石膏基自流平砂浆性能影响因素分析

龙华劲

(广东省建筑材料研究院有限公司)

0 引言

石膏基自流平砂浆主要以石膏为胶凝材料，添加细骨料、水泥、减水剂、缓凝剂、消泡剂等材料均匀混合，用于室内地面找平的一种干混型粉状材料。在施工现场按比例加水搅拌均匀即可使用，稍经摊铺、利用刮刀刮平即可自动找平形成高平整基面。其中，石膏通常采用α 型半水石膏、β 型半水石膏或Ⅱ型硬石膏。近些年来，有建材企业对相关技术进行大量研究，开始采用脱硫石膏、磷石膏等代替硬石膏，同样可获得性能良好的自流平砂浆，此技术可大大降低建材企业的生产成本[1]。

国外关于石膏基自流平砂浆的研究开展的比较早，在上世纪70 年代，日本就已经对石膏基自流平砂浆进行了基础研究，随后，其他国家的科研人员对石膏基自流平砂浆进行了大量的研制并应用。美国有研究人员利用建筑石膏与高强石膏混合并添加骨料，制备出性能良好的石膏基自流平砂浆，德国有研究人员分别利用Ⅱ型无水石膏、α 型高强石膏制备出性能优异的石膏基自流平砂浆，除此之外，英国、意大利、捷克等发达国家亦对石膏基自流平砂浆展开了大量研究[2]。相较于国外，国内关于石膏基自流平砂浆的研究开展的较晚，直至2006 年才研制出以硬石膏为基料的石膏基自流平砂浆。

由于石膏基自流平砂浆具有较大的市场应用前景，因此，关于石膏基自流平砂浆的研究一直受到相关企业、高校、科研院所等机构内科研人员的青睐。鉴于此，在阅读文献的基础上，本文拟将介绍石膏基自流平砂浆的性能特点，阐述了缓凝剂、减水剂、硅灰、水泥等材料对石膏基自流平砂浆性能的影响规律及作用机理，并对石膏基自流平砂浆的发展前景进行展望。

1 石膏基自流平砂浆的性能特点

石膏材料具有表观密度小、凝结速度快、早期强度高、保温、隔热、防火、隔音等特点，利用石膏材料制备的自流平砂浆具有如下性能特点：①石膏基自流平砂浆具有优异的流动性使其能够均匀地分布在地面上，并且硬化后表面十分平整光滑；②石膏基自流平砂浆硬化后尺寸变化率小，不会因热胀冷缩而产生裂缝等现象；③石膏基自流平砂浆具有早期强度高、凝结时间短的特点，通常在施工后1～2d 便能上人，施工效率高；④石膏基自流平砂浆具有良好的抗离析能力，硬化后具有致密的砂浆结构；⑤石膏基自流平砂浆硬化后地面具有一定弹性，在一定程度上能达到隔音效果[3]。

2 石膏基自流平砂浆的性能影响因素

为使石膏基自流平砂浆的市场规范化、产品标准化，我国在2007 年制定了《石膏基自流平砂浆》（JC/T 1023-2007），并在2021 年更新了《石膏基自流平砂浆》（JC/T 1023-2021），对石膏基自流平砂浆的性能指标做出了具体要求，为此，有诸多科研人员通过大量的试验探索了不同种掺和料、外加剂对石膏基自流平砂浆性能的影响规律及机理。

2.1 对凝结时间的影响

胡成等[4]、逄鲁峰等[5]、穆鑫泉等[6]研究了多种缓凝剂（CH-C 型缓凝剂、蛋白质石膏缓凝剂、ZJ-G19、ZJG18、酒石酸、葡萄糖酸钠）对石膏基自流平砂浆凝结时间的影响，部分实验数据如表1 所示。研究结果均表明石膏基自流平砂浆的凝结时间随着缓凝剂掺量的增加而延长，其中，胡成等[4]试验发现缓凝剂掺量低于0.2wt%时石膏基自流平砂浆的初凝与终凝的时间间隔基本相同，而当掺量大于0.2wt%时初凝与终凝的时间间隔逐渐增大。有研究人员对缓凝剂的缓凝作用机理展开了研究，黄滔等[7]研究表明蛋白类石膏缓凝剂能够与钙离子反应生成络合物，从而延长了凝结时间，而有机酸类缓凝剂是由于降低了半水石膏在水中的溶解度，二水石膏的饱和度随之下降，从而减缓了二水石膏的结晶过程，宏观上表现为凝结时间延长[8]。

表1 石膏基自流平砂浆凝结时间[5,9]

除此之外，有研究人员探索了硅灰、细骨料、水泥等材料对石膏基自流平砂浆凝结时间的影响。李静静等[9]试验发现掺入硅灰能够缩短石膏基自流平砂浆的初凝时间和终凝时间，硅灰掺量越多，凝结时间越短，这主要与硅灰对水的吸附作用有关。杨奇玮等[10]测试了细骨料分别为石英砂、碳酸钙砂Ⅰ、碳酸钙砂Ⅱ的石膏基自流平砂浆凝结时间，细骨料颗粒粒径分布如表2 所示，结果显示细骨料为石英砂时石膏基自流平砂浆的凝结时间最长，碳酸钙砂Ⅰ和碳酸钙砂Ⅱ的凝结时间几乎相同，这是因为相较于石英砂，碳酸钙Ⅰ、碳酸钙砂Ⅱ中较细骨料的体积较大，骨料越细，比较面积越大，吸水性越强，保水性越好，减少了石膏基自流平砂浆在塑性阶段的水分散失，使得凝结时间缩短。琚诚兰等[11]对比了硅酸盐水泥与铝酸盐水泥对石膏基自流平砂浆凝结时间的影响，结果显示硅酸盐水泥对凝结时间有明显的减小，但铝酸盐水泥掺量对凝结时间的影响不明显，这是因为铝酸盐水泥中铝酸钙水化后形成水化铝酸钙，在石膏过量的情况下会迅速形成钙矾石而发生速凝。

表2 不同细骨料的颗粒粒径分布及石膏基自流平砂浆凝结时间[10]

2.2 对力学性能的影响

有研究人员探索了缓凝剂、减水剂对石膏基自流平砂浆力学性能的影响，部分试验结果如表3 所示，结果表明缓凝剂对抗折强度和抗压强度均产生了不利影响，掺量越高，强度则越小[4,6,12]。胡成等[4]试验发现减水剂的掺量由0wt%逐渐增加至0.6wt%时，石膏基自流平砂浆的抗折强度和抗压强度均随之先增大后减小，强度峰值出现在0.2wt%。缓凝剂造成石膏基自流平砂浆强度下降的原因是因为添加缓凝剂后，过饱和度降低，减少了晶胚的数量，而且晶体生长速度变缓，有大量的空间和时间让二水石膏晶体发育长大，使得石膏晶体尺寸粗化，减少了石膏晶体之间的接触点，导致强度下降；另一方面，二水石膏晶体在长轴方向的生长受到抑制，导致石膏晶体由细长针状变成短粗状，削弱了晶体之间的接触与连生，使得强度下降[2,12]。减水剂影响强度变化的原因是由于减水剂能够释放絮状结构中包裹的水，当释放的水达到砂浆成型的最佳含水量时，砂浆的强度将达到峰值，当释放的水较多时则会降低强度[4]。

除此之外，有研究人员[9]探索了硅灰掺量对石膏基自流平砂浆力学性能的影响，结果显示28d 抗折强度以及1d、28d 抗压强度均随着硅灰掺量的增加呈现先上升后下降的变化趋势，最佳掺量为12%。由于硅灰颗粒粒径小，能够有效填充在砂浆内部的孔隙中，同时，硅灰的掺入能够改变石膏晶体之间的接触形态，减小孔隙，提高了密实度，从而提升了强度。琚诚兰等[11]研究表明添加硅酸盐水泥或铝酸盐水泥均能提高石膏基自流平砂浆的力学性能，这是因为添加水泥能够改善石膏晶体间的接触形态，有利于提升力学性能。

2.3 对流动性的影响

关于缓凝剂、减水剂对石膏基自流平砂浆流动性的研究同样开展的较多，穆鑫泉等[6]研究显示随着缓凝剂掺量的增加，石膏基自流平砂浆的初始流动度和30min流动度均随之增大，但当缓凝剂掺量过大时则会对流动性产生负面影响，部分研究人员的测试结果如表4 所示。其原因是由于缓凝剂发挥了稀释分散作用，导致浆体内游离水含量增多，提高了浆体的流动性[2]。权刘权等[12]通过试验对比了萘系、聚羧酸、三聚氰胺三种减水剂对流动度的影响，结果发现聚羧酸减水剂对流动度的影响最大，萘系减水剂次之，三聚氰胺减水剂最小。胡成等[4]研究结果显示当减水剂掺量由0wt%增加至0.2wt%时，流动度由104mm提高至202mm，但随着掺量继续增加，流动度的增幅较小，有研究人员认为出现此类现象的原因是因为聚羧酸减水剂存在饱和掺量点[13,14]。

表4 缓凝剂对石膏基自流平砂浆流动度的影响[5,6]

此外，也有诸多研究人员研究了矿物掺和料对石膏基自流平砂浆流动度的影响，结果显示，石膏基自流平砂浆的初始流动度和30min 流动度随矿粉掺量的增加呈现下降的变化趋势，随水泥、粉煤灰掺量的增加呈现增大的变化趋势，随硅灰掺量的增加呈现先上升后下降的变化趋势，最佳掺量出现在12%。究其原因，矿粉颗粒因其表面比较粗糙且多棱角，不利于浆体的流动，因此降低了浆体的流动度；而粉煤灰则因其颗粒形态效应以及微集料效应，使得较重的颗粒处于悬浮状态，从而提升了浆体的流动度；水泥则是与水反应在浆体中形成氢氧化钙胶体结构，该结构的表面能够吸附水形成一层水膜，从而提高了浆体的流动度；硅灰则因其是玻璃相无定形球状颗粒且表面十分光滑，有助于浆体的流动[5,9,11]。

3 石膏基自流平砂浆的前景展望

石膏基自流平砂浆作为一种新材料、新技术，近些年来，室内地面使用石膏基自流平砂浆进行找平的工程也愈发增多。与水泥基自流平砂浆相比，石膏基自流平砂浆减少了水泥的用量，在生产过程中产生的污染也相对减少，在一定程度上减少了碳排放，对环境的危害小，属于绿色建筑材料。另一方面，我国脱硫石膏产量大，脱硫石膏的大量堆存不仅占用土地资源而且也会造成环境污染，因此，利用脱硫石膏制备石膏基自流平砂浆不仅可以降低成本，还可以减少环境污染，具有重要的环境效应、经济效应。除此之外，石膏基自流平砂浆因其施工便捷、工作效率高，对建筑物地面的改善效果好，因此具有广阔的发展前景[2,15]。

4 结论

⑴缓凝剂、硅灰、水泥能够减少石膏基自流平砂浆的凝结时间，细骨料颗粒粒径越小，石膏基自流平砂浆的凝结时间越短。

⑵缓凝剂、减水剂在一定程度上减弱了石膏基自流平砂浆的力学性能，且掺量越多，力学性能越差，而硅灰、水泥则有助于提升石膏基自流平砂浆的力学性能。

⑶缓凝剂、减水剂可以提高石膏基自流平砂浆的流动性，但缓凝剂掺量过高则会对流动性产生不利影响。硅灰、粉煤灰以及水泥都会提高石膏基自流平砂浆的流动性，但是矿粉则会降低石膏基自流平砂浆的流动性。

⑷石膏基自流平砂浆因其施工方便、工作效率高、对环境危害小等特点，将具有广阔的发展前景。