变温条件下缓凝剂对地暖用自流平砂浆性能的影响

2021-11-30范树景杭法付叶勇张庆

新型建筑材料 2021年11期

范树景，杭法付，叶勇，张庆

（浙江忠信新型建材股份有限公司杭州研发分公司，浙江杭州310052）

0 前言

普通硅酸盐水泥-铝酸盐水泥-硬石膏三元体系自流平砂浆（以下简称三元体系自流平砂浆）是一种以普通硅酸盐水泥-铝酸盐水泥-硬石膏为主要胶凝材料，加入适宜的添加剂及精选级配砂等混合而成，可用于地面找平的新型地面材料。随着建筑装饰装修工程的不断发展，自流平砂浆需求量逐渐增多，因施工便捷，常用于地暖找平系统，地暖用三元体系自流平砂浆应运而生。

缓凝剂是三元体系自流平砂浆中的常用化学外加剂，国内外学者研究了其对砂浆性能的影响，主要侧重于常温下力学性能[1-2]、凝结时间[3-6]、流动性[7-8]等方面。但变温条件下缓凝剂对砂浆性能的影响，尤其是对砂浆收缩性能的影响研究较少。

为了制备适应于地暖系统的三元体系自流平砂浆，本文对比了单掺和复掺缓凝剂时三元体系地暖自流平砂浆的性能差异，包括流动性、凝结时间和强度等性能，还研究了变温条件下，缓凝剂复掺对三元体系地暖自流平砂浆收缩率的影响。

1 试验

1.1 原材料及配比

水泥：安徽海螺水泥公司生产的P·O42.5水泥、凯诺斯生产的TCC铝酸盐水泥；硬石膏：宁波友基工贸有限公司生产；重钙：300目；精选级配石英砂；早强剂Li2CO3、消泡剂P803、纤维素醚MT400、聚羧酸减水剂2651F、可再分散乳胶粉5010N（乙烯基共聚物）：均为市售；缓凝剂：酒石酸、柠檬酸、葡萄糖酸钠、硼酸，均为市售；自来水。

三元体系地暖自流平砂浆的基础配合比如表1所示，用水量为粉料质量的22%，文中涉及的百分比均为质量百分比。

表1 三元体系地暖自流平砂浆的基础配合比 %

1.2 试验方法

流动度：按照JC/T 985—2017《地面用水泥基自流平砂浆》进行测试。

凝结时间：按照GB/T 1346—2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》进行测试。

抗压、抗折强度：按照GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》进行测试。

收缩率：按照T/SBMIA013－2020《地暖用水泥基自流平砂浆》中规定的尺寸变化率方法进行测试，拌合好砂浆，然后按JC/T 985—2017制备试件，在标准试验条件下养护1 d，测量试件长度，作为初始长度L0，到相应龄期测试长度L，计算收缩率。将试件按照如下步骤进行冷热循环试验：（1）将试件在（60±2）℃下保持24 h±20 min；（2）将试件在（23±2）℃标准养护条件下，保持24 h±20 min。重复上述冷热循环14次。在最后1次循环后取出试件，然后按JC/T 985—2017的规定进行测试计算。

2 结果与分析

2.1 缓凝剂单掺对自流平砂浆性能的影响

固定缓凝剂掺量为0.11%时，不同缓凝剂对自流平砂浆流动度、凝结时间和强度的影响如表2所示。

表2 不同缓凝剂对自流平砂浆性能的影响

由表2可见：

（1）未掺缓凝剂时，砂浆的流动度很小，只有100 mm。掺加缓凝剂后，砂浆的流动度增大，尤其是掺酒石酸的砂浆，初始流动度达到155 mm，掺其余3种缓凝剂的砂浆初始流动度也都不小于130 mm。缓凝剂种类的不同，导致砂浆的流动度损失差异较大。掺入柠檬酸和硼酸时，砂浆20 min流动度损失在10 mm以上，而掺入酒石酸和葡萄糖酸钠时，砂浆流动度损失略小。

（2）未掺缓凝剂时，砂浆的凝结时间较短，终凝时间只有40 min；掺入缓凝剂后凝结时间普遍延长，但其对砂浆的缓凝效果差异明显。其中酒石酸和柠檬酸对砂浆的缓凝效果最明显，初凝时间为225～230 min，终凝时间为285～295 min；葡萄糖酸钠的缓凝效果居中；硼酸的缓凝效果较差，砂浆的初、终凝时间分别为30、60 min。

（3）未掺缓凝剂的砂浆1 d抗压强度达到7.4 MPa，28 d抗压强度达25.3 MPa。1 d龄期时，与未掺缓凝剂的相比，掺加柠檬酸的砂浆抗压强度下降，掺其它缓凝剂的砂浆抗压强度均有不同程度的提高。28 d龄期时，掺加缓凝剂的砂浆抗压强度均较未掺加的有所降低，掺加酒石酸的砂浆28 d抗压强度仅有16.5 MPa。

（4）缓凝剂对砂浆1 d抗折强度的影响与缓凝剂的种类有很大关系，掺入葡萄糖酸钠后砂浆的1 d抗折强度略有提高，而掺入酒石酸和柠檬酸后，砂浆的1 d抗折强度有所降低；掺入4种缓凝剂均降低了砂浆的28 d抗折强度。

2.2 缓凝剂复掺对自流平砂浆性能的影响

当每种缓凝剂掺量均为0.055%时，复掺缓凝剂对自流平砂浆流动度、凝结时间和强度的影响如表3所示。

由表3可见：

表3 缓凝剂复掺对自流平砂浆流动度、凝结时间和强度的影响

（1）与表2中单掺缓凝剂相比，缓凝剂复掺对砂浆初始流动度影响相对较小，但对20 min流动度有显著影响，减小了20 min流动度损失。

（2）当复掺酒石酸和柠檬酸、酒石酸和葡萄糖酸钠时，砂浆的初凝时间和终凝时间都延长，终凝时间最长甚至达到了410 min，起到了叠加效果。当硼酸分别与酒石酸、柠檬酸和葡萄糖酸钠复掺时，在单掺硼酸缓凝剂的基础上，提高了缓凝效果，延长了凝结时间。

（3）复掺缓凝剂时，砂浆的1 d抗压强度为8.5～10.4 MPa，28 d抗压强度为18.6～25.5 MPa，与未掺缓凝剂的相比，砂浆的1 d抗压强度有所提高，28 d抗压强度略有下降。砂浆的1 d抗折强度大于2.5 MPa，28 d抗折强度为5.0～6.3 MPa。与未掺缓凝剂时相比，砂浆的1 d抗折强度有所提高，28 d抗折强度略有下降。

2.3 复掺酒石酸与葡萄糖酸钠对自流平砂浆性能的影响

2.3.1 对流动度、凝结时间和强度的影响

将酒石酸和葡萄糖酸钠按1∶1的质量比复掺，缓凝剂掺量对自流平砂浆流动度、凝结时间和强度的影响见表4。

表4 复掺酒石酸与葡萄糖酸钠掺量对自流平砂浆流动度、凝结时间和强度的影响

由表4可见：

（1）随着复掺缓凝剂掺量的增加，砂浆的初始及20 min流动度均先增大后减小，在复掺总量为0.16%时，初始及20 min流动度最大，分别为150、152 mm；当掺量超过0.16%时，20 min流动度还出现了增大的现象。

（2）随着复掺缓凝剂掺量的增加，砂浆的初、终凝时间均不断延长。尤其是掺量超过0.16%时，初凝时间达到6 h；当缓凝剂掺量进一步增大至0.20%时，9 h内未达到初凝状态，更未达到终凝状态，显然已经不符合T/SBMIA 013—2020标准对凝结时间的要求。

（3）与未掺缓凝剂的空白样相比，复掺酒石酸和葡萄糖酸钠缓凝剂后，砂浆的抗压强度普遍提高，1、28 d抗压强度随缓凝剂掺量的增加总体呈先提高后降低的趋势。复掺总量为0.16%时，砂浆的1、28 d抗压强度最高，分别为14.0、30.2 MPa。抗折强度变化规律与抗压强度类似，但复掺总量达到0.20%后，砂浆的28 d抗折强度略低于空白样。

2.3.2 收缩率

在本试验设置的变温条件下，酒石酸和葡萄糖酸钠缓凝剂复掺掺量（二者的质量比为1∶1）对自流平砂浆收缩率的影响如图1所示。

图1 复掺酒石酸和葡萄糖酸钠掺量对自流平砂浆收缩率的影响

由图1可以看出，随着龄期的延长，自流平砂浆的收缩率逐渐增大，且随着复掺缓凝剂掺量的增加，基本呈现先减小后增大的趋势，复掺总量为0.12%时，28 d收缩率最小，不到0.15%；复掺总量超过0.20%时，砂浆的收缩率比未掺时还要大。

3 机理分析

多数有机缓凝剂有表面活性，在固液界面产生吸附作用，改变固体粒子表面的亲水性，缓凝剂分子中的羟基吸附在水泥粒子表面，葡萄糖吸附在C3S表面形成吸附膜，阻碍水泥的水化过程[4，9-10]，柠檬酸在C3S表面生成不溶性的钙盐，酒石酸延缓钙矾石的形成，抑制硅酸盐的早期水化，也起到了缓凝作用[5]。缓凝剂单掺时，缓凝效果与缓凝剂的种类有很大关系，尤其是为小分子结构的缓凝剂——硼酸，缓凝效果较差，此外，还造成砂浆1 d、28 d抗压及抗折强度不同程度地降低，验证了文献[8]中提到的单掺缓凝剂种类不同对自流平砂浆强度影响的差异。

缓凝剂复掺时，凝结时间有所延长，提高了缓凝效果，另外还提高了砂浆的1 d抗压及抗折强度。随着酒石酸和葡萄糖酸钠掺量的增加，抗压、抗折强度总体呈先提高后降低的趋势，可见缓凝剂的掺量并非越多越好，存在最佳掺量。

在试验设置的变温条件下，自流平砂浆的收缩率随酒石酸和葡萄糖酸钠缓凝剂复掺掺量和龄期的变化。自流平砂浆的水化进程明显改变，尤其是在60℃养护时，促进了水泥水化，在冷热循环下，砂浆内部的孔结构有可能发生了改变，进而影响到收缩率的变化。