泵送不發(fā)火防靜電砂漿的配合比設(shè)計和性能研究

摘 要：【目的】通過泵送不發(fā)火防靜電砂漿的配合比設(shè)計，提高砂漿性能，滿足特定應(yīng)用場景的需求，減少應(yīng)用中出現(xiàn)的起皮、開裂和空鼓等現(xiàn)象。【方法】從泵送不發(fā)火防靜電砂漿的配合比設(shè)計出發(fā)，研究不同白云砂級配對泵送不發(fā)火防靜電砂漿的力學(xué)性能、不發(fā)火性能、防靜電性能、拉伸黏結(jié)性能和收縮性能的影響。【結(jié)果】結(jié)果表明，通過對不發(fā)火防靜電砂漿進行配合比設(shè)計，可以制備出可泵送型的不發(fā)火防靜電砂漿，且在白云砂級配10～20目、20～40目、40～70目的比例為30∶40∶30時，砂漿的抗壓強度達到116.2 MPa，砂漿的拉伸黏結(jié)強度達到1.78 MPa，砂漿的干燥收縮尺寸變化率為0.041%。【結(jié)論】當白云砂級配10～20目、20～40目、40～70目的比例為30∶40∶30時，流動性較好，可作為泵送不發(fā)火防靜電砂漿使用，且該級配具有良好的拉伸黏結(jié)性能，可有效減少起皮現(xiàn)象的發(fā)生，其較低的干燥收縮尺寸變化率可減少裂縫的產(chǎn)生和空鼓現(xiàn)象的出現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：泵送；不發(fā)火性；防靜電；拉伸黏結(jié)；干燥收縮

中圖分類號：TU578.1" " "文獻標志碼：A" " 文章編號：1003-5168（2025）04-0063-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2025.04.013

Study on Mix Design and Performance of Pumping Misfire

Antistatic Mortar

ZHANG Huifang1 LI Xiaowei2 ZHANG Kang 2

（1.Sino-Sina Building Materials Co.， Ltd.， Zhengzhou 450100， China; 2.Sina Liaoning New Material

Technology Co.， Ltd.， Fuxin 123000， China）

Abstract： [Purposes] Through the mix design of pumping misfire antistatic mortar， the performance of mortar is improved to meet the needs of specific application scenarios， and the phenomena of peeling， cracking and hollowing in the application are solved. [Methods] In this paper， starting from the mix design of pumping misfire antistatic mortar， the effects of different dolomite sand gradations on the mechanical properties， misfire performance， antistatic properties， tensile bonding properties and shrinkage properties of pumping misfire antistatic mortar were studied. [Findings] The results show that the pumpable misfire antistatic mortar can be prepared by designing the mix ratio of the misfire antistatic mortar. When the proportion of dolomite sand gradation of 10～20 mesh， 20～40 mesh and 40～70 mesh is 30∶40∶30， the compressive strength of mortar reaches 116.2 MPa， the tensile bond strength of mortar reaches 1.78 MPa， and the change rate of drying shrinkage size of mortar is 0.041%. [Conclusions] When the proportion of dolomite sand gradation of 10～20 mesh， 20～40 mesh and 40～70 mesh is 30∶40∶30， the fluidity is better， and it can be used as a pumping misfire antistatic mortar. The gradation has good tensile bonding performance， which can effectively reduce the occurrence of peeling phenomenon， and its lower drying shrinkage size change rate can reduce the occurrence of cracks and hollowing phenomenon.

Keywords： pumping; misfiring; antistatic; stretching bonding; drying shrinkage

0 引言

根據(jù)《建筑設(shè)計防火規(guī)范》（GB 50016—2014）［1］中的規(guī)定，特定場所如軍工制造車間、油站碼頭、煙花爆竹廠等易燃易爆區(qū)域，必須采用不發(fā)火地面，以防止因摩擦、撞擊等產(chǎn)生的火花引發(fā)火災(zāi)。隨著科技的發(fā)展和工業(yè)的進步，一些特殊場所對地面的要求也越來越高。傳統(tǒng)的不發(fā)火地面雖然能夠滿足不發(fā)火的基本要求，但在防靜電性能方面往往存在不足。因此，為了滿足這些場所對地面安全性能和物理性能的雙重需求，不發(fā)火防靜電砂漿應(yīng)運而生，其在特定建筑領(lǐng)域的重要性越來越凸顯［2］。

不發(fā)火防靜電砂漿是一種具有獨特性能的建筑材料，采用不發(fā)火膠凝材料和不發(fā)火骨料及外加劑聚合而成，是一種能經(jīng)受沖擊而不發(fā)生火花的功能性混凝土。當金屬或堅硬石塊等物體與該砂漿發(fā)生摩擦沖擊等機械作用時，均不發(fā)生火花或火星［3］。該砂漿在多個領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，其優(yōu)異的防火、防靜電性能及高強度和耐磨性等特點，使其成為提高特定場所安全性和可靠性的重要選擇［4］。

雖然不發(fā)火防靜電砂漿在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)場地可以達到安全生產(chǎn)的要求標準，但是目前的不發(fā)火防靜電砂漿容易出現(xiàn)收縮開裂、起皮和空鼓等現(xiàn)象［5］。此外，很多不發(fā)火防靜電砂漿沒有達到大面積施工時的可泵送性要求。在這種情況下，如何設(shè)計出可泵送型的不發(fā)火防靜電砂漿成為亟待進一步研究的關(guān)鍵。

本研究從泵送不發(fā)火防靜電砂漿的配合比設(shè)計出發(fā)，研究白云砂級配對泵送不發(fā)火防靜電砂漿的性能影響，并對各種性能進行了測試，制備出了強度高、黏結(jié)強度大、干燥收縮尺寸變化率小、防火花、防靜電、易施工的泵送不發(fā)火防靜電砂漿，可用于地下管廊、大型倉庫地坪、油庫、加油站、輕工業(yè)廠房、化工廠等大面積場所［6］。

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料

該試驗所使用的白云砂，是由南陽市生產(chǎn)的10～20目、20～40目和40～70目等3種粒徑范圍的白云砂，水泥為河南天瑞水泥廠生產(chǎn)的P.O 42.5級水泥，粉煤灰是由鞏義大唐電廠提供的Ⅰ級粉煤灰。硅灰和石膏由蘭州工廠提供，復(fù)配機制砂由鄭州工廠提供，減水劑使用江蘇兆佳建材科技有限公司提供的聚羧酸高性能減水劑。水泥的基本物理性能見表1。水泥、粉煤灰、硅灰和石膏的化學(xué)成分見表2。白云砂和復(fù)配機制砂的級配曲線如圖1所示。

1.2 試驗方法

泵送不發(fā)火防靜電砂漿的截錐流動度試驗參考《水泥基灌漿材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（GBT 50448—2015）；泵送不發(fā)火防靜電砂漿試樣的抗壓強度和抗折強度試驗參考《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》（GB/T 17671—2021）；測試標準養(yǎng)護齡期為28 d的不發(fā)火試樣和防靜電性能時，參照《不發(fā)火砂漿》（JC/T 2653—2022）；參照《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》（JGJ/T 70—2009）測試養(yǎng)護齡期28 d的泵送不發(fā)火防靜電砂漿試樣的拉伸黏結(jié)性能和干燥收縮性能。

1.3 泵送不發(fā)火防靜電砂漿的配合比設(shè)計

白云砂級配和膠凝材料用量對不發(fā)火防靜電砂漿的可泵送性及耐久性的影響較大。在該試驗中，根據(jù)白云砂的級配曲線，采用10～20目、20～40目、40～70目的白云砂級配比例為20∶60∶20或30∶40∶30，空白對照組采用的是級配良好的復(fù)配機制砂，通過調(diào)整膠凝材料的用量得到最佳流態(tài)的可泵送型不發(fā)火防靜電砂漿，試驗配合比見表3。

泵送不發(fā)火防靜電砂漿的配比是整個施工過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它直接且深遠地影響著砂漿的最終性能與使用效果。配比的科學(xué)性與精確性，不僅關(guān)系到砂漿的物理力學(xué)性能，如抗壓強度、拉伸黏結(jié)性能等，還直接關(guān)系到砂漿不發(fā)火與防靜電特性的實現(xiàn)與持久性。因此，在進行配比設(shè)計時，必須嚴謹細致且全面充分地考慮工程要求、材料性能及泵送條件等因素，以達到最佳的使用效果，實現(xiàn)砂漿性能的最優(yōu)化，滿足特定工程的安全與功能需求。

2 結(jié)果與討論

2.1 泵送不發(fā)火防靜電砂漿的工作性能

不同級配白云砂配合比制備泵送不發(fā)火防靜電砂漿的截錐流動度測試結(jié)果見表4。

由表4可知，當白云砂級配比例為30∶40∶30時，水泥砂漿具有良好的流動性，其砂漿截錐流動度達到331 mm，而使用復(fù)配機制砂的砂漿截錐流動度只有300 mm。相比來說，白云砂的粒度分布與復(fù)配機制砂相當，當使用白云砂不同級配替代復(fù)配機制砂時，白云砂相對較粗的顆粒使水泥砂漿體系達到了更緊密的堆積效果，在同樣水膠比的情況下呈現(xiàn)更高的砂漿流動度。泵送型砂漿需要具備良好的流動性，以便在泵送過程中能夠順暢地流動，減少堵塞和泵損現(xiàn)象的發(fā)生。流動性的好壞直接影響泵送的效率和質(zhì)量。因此，當白云砂級配比例為30∶40∶30時，具有較高的流動性，可作為泵送型不發(fā)火防靜電砂漿使用。

2.2 泵送不發(fā)火防靜電砂漿的力學(xué)性能

不同級配白云砂配合比制備泵送不發(fā)火防靜電砂漿的力學(xué)性能測試結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，當白云砂級配比例為30∶40∶30時，泵送不發(fā)火防靜電砂漿試樣的抗壓強度最高達到116.2 MPa，抗折強度達到17.2 MPa；當白云砂級配比例為20∶60∶20時，抗壓強度反而下降了，28 d的抗壓強度僅有106.1 MPa。相較于使用復(fù)配機制砂的砂漿試樣，白云砂具有較好的級配且白云砂自身強度良好，因此，不同級配的白云砂砂漿試樣的強度均遠高于復(fù)配機制砂的砂漿試樣。泵送不發(fā)火防靜電砂漿的強度特性雖然在很大程度上依賴于砂子的質(zhì)量與所選用的膠凝材料的性能，但在追求配制出高強度水泥砂漿的過程中，影響最終強度的因素遠不止這兩點。具體而言，骨料的自身強度、粒型特征及膠凝材料的級配與配比，都是不容忽視的關(guān)鍵因素。

不同級配白云砂配合比制備泵送不發(fā)火防靜電砂漿的拉伸黏結(jié)性強度測試結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，當白云砂級配比例為30∶40∶30時，砂漿試樣的拉伸黏結(jié)強度最高達到1.78 MPa；當白云砂級配比例為20∶60∶20時，拉伸黏結(jié)強度相差不大，28 d的拉伸黏結(jié)強度為1.73 MPa。使用不同級配的白云砂砂漿試樣的拉伸黏結(jié)強度均優(yōu)于復(fù)配機制砂的砂漿試樣。良好的拉伸黏結(jié)性能意味著黏結(jié)界面具有更高的黏結(jié)強度，使黏結(jié)部分在受到拉伸力時不易發(fā)生破壞或分離，從而能夠更有效地抵抗外部破壞力，減少起皮現(xiàn)象的發(fā)生。通過提升材料的拉伸黏結(jié)性能，減少起皮現(xiàn)象的發(fā)生，可以有效提高材料在長期使用過程中的整體強度、耐久性和使用壽命。

2.3 泵送不發(fā)火防靜電砂漿的不發(fā)火性能

不同級配白云砂配合比制備泵送不發(fā)火防靜電砂漿的不發(fā)火性能測試結(jié)果見表5。

按照《不發(fā)火砂漿》（JC/T 2653—2022），在黑暗的房間內(nèi)，砂輪轉(zhuǎn)速控制在 600～1 000 r /min，將試件任意部分接觸旋轉(zhuǎn)的砂輪，并施加 10～20 N 的壓力后，仔細觀察砂漿試件與砂輪接觸的地方有無瞬時火花產(chǎn)生。分別對上述3組配合比的不同試樣進行不發(fā)火性能測試，試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，復(fù)配機制砂水泥砂漿試樣在試驗機下會產(chǎn)生明顯的火花，不滿足不發(fā)火性能的要求；而用不同級配白云砂制備的不發(fā)火試樣在試驗機下沒有發(fā)現(xiàn)任何瞬時火花產(chǎn)生，滿足不發(fā)火性能的要求。白云砂屬于質(zhì)地較軟的砂子，自身具有不發(fā)火性能，復(fù)配機制砂屬于質(zhì)地較硬的砂子，自身具有發(fā)火的性能［7-9］，因此，內(nèi)摻白云砂的試樣沒有發(fā)現(xiàn)任何瞬時火花產(chǎn)生，具有良好的不發(fā)火性能。在易燃易爆環(huán)境中，泵送不發(fā)火防靜電砂漿良好的不發(fā)火性能可以有效防止因火花、電弧等引發(fā)的火災(zāi)和爆炸事故，保證人員和設(shè)備的安全。

2.4 泵送不發(fā)火防靜電砂漿的防靜電性能

不同級配白云砂配合比制備泵送不發(fā)火防靜電砂漿的防靜電性能測試結(jié)果見表6。

由表6可知，3組配比的點對點電阻、表面電阻和體積電阻均在《不發(fā)火砂漿》（JC/T 2653—2022）中5.10規(guī)定的范圍內(nèi)，良好的防靜電性能可以有效地泄放靜電，防止靜電積聚和放電引起的火災(zāi)、爆炸等安全事故，還在保護電子設(shè)備、保障生產(chǎn)安全、提高工作效率與降低成本、提升產(chǎn)品質(zhì)量及環(huán)保與健康等方面具有顯著優(yōu)勢。良好防靜電性能的泵送不發(fā)火防靜電砂漿適用于各種需要特殊功能和性能的場所，它的應(yīng)用可以提高建筑物的安全性。

2.5 泵送不發(fā)火防靜電砂漿的收縮性能

不同級配白云砂配合比制備泵送不發(fā)火防靜電砂漿的干燥收縮尺寸變化率測試結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，當使用白云砂級配比例為30∶40∶30時，泵送不發(fā)火防靜電砂漿的整體收縮性能良好，28 d的干燥收縮尺寸變化率為0.041%；當使用復(fù)配機制砂制備砂漿時，28 d干燥收縮尺寸變化率為0.050%，干燥收縮性能相對較差，其原因是不同級配的白云砂顆粒對泵送不發(fā)火防靜電砂漿中細集料的粒徑分布起到優(yōu)化作用，從而提高砂漿拌合物的堆積密實度，白云砂的填充效應(yīng)顯著，從而細化了砂漿的孔徑尺寸，減小了泵送不發(fā)火防靜電砂漿收縮。通過不同級配的白云砂可以優(yōu)化砂漿的配比，從而降低其收縮率。砂漿收縮小意味著在固化過程中體積變化小，從而減少了因體積變化而產(chǎn)生的裂縫，這對于結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性和耐久性至關(guān)重要。空鼓也是砂漿層與基層之間因黏結(jié)不牢或體積變化不一致而產(chǎn)生的空隙。砂漿收縮小有助于減少空鼓現(xiàn)象的發(fā)生，提高砂漿層與基層之間的黏結(jié)力。

3 結(jié)論

本研究針對不發(fā)火防靜電砂漿的泵送性能，分析了不同白云砂級配比泵送不發(fā)火防靜電砂漿各種性能的影響，得出以下結(jié)論。

①當使用白云砂級配10～20目∶20～40目∶40～70目為30∶40∶30時，不發(fā)火防靜電砂漿的流動度達到了331 mm，可以作為泵送不發(fā)火防靜電砂漿使用。

②不同級配白云砂試樣的力學(xué)性能均優(yōu)于復(fù)配機制砂的性能，相比之下，拉伸黏結(jié)性能分別高出12.3%和15.6%，良好的拉伸黏結(jié)性能意味著黏結(jié)界面具有更高的黏結(jié)強度，從而能夠更有效地抵抗外部破壞力，減少起皮現(xiàn)象的發(fā)生。

③相較于質(zhì)地較硬的復(fù)配機制砂砂漿試樣，質(zhì)地較軟的不同級配的白云砂砂漿試樣具有良好的不發(fā)火性能和防靜電性能。

④不同級配的白云砂的填充效應(yīng)，降低了泵送不發(fā)火防靜電砂漿的收縮性，從而減少了裂縫的產(chǎn)生和空鼓現(xiàn)象的出現(xiàn)。

參考文獻：

［1］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.建筑設(shè)計防火規(guī)范：GB 50016—2014（2018年版）［S］.2018.

［2］陳彪，張新良，孫浩，等.不發(fā)火防靜電耐磨地坪施工技術(shù)［J］.建筑施工，2019，41（12）：2157-2159.

［3］呂興軍，王寶民，涂妮，等.地面用不發(fā)火水泥混凝土試驗研究［J］.低溫建筑技術(shù)，2012，34（6）：6-7.

［4］蘇藝凡，陳茜，徐仁崇，等.不發(fā)火混凝土的配制與性能研究［J］.混凝土與水泥制品，2013（10）：25-27.

［5］楊秀芳.不發(fā)火混凝土在綜合倉庫工程中的應(yīng)用［J］.福建建材，2014（9）：10-11，24.

［6］武斌，仲從春，朱玉雪.不發(fā)火地坪砂漿的制備及施工［C］//中國建筑材料聯(lián)合會地坪產(chǎn)業(yè)分會（China Flooring Association）.第一屆全國地坪行業(yè)技術(shù)研討會論文集.中國建筑材料科學(xué)研究總院；中建材中巖科技有限公司；建材行業(yè)防護修復(fù)與加固材料工程技術(shù)中心，2019：3.

［7］陶曉飛.一種白云石不發(fā)火混凝土的制備及性能研究［J］.四川水泥，2019（10）：328.

［8］鐘世原.不發(fā)火耐磨混凝土的工作機理及施工技術(shù)研究［J］.建筑施工，2019，41（4）：629-631.

［9］楊秀芳.不發(fā)火混凝土在綜合倉庫工程中的應(yīng)用［J］.福建建材，2014（9）：10-11，24.