可分散乳胶粉在水泥基自流平砂浆中的应用研究

任增洲，吴芳（.重庆建设工程质量监督检测中心有限公司，重庆　4047；.重庆大学 材料科学与工程学院，重庆　400045）

可分散乳胶粉在水泥基自流平砂浆中的应用研究

任增洲1，吴芳2
（1.重庆建设工程质量监督检测中心有限公司，重庆401147；2.重庆大学 材料科学与工程学院，重庆400045）

由于自流平砂浆早期强度低、粘结性能和表面灰化耐磨性不足而带来的后果是自流平砂浆几乎不能作为地坪的面层，但随着国内可再分散乳胶粉的发展及国外相对低成本的引进，使得水泥基自流平砂浆的作为饰面层变得有实际意义。试验结果表明：在一定掺量范围内，可再分散乳胶粉可明显提高水泥基自流平砂浆的流平性、抗裂性、粘接性和耐磨性，但对早期强度不利；当可再分散乳胶粉RE5011L的掺量控制在2.0%～3.0%时，水泥基自流平砂浆的30 min流动度可达到130 mm以上，24 h抗折、抗压强度分别可达到4.1 MPa和9.1 MPa，粘接强度可达到1.65 MPa，优于JC/T 985—2005《地面用水泥基自流平砂浆》标准规定要求，并且其表面光洁平整度比较理想，耐磨性也符合JC/T 985—2005规定要求。

水泥基自流平砂浆；可再分散乳胶粉；粘接性；耐磨性

0　引言

自流平地面材料（Self-leveling materials of floor，简称SL）是20世纪70年代发展起来的一种以无机或者有机胶凝材料为基材，与超塑化剂等外加剂及细砂等混合而成的建筑地面找平材料［1-3］。自流平材料具有良好的流动性及稳定性、施工简便速度快、劳动强度低、光洁平整、强度高、流平层厚度薄及良好的耐水耐酸性等优点，是大型超市、商场、停车场、工厂车间、仓库等地面铺筑的理想材料，也是建筑地面施工的一个发展方向［4］。

目前，我国水泥基自流平砂浆存在性能较差和品种较少的问题。由于自流平砂浆早期强度低、粘接性能和表面灰化耐磨性不足而带来的后果是几乎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者其它地面材料作为装饰层。虽然环氧树脂自流平砂浆具有流动性好、表面质量高等优点，但它对基材和施工的要求较高，而且价格昂贵，更重要的是溶剂型环氧地坪材料在生产、施工和固化过程中会排放一定量的挥发性有机物（VOC），有害人体健康。随着对环保的日益重视和水泥基自流平材料性能的提高，水泥基自流平材料在工业地面开始显现比环氧地坪材料更大的优势。尤其是随着国内有机掺合料（可再分散乳胶粉、增塑剂等）的发展及国外相对低成本的引进，使得水泥基自流平砂浆的耐磨性及表面光洁度大幅提高变得更加有实际意义。

本文重点研究了可再分散乳胶粉在水泥基自流平砂浆配制中的性能影响。

1　试验

1.1试验原材料

水泥：重庆拉法基水泥有限公司生产的P·O42.5R水泥，细度为0.4%、标准稠度用水量为28.4%、安定性（饼法）合格，其主要化学成分见表1，物理性能见表2；峨嵋山墙华特种水泥有限责任公司生产的42.5级硫铝酸盐水泥（SAC），总碱量为0.70%，比表面积为496 m2/kg，其物理性能见表2。砂子（S）：70～140目。矿物掺合料：粉煤灰（F），重庆华能珞璜电厂产Ⅱ级粉煤灰，比表面积为2600 cm2/g，密度为2.33 g/cm3，化学成分见表1；矿渣（Sg），重庆钢铁集团产水淬高炉矿渣，活性系数为0.304，经烘干粉磨后使用，4900孔筛余量2.5%，其化学成分见表1。减水剂：格雷斯生产的聚羧酸高效减水剂，固含量22.08%，减水率21%。可再分散型乳胶粉：德国瓦克生产的RE5011L。羟丙基甲基纤维素醚（HPMC）：赫克力士天普化工生产的纤维素醚，黏度为4000 mPa·s。消泡剂：重庆德丰生产的有机硅类P808。水：自来水。

表1　水泥和掺合料的主要化学成分　%

表2　水泥的主要物理性能

1.2试验条件及方法

（1）环境条件：本实验所处的环境温度（23±2）℃，相对湿度（50±5）%，试验区的循环风速低于0.2 m/s。

（2）试验方法：流动度、拉伸粘接强度、耐磨性按JC/T 985—2005《地面用水泥基自流平砂浆》进行测试；抗压强度、抗折强度按GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法》进行测试；硬化表面质量情况：目测。

1.3试验配比

通过参考国内的一些配方及自行试验调配获得试验配合比，具体如表3所示。

表3　自流平砂浆的试验配合比

2　结果与讨论

2.1可再分散乳胶粉对自流平砂浆流动性的影响（见图1）

图1　可再分散乳胶粉对自流平砂浆流动性的影响

从图1可以看出，自流平砂浆未掺乳胶粉时，20 min和30 min扩展度分别为128 mm、112 mm，扩展度经时损失大，流动性不符合JC/T 985—2005规定的不小于130 mm的要求。在其中掺入0.5%的乳胶粉RE5011后，自流平砂浆30 min时的扩展度达到143 mm，扩展度经始损失较小，流动性较好。这是因为可再分散乳胶粉可聚集在水化和未水化产物表面，减小砂浆内部摩擦力，并且其含有的表面活性物质在新拌砂浆中引入大量的微小气泡，起到滚珠润滑作用，从而提高砂浆的流动性。另外，可再分散乳胶粉具有保水作用，可减小砂浆的扩展度经时损失，延长砂浆的可工作时间。当RE5011掺量超过0.5%后，自流平砂浆的流动性虽有波动但变化不大。另外，试验中观察到新拌砂浆的流平自愈性随着掺量的增加变得更好，粘聚性逐渐增大，当乳胶粉掺量达到4.0%时，砂浆的粘聚性变得很大以至于和易性有所降低。可再分散乳胶粉尤其是保护胶体分散时对水的亲和及随后的黏稠度提高了砂浆的内聚力，从而提高了砂浆的和易性和自愈性［5］。但在用水量不变的情况下，乳胶粉掺量过多时，乳胶粉的吸水增稠作用较强，使得新拌自流平砂浆内聚力变得很大，砂浆变得黏稠，从而降低和易性，因此乳胶粉掺量不宜过高［6］。

2.2可再分散乳胶粉对自流平砂浆抗折和抗压强度的影响

可再分散乳胶粉对自流平砂浆抗折、抗压强度和压折比的影响分别见图2、图3和图4。

图2　乳胶粉掺量对自流平砂浆抗折强度的影响

图3　乳胶粉掺量对自流平砂浆抗压强度的影响

图4　乳胶粉掺量对自流平砂浆压折比的影响

从图2、图3可以看出，随着乳胶粉掺量的增加，自流平砂浆24 h抗折强度和抗压强度逐渐降低，28 d抗折和抗压强度波动较大，变化规律不明显。这是因为乳胶粉中的表面活性剂成分会导致砂浆拌合物中引入大量微小气泡，使得硬化砂浆内部存在大量微小气孔，从而降低了砂浆的早期强度。但随着后期水化产物的形成及可再分散乳胶粉絮凝状薄膜的形成，都可改善砂浆的密实度。一方面由于可再分散乳胶粉带入的微小气泡，另一方面由于可再分散乳胶粉絮凝状薄膜改善砂浆的密实度。当前者的影响较大时，则强度降低，当后者影响较大时则强度提高，因此自流平砂浆的后期强度随着掺量的增加波动较大，无明显的变化规律。

由图4可以看出，当乳胶粉掺量不超过3.0%时，自流平砂浆的24 h压折比随着乳胶粉掺量的增加呈降低趋势；当乳胶粉掺量不超过2.5%时，自流平砂浆的28 d压折比随着乳胶粉掺量的增加也逐渐降低，这说明在一定掺量范围内，掺入可分散乳胶粉对降低自流平砂浆的脆性，提高其抗裂性具有显著作用。这是由于在水泥水化过程中，可再分散乳胶粉的一部分聚合物颗粒沉积到水化产物和未水化的水泥颗粒上，一部分聚合物颗粒聚集在毛细孔中，当水泥水化或干燥使水分进一步减少后，聚合物颗粒便逐渐凝聚形成薄膜，该膜层具有较高的变形能力，使水化产物之间及骨料相互胶结形成了聚合物的互穿网络，填充了水化产物之间的孔隙，减少了骨料和水泥浆体界面上的微裂纹，从而提高砂浆的粘结强度、抗裂性等性能［6］。

2.3可再分散乳胶粉对水泥基自流平砂浆粘结强度和耐磨性的影响（见图5、图6）

图5　乳胶粉掺量对自流平砂浆粘结强度的影响

图6　乳胶粉掺量对自流平砂浆耐磨性的影响

从图5、图6可以看出：乳胶粉对自流平砂浆的粘结性和耐磨性影响显著。随着乳胶粉掺量的增加，自流平砂浆的粘接强度逐渐提高。当乳胶粉掺量不超过3.5%时，耐磨性随可再分散乳胶粉掺量的增加逐渐增强；当掺量超过3.5%时，耐磨性降低。这说明在一定掺量范围内，可再分散乳胶粉可显著提高自流平砂浆的粘接性和耐磨性。这是因为水化过程中可再分散乳胶粉形成絮凝状的网络结构增加砂浆内部的韧性，从而提高粘结性能；另外，水化过程中在自流平砂浆表面富集了一层水泥相和聚合物膜，产生了一个光滑而坚硬的表面，从而使耐磨性提高。

综合自流平砂浆的工作性能、力学性能、表面光洁平整度及成本因素，乳胶粉的掺量宜控制在2.0%～3.0%。

2.4自流平砂浆的SEM分析

为了更好地了解可再分散乳胶粉在水泥基自流平砂浆中的作用，对掺入3.0%RE5011L的水泥基自流平砂浆的水化产物进行电子显微镜（SEM）扫描，结果见图7。

图7　自流平砂浆的SEM照片（×3000倍）

由图7可以看出，在水化龄期1 d时，在自流平砂浆内部存在大量疏松的孔结构，几乎看不到可再分散乳胶粉失水形成的白色絮凝状的膜；3 d时，可以清楚地看到针状钙矾石，密实度增加，另外，还可以看到在水化产物中缠绕着一些絮凝状的薄膜（可再分散乳胶粉随着水化失水形成的），使得自流平砂浆结构进一步密实；28 d时，可以看到白色絮凝状的物质（可再分散乳胶粉脱水形成的）与水化产物相互交织形成更为密实的结构，从而提高水泥基自流平砂浆的抗裂性能、抗冲击性能、粘接性能及耐磨性能。

3　结论

（1）掺入可再分散乳胶粉可明显提高自流平砂浆的流动性和流平自愈性能。当掺量达到4.0%时，砂浆内聚力增大，稠度增大和易性降低。因此，可再分散乳胶粉RE5011L的掺量不宜超过4.0%。

（2）在一定掺量范围内，随着可分散乳胶粉RE5011L掺量的增加，自流平砂浆的早期抗压强度有所降低，压折比逐渐提高，即自流平砂浆的脆性降低，抗裂性能提高。

（3）在一定掺量范围内，随着可再分散乳胶粉RE5011L掺量的增加，自流平砂浆的粘接强度和耐磨性提高。

（4）通过对自流平砂浆的SEM分析表明，随着时间的延长，自流平砂浆中的钙矾石数量和聚合物薄膜数量不断增加，水化产物和聚合物薄膜相互交织形成的结构不断密实，从而提高水泥基自流平砂浆的抗裂性能、抗冲击性能、粘接性能及耐磨性能。

［1］ Yuanjinsheng.DevelopmentandapplicationofGroundselfleveling materials［J］.China Building Materials，1997（12）：46-48.

［2］ Bobarris.Proper application of semi self-leveling micro-topping ［J］.Concrete concepts，2005，5（7）：10-14.

［3］JeongyunDo，YangseobSoh.Performanceofpolymer-modified self-leveling mortars with high polymer-cement ratio for floor finishing［J］.Cement and Concrete Research，2003，33：1497-1505.

［4］黎力，吴芳.自流平材料的应用发展综述［J］.新型建筑材料，2006 （4）：11-15.

［5］王新民，薛国龙，俞锡贤，等.干粉砂浆添加剂选用［J］.北京：中国建筑工业出版社，2007.

［6］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（1）：172-173.

Study of dispersible polymer powders on cement-based self-leveling mortar performance

REN Zengzhou1，WU Fang2
（1.Chongqing Construction Engineering Quality Supervision and Inspection Center Co.Ltd.，Chongqing 401147，China；2.Materials Science and Engineering College，Chongqing University，Chongqing 400045，China）

Because the self-leveling mortar early strength，adhesion properties and surface abrasion ashing is insufficient，the self-leveling mortar floor can hardly be used as the surface layer.But with the development of the domestic dispersible polymer powders and the introduction of dispersible polymer powders of relatively low cost abroad，it becomes possible as the surface layer. The results showed that the dispersible polymer powders can significantly improve leveling properties，crack resistance，adhesion properties and wear resistance of the cement-based self-leveling mortar，but it is detrimental to the early strength.When dosage of the dispersible polymer powders RE was controlled at 2.0%to 3.0%，the 30 minutes fluidity of cement-based self-leveling mortar can reach more than 130 mm，24 h flexural and compressive strength can reach 4.1 MPa and 9.1 MPa，the adhesive strength can reach 1.65 MPa，far more than the standard"Cementitious self-leveling floor mortar"JC/T 985—2005 performance requirements，and its effect of the smooth surface is ideal.The wear of the cement-based self-leveling mortar also meet the standard requirements.

cement-based self-leveling mortar，dispersible polymer powders，adhesion properties，wear

TU56+4.6

A

1001-702X（2016）04-0100-04

重庆市城乡建设委员会科技项目（城科字第2007第41号）

2015-11-29；

2016-03-30

任增洲，男，1982年生，山东青岛人，硕士研究生，从事建筑材料检测与研究。地址：重庆市渝北区松牌路10#金华苑B栋，E-mail：251590235@qq.com。