微晶自流平砂漿的研制與應用

肖群芳，吳為群，白宇，王麗

[1.北新集團建材股份有限公司，北京 100000；2.漢德中材（北京）科技有限公司，北京 100012]

0 前言

隨著裝配式結(jié)構(gòu)在民用建筑中逐漸普及，房屋裝配率逐步攀升[1]，建筑物二次結(jié)構(gòu)的墻地面抹灰找平習慣也正在發(fā)生變化：從平均施工厚度為3 cm 的水泥抹灰砂漿和地面砂漿逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槠骄┕ず穸葹? cm 的石膏砂漿。石膏砂漿作為現(xiàn)代化建筑施工的新材料，環(huán)保利廢、質(zhì)輕、保溫、阻燃，施工性能好，有利于提高房屋宜居性，其優(yōu)越性正逐步為社會所認識。相較于水泥砂漿，石膏砂漿更綠色環(huán)保：材料耗量小、施工周期短、施工效率高[2]。十四五期間，石膏砂漿將會取代部分水泥砂漿市場份額，隨著水泥砂漿市場總值的下降，石膏砂漿的市場總值將顯著上升[3]。

微晶自流平砂漿作為石膏砂漿的一種，在地面系統(tǒng)中可作為各種墊層材料的找平層，發(fā)泡混凝土墊層是其中一種。發(fā)泡混凝土是北方地區(qū)典型的集保溫與找平于一體的墊層材料，輕質(zhì)、經(jīng)濟性佳、施工快、滿足北方地面保溫要求，但這種材料體積穩(wěn)定性差，強度以1.5 MPa 和3.0 MPa 為主，若用傳統(tǒng)的水泥基地面砂漿作為該墊層的找平層，極易出現(xiàn)開裂脫層等質(zhì)量事故。微晶自流平作為一種體積穩(wěn)定性極佳的材料，與發(fā)泡混凝土具有良好的匹配性。

微晶自流平砂漿是由高強石膏、建筑石膏、惰性填料、級配骨料、各種外加劑混合而成的干粉狀材料，關于其配方體系的基礎研究也成為了行業(yè)近年來的熱點：高強石膏與建筑石膏的互摻機理與安全使用摻量[3]，各種外加劑的功能與用量[4]，水泥、礦粉、石灰等堿性物質(zhì)在石膏產(chǎn)品中的安全添加范圍和水化產(chǎn)物研究等[5]。本文基于上述研究，重點研究了與發(fā)泡混凝土墊層配套的自流平配方，并針對市場上無砂自流平砂漿，與有砂的微晶自流平砂漿進行了關鍵性能對比。

1 試 驗

1.1 原材料

高強石膏：α-半水石膏，四川綠大地α40 產(chǎn)品，2 h 抗折強度5.6 MPa，2 h 抗壓強度16.1 MPa；β-半水石膏：唐山凱捷脫硫石膏制品有限公司，2 h 抗折強度3.3 MPa，2 h 抗壓強度7.0 MPa；重鈣：河北宏鑫礦業(yè)的325 目重鈣，325 目篩余0.5%，白度90%；普硅水泥：唐山泓泰水泥有限公司的P·O42.5 水泥；級配細砂：唐山市豐潤區(qū)潤騰建筑垃圾回收處理有限公司的40～140 目水洗砂，0.6 mm 篩上≤1%，0.15 mm 篩上54%，0.075 mm 篩下≤1%；緩凝劑：北京龍湖科技有限公司的Plaster Retard PE 石膏緩凝劑；減水劑：西卡（中國）有限公司的540P 高效減水劑；消泡劑：北京龍湖科技有限公司的P841；纖維素醚：赫克力士天普的MHPC400。

1.2 試驗方法

軟化系數(shù)：按照GB/T 20473—2006《建筑保溫砂漿》進行測試，但浸水強度試件的養(yǎng)護齡期為標養(yǎng)14 d 后烘至絕干，然后水中浸泡時間為24 h，在出水后的0.5 h 內(nèi)完成強度測試。

24 h 尺寸穩(wěn)定性：采用史萊賓格接觸式收縮槽測試儀進行測試。

抗沖擊性能：參照JC/T 985—2017《地面用水泥基自流平砂漿》進行測試。

其余性能均按照JC/T 1023—2020《石膏基自流平砂漿》的方法進行測試。

2 微晶自流平砂漿的應用研究

微晶自流平在民用建筑中逐漸被認可，與其綜合造價低于水泥自流平砂漿分不開。本文基于對自流平多年的研發(fā)與應用經(jīng)驗，以自流平的流動度和凝結(jié)時間固定了各種外加劑的用量，并將水泥用量固定為5%，觀察其他材料對自流平耐水性的影響，各種材料組成見表1。為了簡化研究，本文主要以應用較多的G12～G25 自流平為研究對象，重點探討不同石膏種類和用量、骨料用量對自流平砂漿性能的影響。

表1 不同配比的微晶自流平原材料組成 %

為降低建筑地面找平系統(tǒng)綜合單價，目前業(yè)內(nèi)主要采用2 種做法：一是用建筑石膏全部或部分取代高強石膏，降低微晶自流平的原材料成本，從而能降低材料單價；二是減少骨料用量以降低材料干容重，達到降低材料造價的目的。這2 種方法都需要增大脫硫石膏用量，結(jié)合表1 和表2 中2#～5#的組成和流動性能可以看出，建筑石膏粉用量越大，相同流動狀態(tài)下減水劑越多、需水量也越大，24 h 強度隨之降低，軟化系數(shù)也呈下降趨勢。采用建筑石膏作為主要膠凝材料的產(chǎn)品，在經(jīng)濟成本受控前提下，絕干抗壓強度均未超過20 MPa。用高強石膏作為主要膠凝材料的2#，力學性能可達到G25 的要求，但高強石膏單價高，導致自流平的原材料成本優(yōu)勢不大，以高強石膏為主要膠凝材料的自流平成本甚至會超過水泥基自流平墊層的造價，經(jīng)濟性能不佳。

表2 微晶自流平砂漿技術性能匯總

為了降低材料干體積密度、減少材料單耗，是無砂自流平取代有砂自流平的原因。對比5#和1#～4#有砂自流平的各項性能：無砂自流平在外加劑的改性下，工作性能可以滿足標準要求，但加水量增長明顯，導致干燥硬化的自流平內(nèi)部結(jié)構(gòu)不密實，孔隙率增加，軟化系數(shù)偏低；加水量達到48%的5#無砂配方，塑性階段從微膨脹到明顯收縮，絕干時收縮率為0.11%，已經(jīng)接近了水泥砂漿的收縮值，從材性角度埋下了產(chǎn)品在應用中的開裂隱患。

目前，無砂自流平因為連工帶料的綜合造價低，在“低價中標”的時代推廣較快。無砂自流平推廣的快，出現(xiàn)的問題也多：其在施工完成7 d 左右出現(xiàn)開裂；完工地面遭遇二次泡水后，表層強度顯著降低、顏色變化等。這些問題將導致地面系統(tǒng)耐久性下降，易引發(fā)木地板冒灰變形、地膠空鼓等頑疾。

3 微晶自流平在發(fā)泡混凝土墊層上的應用

發(fā)泡混凝土作為墊層材料起源于2008 年，隨著黏土陶粒逐步被淘汰、細石混凝土的造價逐漸攀升，亟需一種經(jīng)濟性能佳，施工厚度能在4～20 cm 之間變化，導熱系數(shù)低于傳統(tǒng)混凝土、具備一定保溫性能的墊層材料，采用玻化微珠或者珍珠巖為輕骨料、采用物理發(fā)泡的輕質(zhì)混凝土逐漸走向市場。不含輕集料的發(fā)泡混凝土在泵送性和流動性上均顯著優(yōu)于含?；⒅榛蛘哒渲閹r類輕集料的材料，而且基本不會出現(xiàn)輕基料因為上浮產(chǎn)生的分層，此類發(fā)泡混凝土在平均厚度不超過100 mm 時，5 人每天可以完成近2000 m2的施工面積。不含輕集料的發(fā)泡混凝土成為了民用住宅地面墊層的主要做法，?；⒅楹驼渲閹r成為了現(xiàn)場監(jiān)理驗收的擺設。

發(fā)泡混凝土以氣泡取代骨料，來消化水泥水化過程中產(chǎn)生的應力，但氣泡壁的強度低，對干縮應力的消化能力弱，導致發(fā)泡混凝土極易開裂。發(fā)泡得當、水泥摻量超過400 kg/m3的發(fā)泡混凝土，在施工完畢5～7 d 后出現(xiàn)裂紋并逐漸發(fā)展是普遍現(xiàn)象。發(fā)泡混凝土施工完畢1 個月左右，地面上會出現(xiàn)長度超過100 mm、縫寬不低于0.5 mm 的有害裂縫，這是由發(fā)泡混凝土材性決定的，無法改變。

為阻斷發(fā)泡混凝土裂縫發(fā)展、降低開裂產(chǎn)生的視覺沖擊，施工單位采用了表面糙化、水泥漿遮蓋表面等諸多方法，也是治標不治本。圖1 匯總了發(fā)泡混凝土的表觀狀態(tài)、施工現(xiàn)場的抗裂措施、發(fā)泡混凝土的典型裂紋等。

圖1 發(fā)泡混凝土基層存在問題

圖1（a）為發(fā)泡混凝土的多孔結(jié)構(gòu)，圖1（b）、圖1（c）、圖1（e）為采用了表面人為劃痕糙化處理的發(fā)泡混凝土，從細部和整體都可以看出：在發(fā)泡混凝土表面進行劃痕處理、以阻斷裂縫發(fā)展的辦法，阻止不了發(fā)泡混凝土本體中裂縫的發(fā)展，并逐漸由本體傳導到表面開裂。圖1（e）為在發(fā)泡混凝土表面用水泥漿進行美化處理，14 d 后出現(xiàn)空鼓開裂等更為嚴重的問題。

針對這種墊層材料，傳統(tǒng)的水泥基地面砂漿做找平層后，水泥砂漿的收縮率一般在0.1%～0.3%，體積穩(wěn)定性不佳，墊層收縮產(chǎn)生的應力傳導至找平層后，找平層仍然會開裂。地面砂漿無法解決發(fā)泡混凝土墊層開裂，不少施工單位將墻面用薄層水泥抗裂抹灰砂漿+玻纖網(wǎng)格布做法用在發(fā)泡混凝土表面做找平層，這種做法的抗開裂性能會提高，但抗裂砂漿的強度和耐磨性差，且薄層無法形成對墊層的保護作用，這種地面系統(tǒng)在每天經(jīng)歷人員走動、推車重載經(jīng)過等外力作用下，很快出現(xiàn)表面磨損、網(wǎng)格布裸露、發(fā)泡混凝土破碎的嚴重問題。

要解決發(fā)泡混凝土墊層裂紋不向找平層傳導這一問題，需要配套膨脹收縮受控的找平層材料，以建筑石膏和高強石膏為膠凝材料的微晶自流平具備了這個特性：配方合理的微晶自流平呈現(xiàn)出微膨脹的特性，絕干狀態(tài)的尺寸變化率均低于0.01%，與水泥砂漿的體積變化相比，小了2 個數(shù)量級。

微晶自流平與發(fā)泡混凝土配套時，微晶自流平的強度標號和施工厚度決定著體系的抗開裂性能。本文結(jié)合工程實際應用情況和實驗室測試，發(fā)現(xiàn)地面系統(tǒng)的抗沖擊性能與地面系統(tǒng)抗開裂性正向相關：系統(tǒng)能承受的抗沖擊能量越高，系統(tǒng)在后期出現(xiàn)開裂的風險越??；地面系統(tǒng)若能通過5 J 測試，該系統(tǒng)做法在實際應用中長達12 個月也未見到有害裂縫的普遍發(fā)展。抗沖擊測試結(jié)果還顯示：不同強度標號的微晶自流平找平層，達到相同抗沖擊性能時，在施工厚度上區(qū)別不明顯；但微晶自流平的施工厚度顯著影響著其抗沖擊性能，施工厚度在5 mm 時，系統(tǒng)的抗沖擊強度低于3 J；施工厚度達到10 mm 時，系統(tǒng)的抗沖擊強度可以達到5 J。

圖2 為微晶自流平與發(fā)泡混凝土基層配套找平的施工圖片。圖2（a）為對發(fā)泡混凝土基層進行水潤濕封閉處理完畢，準備施工微晶自流平的基層狀態(tài)；圖2（b）為在圖2（a）上進行微晶自流平施工完畢、地面開放使用時的效果，地面平整度達到（3000±3）mm 的順平驗收要求；該地面施工完畢的3 個月內(nèi)，在非陽光爆曬的地方?jīng)]有可見裂縫，順利通過項目驗收。圖2（c）為采用丙烯酸乳液型界面劑對發(fā)泡混凝土封閉后，因基層疏松多孔、界面劑成膜不完整，導致微晶自流平施工完畢后墊層內(nèi)空氣冒出表面，硬化后形成凹坑缺陷。微晶自流平做發(fā)泡混凝土的找平層時，建議以清水封閉基層、施工厚度不低于1 cm 為宜。

圖2 微晶自流平砂漿施工效果

4 結(jié)論

（1）以高強石膏、建筑石膏為膠凝材料的自流平，砂子是不可或缺的組成部分。無砂自流平開裂風險較大，體積穩(wěn)定性不如有砂自流平；無砂自流平在實際使用工況中（非絕干狀態(tài)）強度保留率弱于有砂自流平，施工完畢的地面在二次遇水后容易出現(xiàn)表面強度顯著下降、在工地交叉作業(yè)中易受損等問題，不宜推廣無砂自流平。

（2）干縮大、強度低的發(fā)泡混凝土因為造價低、施工效率高，已經(jīng)成為北方地區(qū)民用建筑的主要墊層材料，當前配套的水泥地面砂漿或薄層抗裂砂漿導致地面系統(tǒng)質(zhì)量問題頻出。本文結(jié)合材料性能和實際應用效果，論證了微晶自流平是發(fā)泡混凝土墊層在民用建筑干區(qū)（非廚衛(wèi)間）配套性佳的找平層材料，微晶自流平的尺寸變化率比水泥砂漿小了2 個數(shù)量級，能較好抵抗墊層收縮變形產(chǎn)生的應力，抗開裂性好。

（3）從彈性模量相匹配的角度出發(fā)，與M1.5 和M3.0 發(fā)泡混凝土配套的微晶自流平砂漿強度等級以G12 和G16 為宜，施工厚度不得低于10 mm。

（4）微晶自流平砂漿與發(fā)泡混凝土配套時，采用清水封閉基層效果優(yōu)于乳液封閉。