膨脹劑對水泥基自流平砂漿性能影響的研究

蔡良飛 周天正 孫奇超 孔金鳴 柯偉席

（武漢三源特種建材有限責任公司，湖北 武漢 430083）

0 引言

水泥基自流平砂漿是20世紀70、80年代發展起來的新型建筑地面找平材料，具有流動性好、易于施工、流平速度快、省時、流平層厚度薄、地面平整度高、抗壓強度大等優點，極大地滿足了新型建筑對基層的高要求[1]，并適用于地面的修補和裝修等工程，是大型超市、商場、停車場、工廠車間、倉庫等地面鋪筑的理想材料，也是建筑地面施工的一個發展方向[2]。

水泥基自流平砂漿在使用過程中，會面臨水化硬化后失去毛細孔內的水分而導致體積收縮的現象[3]。砂漿的收縮可通過延長養護時間、降低水灰比、摻入纖維、摻加減縮劑等措施來有效抑制[4]，摻入膨脹劑是抑制或補償收縮的廣泛認可的措施[5]。

本文用3種不同體系的膨脹劑取代部分普通硅酸鹽水泥，研究不同體系膨脹劑對水泥基自流平砂漿流動度、抗壓抗折強度及尺寸變化率的影響。

1 原材料和試驗內容

1.1 原材料

（1）水泥：華新P·O42.5R水泥，宜城安達R·SAC42.5水泥；

（2）硬石膏粉：市售硬石膏粉；

（3）膨脹劑：武漢三源特種建材有限責任公司生產的氧化鈣膨脹劑(EA2)和氧化鎂膨脹劑(MAC-M)；

（4）砂：40~70目和70~140目石英砂；

（5）外加劑：兆佳粉狀聚羧酸減水劑，羥甲基丙基纖維素醚，兆佳D130消泡劑。水泥物理性能指標見表1，膨脹劑化學成分見表2。

表1 水泥物理性能指標

表2 膨脹劑化學成分

1.2 主要試驗方法

流動度測試：水泥基自流平砂漿的初始流動度及20min流動度按《地面用水泥基自流平砂漿》（JC/T 985-2005）規定的方法進行。

力學性能測試：水泥基自流平砂漿的抗折、抗壓強度按《水泥膠砂強度檢驗方法》（GB/T 17671-1999）規定的方法進行。將試塊放入溫度（23±2）℃、相對濕度（50±5）%的環境中養護至1d、28d時測量其抗折、抗壓強度。

尺寸變化率：水泥基自流平砂漿的尺寸變化率按《地面用水泥基自流平砂漿》（JC/T 985-2005）規定的方法進行。在溫度（23±2）℃、相對濕度（50±5）%的環境中放置24h后脫模、編號、標明測試方向，脫模后30min內按標明的測試方向測定試件長度，即為試件的初始長度。然后將試件在溫度（23±2）℃、相對濕度（50±5）%的環境中放置3d、7d、14d、21d、28d后，按標明的測試方向測定試件長度，即為對應齡期自然干燥后長度。

1.3 試驗配合比

3種不同體系的膨脹劑取代部分普通硅酸鹽水泥，膨脹劑的取代量分別為2%、4%和6%，外加劑為上述多種外加劑復合而成。固定水料比為0.2，按《地面用水泥基自流平砂漿》（JC/T 985-2005）中規定的攪拌方式進行攪拌。然后對試樣進行流動度、力學性能和尺寸變化率的測試，研究膨脹劑對面層水泥基自流平砂漿性能的影響。試驗配合比見表3。

表3 水泥基自流平砂漿配合比

2 實驗結果及分析

2.1 不同體系膨脹劑對水泥基自流平砂漿流動度的影響

不同體系膨脹劑對水泥基自流平砂漿流動度的影響見圖1、圖2。

圖1 不同體系膨脹劑對水泥基自流平砂漿初始流動度的影響

圖2 不同體系膨脹劑對水泥基自流平砂漿20min流動度的影響

從中可以看出，隨著石膏與氧化鈣膨脹劑摻量的增加，水泥基自流平砂漿初始流動度以及20min流動度均無明顯變化；隨著氧化鎂膨脹劑摻量的增加，水泥基自流平砂漿的初始流動度以及20min流動度呈現逐漸減小的趨勢，這是因為石膏及氧化鈣膨脹劑的比表面積與普通硅酸鹽水泥相當，需水量接近，而氧化鎂膨脹劑在生產時細度較小，比表面積較大，使漿體中空隙更大，需水量顯著增加而致。

2.2 不同體系膨脹劑對水泥基自流平砂漿力學性能的影響

不同體系膨脹劑對水泥基自流平砂漿力學性能的影響見表4，由表4可得出，隨著膨脹劑摻量的增加，水泥基自流平砂漿的1d及28d的抗折、抗壓強度均逐漸減小。原因為：（1）膨脹劑等量取代水泥摻入，水泥的摻量就會等量減少，水泥水化產物的生成量也會減少，進而導致強度的降低；（2）試件內部的某些薄弱區會因過大的膨脹能產生微裂縫或應力集中，一定程度上導致強度的降低。

表4 不同體系膨脹劑對水泥基自流平砂漿力學性能的影響

2.3 不同體系膨脹劑對水泥基自流平砂漿尺寸變化率的影響

不同體系膨脹劑對水泥基自流平砂漿尺寸變化率的影響分別見圖3、圖4、圖5。

圖3 石膏摻量對水泥基自流平砂漿尺寸變化率的影響

圖5 氧化鎂膨脹劑摻量對水泥基自流平砂漿尺寸變化率的影響

如圖3所示，隨著石膏摻量的增加，水泥基自流平砂漿的尺寸變化率逐漸減小。且隨著齡期的延長，水泥基自流平砂漿的尺寸變化率逐漸增大，在28d左右趨于穩定。這是因為石膏會與水泥水化后的產物反應生成鈣礬石，一方面生成的鈣礬石能提高水化產物的密實程度，改善過渡區的微觀結構；另一方面生成的鈣礬石體積相較于之前固相體積增大了120%。

如圖4所示，隨著氧化鈣膨脹劑摻量的增加，水泥基自流平砂漿的尺寸變化率先減小后增大。隨著齡期的延長，在2%及4%摻量下，水泥基自流平砂漿的尺寸變化率逐漸增大；但在6%摻量下，尺寸變化率先減小后增大。氧化鈣膨脹劑補償收縮效果明顯優于石膏，且在6%摻量下已經開始膨脹。這是因為氧化鈣膨脹劑中含有氫氧化鈣，就無需借助水泥水化產物，氫氧化鈣即可與無水硫鋁酸鈣反應生成鈣礬石，且在14d后水化程度進一步增大。

圖4 氧化鈣膨脹劑摻量對水泥基自流平砂漿尺寸變化率的影響

如圖5所示，隨著氧化鎂膨脹劑摻量增加，水泥基自流平砂漿的尺寸變化率逐漸減小。隨著齡期的延長，水泥基自流平砂漿的尺寸變化率逐漸增大，在7d后趨于穩定。這是因為氧化鎂膨脹劑水化速率慢，需水量少，水化速率慢但能持續進行，早期的膨脹速率不高，膨脹不大但能持續穩定產生膨脹多達十幾年，總膨脹量較大。

3 結束語

（1）石膏對水泥基自流平砂漿的流動度影響不大，摻加石膏會降低水泥基自流平砂漿的強度以及尺寸變化率，石膏對比氧化鈣膨脹劑和氧化鎂膨脹劑，對尺寸變化率的影響最大。

（2）氧化鈣膨脹劑對水泥基自流平砂漿的流動度影響不大，但氧化鈣膨脹劑對強度的影響最為明顯，但依舊滿足JC/T 985-2005中的性能指標，且對比石膏及氧化鎂膨脹劑，氧化鈣膨脹劑對降低干燥收縮有優勢，4%摻量最為合適。

（3）氧化鎂膨脹劑在6%摻量下比2%摻量下流動度降低了9.4%，隨著摻量增加，水泥基自流平砂漿的強度降低，尺寸變化率略有升高。

（4）綜合考慮，最佳膨脹劑是摻量為4%的氧化鈣膨脹劑，可得到流動度滿足要求、力學性能優異且表面無開裂的面層水泥基自流平砂漿。