麥芽糊精對石膏自流平材料性能的影響及工程應(yīng)用

常青山，黃凌苗，逄魯峰，，孫立剛，龐偉琪，付鵬

（1.山東建筑大學(xué) 土木工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250101；2.山東華迪建筑科技有限公司，山東 濟(jì)陽 251400）

0 前言

石膏自流平材料是近年來逐步推廣的一種綠色新型建材，是以半水石膏和各種建筑化學(xué)功能型外加劑為主要原材料制備的一種外觀無結(jié)塊、無雜物且混合均勻干粉材料[1]。自流平材料分為石膏類和水泥類，采用石膏自流平材料進(jìn)行施工具有良好的流動性與穩(wěn)定性。其中，保水劑是石膏自流平材料中不可缺少的外加劑，可有效解決石膏漿體泌水和下沉問題[2]。目前，石膏自流平材料中常用的保水劑為纖維素醚，利用其復(fù)雜的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，提高產(chǎn)品漿體的穩(wěn)定性。與纖維素醚類似，麥芽糊精也是一種保水劑，具有黏度適中、溶解度高、原材料易得等優(yōu)勢，逐漸在建筑材料中廣泛使用。麥芽糊精常在混凝土中作為保水劑使用，與聚羧酸超塑化劑復(fù)配后，可改善混凝土的和易性，達(dá)到增稠穩(wěn)定的效果[3]。不同DE值的麥芽糊精功能特性有所差異，取代部分纖維素醚，研究麥芽糊精與纖維素醚是否可以作為有機(jī)高分子類保水劑組分，改善石膏自流平材料的性能，具有重要意義。

本文將麥芽糊精作為一種有機(jī)外加劑摻入石膏自流平材料中，通過單因素試驗對比不同DE值麥芽糊精及其摻量對石膏自流平漿體流動度保持性、凝結(jié)時間的影響，確定麥芽糊精的最佳DE值。通過單因素試驗研究麥芽糊精摻量對石膏自流平收縮率變化、穩(wěn)定性以及不同DE值麥芽糊精對石膏自流平漿體凝結(jié)硬化表面狀態(tài)的影響，確定麥芽糊精的最佳摻量。研究麥芽糊精對石膏自流平材料性能的影響，旨在充分利用麥芽糊精，為麥芽糊精在新型建筑材料上的實踐開辟新途徑。同時，也為麥芽糊精在石膏自流平上的發(fā)展提供參考。

1 試驗

1.1 試驗材料

β型脫硫石膏：山東信發(fā)集團(tuán)，主要技術(shù)性能見表1；水泥：P·Ⅰ52.5，山東山鋁環(huán)境新材料有限公司；礦粉：S95級，青島萬鴻礦業(yè)有限公司；麥芽糊精：采用西王集團(tuán)產(chǎn)3種不同黏度的麥芽糊精，型號分別為MD5018、MD5021、MD5031，物理性能見表2；羥丙基甲基纖維素醚（HPMC）：黏度40 Pa·s，濟(jì)南銘州化工有限公司；聚羧酸減水劑：粉末狀，減水率38.4%，山東華迪建筑科技有限公司；消泡劑：有機(jī)硅類，象尚化工有限公司；緩凝劑：蛋白質(zhì)分解類，西卡集團(tuán)；可再分散乳膠粉：工業(yè)級，瓦克化學(xué)。

表1 β脫硫石膏的主要技術(shù)性能

表2 3種麥芽糊精的物理性能

1.2 試驗儀器設(shè)備

水泥膠砂攪拌機(jī)：JJ-5型，無錫建儀；壓力試驗機(jī)：TYE-300B，無錫建儀；電子抗折試驗機(jī)：YDW-10，無錫建儀；雙通道紅外線膨脹收縮測試儀：HD-03，山東華迪建筑科技有限公司；電子天平：MTQ/MTB。

1.3 試驗方法

石膏基自流平材料的配合比見表3。

表3 石膏自流平材料的配合比 %

石膏自流平材料的性能參照J(rèn)C/T1023—2021《石膏基自流平砂漿》、T/CBMF 82—2020《石膏基自流平砂漿》進(jìn)行測試。

2 結(jié)果與分析

2.1 麥芽糊精對石膏自流平材料流動度保持性的影響

流動度是石膏自流平材料最重要的工作指標(biāo)。麥芽糊精作為一種有機(jī)外加劑，會影響石膏自流平材料的初始流動度和30、45 min流動度保持性，試驗結(jié)果見表4。

表4 麥芽糊精對石膏自流平材料流動度保持性的影響

由表4可見：

（1）麥芽糊精對石膏自流平材料流動度有一定的分散保持性，但不同DE值麥芽糊精對石膏漿體在一定時間內(nèi)流動度保持性能有較大差異，流動度分散保持效果依次為：MD5021＞MD5031＞MD5018，MD5021與石膏自流平材料的相容性最好。

（2）隨著麥芽糊精摻量增加，石膏自流平材料在30 min和45 min流動度損失基本呈逐漸增大的趨勢。MD5018的DE值為8%，DE值小于10%。麥芽糊精DE值越低，黏度越大，對石膏漿體的增稠效果越明顯，流動度損失也越大。因此，MD5018不宜摻入石膏自流平材料當(dāng)中。摻入MD5021會降低石膏自流平材料的初始流動度，30 min流動度損失大致表現(xiàn)為先減小后增加。當(dāng)麥芽糊精摻量為0.018%時，30 min流動度損失為2 mm，45 min流動度損失3 mm，流動度損失較小。MD5021的DE值為12%，大于10%，黏度適中，溶解度高，流動性好，有利于促進(jìn)石膏漿體的分散保持性。麥芽糊精具有流動度保持性與其自身分子結(jié)構(gòu)特性相關(guān)，其分子鏈既有直鏈又有支鏈，可促進(jìn)石膏顆粒分散，有效降低了顆粒之間的凝聚程度，所以具有流動度保持性[4]。摻入MD5031的石膏自流平材料初始和30 min流動度損失隨著麥芽糊精摻量增加大致逐漸減小。當(dāng)麥芽糊精摻量為0.021%時，石膏自流平材料在30 min和45 min的流動度損失最小，流動度保持性效果好。MD5031的DE值為18%，隨著麥芽糊精DE值增大，平均分子質(zhì)量和黏度都下降，對石膏自流平材料的流動度保持性均產(chǎn)生不利影響，需要提高麥芽糊精摻量來提高漿體流動度的保持性。

2.2 麥芽糊精對石膏自流平材料凝結(jié)時間的影響

不同DE值的麥芽糊精為石膏自流平材料漿體提供增稠穩(wěn)定作用的同時，也會延長石膏漿體的初凝和終凝時間。麥芽糊精對石膏自流平材料凝結(jié)時間的影響見表5。

表5 麥芽糊精對石膏自流平材料凝結(jié)時間的影響

由表5可見，麥芽糊精對石膏自流平材料具有一定的緩凝作用，依次為：MD5021＞MD5031＞MD5018。MD5018摻量對對石膏自流平材料的凝結(jié)時間幾乎沒有影響，初凝及終凝時間變化范圍分別129～131min、143～149min。MD5021摻量較小時對凝結(jié)時間沒有明顯影響，摻量為0.012%時初、終凝時間分別為137、152min；摻量達(dá)到0.021%時，初、終凝時間分別延長了6.6%、17.1%。MD5031摻量為0.012%～0.021%時，石膏自流平材料漿體凝結(jié)時間呈緩慢延長的趨勢，初凝時間在136～141 min，終凝時間在151～159min，凝結(jié)時間符合JC/T1023—2021要求。麥芽糊精具有緩凝作用與其自身的分子結(jié)構(gòu)特性相關(guān)，其分子結(jié)構(gòu)中帶有羥基官能團(tuán)和羧基官能團(tuán)，這2種官能團(tuán)具有一定的極性[5]。麥芽糊精極易溶于石膏自流平漿體中，溶解后的麥芽糊精可以吸附在未水化石膏顆粒表面，形成氫鍵，阻礙石膏晶核形成，延長半水石膏進(jìn)一步水化。麥芽糊精摻量越多，對石膏自流平材料的緩凝效果越顯著。

2.3 麥芽糊精對石膏自流平材料收縮性能的影響

基于前述研究，選擇DE值為12%的麥芽糊精MD5021進(jìn)行收縮率試驗，JC/T 1023—2021要求產(chǎn)品收縮率≤0.05%。麥芽糊精摻量對石膏自流平材料收縮性能的影響見圖1。

由圖1可見，麥芽糊精摻量為0.018%時相對于其它摻量對石膏自流平材料收縮率影響小，收縮率曲線變化較為平緩，尺寸穩(wěn)定，30 d內(nèi)收縮率變化小于0.030%，符合JC/T 1023—2021的要求。

2.4 麥芽糊精對石膏自流平材料穩(wěn)定性的影響

進(jìn)行漿體穩(wěn)定性研究時，復(fù)配材料即配即用，測試石膏漿體的用水量和泌水率。麥芽糊精作為一種功能型外加劑摻入石膏自流平材料中，為獲得產(chǎn)品使用的最佳時間需要進(jìn)一步研究麥芽糊精對石膏自流平材料長期穩(wěn)定性的影響。

2.4.1 漿體穩(wěn)定性

漿體穩(wěn)定性是石膏自流平材料的重要指標(biāo)，本試驗控制石膏自流平材料漿體初始流動度為（145±5）mm，麥芽糊精摻量為0.012%～0.021%。漿體穩(wěn)定性采用用水量和泌水率表征，當(dāng)泌水率為0時，漿體穩(wěn)定性最好。麥芽糊精對石膏料漿用水量和泌水率影響見表6。

表6 麥芽糊精對料漿用水量和泌水率的影響

由表6可見，隨著3種不同DE值麥芽糊精摻量由0.012%增加到0.021%，摻入MD5018石膏自流平材料用水量在53%～56%變化，摻入MD5021石膏自流平材料用水量在53%～55%變化，摻MD5031石膏自流平材料用水量在54%～57%變化，說明3種不同DE值的麥芽糊精在相同摻量下，摻MD5021石膏自流平材料的用水量相對于摻MD5018和MD5031相對穩(wěn)定。隨著3種麥芽糊精MD5018、MD5021、MD5031摻量的增加，泌水率逐漸減小，漿體的整體穩(wěn)定性也在逐漸提高。當(dāng)MD5021摻量大于0.015%時，漿體10min泌水率為0，30min之后出現(xiàn)泌水；而MD5018和MD5031摻量大于0.018%時，石膏自流平材料漿體泌水率為0，漿體的穩(wěn)定性較好。表明3種麥芽糊精在相同摻量下，以MD5021的抗沉降能力最佳，漿體穩(wěn)定性也較好。麥芽糊精能提高石膏漿體的懸浮穩(wěn)定性與其自身的分子結(jié)構(gòu)特性相關(guān)，其分子可以結(jié)合石膏自流平材料漿體中的水分子，降低漿體中可移動自由水的含量，增大稠度，泌水率下降[6]。

2.4.2 長期穩(wěn)定性

按前述試驗得出的最佳方案，選取麥芽糊精DE值為12%，摻量為0.018%，配制25 kg成品石膏自流平材料，放置于標(biāo)準(zhǔn)試驗環(huán)境中（不通風(fēng)），研究長期穩(wěn)定性的變化，結(jié)果見表7。

表7 石膏自流平材料的長期穩(wěn)定性

由表7可見，成品石膏自流平材料隨著放置時間的延長，28 d內(nèi)性能幾乎沒有變化。28 d后對流動度的影響比較明顯，硬化表面出現(xiàn)小氣孔。因此，麥芽糊精作為一種有機(jī)增稠保水劑，摻入成品石膏自流平材料時的最佳使用時間為1個月。

2.5 不同DE值麥芽糊精對石膏自流平材料表觀狀態(tài)的影響

由于漿體硬化過程中可能會出現(xiàn)表面泛黑和小氣泡，從而影響產(chǎn)品硬化表面的光滑度和平整度。因此，研究不同DE值麥芽糊精對石膏自流平材料硬化過程的影響，也是值得關(guān)注的問題之一。經(jīng)過上述試驗，選擇單摻和復(fù)摻麥芽糊精總摻量均為0.018%，復(fù)摻時2種麥芽糊精各占50%。麥芽糊精DE值對石膏自流平材料狀態(tài)的影響見表8。

由表8可見，與不摻麥芽糊精相比，摻入3種不同種類的麥芽糊精使石膏自流平材料的硬化表觀情況均得到改善，單摻麥芽糊精效果優(yōu)于復(fù)摻麥芽糊精，但又存在一定差異。對石膏自流平材料硬化表面改善效果依次為MD5018＞MD5021＞MD5031，單摻麥芽糊精MD5018對石膏自流平材料的效果最好，水平度高且表面光滑。復(fù)摻麥芽糊精MD5018和MD5031相對于其它組復(fù)摻麥芽糊精表觀狀態(tài)無泛黑現(xiàn)象，硬化后表面平整度較好。這是由于麥芽糊精的支鏈化結(jié)構(gòu)可以與水分、石膏顆粒以及其它建筑化學(xué)添加劑形成穩(wěn)定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，且有一定的吸附和保持穩(wěn)定的能力，可以促進(jìn)石膏漿體中各種成分的均勻度，提高整體的分散穩(wěn)定性[7]。麥芽糊精是一種良好的載體，黏度適中，在石膏自流平材料中單摻入合適DE值的麥芽糊精有助于提高漿體黏度和改善漿液結(jié)構(gòu)，保持良好的流動性，最終賦予石膏自流平材料產(chǎn)品均一穩(wěn)定的組織狀態(tài)。

表8 麥芽糊精DE值對石膏自流平材料表觀狀態(tài)的影響

2.6 配合比優(yōu)化及工程應(yīng)用

通過上述研究得出，DE值12%的麥芽糊精與纖維素醚可以共同作為保水組分，保水組分纖維素醚摻量為0.6g，麥芽糊精摻量0.18 g。經(jīng)配合比優(yōu)化DE值12%的麥芽糊精可取代0.06 g纖維素醚，取代率占纖維素醚總質(zhì)量的10%，優(yōu)化后石膏自流平材料配合比見表9。本研究成果應(yīng)用于濟(jì)南市中海華山瓏城32層民用建筑，石膏自流平材料的性能指標(biāo)見表10。

表9 優(yōu)化石膏自流平材料配合比 %

表10 石膏自流平材料的性能指標(biāo)

由表10可得，優(yōu)化后石膏自流平材料的性能符合JC/T 1023—2021和T/CBMF 82—2020的相關(guān)要求。麥芽糊精與HPMC復(fù)配使用，可使石膏自流平漿體流動性好，具有良好施工性能。漿體材料收縮率變化較小，尺寸穩(wěn)定性高，硬化表面平整光滑，水平度高。

3 結(jié)論

（1）通過單因素試驗研究不同DE麥芽糊精對石膏自流平材料性能的影響，確定DE值12%的麥芽糊精性能最佳。當(dāng)DE值12%的麥芽糊精摻量為0.018%時，石膏自流平材料的30 min流動度損失為0，28 d收縮率小于0.030%，石膏漿體無泌水現(xiàn)象，硬化表面光滑平整。

（2）經(jīng)配合比優(yōu)化，DE值12%的麥芽糊精可取代部分纖維素醚共同作為保水組分，取代率占纖維素醚總質(zhì)量的10%，測得各項性能符合JC/T 1023—2021和T/CBMF 82—2020的相關(guān)要求。

（3）試驗研究與工程應(yīng)用表明，按優(yōu)化配合比制備的石膏自流平材料流動度大，易于施工，可泵送性高。與單摻纖維素醚相比，優(yōu)化后的石膏自流平材料產(chǎn)品流動性好、收縮率低、硬化表面更優(yōu)。