地面用高性能水泥基自流平砂浆的配制

吴芳，任增洲，李利

(重庆大学材料科学与工程学院重庆400045)

地面用高性能水泥基自流平砂浆的配制

吴芳，任增洲，李利

(重庆大学材料科学与工程学院重庆400045)

通过对水泥基自流平砂浆组成材料对其性能的影响及作用机理的分析，掌握了组成材料的影响特性，开发出了高质量、经济型、快硬性水泥基自流平砂浆。试验结果表明：研制的水泥基自流平砂浆20min扩展度达145mm，30min扩展度大于130mm；24h抗折、抗压强度达4.4MPa、13.8MPa；砂浆硬化表面光滑平整，材料成本价格仅600元/吨左右。

水泥基；自流平；砂浆；配制

引言

水泥基自流平砂浆具有良好的流动性及稳定性，且早期强度高，施工速度快，劳动强度低，是大型超市、停车场和仓库等地面铺筑的理想材料，也是现代建筑地面施工的一个发展方向，市场潜力很大[1]。

目前国内水泥基自流平砂浆的发展与国外发达国家相比差距较大，主要存在早期强度低、表面灰化、耐磨性不足等问题[2]，几乎还不能将自流平砂浆作为地坪的面层，而只能在自流平找平层之上再使用环氧树脂自流平砂浆或其它地面材料作为装饰层。虽然使用环氧树脂自流平砂浆具有流平性好、表面质量高等优点，但它对基材和施工的要求比较高，而且价格昂贵，因此开发低成本高性能水泥基自流平砂浆具有重要的现实意义。

1 试验材料和方法

1.1 试验原材料

水泥：采用重庆拉法基水泥有限公司生产的P.O42.5R普通硅酸盐水泥和峨嵋山墙华特种水泥有限责任公司生产的R.SAC42.5硫铝酸盐水泥。

矿渣粉（SK）：重庆钢铁集团生产的水淬高炉矿渣，经烘干粉磨后使用，4900孔筛余量2.5%。

粉煤灰(FA)：重庆华能珞璜电厂生产的Ⅱ级灰，比表面积为2600cm2/g，密度为2.33g/cm3。

砂子：细度模数为1.4左右的山硅石英砂。

外加剂：格雷斯聚羧酸减水剂；赫克力士天普化工生产的纤维素醚（HPMC），B1-MT 4000 PFV；乳液型有机硅消泡剂；德国瓦克生产的RE5011L可分散乳胶粉。

水：自来水。

1.2 试验方法

依据JC/T985～2005《地面用水泥基自流平砂浆》中的规范要求进行试验。

2 组成材料对自流平砂浆性能的影响

2.1 硫铝酸盐水泥对自流平砂浆性能的影响

硫铝酸盐水泥掺量对自流平砂浆性能的影响试验结果如表1。从表1中看出，随着硫铝酸盐水泥量的增加，自流平砂浆20min和30min流动性逐渐降低。硫铝酸盐水泥对砂浆早期强度影响大，对后期强度影响小。当未掺硫铝酸盐水泥时，自流平砂浆有泌水沉降现象，砂浆硬化表面浮一层灰白浆，强度极低；当硫铝酸盐水泥掺量增加到10%时，砂浆早期强度提高明显，24h抗折、抗压强度分别提高了2.8MPa和8.1MPa，新拌砂浆沉降现象和砂浆硬化表面起皮、泛白霜情况得到改善；当比例在15%～20%时，自流平砂浆不泌水不离析，流动性好，强度高收缩低，表面平整光滑；当比例超过20%时，自流平砂浆流动性变差，强度降低，试件表面发黄。

硫铝酸盐水泥对自流平砂浆性能的影响主要取决于它与硅酸盐水泥的水化进程。当两种水泥的水化进程一致时，形成的水化产物相互搭接，尤其是膨胀性产物（钙矾石）堆积量逐渐增多时，两者的强度叠加达到最高；当两种水泥水化进程不一致时，两者的水化产物相互制约而破坏，膨胀性水化产物（钙矾石）堆积量相对减少，强度降低[3]。

综合各方面考虑，硫铝酸盐水泥适宜掺量在15%～20%(占水泥总量)。

表1 硫铝酸盐水泥对自流平砂浆性能的影响

2.2 砂对自流平砂浆性能的影响

集胶比的大小既关系到自流平砂浆的流动性，又关系到砂浆本身的收缩性和力学性能。随集胶比的增大，即砂用量的增加，对减少砂浆收缩起正面作用，但集胶比增大，水泥含量相对减小，砂浆流动性就会变差。为了能够满足流动性要求，须增加用水量，这样自流平砂浆的强度势必会减小，因此集胶比应控制一定范围，这样既满足砂浆流动性，又获得较好的力学性。

从表2中看出，为了满足流动性要求，随着集胶比增大，用水量增加即水灰比增大，强度逐渐降低，尤其是早期强度降低更明显。当集胶比达到1.4时，自流平砂浆的初始流动度达不到160mm，此时，观察到自流平砂浆已经有少量泌水，并且强度极低。因此集胶比不能超过1.4。

从自流平砂浆流动性和强度方面考虑，集胶比为0.8～1.0比较合适，但从减小砂浆收缩及成本考虑，试验最终选择集胶比为1.0。

表2 砂子对自流平砂浆性能的影响

2.3 矿物掺合料对自流平砂浆性能的影响

粉煤灰和矿渣对自流平砂浆性能的影响结果见表3。从表3中可知，当矿物掺合料的取代量低于30%时，随着矿物掺合料取代量的增加，自流平砂浆的流动性逐渐增大，但取代量超过30%时，流动性开始下降。砂浆的早期强度则随着矿物掺合料取代量的增加逐渐降低，砂浆后期强度在矿物掺合料取代量不超过30%时有所提高，超过30%时也开始降低。另外，从表3中看到，当矿物掺合料取代总量低于10%时，自流平砂浆30min时的扩展度低于130mm，流动性较差，达不到标准要求，当取代总量超过30%时，砂浆的早期强度较小。因此粉煤灰和矿渣取代水泥量控制在20%～30%为宜。

用粉煤灰和矿渣取代30%的水泥，调节粉煤灰和矿渣之间的比例，试验结果如表4。从表4中看出，当矿渣与粉煤灰之间的比例在1.5左右时，砂浆的强度最佳，流动性最好。

综合考虑，矿物掺合料的取代量控制在20%～30%，同时保持矿渣与粉煤灰之间的比例在1.5左右。

2.4 可分散乳胶粉对自流平砂浆性能的影响

可再分散胶粉是配制水泥基自流平砂浆的关键材料，其掺入能够改善新拌砂浆的自流平性和工作性，并且对提高砂浆与混凝土基层的粘接力、耐磨性、柔韧性有重要作用。但乳胶粉掺量超过3%时，砂浆粘度增加较大，施工性能较差，对砂浆性能的改善趋势亦较缓，并且掺量太大不经济[4]，且对砂浆抗压强度影响较大，因此掺量应控制在一定范围内。

表4 矿渣和粉煤灰对自流平砂浆性能的影响（2）

从表5中看出，当自流平砂浆未掺乳胶粉时，自流平砂浆的流动性较差，掺入0.5%的乳胶粉后即可明显提高砂浆的流动性，再继续增加乳胶粉的掺量，砂浆的流动性变化较小。同时，试验观察发现砂浆的自愈性则随乳胶粉掺量的增加逐渐增大，但乳胶粉掺量超过3.0%，砂浆粘聚性较大，和易性降低。乳胶粉对自流平砂浆的早期抗压强度、粘接强度和耐磨性影响较大，随着乳胶粉掺量的增加，砂浆早期抗压强度基本逐渐降低，粘接强度和耐磨性逐渐增大。综合各方面考虑，乳胶粉的掺量在2.0%～2.5%为最佳。

2.5 增稠剂对自流平砂浆性能的影响

试验用的增稠剂主要是羟丙基甲基纤维素醚(HPMC)，用它可以克服自流平砂浆中水分的蒸发及基层的吸水，有助于延长开放时间，同时通过增稠作用防止离析和沉降，有助于形成更均匀的结构，从而提高粘接强度，形成光滑细腻的表面。

表5 RE5011L对自流平砂浆性能的影响

表6 增稠剂对自流平砂浆性能的影响

表7 消泡剂对自流平砂浆性能的影响

从表6中看出，随着增稠剂(HPMC)掺量的增加，自流平砂浆的初始流动性先增大后减小，20min后流动性逐渐减小，强度先提高后降低。当自流平砂浆中不掺增稠剂(HPMC)时，砂浆泌水离析严重，掺入0.025%的增稠剂(HPMC)后，砂浆泌水离析情况改善，掺入0.05%的增稠剂(HPMC)后，砂浆工作性较好，并且流动性满足要求。综合考虑，增稠剂(HPMC)的适宜掺量在0.5%左右。

2.6 消泡剂剂对自流平砂浆性能的影响

消泡剂对自流平砂浆性能的影响结果如下：

从表7中看出，消泡剂对自流平砂浆流动性影响较小，对强度影响较大。砂浆中不掺消泡剂时，强度很低，表面留有大量针状气孔，而掺入0.2%的消泡剂后，砂浆强度明显提高，24h抗折、抗压强度分别提高了1.0MPa、3.3MPa， 28d抗折、抗压强度分别提高了1.4MPa、7MPa，硬化砂浆表面针状气孔也明显减少。再继续增加消泡剂的掺量，砂浆的早期强度是逐渐提高的，后期强度变化波动较大，当消泡剂的掺量超过1.0%后，硬化砂浆表面开始出现泛白情况，刮掉泛白物质后观察到砂浆表面存有大气孔，并且表面较粗糙。因此，消泡剂掺量不宜超过1.0%。

综合各方面考虑，消泡剂掺量控制在0.5%～1.0%左右为宜。

3 配制的水泥基自流平砂浆的性能

表8 配制的自流平砂浆技术经济指标

根据上述试验结果配制的自流平砂浆性能见表8。配制的自流平砂浆工作性和力学性能较优，硬化砂浆表面光滑平整，原材料成本估算价格大约在600元/吨左右。

4 试验结论

（1）当硫铝酸盐水泥在复合水泥中占的比例为15%～20% (占胶凝材料总量的10%～15%)时，自流平砂浆的和易性较好，强度较高，收缩性较小。

责任编辑：余咏梅

（2）为了满足自流平砂浆的流动性，随着集胶比增大，即砂子掺量增加，用水量增加，强度逐渐降低。从自流平砂浆的流动性、强度及成本考虑，集胶比最佳在1.0左右。

（3）当矿渣和粉煤灰双掺时，取代水泥总量在20%～30%、矿渣与粉煤灰的比例为1.5左右时，配制的自流平砂浆性能良好。

（4）可分散乳胶粉（RE5011L）、稳定剂和消泡剂（P808）的掺量范围分别为2.0%～2.5%、0.05%左右和0.5%～1.0%时，配制的自流平砂浆各方面性能较优。

（5）根据试验得出各组成材料最佳掺量配制的水泥基自流平砂浆20min扩展度达145mm，30min扩展度大于130mm；24h抗折、抗压强度达4.4MPa、13.8MPa；砂浆硬化表面光滑平整，材料成本价格仅600元/吨左右。

[1]苑金生.地面自流平材料的开发应用[J].中国建材.1997:46-48.

[2]BobHarris.Proper application of semi selfleveling micro-topping[J].Concreteconcepts.2005，5(7):10.

[3]李迁.硫铝酸盐与硅酸盐复合水泥研究[J].辽宁大学学报:自然科学版，2007，33（6）:158-162.

[4]朱晓鲲.可分散聚合物粉末在干混砂浆中的应用[J].山西建筑，2007，33(1):172-173.

Preparation of High-Performance Cementitious Self-Leveling Floor Mortar

The compositon，characteristics and the interactions of the composition materials are studied and as a result，we developed the high-quality，economical，fast-hard cement-based self-leveling mortar by studying the impact of composition materials on the cement-based self-leveling mortar properties and mechanism.The results showed that the development of cement-based self-leveling mortar is 20min extended degree vs 145mm，while 30min extended degree≥130mm vs 24h flexural，compressive strength≥4MPa，≥12MP against mortar hardening smooth surface.The material cost price is only 600 yuan/ton.

cement-based;self-leveling;mortar;preparation

TU9521.1文献标识码：A文章编号：1671-9107（2010）08-0012-05

注：本文为重庆市城乡建设委员会科技项目基金论文，项目编号：城科字第2007第41号。

10.3969／j.issn.1671-9107.2010.8.012

2010-7-16

吴芳（1967-）女，副教授，主要从事建筑材料方面的教学与研究。