摘 要：　研究了硅灰對石膏基自流平砂漿物理力學性能、耐水性的影響。結(jié)果表明，摻加適量的硅灰可以改善石膏基自流平砂漿的流動性、縮短凝結(jié)時間、提高強度，且收縮率基本無變化;石膏基自流平砂漿的吸水率和軟化系數(shù)有所提高，耐水性得到改善。

　　關(guān)鍵詞：硅灰; 石膏基自流平砂漿; 物理力學性能; 耐水性;

　　0、前言

　　隨著我國經(jīng)濟的快速增長和人們居住水平的不斷提高，普遍要求提高裝修材料的功能、裝飾效果等。石膏基自流平砂漿可泵送、自流平、快硬、表面光滑、綠色環(huán)保，可滿足后期裝修飾面材料的要求，在地坪構(gòu)造中有很好的應(yīng)用前景。但強度不高、耐水性差成為其在地坪材料推廣應(yīng)用的瓶頸，因此，提高石膏基自流平砂漿的強度和耐水性是該領(lǐng)域研究的重點。

　　李晶輝等[1]介紹了石膏基自流平地面材料的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、所用的添加劑及其作用機理，探討了耐水性差等問題，并據(jù)此進行了展望;楊磊等[2]研究了無機改性劑粉煤灰和水泥、復(fù)合激發(fā)劑、有機硅防水劑對脫硫建筑石膏耐水性的影響;吳金明等[3]研究了摻入粉煤灰和水泥對脫硫石膏基自流平砂漿基本性能的影響，重點考察了對耐水性的影響，采用壓汞法測試了孔隙率及孔徑分布情況。琚誠蘭等[4]研究了水泥對石膏基自流平材料流動度、凝結(jié)時間、力學性能和耐水性的影響。

　　硅灰是鐵合金在冶煉硅鐵和工業(yè)硅時的副產(chǎn)物。硅灰中的SiO2屬于無定型物質(zhì)，活性高、顆粒細小、比表面積大，具有優(yōu)良的理化性能，廣泛應(yīng)用于混凝土、墻體材料、砂漿、地坪、化工等領(lǐng)域。

　　本文以a-半水石膏、普通硅酸鹽水泥作為主要膠凝材料，配以骨料、填料及外加劑，并摻加硅灰配制石膏基自流平砂漿，研究在不同硅灰摻量下，砂漿的物理力學性能、耐水性及作用機理[5,6]，以期為石膏基自流平砂漿的強度和耐水性改善提供科學有效的技術(shù)方案。

　　1、 試驗概況

　　1.1 、試驗原材料

　　膠凝材料：河南某公司高強石膏粉、P·O 42.5級水泥，高強石膏粉和水泥的化學成分見表1;骨料、填料：0.18～0.42 mm的石英砂、0.04 mm重質(zhì)碳酸鈣;外加劑：瓦克5010可再分散乳膠粉、酒石酸緩凝劑、羧丙基甲基纖維素保水劑、聚羧酸減水劑、有機硅油消泡劑;硅灰：鄭州某公司硅灰，化學成分見表1。

　　1.2、 試驗配比

　　石膏基自流平砂漿體系的配比為高強石膏粉、水泥、石英砂和重質(zhì)碳酸鈣。其中，水泥10%、石英砂10%、重質(zhì)碳酸鈣10%。硅灰代替部分高強石膏粉內(nèi)摻，高強石膏粉比例自70%開始，每次降低3%直至55%，同時硅灰比例從0增至15%。外加劑按砂漿體系的總質(zhì)量進行外摻，可再分散乳膠粉、緩凝劑、保水劑、減水劑、消泡劑的用量分別為1.0%、0.02%、0.5%、1.0%、0.02%。水料比為1∶0.20。

　　表1 膠凝材料和硅灰的化學成分

　　1.3、 試驗方法

　　試件制備及其物理力學性能測試：按照JC/T1023—2007《石膏基自流平砂漿》要求，將原料以確定配比加水后充分攪拌，得到均勻的料漿并成型，測定砂漿的30 min流動度損失、凝結(jié)時間、強度和收縮率。

　　耐水性測試：耐水性通常用軟化系數(shù)來表示，試件吸水飽和狀態(tài)下的抗壓強度與干燥狀態(tài)下的抗壓強度比值即為軟化系數(shù)。將兩組標準試件養(yǎng)護至28 d齡期，然后取其中一組試件浸泡于(23±2)℃蒸餾水中48 h，取出試件測試其質(zhì)量和抗壓強度，并計算吸水率和軟化系數(shù)。

　　2、 結(jié)果與討論

　　2.1、 物理力學性能

　　圖1和表2分別為硅灰摻量(0～15%)對石膏基自流平砂漿30 min流動度損失和凝結(jié)時間的影響。從圖1可以看出，當硅灰摻量從0增加到6%時，砂漿初始流動度不斷增加，幅度較大，30 min流動度損失減小;自6%增至15%，初始流動度緩慢降低，30 min流動度損失增大。由表2可知，隨著硅灰摻量的增加，初凝、終凝時間均逐漸縮短，凝結(jié)時間呈比例下降趨勢。硅灰在形成過程中，因相變受表面張力的作用，形成了非結(jié)晶相無定形圓球狀顆粒，且表面較為光滑。摻有相對少量硅灰的物料，微小的球狀體可以起到潤滑的作用，使整個石膏漿體的保水性較好，流動性提高。但是，由于硅灰具有火山灰活性，摻量持續(xù)增大時更多的水分子附著在硅灰顆粒表面，對水的吸附效果十分明顯，降低了體系內(nèi)自由水的含量，導(dǎo)致砂漿流動度降低。硅灰對水的吸附作用會導(dǎo)致初凝、終凝時間均隨硅灰摻量的增加而縮短。隨著硅灰摻量的增加，30 min流動度損失先減小后增大，凝結(jié)時間縮短，因此，適當摻加硅灰可以改善石膏基自流平砂漿的工作性。

　　圖2為硅灰摻量(0～15%)對石膏基自流平砂漿抗折、抗壓強度和拉伸黏結(jié)強度的影響。由圖2(a)、圖2(b)可知，當硅灰摻量從0增至12%時，除24 h抗折強度外，28 d抗折和24 h、28 d抗壓強度均不斷增加，增幅顯著，并在摻量12%時均達到最大值;自12%增至15%，抗折、抗壓強度均有所降低。由圖2(c)可知，砂漿的28 d拉伸黏接強度隨著硅灰摻量的增加有所提高。硅灰粒徑極小，在石膏顆粒表面以及填充于砂漿空隙中，使砂漿結(jié)構(gòu)更加密實，孔隙率降低，從而提高強度。石膏基自流平砂漿硬化后，其內(nèi)部多余水分的蒸發(fā)會在砂漿內(nèi)部形成疏松多孔的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這些網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)導(dǎo)致砂漿強度較低，耐水性較差。硅灰的加入，可以使石膏基自流平砂漿在達到相同流動度的條件下，改變石膏晶體間的接觸形態(tài)，從而提高強度、改善耐水性。隨著硅灰摻量的增加，除24 h抗折強度稍有降低之外，24 h抗壓、28 d抗折和抗壓強度均顯著增大，28 d拉伸黏結(jié)強度稍有增加。

　　硅灰摻量在0～15%范圍內(nèi)時，石膏基自流平砂漿的28 d收縮率變化較小，約為0.03%。相對于不摻硅灰的砂漿，石膏基自流平砂漿的收縮變化沒有太大波動。收縮率影響著石膏基自流平砂漿與地面的黏結(jié)力、表面變形、中層空洞和裂縫等。硅灰用于石膏基自流平砂漿，填充在砂漿空隙中，具有良好的填充效應(yīng)，有效降低干燥收縮值。

　　圖2 硅灰摻量對砂漿力學性能的影響

　　2.2、 耐水性

　　圖3為硅灰摻量(0～15%)對砂漿耐水性的影響。由圖可知，硅灰摻量逐漸增加時，石膏基自流平砂漿的吸水率呈先上升后下降的趨勢。當硅灰摻量為9%時，吸水率達到峰值0.17，隨后吸水率不斷降低。一方面硅灰水化后形成的水化產(chǎn)物具有致密性好、吸水率低的特點，填充在石膏砂漿內(nèi)部孔隙中，阻止了部分水進入材料內(nèi)部，有效降低了吸水率。另一方面，硅灰的比表面積遠大于石膏的比表面積，更多的水分子附著在硅灰顆粒表面，通過表面張力將硅灰顆粒連接起來，從而實現(xiàn)鎖水效果。

　　硅灰摻量逐漸增加時，石膏基自流平砂漿的抗壓強度和軟化系數(shù)均呈先上升后下降趨勢。當摻入6%的硅灰時，軟化系數(shù)為0.55，與不加硅灰相比，提高了15%。這主要是因為硅灰的水化產(chǎn)物難溶于水，填充在漿體內(nèi)部孔隙中，有效增加了石膏基自流平砂漿在吸水飽和狀態(tài)下的強度，從而使耐水性得到改善。但當硅灰摻量過多時，生成的水化產(chǎn)物具有膨脹性，對膠凝體系形成的結(jié)構(gòu)有破壞作用，使得軟化系數(shù)下降。綜上所述，當硅灰摻量為6%時，石膏基自流平砂漿的軟化系數(shù)達到最優(yōu)。

　　3、 結(jié)論

　　(1)適當摻加硅灰可以改善石膏基自流平砂漿的流動性，改善其工作性，但縮短凝結(jié)時間。

　　(2)隨著硅灰在石膏基自流平砂漿中摻量的增大，除24 h抗折強度稍有降低之外，24 h抗壓、28 d抗折和抗壓強度均顯著增大，且以硅灰摻量為12%較優(yōu)。

　　(3)當硅灰摻量逐漸增加時，石膏基自流平砂漿的吸水率和軟化系數(shù)呈先上升后下降的趨勢，且當硅灰摻量為6%時，石膏基自流平砂漿的耐水性達到最優(yōu)。

　　(4)綜合物理力學性能和耐水性，在10%摻量范圍內(nèi)摻加硅灰，可有效改善石膏基自流平砂漿的性能。

　　參考文獻

　　[1]李晶輝,劉兆爽,趙文杰.石膏基自流平地面材料的研究進展[J].硅酸鹽通報,2016,35(11):3587-3593.

　　[2]楊磊,井敏.脫硫建筑石膏耐水性研究[J].硅酸鹽通報,2016,35(9):2787-2792.

　　[3]吳金明,唐凱靖.脫硫石膏基自流平砂漿耐水性改善及機理研究[J].非金屬礦,2018,41(4):43-45.

　　[4]琚誠蘭,戴浩,張樹鵬,等.水泥對石膏基自流平材料性能的影響[J].材料導(dǎo)報,2016,30(4):113-117.

　　[5]陳燕,岳文海,董若蘭.石膏建筑材料[M].第二版.北京:中國建材工業(yè)出版社,2012.

　　[6]趙云龍,徐洛屹.石膏干混建材生產(chǎn)及應(yīng)用技術(shù)[M].北京:中國建材工業(yè)出版社,2016.

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