室內裝修自流平砂漿性能研究

王先榮 王 勇 楊小青 趙 正 占 瀅

住房城鄉建設部在《建筑業發展“十三五”規劃》中指出，制定新建建筑全裝修交付的鼓勵政策，提高新建住宅全裝修成品交付比例，為用戶提供標準化，高品質服務。全裝修時代對安全、美觀、舒適的裝修質量要求越來越高[1]。室內地面混凝土澆筑后，平整度存在較大誤差，采用普通水泥砂漿進行找平，存在空鼓、開裂等質量缺陷，而自流平砂漿則具有較好的施工可控性[2]，可以達到地面工程的高平整度、高強度并且減少空鼓。自流平砂漿是近年發展較快的一種地面找平材料，屬于特種砂漿，由膠凝材料、細骨料及外加劑組成，加水拌和后具有良好的流動性，施工工藝簡單，裝飾效果良好。由于自流平建筑材料的發展及施工工藝的改善，自流平砂漿由原來用于體育場館、車間等大型場所逐步擴展到家裝市場，并越來越受到人們的重視，具有較大的市場潛力[3]。此外，隨著建筑施工機械化和智能化的提高，自流平砂漿在全裝修時代有著巨大的應用前景。因此，對室內裝飾自流平砂漿性能進行研究具有重要意義。

1 室內裝修自流平砂漿流變性能分析

自流平砂漿地坪施工的時候，砂漿由流態向固態轉化，在外力作用下，自流平砂漿隨時間變化而發生形態變化[4]。膠凝材料水化過程到凝結成固體的過程，包含物理和化學變化，主要有彈性、流變性、塑性、屈服應力、觸變性、塑性黏度等變化，砂漿性能的一系列變化過程影響到砂漿硬化后的微觀結構及使用中自流平砂漿地面的耐久性、強度、耐磨性及美觀性[5]。

1.1 礦物摻合料對自流平砂漿流變性能的影響

1.1.1 粉煤灰對自流平砂漿流變性能的影響

粉煤灰顆粒在自流平砂漿中起到“形態效應”和“微集料效應”[6]。粉煤灰的顆粒表面呈圓球狀，對自流平砂漿起“潤滑作用”，粉煤灰顆粒粒徑較小，所以在砂漿中起到一定的級配作用，能提高新拌砂漿的流動性。但粉煤灰具有含碳量高、比表面積大、密度小的特點，當粉煤灰摻入較多時，粉煤灰表面所需的水量會有所增加。同時，粉煤灰是一種多孔結構，當粉煤灰摻入量較大時，粉煤灰空隙會吸附拌合物中游離水。此外，粉煤灰中含有較多的自身未燒盡碳，而碳吸附能力很強，會消耗一部分水分。以上3 種原因均會降低新拌砂漿中游離水數量，勢必會降低砂漿的流動性。

試驗結果表明：適量的粉煤灰摻入可改善砂漿流變性能。試驗條件一定時，水泥砂漿流變性隨粉煤灰摻量的增加呈拋物線變化，粉煤灰摻量為30%時水泥砂漿的流變性能最佳。

1.1.2 礦渣對自流平砂漿流變性能的影響

礦渣是砂漿中常見的礦物摻合料之一。礦渣微粉在砂漿中具有填充效應，砂漿中摻入礦粉后，較細的礦粉顆粒就能夠填充在水泥顆粒之間，使整個膠凝粉體的顆粒分布加寬，產生了“微集料”效用，改善了水泥的顆粒級配，使原有空隙中的水得到釋放，漿體中自由水增加，砂漿的流動性增強，所以礦渣摻入量較少時可以改善砂漿的流變性能[7]。

水泥砂漿中的水泥顆粒之間存在斥力和吸力作用。其中，吸力以毛細管力為主，其大小與毛細管半徑成反比，與物質的表面張力成正比。水泥顆粒之間的斥力主要表現為電斥力，電斥力的大小與水泥顆粒的電動電位有關。當砂漿中加入少量礦渣，水泥顆粒之間的電斥力會增大。同時，毛細管力減小，吸力降低。所以，隨著礦渣摻量的增加，砂漿流變性能變好。

與水泥顆粒相比，礦渣的顆粒粒徑小，顆粒形狀不規則，呈多角形，表面積大，表面潤濕需水量大。同時，礦渣顆粒表面具有吸附作用，表面吸附水量較大，基于此中情況，礦粉的摻入不利于砂漿的流動性，故在砂漿中使用礦渣時，和減水劑配合更好。

試驗結果表明：少量摻入礦渣可以改善砂漿的流變性能，砂漿的流動速度隨礦渣摻入量的增加，出現先增大后降低的效果，礦渣摻量在10%～20%時達到最佳。

1.1.3 硅灰對自流平砂漿流變性能的影響

少量硅粉攝入砂漿中，形成了圓球顆粒，且表面光滑，在砂漿中摻入少量硅灰能起到潤滑的作用[8]，可提高新拌砂漿的保水性和流動性。硅灰有火山灰活性，硅灰摻量較大時，砂漿中的水分子附在硅灰顆粒表面，這種吸附效果降低了砂漿內自由水的含量，導致砂漿流動度降低。所以，適當摻加硅灰可改善自流平砂漿的流動性能。試驗結果表明，當硅灰摻量增加到5%時，砂漿流動性不斷增加，變化明顯。隨著硅灰摻量繼續增加，砂漿流動性緩慢降低。

1.2 外加劑對自流平砂漿流變性能的影響

1.2.1 膠粉對自流平砂漿流變性能的影響

乳膠粉加入砂漿后，遇水溶解形成乳液。該乳液在砂漿中相當于第二黏結劑，與第一黏結劑水泥相互作用，增加水泥砂漿的內部黏聚性，降低砂漿的流動性[9-10]。同時，膠粉溶解于水中需要消耗一部分砂漿中的自由水，并且膠粉化學成分含有羥基，膠粉遇水時羰基水解生成多元醇，該水解反應需要吸收砂漿中大量自由水。羧基遇水電離，形成金屬陽離子和羧酸根陰離子，這些離子是水合的，進一步消耗砂漿中自由水含量。所以膠粉形成的乳膠膜具有較強的吸水性，降低了砂漿的流動性。

試驗結果表明：膠粉的加入會增加漿體的塑性黏度，漿體將會更難于流動，所以自流平砂漿中加入膠粉時，應配合減水劑使用。但是，在一定摻量范圍內，乳膠粉摻量增加有助于提高自流平砂漿流動的穩定性。

1.2.2 纖維素醚對自流平砂漿流變性能的影響

纖維素醚作為砂漿保水劑，是砂漿中常見外加劑之一。自流平砂漿中水在砂漿集料表面形成薄薄的水膜，該水膜能夠在砂漿中起到潤滑作用，使自流平砂漿具有較好的流動性。當自流平砂漿中加入纖維素醚時，纖維素醚分子鏈中的羥基和醚鍵與水之間形成氫鍵，使砂漿中水分變成結合水，砂漿中由自由水量降低，砂粒表面不能充分形成水膜，相應的潤滑作用降低，沙粒之間摩擦力增大，砂漿的流動性降低。同時，纖維素醚分子在砂漿中形成立體網絡結構，該結構也會降低自流平砂漿的流動度。試驗結果表明：砂漿流動度隨纖維素醚摻量增加而降低。

1.2.3 減水劑對自流平砂漿流變性能的影響

減水劑具有憎水基和親水基。在自流平砂漿中減水劑憎水基與水泥顆粒吸附在一起，使水泥顆粒周圍充滿減水劑分子，這種減水劑的定向吸附作用，使水泥顆粒表面充滿同性電荷，水泥顆粒之間相互排斥。減水劑中親水基朝向水溶液，該作用使自流平砂漿中水泥與水分離，將砂漿中的游離水釋放出來。砂漿中游離水增加，顯著提高砂漿的流動性。減水劑摻量較大時，水泥顆粒對減水劑的吸附作用趨于飽和，此時繼續增加減水劑用量，可以使自流平砂漿的流動性變化趨于穩定。試驗研究表明：當減水劑摻量較小時，隨著減水劑摻量的增加，自流平砂漿流動性明顯增大。以常用的聚羧酸減水劑為例，當減水劑摻量低于2.2%時，減水劑對砂漿的流動性有較好的改善。減水劑摻量高于2.2%時，隨著減水劑摻量增大，流動度變化趨于平緩。

2 室內裝飾自流平砂漿干縮性能分析

2.1 干縮性能試驗方法

自流平砂漿干縮試驗主要采用千分表進行測試。試件成型后一天脫膜，測量試件的初始長度，在室溫下放入特定環境中進行養護，測量不同時間的長度變化。

2.2 礦物摻合料對自流平砂漿干縮性能的影響

2.2.1 粉煤灰對自流平砂漿干縮性能的影響

砂漿干縮量的大小與砂漿的失水有關，但砂漿中的水是以不同形式存在的，有自由水、吸附水和凝膠水，水分存在形式的復雜性會影響砂漿干縮與失水是否同步。粉煤灰摻入砂漿中，會影響砂漿中水的存在形式與分布，進而影響砂漿的失水過程和干縮。粉煤灰摻量的增加能夠降低膠凝材料的水化速度，所以砂漿在同一齡期條件下，隨著粉煤灰摻量的提高，膠凝材料水化的程度就會變低，砂漿中自由水和吸附水就會隨著粉煤灰摻量的增加而增多。砂漿試件中自由水和吸附水最容易失去，但自由水的失去對干縮變形影響不大。另一部分水分是以凝膠水、結晶水、結構水形式存在，與砂漿結合牢固，且與砂漿的相互作用較大，此部分水分失去，必然引起砂漿較大的干縮變形。隨著砂漿中粉煤灰摻量的增加，砂漿中凝膠水、結晶水、結構水比重降低，在干燥環境中，結構水、部分凝膠水和結晶水是不能失去的。同時，粉煤灰顆粒在砂漿中起到“微集料”作用，能夠限制自流平砂漿的收縮變形。所以，當粉煤灰含量較小時，隨著粉煤灰摻量的增加，自流平砂漿的干縮與失水不同步，并且干縮變形隨著粉煤灰摻量的增加而明顯降低。試驗研究表明：在干燥環境下，隨著粉煤灰摻量的增加，自流平砂漿所產生的干縮變形明顯減小，因此，粉煤灰的摻入可明顯改善砂漿的干縮性能。

2.2.2 礦渣對自流平砂漿干縮性能的影響

礦渣具有較高的活性，在礦渣中存在著類似于水泥熟料礦物的物質，此物質在水泥熟料水化生產氫氧化鈣提供的OH-激發下，遇水發生水化反應，礦渣的潛在活性產生膠凝性，礦渣形成C-S-H 凝膠，使得氫氧化鈣中的結構水轉化為凝膠水，砂漿中的凝膠水數量增加。在砂漿干燥過程中，較多的凝膠水失去，使得砂漿產生較大的干縮變形。礦渣顆粒較細，使得砂漿中小孔較多，小孔中水分的散失導致砂漿產生較大的收縮變形。試驗結果顯示，砂漿的干縮變形隨礦渣摻量的增加而增大，與砂漿的失水不同步，且不會隨養護齡期變化而變化。

2.2.3 硅灰對自流平砂漿干縮性能的影響

硅灰細度較細，水化速度快，在自流平砂漿中充分發生水化反應，生成化合物填補在砂漿內部孔隙中，相應的砂漿中內應力、毛細壓力增大，從而增大砂漿的干燥收縮值。試驗研究表明，硅灰加速了自流平砂漿的干縮變形，硅灰摻量越大，砂漿的干縮值越大。所以，在工程應用時，應對硅灰的摻量進行合理調整，配合膨脹劑使用，提升自流平砂漿的總體性能。

2.3 外加劑對自流平砂漿干縮性能的影響

2.3.1 膠粉對自流平砂漿干縮性能的影響

膠粉在自流平砂漿中有較好的保水、減水作用，使砂漿中自由水含量增多，干縮變形增大。同時，膠粉的加入會降低砂漿的彈性模量，相同收縮應力下，砂漿的變形增加，導致砂漿在失水時能夠產生較大的收縮。

試驗研究表明：自流平砂漿的干縮變形隨膠粉摻量的增加而增大，但在硬化砂漿中，膠粉的摻入能減小砂漿的彈性模量。綜合指標顯示，膠粉的摻入對提高自流平砂漿的抗裂性能有積極的作用。此外，膠粉摻量越大，砂漿中高分子膜越致密，對砂漿中水分遷移的阻斷會越好，砂漿的保水性能就越好，很大程度上抑制了砂漿在干燥環境中散失水分，所以膠粉的摻入有利于自流平砂漿在干燥環境條件下施工。

2.3.2 纖維素醚對自流平砂漿干縮性能的影響

纖維素醚常作為砂漿保水劑摻入砂漿中，其保水作用僅僅體現在新拌漿體階段，而在自流平砂漿硬化階段的失水率會隨著纖維素醚摻量的增加而增大。纖維素醚是天然纖維素的衍生物，對水分子具有較強的吸引作用，能夠降低膠凝材料的水化作用，使自流平砂漿中自由水和吸附水含量增加。同時，纖維素醚長鏈上的羥基可以與醚鍵上的氧原子進行分子間的締合，形成氫鍵，使原來締合的水分子游離出來，增加砂漿中自由水含量。所以隨著纖維素醚摻量的增加，自流平砂漿中主要是自由水增加，而自由水對砂漿的干縮變形影響較小。因此，隨著纖維素醚摻量的增加，砂漿的干縮與失水不同步，并且砂漿的干縮變形變化不大。從結構和作用機理方面看，在水的作用方面，纖維素醚形成網狀結構，水分子主要處于網狀結構的空隙中，該網狀結構又具有較好的剛性，水的進出對網狀結構的體積影響不大。由此可見，纖維素醚對自流平砂漿的干縮變形影響不大。試驗研究表明：隨著纖維素醚摻量的增加，失水率顯著增加而干縮變形變化較小。

2.3.3 減縮劑對自流平砂漿干縮性能的影響

減縮劑與水稠度相近，可降低孔溶液的表面張力，降低毛細應力和收縮應變的大小，降低表面的張力，從而達到減小自流平砂漿干縮變形的目的。試驗結果表明，減縮劑摻入砂漿中可明顯降低砂漿的干縮率，且自由收縮值隨減縮劑用量的增加而減小。但有研究顯示，減縮劑在砂漿中會抑制孔隙中堿的溶解，延緩水泥水化及凝結時間，阻礙自流平砂漿強度發展。

3 結語

經研究分析砂漿的流動性及干縮性能。主要得出以下結論：第1，少量摻入粉煤灰、礦渣、硅灰可改善砂漿流變性能，施工中注意礦物摻合料摻量的控制，粉煤灰最佳摻量為30%，礦渣最佳摻量為10%～20%，硅灰最佳摻量為5%。第2，粉煤灰提高砂漿流動性能的同時，可降低自流平砂漿的干縮率。礦渣和硅灰的摻入則增大砂漿的干縮變形，工程中應配合膨脹劑使用，提升自流平砂漿的總體性能。第3，膠粉及纖維素醚是較好的砂漿保水外加劑，能提高砂漿流動的穩定性，但是降低新拌砂漿的流動性能，使用時需要配合減水劑使用。同時，膠粉能夠提高自流平砂漿的抗開裂性能。