自流平砂浆流动性的影响因素研究

张建隽，靳秀芝，韩 涛，雷永胜

(1.中北大学 材料科学与工程学院，山西 太原030051;2.太原城市职业技术学院 城建系，山西 太原030027)

0 引 言

自流平砂浆(Self-Leveling Mortar)是二十世纪七八十年代发展起来的，由水泥基胶凝材料、精选骨料及多种添加剂组成，与水混合后形成一种流动性强、高塑性的自流平地基材料.使用时只需按设定的水灰比加水拌匀，泵送或人工浇筑后，靠砂浆在自重作用下自主流动形成平整光滑的表面［1-3］.自流平砂浆材料具有易流动，性能稳定，易施工，劳动强度小，砂浆厚度薄，平整光滑，强度高及耐水、耐酸，侵蚀性良好等优点，是大型停车场、仓库、商场、超市、车间等进行地面装饰的理想材料，也是现今室内室外地面施工新技术的发展方向，具有极大的市场潜力［4-6］.

现有自流平砂浆最大的问题是流动性差，流动度经时损失较大.有研究指出［7-9］，水灰比、减水剂、保坍剂、可再分散乳胶粉、矿物掺合料等是影响自流平砂浆流动性的关键因素.本文通过分别针对单一因素对比研究了不同因素对砂浆流动度的影响，从而找出最佳配比，在满足使用性能的情况下使得砂浆的流动性达到最大，从而大大提高了施工效率.

1 实 验

1.1 原料来源

本实验采用的是PO42.5普通硅酸盐水泥;砂是本地河沙，细度为Mx=1.56;减水剂为本实验室自配的聚羧酸高效减水剂，固含量是50%;粉煤灰来自太原第二热电厂，粗灰比表面积是210 m2/kg，用球磨机磨细到比表面积为450 m2/kg;采用由广州原野事业有限公司生产的DY5030型可再分散乳胶粉，容重为400～500 g/L，平均粒径为80μm，固含量大于98%，最低成膜温度为0℃，pH为6～8;保坍剂采用由山东威思化工有限公司生产的羟丙基甲基纤维素(HPMC)，其甲氧含量为26%～30%，羟丙基含量为26%～30%，粘度为80 000 Pa·s，pH为7～8.配砂浆时采用自来水.

1.2 实验方法

根据经验，水灰比分别选取0.50，0.55，0.60，0.65，0.70等进行水灰比对流动度的影响实验，再根据流动度以及强度实验结果选定水灰比0.55时分别进行减水剂、保坍剂、可再分散乳胶粉、粉煤灰的实验.减水剂含量(%)范围为:0.1，0.3，0.5，0.7，0.9;保坍剂含量(%)范围为:0.03，0.05，0.08，0.12;可再分散乳胶粉含量(%)范围为:0.5，1.0，1.5，2.0，2.5;粉煤灰含量(%)范围为:5，15，25，35，45，55.

流动度及经时流动度(20 min)的测定按照JC/T985-2005《地面用水泥基自流平砂浆》试验方法进行.

2 实验结果及分析

2.1 水灰比的影响

水灰比对流动度的影响如图1所示.由图1可知，随着水灰比的增大，自流平砂浆的初始流动度增大，在20 min流动度先增大后减小，砂浆的流动度经时损失增大.增大水灰比有利于增大自流平砂浆的流动度，但不利于砂浆的流动度保持.在水灰比较大时，其硬化后孔隙比较多，容易引起收缩.考虑到自流平砂浆的收缩性，应尽量降低其水灰比，在水灰比为0.55时最佳.

2.2 减水剂的影响

减水剂对流动度的影响如图2所示.

由图2可知，聚羧酸减水剂的掺入可以在低水灰比的情况下增大自流平砂浆的流动度.当聚羧酸减水剂的掺量小于0.5%时，可以极大地改善砂浆的流动性，在20 min经时流动度最高可达134 mm;当聚羧酸减水剂的掺量大于0.5%时，砂浆的流动度几乎不再增加，甚至会下降.综合分析，聚羧酸高效减水剂的掺量为0.5左右，即本研究中聚羧酸减水剂的饱和掺量为0.5%.

减水剂溶解到水泥浆体中，其憎水基定向吸附在水泥颗粒表面，亲水基溶于水溶液，在水泥颗粒表面形成了单分子或多分子吸附层.由于定向吸附使水泥颗粒表面带有同种电荷，使水泥浆体在水化初期形成的絮凝结构解体，将其束缚的游离水释放出来，提高了水泥浆体的流动度［10-11］.当减水剂掺量少时，对水泥颗粒分散的影响较小，对减小水泥颗粒表面吸附水膜的厚度作用不大，对自流平砂浆流动度提高的幅度较小;随着聚羧酸减水剂加入量的增加，自流平砂浆流动度逐渐增加，在聚羧酸减水剂加入量达到饱和点时，水泥颗粒表面对减水剂的吸附量达到饱和，继续增大减水剂加入量，将不能使砂浆流动度继续增加.

2.3 保坍剂的影响

丙基甲基纤维素对自流平砂浆流动度的影响如图3所示.自流平砂浆的流动度随羟丙基甲基纤维素掺量的增加先增加后而减小，在含量为0.05%时，初始流动度和20 min流动度都达到了最大值，20min经时流动度最高可达到138mm.羟丙基甲基纤维素的掺量适当时对自流平砂浆的流动度有较小程度的增大作用，且经时流动度的损失减小，这时由于羟丙基甲基纤维素本身的分散性好，粘度大，可以起到很好的保水和保坍作用.它有助于保持薄层砂浆中的自由水，防止砂浆分层离析，可以增加液体的黏性，可作为增稠剂使用.

2.4 可再分散乳胶粉的影响

可再分散乳胶粉掺量对流动度的影响如图4所示.由图4可知，无论初始流动度还是20 min流动度都随可再分散乳胶粉掺量的增加而增大.当乳胶粉的掺量超过1.5%后，自流平砂浆的流动度的增大幅度很小，处于较稳定的一个水平.因此可再分散乳胶粉的掺量选取1.5%左右，20 min经时流动度最高可达144 mm.在水泥水化、硬化过程中，内部会形成大量的未能被水化产物所填充的毛细孔道，水分就很容易在这些毛细孔道内聚集.将可再分散聚合物类乳胶粉加入到新拌水泥浆体中后，在溶解、分散过程中形成的比较致密的聚合物薄膜与水泥浆体水化产物形成了相互贯穿、相互镶嵌的空间网络结构(见图5)，形成的聚合物薄膜填充、封闭了水泥水化产生的毛细孔，占据了原先被水占据的孔道，使砂浆体系中被孔道束缚的游离水释放出来，有利于提高砂浆的流动性［12］.

图4 可再分散乳胶粉的掺量对自流平砂浆流动度的影响 Fig.4 The effect of redispersible emulsion powders content on the fluidity of self-levelingmortar

图5 可再分散乳胶粉在水泥颗粒表面的吸附状态 Fig.5 The adsorption of redispersible emulsion powders in the cement particle surface

可再分散乳胶粉是高分子基聚合物，吸附在水化产物和未水化水泥颗粒表面，减小了砂浆内部颗粒间的摩擦力，其含有的表面活性基团可在新拌砂浆中引入大量的微小气泡，起到滚珠润滑作用，从而提高了砂浆的流动性.但在用水量不变的情况下，当乳胶粉掺量过多时，由于乳胶粉的吸水增稠作用过强，使得新拌自流平砂浆变得黏稠从而降低了流动性，因此乳胶粉掺量不宜过高［13］.

2.5 粉煤灰的影响

粉煤灰对流动度的影响如图6所示.由图6可知，将粉煤灰加入自流平砂浆中可以改善自流平砂浆的流动性.随着粉煤灰掺量的增加，砂浆的初始流动度和20 min经时流动度增大，20 min经时流动度最高可达到157 mm，在超过40%时增加缓慢.这是由粉煤灰的形态效应引起的:粉煤灰为球形玻璃体颗粒，粒度小、聚集度小，多为单个分散玻璃微珠，光滑玻璃球形粒子在自流平砂浆中起到滚珠的作用，粉煤灰密度小于水泥，在等量取代水泥的情况下，浆体的体积大于纯水泥砂浆，同样可以降低骨料间的摩擦，提高流动度［14］.

图6 粉煤灰掺量对自流平砂浆流动度的影响 Fig.6 The effect of fly ash on the fluidity of self-levelingmortar

3 结论

1)随着水灰比的增加，自流平砂浆的初始流动度增加，20 min经时流动度先增大后减小，水灰比存在一个最佳比0.55.

2)聚羧酸减水剂的掺入可以在低水灰比的情况下增大自流平砂浆的流动度.当聚羧酸减水剂的掺量小于0.5%时，可以极大地改善砂浆的流动性;当聚羧酸减水剂的掺量大于0.5%时，砂浆的流动度几乎不再增加，甚至下降.聚羧酸高效减水剂的最佳掺量为0.5%.

3)羟丙基甲基纤维素的掺入可以提高砂浆的保水性.随着羟丙基甲基纤维素掺量的增加，砂浆的初始流动度和20 min经时流动度先增加后减小，羟丙基甲基纤维素的最佳掺量为0.05%.

4)随着乳胶粉掺量的增加，自流平砂浆的流动度增加，当乳胶粉的掺量超过1.5%后，自流平砂浆的流动度的增大幅度很小，可再分散乳胶粉的最佳掺量为1.5%.

5)随着粉煤灰掺量的增加，砂浆的初始流动度和20 min经时流动度都得到了很大的提高，当超过45%～55%时，变化趋势不再明显，粉煤灰的掺量可选在40%.

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