石膏基自流平砂漿性能影響因素分析

龍華勁

(廣東省建筑材料研究院有限公司)

0 引言

石膏基自流平砂漿主要以石膏為膠凝材料，添加細骨料、水泥、減水劑、緩凝劑、消泡劑等材料均勻混合，用于室內(nèi)地面找平的一種干混型粉狀材料。在施工現(xiàn)場按比例加水攪拌均勻即可使用，稍經(jīng)攤鋪、利用刮刀刮平即可自動找平形成高平整基面。其中，石膏通常采用α 型半水石膏、β 型半水石膏或Ⅱ型硬石膏。近些年來，有建材企業(yè)對相關(guān)技術(shù)進行大量研究，開始采用脫硫石膏、磷石膏等代替硬石膏，同樣可獲得性能良好的自流平砂漿，此技術(shù)可大大降低建材企業(yè)的生產(chǎn)成本[1]。

國外關(guān)于石膏基自流平砂漿的研究開展的比較早，在上世紀70 年代，日本就已經(jīng)對石膏基自流平砂漿進行了基礎(chǔ)研究，隨后，其他國家的科研人員對石膏基自流平砂漿進行了大量的研制并應用。美國有研究人員利用建筑石膏與高強石膏混合并添加骨料，制備出性能良好的石膏基自流平砂漿，德國有研究人員分別利用Ⅱ型無水石膏、α 型高強石膏制備出性能優(yōu)異的石膏基自流平砂漿，除此之外，英國、意大利、捷克等發(fā)達國家亦對石膏基自流平砂漿展開了大量研究[2]。相較于國外，國內(nèi)關(guān)于石膏基自流平砂漿的研究開展的較晚，直至2006 年才研制出以硬石膏為基料的石膏基自流平砂漿。

由于石膏基自流平砂漿具有較大的市場應用前景，因此，關(guān)于石膏基自流平砂漿的研究一直受到相關(guān)企業(yè)、高校、科研院所等機構(gòu)內(nèi)科研人員的青睞。鑒于此，在閱讀文獻的基礎(chǔ)上，本文擬將介紹石膏基自流平砂漿的性能特點，闡述了緩凝劑、減水劑、硅灰、水泥等材料對石膏基自流平砂漿性能的影響規(guī)律及作用機理，并對石膏基自流平砂漿的發(fā)展前景進行展望。

1 石膏基自流平砂漿的性能特點

石膏材料具有表觀密度小、凝結(jié)速度快、早期強度高、保溫、隔熱、防火、隔音等特點，利用石膏材料制備的自流平砂漿具有如下性能特點：①石膏基自流平砂漿具有優(yōu)異的流動性使其能夠均勻地分布在地面上，并且硬化后表面十分平整光滑；②石膏基自流平砂漿硬化后尺寸變化率小，不會因熱脹冷縮而產(chǎn)生裂縫等現(xiàn)象；③石膏基自流平砂漿具有早期強度高、凝結(jié)時間短的特點，通常在施工后1～2d 便能上人，施工效率高；④石膏基自流平砂漿具有良好的抗離析能力，硬化后具有致密的砂漿結(jié)構(gòu)；⑤石膏基自流平砂漿硬化后地面具有一定彈性，在一定程度上能達到隔音效果[3]。

2 石膏基自流平砂漿的性能影響因素

為使石膏基自流平砂漿的市場規(guī)范化、產(chǎn)品標準化，我國在2007 年制定了《石膏基自流平砂漿》（JC/T 1023-2007），并在2021 年更新了《石膏基自流平砂漿》（JC/T 1023-2021），對石膏基自流平砂漿的性能指標做出了具體要求，為此，有諸多科研人員通過大量的試驗探索了不同種摻和料、外加劑對石膏基自流平砂漿性能的影響規(guī)律及機理。

2.1 對凝結(jié)時間的影響

胡成等[4]、逄魯峰等[5]、穆鑫泉等[6]研究了多種緩凝劑（CH-C 型緩凝劑、蛋白質(zhì)石膏緩凝劑、ZJ-G19、ZJG18、酒石酸、葡萄糖酸鈉）對石膏基自流平砂漿凝結(jié)時間的影響，部分實驗數(shù)據(jù)如表1 所示。研究結(jié)果均表明石膏基自流平砂漿的凝結(jié)時間隨著緩凝劑摻量的增加而延長，其中，胡成等[4]試驗發(fā)現(xiàn)緩凝劑摻量低于0.2wt%時石膏基自流平砂漿的初凝與終凝的時間間隔基本相同，而當摻量大于0.2wt%時初凝與終凝的時間間隔逐漸增大。有研究人員對緩凝劑的緩凝作用機理展開了研究，黃滔等[7]研究表明蛋白類石膏緩凝劑能夠與鈣離子反應生成絡合物，從而延長了凝結(jié)時間，而有機酸類緩凝劑是由于降低了半水石膏在水中的溶解度，二水石膏的飽和度隨之下降，從而減緩了二水石膏的結(jié)晶過程，宏觀上表現(xiàn)為凝結(jié)時間延長[8]。

表1 石膏基自流平砂漿凝結(jié)時間[5,9]

除此之外，有研究人員探索了硅灰、細骨料、水泥等材料對石膏基自流平砂漿凝結(jié)時間的影響。李靜靜等[9]試驗發(fā)現(xiàn)摻入硅灰能夠縮短石膏基自流平砂漿的初凝時間和終凝時間，硅灰摻量越多，凝結(jié)時間越短，這主要與硅灰對水的吸附作用有關(guān)。楊奇瑋等[10]測試了細骨料分別為石英砂、碳酸鈣砂Ⅰ、碳酸鈣砂Ⅱ的石膏基自流平砂漿凝結(jié)時間，細骨料顆粒粒徑分布如表2 所示，結(jié)果顯示細骨料為石英砂時石膏基自流平砂漿的凝結(jié)時間最長，碳酸鈣砂Ⅰ和碳酸鈣砂Ⅱ的凝結(jié)時間幾乎相同，這是因為相較于石英砂，碳酸鈣Ⅰ、碳酸鈣砂Ⅱ中較細骨料的體積較大，骨料越細，比較面積越大，吸水性越強，保水性越好，減少了石膏基自流平砂漿在塑性階段的水分散失，使得凝結(jié)時間縮短。琚誠蘭等[11]對比了硅酸鹽水泥與鋁酸鹽水泥對石膏基自流平砂漿凝結(jié)時間的影響，結(jié)果顯示硅酸鹽水泥對凝結(jié)時間有明顯的減小，但鋁酸鹽水泥摻量對凝結(jié)時間的影響不明顯，這是因為鋁酸鹽水泥中鋁酸鈣水化后形成水化鋁酸鈣，在石膏過量的情況下會迅速形成鈣礬石而發(fā)生速凝。

表2 不同細骨料的顆粒粒徑分布及石膏基自流平砂漿凝結(jié)時間[10]

2.2 對力學性能的影響

有研究人員探索了緩凝劑、減水劑對石膏基自流平砂漿力學性能的影響，部分試驗結(jié)果如表3 所示，結(jié)果表明緩凝劑對抗折強度和抗壓強度均產(chǎn)生了不利影響，摻量越高，強度則越小[4,6,12]。胡成等[4]試驗發(fā)現(xiàn)減水劑的摻量由0wt%逐漸增加至0.6wt%時，石膏基自流平砂漿的抗折強度和抗壓強度均隨之先增大后減小，強度峰值出現(xiàn)在0.2wt%。緩凝劑造成石膏基自流平砂漿強度下降的原因是因為添加緩凝劑后，過飽和度降低，減少了晶胚的數(shù)量，而且晶體生長速度變緩，有大量的空間和時間讓二水石膏晶體發(fā)育長大，使得石膏晶體尺寸粗化，減少了石膏晶體之間的接觸點，導致強度下降；另一方面，二水石膏晶體在長軸方向的生長受到抑制，導致石膏晶體由細長針狀變成短粗狀，削弱了晶體之間的接觸與連生，使得強度下降[2,12]。減水劑影響強度變化的原因是由于減水劑能夠釋放絮狀結(jié)構(gòu)中包裹的水，當釋放的水達到砂漿成型的最佳含水量時，砂漿的強度將達到峰值，當釋放的水較多時則會降低強度[4]。

除此之外，有研究人員[9]探索了硅灰摻量對石膏基自流平砂漿力學性能的影響，結(jié)果顯示28d 抗折強度以及1d、28d 抗壓強度均隨著硅灰摻量的增加呈現(xiàn)先上升后下降的變化趨勢，最佳摻量為12%。由于硅灰顆粒粒徑小，能夠有效填充在砂漿內(nèi)部的孔隙中，同時，硅灰的摻入能夠改變石膏晶體之間的接觸形態(tài)，減小孔隙，提高了密實度，從而提升了強度。琚誠蘭等[11]研究表明添加硅酸鹽水泥或鋁酸鹽水泥均能提高石膏基自流平砂漿的力學性能，這是因為添加水泥能夠改善石膏晶體間的接觸形態(tài)，有利于提升力學性能。

2.3 對流動性的影響

關(guān)于緩凝劑、減水劑對石膏基自流平砂漿流動性的研究同樣開展的較多，穆鑫泉等[6]研究顯示隨著緩凝劑摻量的增加，石膏基自流平砂漿的初始流動度和30min流動度均隨之增大，但當緩凝劑摻量過大時則會對流動性產(chǎn)生負面影響，部分研究人員的測試結(jié)果如表4 所示。其原因是由于緩凝劑發(fā)揮了稀釋分散作用，導致漿體內(nèi)游離水含量增多，提高了漿體的流動性[2]。權(quán)劉權(quán)等[12]通過試驗對比了萘系、聚羧酸、三聚氰胺三種減水劑對流動度的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)聚羧酸減水劑對流動度的影響最大，萘系減水劑次之，三聚氰胺減水劑最小。胡成等[4]研究結(jié)果顯示當減水劑摻量由0wt%增加至0.2wt%時，流動度由104mm提高至202mm，但隨著摻量繼續(xù)增加，流動度的增幅較小，有研究人員認為出現(xiàn)此類現(xiàn)象的原因是因為聚羧酸減水劑存在飽和摻量點[13,14]。

表4 緩凝劑對石膏基自流平砂漿流動度的影響[5,6]

此外，也有諸多研究人員研究了礦物摻和料對石膏基自流平砂漿流動度的影響，結(jié)果顯示，石膏基自流平砂漿的初始流動度和30min 流動度隨礦粉摻量的增加呈現(xiàn)下降的變化趨勢，隨水泥、粉煤灰摻量的增加呈現(xiàn)增大的變化趨勢，隨硅灰摻量的增加呈現(xiàn)先上升后下降的變化趨勢，最佳摻量出現(xiàn)在12%。究其原因，礦粉顆粒因其表面比較粗糙且多棱角，不利于漿體的流動，因此降低了漿體的流動度；而粉煤灰則因其顆粒形態(tài)效應以及微集料效應，使得較重的顆粒處于懸浮狀態(tài)，從而提升了漿體的流動度；水泥則是與水反應在漿體中形成氫氧化鈣膠體結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的表面能夠吸附水形成一層水膜，從而提高了漿體的流動度；硅灰則因其是玻璃相無定形球狀顆粒且表面十分光滑，有助于漿體的流動[5,9,11]。

3 石膏基自流平砂漿的前景展望

石膏基自流平砂漿作為一種新材料、新技術(shù)，近些年來，室內(nèi)地面使用石膏基自流平砂漿進行找平的工程也愈發(fā)增多。與水泥基自流平砂漿相比，石膏基自流平砂漿減少了水泥的用量，在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染也相對減少，在一定程度上減少了碳排放，對環(huán)境的危害小，屬于綠色建筑材料。另一方面，我國脫硫石膏產(chǎn)量大，脫硫石膏的大量堆存不僅占用土地資源而且也會造成環(huán)境污染，因此，利用脫硫石膏制備石膏基自流平砂漿不僅可以降低成本，還可以減少環(huán)境污染，具有重要的環(huán)境效應、經(jīng)濟效應。除此之外，石膏基自流平砂漿因其施工便捷、工作效率高，對建筑物地面的改善效果好，因此具有廣闊的發(fā)展前景[2,15]。

4 結(jié)論

⑴緩凝劑、硅灰、水泥能夠減少石膏基自流平砂漿的凝結(jié)時間，細骨料顆粒粒徑越小，石膏基自流平砂漿的凝結(jié)時間越短。

⑵緩凝劑、減水劑在一定程度上減弱了石膏基自流平砂漿的力學性能，且摻量越多，力學性能越差，而硅灰、水泥則有助于提升石膏基自流平砂漿的力學性能。

⑶緩凝劑、減水劑可以提高石膏基自流平砂漿的流動性，但緩凝劑摻量過高則會對流動性產(chǎn)生不利影響。硅灰、粉煤灰以及水泥都會提高石膏基自流平砂漿的流動性，但是礦粉則會降低石膏基自流平砂漿的流動性。

⑷石膏基自流平砂漿因其施工方便、工作效率高、對環(huán)境危害小等特點，將具有廣闊的發(fā)展前景。