變溫條件下緩凝劑對地暖用自流平砂漿性能的影響

范樹景，杭法付，葉勇，張慶

（浙江忠信新型建材股份有限公司 杭州研發分公司，浙江 杭州310052）

0 前言

普通硅酸鹽水泥-鋁酸鹽水泥-硬石膏三元體系自流平砂漿（以下簡稱三元體系自流平砂漿）是一種以普通硅酸鹽水泥-鋁酸鹽水泥-硬石膏為主要膠凝材料，加入適宜的添加劑及精選級配砂等混合而成，可用于地面找平的新型地面材料。隨著建筑裝飾裝修工程的不斷發展，自流平砂漿需求量逐漸增多，因施工便捷，常用于地暖找平系統，地暖用三元體系自流平砂漿應運而生。

緩凝劑是三元體系自流平砂漿中的常用化學外加劑，國內外學者研究了其對砂漿性能的影響，主要側重于常溫下力學性能[1-2]、凝結時間[3-6]、流動性[7-8]等方面。但變溫條件下緩凝劑對砂漿性能的影響，尤其是對砂漿收縮性能的影響研究較少。

為了制備適應于地暖系統的三元體系自流平砂漿，本文對比了單摻和復摻緩凝劑時三元體系地暖自流平砂漿的性能差異，包括流動性、凝結時間和強度等性能，還研究了變溫條件下，緩凝劑復摻對三元體系地暖自流平砂漿收縮率的影響。

1 試驗

1.1 原材料及配比

水泥：安徽海螺水泥公司生產的P·O42.5水泥、凱諾斯生產的TCC鋁酸鹽水泥；硬石膏：寧波友基工貿有限公司生產；重鈣：300目；精選級配石英砂；早強劑Li2CO3、消泡劑P803、纖維素醚MT400、聚羧酸減水劑2651F、可再分散乳膠粉5010N（乙烯基共聚物）：均為市售；緩凝劑：酒石酸、檸檬酸、葡萄糖酸鈉、硼酸，均為市售；自來水。

三元體系地暖自流平砂漿的基礎配合比如表1所示，用水量為粉料質量的22%，文中涉及的百分比均為質量百分比。

表1 三元體系地暖自流平砂漿的基礎配合比 %

1.2 試驗方法

流動度：按照JC/T 985—2017《地面用水泥基自流平砂漿》進行測試。

凝結時間：按照GB/T 1346—2011《水泥標準稠度用水量、凝結時間、安定性檢驗方法》進行測試。

抗壓、抗折強度：按照GB/T 17671—1999《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》進行測試。

收縮率：按照T/SBMIA013－2020《地暖用水泥基自流平砂漿》中規定的尺寸變化率方法進行測試，拌合好砂漿，然后按JC/T 985—2017制備試件，在標準試驗條件下養護1 d，測量試件長度，作為初始長度L0，到相應齡期測試長度L，計算收縮率。將試件按照如下步驟進行冷熱循環試驗：（1）將試件在（60±2）℃下保持24 h±20 min；（2）將試件在（23±2）℃標準養護條件下，保持24 h±20 min。重復上述冷熱循環14次。在最后1次循環后取出試件，然后按JC/T 985—2017的規定進行測試計算。

2 結果與分析

2.1 緩凝劑單摻對自流平砂漿性能的影響

固定緩凝劑摻量為0.11%時，不同緩凝劑對自流平砂漿流動度、凝結時間和強度的影響如表2所示。

表2 不同緩凝劑對自流平砂漿性能的影響

由表2可見：

（1）未摻緩凝劑時，砂漿的流動度很小，只有100 mm。摻加緩凝劑后，砂漿的流動度增大，尤其是摻酒石酸的砂漿，初始流動度達到155 mm，摻其余3種緩凝劑的砂漿初始流動度也都不小于130 mm。緩凝劑種類的不同，導致砂漿的流動度損失差異較大。摻入檸檬酸和硼酸時，砂漿20 min流動度損失在10 mm以上，而摻入酒石酸和葡萄糖酸鈉時，砂漿流動度損失略小。

（2）未摻緩凝劑時，砂漿的凝結時間較短，終凝時間只有40 min；摻入緩凝劑后凝結時間普遍延長，但其對砂漿的緩凝效果差異明顯。其中酒石酸和檸檬酸對砂漿的緩凝效果最明顯，初凝時間為225～230 min，終凝時間為285～295 min；葡萄糖酸鈉的緩凝效果居中；硼酸的緩凝效果較差，砂漿的初、終凝時間分別為30、60 min。

（3）未摻緩凝劑的砂漿1 d抗壓強度達到7.4 MPa，28 d抗壓強度達25.3 MPa。1 d齡期時，與未摻緩凝劑的相比，摻加檸檬酸的砂漿抗壓強度下降，摻其它緩凝劑的砂漿抗壓強度均有不同程度的提高。28 d齡期時，摻加緩凝劑的砂漿抗壓強度均較未摻加的有所降低，摻加酒石酸的砂漿28 d抗壓強度僅有16.5 MPa。

（4）緩凝劑對砂漿1 d抗折強度的影響與緩凝劑的種類有很大關系，摻入葡萄糖酸鈉后砂漿的1 d抗折強度略有提高，而摻入酒石酸和檸檬酸后，砂漿的1 d抗折強度有所降低；摻入4種緩凝劑均降低了砂漿的28 d抗折強度。

2.2 緩凝劑復摻對自流平砂漿性能的影響

當每種緩凝劑摻量均為0.055%時，復摻緩凝劑對自流平砂漿流動度、凝結時間和強度的影響如表3所示。

由表3可見：

表3 緩凝劑復摻對自流平砂漿流動度、凝結時間和強度的影響

（1）與表2中單摻緩凝劑相比，緩凝劑復摻對砂漿初始流動度影響相對較小，但對20 min流動度有顯著影響，減小了20 min流動度損失。

（2）當復摻酒石酸和檸檬酸、酒石酸和葡萄糖酸鈉時，砂漿的初凝時間和終凝時間都延長，終凝時間最長甚至達到了410 min，起到了疊加效果。當硼酸分別與酒石酸、檸檬酸和葡萄糖酸鈉復摻時，在單摻硼酸緩凝劑的基礎上，提高了緩凝效果，延長了凝結時間。

（3）復摻緩凝劑時，砂漿的1 d抗壓強度為8.5～10.4 MPa，28 d抗壓強度為18.6～25.5 MPa，與未摻緩凝劑的相比，砂漿的1 d抗壓強度有所提高，28 d抗壓強度略有下降。砂漿的1 d抗折強度大于2.5 MPa，28 d抗折強度為5.0～6.3 MPa。與未摻緩凝劑時相比，砂漿的1 d抗折強度有所提高，28 d抗折強度略有下降。

2.3 復摻酒石酸與葡萄糖酸鈉對自流平砂漿性能的影響

2.3.1 對流動度、凝結時間和強度的影響

將酒石酸和葡萄糖酸鈉按1∶1的質量比復摻，緩凝劑摻量對自流平砂漿流動度、凝結時間和強度的影響見表4。

表4 復摻酒石酸與葡萄糖酸鈉摻量對自流平砂漿流動度、凝結時間和強度的影響

由表4可見：

（1）隨著復摻緩凝劑摻量的增加，砂漿的初始及20 min流動度均先增大后減小，在復摻總量為0.16%時，初始及20 min流動度最大，分別為150、152 mm；當摻量超過0.16%時，20 min流動度還出現了增大的現象。

（2）隨著復摻緩凝劑摻量的增加，砂漿的初、終凝時間均不斷延長。尤其是摻量超過0.16%時，初凝時間達到6 h；當緩凝劑摻量進一步增大至0.20%時，9 h內未達到初凝狀態，更未達到終凝狀態，顯然已經不符合T/SBMIA 013—2020標準對凝結時間的要求。

（3）與未摻緩凝劑的空白樣相比，復摻酒石酸和葡萄糖酸鈉緩凝劑后，砂漿的抗壓強度普遍提高，1、28 d抗壓強度隨緩凝劑摻量的增加總體呈先提高后降低的趨勢。復摻總量為0.16%時，砂漿的1、28 d抗壓強度最高，分別為14.0、30.2 MPa。抗折強度變化規律與抗壓強度類似，但復摻總量達到0.20%后，砂漿的28 d抗折強度略低于空白樣。

2.3.2 收縮率

在本試驗設置的變溫條件下，酒石酸和葡萄糖酸鈉緩凝劑復摻摻量（二者的質量比為1∶1）對自流平砂漿收縮率的影響如圖1所示。

圖1 復摻酒石酸和葡萄糖酸鈉摻量對自流平砂漿收縮率的影響

由圖1可以看出，隨著齡期的延長，自流平砂漿的收縮率逐漸增大，且隨著復摻緩凝劑摻量的增加，基本呈現先減小后增大的趨勢，復摻總量為0.12%時，28 d收縮率最小，不到0.15%；復摻總量超過0.20%時，砂漿的收縮率比未摻時還要大。

3 機理分析

多數有機緩凝劑有表面活性，在固液界面產生吸附作用，改變固體粒子表面的親水性，緩凝劑分子中的羥基吸附在水泥粒子表面，葡萄糖吸附在C3S表面形成吸附膜，阻礙水泥的水化過程[4，9-10]，檸檬酸在C3S表面生成不溶性的鈣鹽，酒石酸延緩鈣礬石的形成，抑制硅酸鹽的早期水化，也起到了緩凝作用[5]。緩凝劑單摻時，緩凝效果與緩凝劑的種類有很大關系，尤其是為小分子結構的緩凝劑——硼酸，緩凝效果較差，此外，還造成砂漿1 d、28 d抗壓及抗折強度不同程度地降低，驗證了文獻[8]中提到的單摻緩凝劑種類不同對自流平砂漿強度影響的差異。

緩凝劑復摻時，凝結時間有所延長，提高了緩凝效果，另外還提高了砂漿的1 d抗壓及抗折強度。隨著酒石酸和葡萄糖酸鈉摻量的增加，抗壓、抗折強度總體呈先提高后降低的趨勢，可見緩凝劑的摻量并非越多越好，存在最佳摻量。

在試驗設置的變溫條件下，自流平砂漿的收縮率隨酒石酸和葡萄糖酸鈉緩凝劑復摻摻量和齡期的變化。自流平砂漿的水化進程明顯改變，尤其是在60℃養護時，促進了水泥水化，在冷熱循環下，砂漿內部的孔結構有可能發生了改變，進而影響到收縮率的變化。

4 結論

采用普通硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥和硬石膏三元體系制備地暖自流平砂漿，研究了緩凝劑對地暖自流平砂漿流動性、凝結時間、力學性能、收縮性能的影響，確定了緩凝劑的復配方案及其最佳摻量。

（1）單摻緩凝劑時，20 min流動度損失大，凝結時間延長，28 d抗壓、抗折強度降低。

（2）復摻緩凝劑時，20 min流動度損失小，1 d抗壓、抗折強度略有提高，28 d抗壓、抗折強度差異較大。隨著酒石酸和葡萄糖酸鈉復摻摻量的增加，流動度和強度總體上都呈先提高后降低的趨勢。

（3）變溫條件下，復摻0.12%酒石酸和葡萄糖酸鈉緩凝劑時，自流平砂漿的28 d收縮率最低。