C40F10墊層水泥基自流平砂漿配比優化

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良的性能，其推廣應用不僅可為材料生產企業和建筑施工企業帶來良好的經濟效益和社會效益，而且從節能、降耗、環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。墊層產品按其抗壓強度等級分為C16、C20、C25、C30、C35、C40共6類，墊層產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，考慮節約資源、重視節能減排才能更有利于產品的發展和推廣。粉煤灰作為一種工業廢料，在水泥、混凝土等綠色建材中發揮著重要作用[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，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，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)，根據試驗結果進行后續單變量試驗。通過改變配比參數：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)標準中規定執行[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揮，表現為流動度逐漸增大；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共同作用影響，應同時考慮工作性、標準要求和經濟性，通過選擇合理的配比參數不但可以獲得性能優良的水泥基自流平砂漿也可以降低產品成本。本文通過試驗確定：配比參數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。