉按1∶1的質(zhì)量比復(fù)摻，緩凝劑摻量對自流平砂漿流動度、凝結(jié)時間和強度的影響見表4。

表4 復(fù)摻酒石酸與葡萄糖酸鈉摻量對自流平砂漿流動度、凝結(jié)時間和強度的影響

由表4可見：

（1）隨著復(fù)摻緩凝劑摻量的增加，砂漿的初始及20 min流動度均先增大后減小，在復(fù)摻總量為0.16%時，初始及20 min流動度最大，分別為150、152 mm；當(dāng)摻量超過0.16%時，20 min流動度還出現(xiàn)了增大的現(xiàn)象。

（2）隨著復(fù)摻緩凝劑摻量的增加，砂漿的初、終凝時間均不斷延長。尤其是摻量超過0.16%時，初凝時間達到6 h；當(dāng)緩凝劑摻量進一步增大至0.20%時，9 h內(nèi)未達到初凝狀態(tài)，更未達到終凝狀態(tài)，顯然已經(jīng)不符合T/SBMIA 013—2020標(biāo)準(zhǔn)對凝結(jié)時間的要求。

（3）與未摻緩凝劑的空白樣相比，復(fù)摻酒石酸和葡萄糖酸鈉緩凝劑后，砂漿的抗壓強度普遍提高，1、28 d抗壓強度隨緩凝劑摻量的增加總體呈先提高后降低的趨勢。復(fù)摻總量為0.16%時，砂漿的1、28 d抗壓強度最高，分別為14.0、30.2 MPa?？拐蹚姸茸兓?guī)律與抗壓強度類似，但復(fù)摻總量達到0.20%后，砂漿的28 d抗折強度略低于空白樣。

2.3.2 收縮率

在本試驗設(shè)置的變溫條件下，酒石酸和葡萄糖酸鈉緩凝劑復(fù)摻摻量（二者的質(zhì)量比為1∶1）對自流平砂漿收縮率的影響如圖1所示。

圖1 復(fù)摻酒石酸和葡萄糖酸鈉摻量對自流平砂漿收縮率的影響

由圖1可以看出，隨著齡期的延長，自流平砂漿的收縮率逐漸增大，且隨著復(fù)摻緩凝劑摻量的增加，基本呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢，復(fù)摻總量為0.12%時，28 d收縮率最小，不到0.15%；復(fù)摻總量超過0.20%時，砂漿的收縮率比未摻時還要大。

3 機理分析

多數(shù)有機緩凝劑有表面活性，在固液界面產(chǎn)生吸附作用，改變固體粒子表面的親水性，緩凝劑分子中的羥基吸附在水泥粒子表面，葡萄糖吸附在C3S表面形成吸附膜，阻礙水泥的水化過程[4，9-10]，檸檬酸在C3S表面生成不溶性的鈣鹽，酒石酸延緩鈣礬石的形成，抑制硅酸鹽的早期水化，也起到了緩凝作用[5]。緩凝劑單摻時，緩凝效果與緩凝劑的種類有很大關(guān)系，尤其是為小分子結(jié)構(gòu)的緩凝劑——硼酸，緩凝效果較差，此外，還造成砂漿1 d、28 d抗壓及抗折強度不同程度地降低，驗證了文獻[8]中提到的單摻緩凝劑種類不同對自流平砂漿強度影響的差異。

緩凝劑復(fù)摻時，凝結(jié)時間有所延長，提高了緩凝效果，另外還提高了砂漿的1 d抗壓及抗折強度。隨著酒石酸和葡萄糖酸鈉摻量的增加，抗壓、抗折強度總體呈先提高后降低的趨勢，可見緩凝劑的摻量并非越多越好，存在最佳摻量。

在試驗設(shè)置的變溫條件下，自流平砂漿的收縮率隨酒石酸和葡萄糖酸鈉緩凝劑復(fù)摻摻量和齡期的變化。自流平砂漿的水化進程明顯改變，尤其是在60℃養(yǎng)護時，促進了水泥水化，在冷熱循環(huán)下，砂漿內(nèi)部的孔結(jié)構(gòu)有可能發(fā)生了改變，進而影響到收縮率的變化。

4 結(jié)論

采用普通硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥和硬石膏三元體系制備地暖自流平砂漿，研究了緩凝劑對地暖自流平砂漿流動性、凝結(jié)時間、力學(xué)性能、收縮性能的影響，確定了緩凝劑的復(fù)配方案及其最佳摻量。

（1）單摻緩凝劑時，20 min流動度損失大，凝結(jié)時間延長，28 d抗壓、抗折強度降低。

（2）復(fù)摻緩凝劑時，20 min流動度損失小，1 d抗壓、抗折強度略有提高，28 d抗壓、抗折強度差異較大。隨著酒石酸和葡萄糖酸鈉復(fù)摻摻量的增加，流動度和強度總體上都呈先提高后降低的趨勢。

（3）變溫條件下，復(fù)摻0.12%酒石酸和葡萄糖酸鈉緩凝劑時，自流平砂漿的28 d收縮率最低。