建筑添加劑對脫硫石膏基自流平砂漿性能的影響研究

李華彬 盧玉婷 莫曉紅 黎德聰（廣西云鷹新材料科技有限公司）

0 前言

石膏基自流平砂漿是一種由石膏材料、填料和建筑添加劑等混制而成的自流平材料，具有流動性好、表面平整度高、干燥收縮小、保溫隔熱性能好等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于室內(nèi)地面找平[1]。石膏基自流平砂漿作為地平材料，可厚層施工，硬化后可在其表面鋪設(shè)PVC 地板，薄貼地磚，拼貼木地板等[2-3]。脫硫石膏是工業(yè)副產(chǎn)石膏之一，與天然石膏具有相似的理化性質(zhì)[4-5]，將脫硫石膏用于制備自流平砂漿，能提高工業(yè)副產(chǎn)石膏的有效利用率，符合工業(yè)資源綜合利用和環(huán)境保護的戰(zhàn)略要求。

石膏基自流平砂漿性能與石膏自身特性、建筑添加劑密切相關(guān)。為了探討脫硫石膏與建筑添加劑的匹配適應(yīng)性，本文以脫硫石膏為主要膠凝材料，通過測試減水劑、緩凝劑和纖維素醚對砂漿性能的影響，從而確立合適的脫硫石膏基自流平砂漿體系組分，為脫硫石膏基自流平砂漿的生產(chǎn)提供參考。

1 試驗

1.1 原材料

脫硫石膏：貴州某公司，主要技術(shù)性能見表1；P.O42.5水泥：廣西魚峰水泥股份有限公司；70～120 目機制砂；聚羧酸減水劑：減水劑A、B、C 為市售，外觀均為白色粉末，減水率均大于25%；400mPa·s 羥丙基甲基纖維素醚；流變劑；粉末消泡劑；精蛋白高效石膏緩凝劑；普通自來水。

表1 脫硫石膏的主要技術(shù)性能

1.2 試驗方法

脫硫石膏粉料的基本性能按GB/T 9776-2008《建筑石膏》測試。石膏基自流平砂漿的流動度（初始及30min）、凝結(jié)時間及力學(xué)強度均按JC/T 1023-2021《石膏基自流平砂漿》測試。用水量按初始流動度為（145±5）mm時確定。

1.3 試驗基礎(chǔ)配比

自流平砂漿的基礎(chǔ)配比為：脫硫石膏75%、水泥8%、砂17%，聚羧酸減水劑0.30%～0.40%，緩凝劑0.10%～0.25%，纖維素醚0%～0.08%，其余添加劑適量。

2 結(jié)果與討論

2.1 聚羧酸減水劑對自流平砂漿性能的影響

減水劑具有改善自流平砂漿流動性和強度的作用，其促流效果、對自流平砂漿適應(yīng)性與自身分子結(jié)構(gòu)相關(guān)[6-7]，不同種類的減水劑對自流平砂漿可能表現(xiàn)出不同的適應(yīng)性[8]。以流動度在（145±5）mm 范圍內(nèi)為控制指標，固定脫硫石膏、水泥、砂子、纖維素醚、緩凝劑、流變劑和消泡劑摻量，3 種聚羧酸減水劑摻量為0.30%～0.40%，其對自流平砂漿性能的影響如表2、表3所示。

表2 3種聚羧酸減水劑對自流平砂漿流動度的影響

表3 3種聚羧酸減水劑對自流平砂漿力學(xué)性能的影響

從表2可以看出，隨著減水劑摻量從0.30% 增大到0.40%，自流平砂漿用水量均有下降，30min 流動度損失逐漸減小。在相同摻量時，減水劑A和B用水量相近，說明其減水、促流效果相近；減水劑C 用水量最高，說明其減水、促流效果明顯劣于減水劑A和B。此外，減水劑摻量在0.30%～0.40%變化時，摻入減水劑A的自流平砂漿用水量變化幅度較小，摻入減水劑C 的自流平砂漿的用水量變化幅度較大，說明減水劑A 在自流平砂漿中的摻量已趨于飽和[9]，繼續(xù)增加減水劑A 的摻量對降低用水量作用不大，反而會增加自流平砂漿的生產(chǎn)成本；而摻入減水劑C 的自流平砂漿可通過繼續(xù)增加減水劑摻量來降低用水量。

由表3可知，隨著3種聚羧酸減水劑摻量增加，自流平砂漿的力學(xué)強度不斷提高，這是因為砂漿的體積密度隨著用水量減小而增大，試塊更密實，從而提高自流平砂漿的力學(xué)性能[10]。在相同摻量時，摻入減水劑A 和B的自流平砂漿強度均明顯高于摻入減水劑C 的自流平砂漿。此外，當減水劑A 和B 在摻量相同與用水量相近時，摻入減水劑B的自流平砂漿的28 d力學(xué)強度相對略高，這可能與減水劑和自流平砂漿的適應(yīng)性有關(guān)。從表2 和表3 綜合來看，摻入減水劑B 的自流平砂漿性能最佳，后續(xù)試驗采用減水劑B的摻量為0.35%。

2.2 緩凝劑對自流平砂漿性能的影響

緩凝劑可延長自流平砂漿的凝結(jié)時間，提高砂漿的可施工性。然而緩凝劑摻量過多會導(dǎo)致自流平砂漿嚴重泌水，硬化后表面掉粉。為了探明緩凝劑的效果，試驗中脫硫石膏、水泥、砂子、減水劑B、纖維素醚、流變劑和消泡劑摻量固定不變，緩凝劑摻量為0.10%～0.25%，其對自流平砂漿性能的影響如表4、表5所示。

表4 緩凝劑摻量對自流平砂漿流動度和凝結(jié)時間的影響

表5 緩凝劑摻量對自流平砂漿力學(xué)性能的影響

從表4 可以看出，隨著緩凝劑摻量從0.10%增加到0.25%，砂漿的30 min 流動度和凝結(jié)時間呈上升趨勢，砂漿的30 min 流動度損失不斷減小。當緩凝劑摻量在0.10%～0.20%時，砂漿的凝結(jié)時間呈線性增加；當緩凝劑摻量增加到0.25%時，凝結(jié)時間明顯延長。這說明砂漿凝結(jié)時間呈線性增加所需的緩凝劑摻量臨界點小于0.25%，若繼續(xù)增加緩凝劑摻量可能會大幅度延長凝結(jié)時間，甚至導(dǎo)致砂漿泌水。

由表5 可知，隨著緩凝劑摻量從0.10%增加到0.25%，自流平砂漿的力學(xué)強度呈下降趨勢；當緩凝劑摻量在0.10%～0.20%變化時，自流平砂漿強度的下降趨勢平緩；當緩凝劑摻量為0.25%時，自流平砂漿強度下降明顯。這是因為蛋白類緩凝劑對石膏強度損失與二水石膏成核有關(guān)[11]。當緩凝劑摻量為0.25%時，二水石膏晶核生成過慢，有充分時間和空間生長，造成晶體尺寸粗化，砂漿致密度降低，從而使強度明顯降低。結(jié)合可操作時間和力學(xué)性能看，比較適合的緩凝劑摻量約為0.20%。

2.3 纖維素醚對自流平砂漿性能的影響

纖維素醚在砂漿中起著保水、增稠、改善施工性能等作用[12]，適量的纖維素醚可使砂漿獲得較優(yōu)的綜合性能。本次試驗采用的緩凝劑摻量為0.20%，脫硫石膏、水泥、砂子、減水劑B、流變劑和消泡劑摻量不變，纖維素醚摻量為0%～0.08%，其對自流平砂漿性能的影響如表6、表7所示。

表6 纖維素醚摻量對自流平砂漿流動度的影響

表7 纖維素醚摻量對自流平砂漿力學(xué)性能的影響

從表6 可以看出，隨著纖維素醚摻量從0%增加到0.08%，用水量逐漸增加，砂漿的保水效果明顯增強，30 min 流動度損失逐漸減小。這是由于纖維素醚長鏈上羥基和醚鍵上的氧原子與水分子締合成氫鍵[13]，使游離水變成化合水，從而起到保水作用。同時，由于纖維素醚摻量增加，使砂漿的粘度增加，導(dǎo)致砂漿流動速率變慢、消泡阻力增大，對自流平砂漿的施工性能產(chǎn)生負面影響[14-15]。

由表7 可知，砂漿的力學(xué)性能隨著纖維素醚摻量的增加呈下降趨勢，當摻量為0.08%時，24 h抗折強度、抗壓強度及28 d 抗折強度、抗壓強度較未摻入纖維素醚分別下降了17.9%、15.1%、15.0%、12.9%。主要原因在于，一方面用水量增加使自流平砂漿的體積密度降低；另一方面纖維素醚的引氣作用及砂漿粘度增加，導(dǎo)致砂漿的孔隙率增加、密實度降低，最終使砂漿強度降低。

3 結(jié)論

⑴減水劑A 和B 對自流平砂漿的促流效果相近，明顯優(yōu)于減水劑C；相同摻量時，摻入減水劑B的自流平砂漿力學(xué)性能最佳。

⑵緩凝劑能延長自流平砂漿的凝結(jié)時間，但達到一定摻量時會導(dǎo)致砂漿的凝結(jié)時間顯著增加，強度明顯降低。

⑶纖維素醚能提高砂漿的保水性，同時降低了砂漿的力學(xué)性能。

⑷優(yōu)化后的自流平砂漿配比為：m（脫硫石膏）:m（水泥）:m（砂子）:m（減水劑B）:m（緩凝劑）:m（纖維素醚）=75:8:17:0.35:0.20:0.04，24 h 抗折和抗壓強度分別為3.6、12.8 MPa，28 d 抗折和抗壓強度分別為9.7、24.1MPa。