微晶自流平砂浆的研制与应用

肖群芳，吴为群，白宇，王丽

[1.北新集团建材股份有限公司，北京 100000；2.汉德中材（北京）科技有限公司，北京 100012]

0 前言

随着装配式结构在民用建筑中逐渐普及，房屋装配率逐步攀升[1]，建筑物二次结构的墙地面抹灰找平习惯也正在发生变化：从平均施工厚度为3 cm 的水泥抹灰砂浆和地面砂浆逐渐转变为平均施工厚度为1 cm 的石膏砂浆。石膏砂浆作为现代化建筑施工的新材料，环保利废、质轻、保温、阻燃，施工性能好，有利于提高房屋宜居性，其优越性正逐步为社会所认识。相较于水泥砂浆，石膏砂浆更绿色环保：材料耗量小、施工周期短、施工效率高[2]。十四五期间，石膏砂浆将会取代部分水泥砂浆市场份额，随着水泥砂浆市场总值的下降，石膏砂浆的市场总值将显著上升[3]。

微晶自流平砂浆作为石膏砂浆的一种，在地面系统中可作为各种垫层材料的找平层，发泡混凝土垫层是其中一种。发泡混凝土是北方地区典型的集保温与找平于一体的垫层材料，轻质、经济性佳、施工快、满足北方地面保温要求，但这种材料体积稳定性差，强度以1.5 MPa 和3.0 MPa 为主，若用传统的水泥基地面砂浆作为该垫层的找平层，极易出现开裂脱层等质量事故。微晶自流平作为一种体积稳定性极佳的材料，与发泡混凝土具有良好的匹配性。

微晶自流平砂浆是由高强石膏、建筑石膏、惰性填料、级配骨料、各种外加剂混合而成的干粉状材料，关于其配方体系的基础研究也成为了行业近年来的热点：高强石膏与建筑石膏的互掺机理与安全使用掺量[3]，各种外加剂的功能与用量[4]，水泥、矿粉、石灰等碱性物质在石膏产品中的安全添加范围和水化产物研究等[5]。本文基于上述研究，重点研究了与发泡混凝土垫层配套的自流平配方，并针对市场上无砂自流平砂浆，与有砂的微晶自流平砂浆进行了关键性能对比。

1 试 验

1.1 原材料

高强石膏：α-半水石膏，四川绿大地α40 产品，2 h 抗折强度5.6 MPa，2 h 抗压强度16.1 MPa；β-半水石膏：唐山凯捷脱硫石膏制品有限公司，2 h 抗折强度3.3 MPa，2 h 抗压强度7.0 MPa；重钙：河北宏鑫矿业的325 目重钙，325 目筛余0.5%，白度90%；普硅水泥：唐山泓泰水泥有限公司的P·O42.5 水泥；级配细砂：唐山市丰润区润腾建筑垃圾回收处理有限公司的40～140 目水洗砂，0.6 mm 筛上≤1%，0.15 mm 筛上54%，0.075 mm 筛下≤1%；缓凝剂：北京龙湖科技有限公司的Plaster Retard PE 石膏缓凝剂；减水剂：西卡（中国）有限公司的540P 高效减水剂；消泡剂：北京龙湖科技有限公司的P841；纤维素醚：赫克力士天普的MHPC400。

1.2 试验方法

软化系数：按照GB/T 20473—2006《建筑保温砂浆》进行测试，但浸水强度试件的养护龄期为标养14 d 后烘至绝干，然后水中浸泡时间为24 h，在出水后的0.5 h 内完成强度测试。

24 h 尺寸稳定性：采用史莱宾格接触式收缩槽测试仪进行测试。

抗冲击性能：参照JC/T 985—2017《地面用水泥基自流平砂浆》进行测试。

其余性能均按照JC/T 1023—2020《石膏基自流平砂浆》的方法进行测试。

2 微晶自流平砂浆的应用研究

微晶自流平在民用建筑中逐渐被认可，与其综合造价低于水泥自流平砂浆分不开。本文基于对自流平多年的研发与应用经验，以自流平的流动度和凝结时间固定了各种外加剂的用量，并将水泥用量固定为5%，观察其他材料对自流平耐水性的影响，各种材料组成见表1。为了简化研究，本文主要以应用较多的G12～G25 自流平为研究对象，重点探讨不同石膏种类和用量、骨料用量对自流平砂浆性能的影响。

表1 不同配比的微晶自流平原材料组成 %

为降低建筑地面找平系统综合单价，目前业内主要采用2 种做法：一是用建筑石膏全部或部分取代高强石膏，降低微晶自流平的原材料成本，从而能降低材料单价；二是减少骨料用量以降低材料干容重，达到降低材料造价的目的。这2 种方法都需要增大脱硫石膏用量，结合表1 和表2 中2#～5#的组成和流动性能可以看出，建筑石膏粉用量越大，相同流动状态下减水剂越多、需水量也越大，24 h 强度随之降低，软化系数也呈下降趋势。采用建筑石膏作为主要胶凝材料的产品，在经济成本受控前提下，绝干抗压强度均未超过20 MPa。用高强石膏作为主要胶凝材料的2#，力学性能可达到G25 的要求，但高强石膏单价高，导致自流平的原材料成本优势不大，以高强石膏为主要胶凝材料的自流平成本甚至会超过水泥基自流平垫层的造价，经济性能不佳。

表2 微晶自流平砂浆技术性能汇总

为了降低材料干体积密度、减少材料单耗，是无砂自流平取代有砂自流平的原因。对比5#和1#～4#有砂自流平的各项性能：无砂自流平在外加剂的改性下，工作性能可以满足标准要求，但加水量增长明显，导致干燥硬化的自流平内部结构不密实，孔隙率增加，软化系数偏低；加水量达到48%的5#无砂配方，塑性阶段从微膨胀到明显收缩，绝干时收缩率为0.11%，已经接近了水泥砂浆的收缩值，从材性角度埋下了产品在应用中的开裂隐患。

目前，无砂自流平因为连工带料的综合造价低，在“低价中标”的时代推广较快。无砂自流平推广的快，出现的问题也多：其在施工完成7 d 左右出现开裂；完工地面遭遇二次泡水后，表层强度显著降低、颜色变化等。这些问题将导致地面系统耐久性下降，易引发木地板冒灰变形、地胶空鼓等顽疾。

3 微晶自流平在发泡混凝土垫层上的应用

发泡混凝土作为垫层材料起源于2008 年，随着黏土陶粒逐步被淘汰、细石混凝土的造价逐渐攀升，亟需一种经济性能佳，施工厚度能在4～20 cm 之间变化，导热系数低于传统混凝土、具备一定保温性能的垫层材料，采用玻化微珠或者珍珠岩为轻骨料、采用物理发泡的轻质混凝土逐渐走向市场。不含轻集料的发泡混凝土在泵送性和流动性上均显著优于含玻化微珠或者珍珠岩类轻集料的材料，而且基本不会出现轻基料因为上浮产生的分层，此类发泡混凝土在平均厚度不超过100 mm 时，5 人每天可以完成近2000 m2的施工面积。不含轻集料的发泡混凝土成为了民用住宅地面垫层的主要做法，玻化微珠和珍珠岩成为了现场监理验收的摆设。

发泡混凝土以气泡取代骨料，来消化水泥水化过程中产生的应力，但气泡壁的强度低，对干缩应力的消化能力弱，导致发泡混凝土极易开裂。发泡得当、水泥掺量超过400 kg/m3的发泡混凝土，在施工完毕5～7 d 后出现裂纹并逐渐发展是普遍现象。发泡混凝土施工完毕1 个月左右，地面上会出现长度超过100 mm、缝宽不低于0.5 mm 的有害裂缝，这是由发泡混凝土材性决定的，无法改变。

为阻断发泡混凝土裂缝发展、降低开裂产生的视觉冲击，施工单位采用了表面糙化、水泥浆遮盖表面等诸多方法，也是治标不治本。图1 汇总了发泡混凝土的表观状态、施工现场的抗裂措施、发泡混凝土的典型裂纹等。

图1 发泡混凝土基层存在问题

图1（a）为发泡混凝土的多孔结构，图1（b）、图1（c）、图1（e）为采用了表面人为划痕糙化处理的发泡混凝土，从细部和整体都可以看出：在发泡混凝土表面进行划痕处理、以阻断裂缝发展的办法，阻止不了发泡混凝土本体中裂缝的发展，并逐渐由本体传导到表面开裂。图1（e）为在发泡混凝土表面用水泥浆进行美化处理，14 d 后出现空鼓开裂等更为严重的问题。

针对这种垫层材料，传统的水泥基地面砂浆做找平层后，水泥砂浆的收缩率一般在0.1%～0.3%，体积稳定性不佳，垫层收缩产生的应力传导至找平层后，找平层仍然会开裂。地面砂浆无法解决发泡混凝土垫层开裂，不少施工单位将墙面用薄层水泥抗裂抹灰砂浆+玻纤网格布做法用在发泡混凝土表面做找平层，这种做法的抗开裂性能会提高，但抗裂砂浆的强度和耐磨性差，且薄层无法形成对垫层的保护作用，这种地面系统在每天经历人员走动、推车重载经过等外力作用下，很快出现表面磨损、网格布裸露、发泡混凝土破碎的严重问题。

要解决发泡混凝土垫层裂纹不向找平层传导这一问题，需要配套膨胀收缩受控的找平层材料，以建筑石膏和高强石膏为胶凝材料的微晶自流平具备了这个特性：配方合理的微晶自流平呈现出微膨胀的特性，绝干状态的尺寸变化率均低于0.01%，与水泥砂浆的体积变化相比，小了2 个数量级。

微晶自流平与发泡混凝土配套时，微晶自流平的强度标号和施工厚度决定着体系的抗开裂性能。本文结合工程实际应用情况和实验室测试，发现地面系统的抗冲击性能与地面系统抗开裂性正向相关：系统能承受的抗冲击能量越高，系统在后期出现开裂的风险越小；地面系统若能通过5 J 测试，该系统做法在实际应用中长达12 个月也未见到有害裂缝的普遍发展。抗冲击测试结果还显示：不同强度标号的微晶自流平找平层，达到相同抗冲击性能时，在施工厚度上区别不明显；但微晶自流平的施工厚度显著影响着其抗冲击性能，施工厚度在5 mm 时，系统的抗冲击强度低于3 J；施工厚度达到10 mm 时，系统的抗冲击强度可以达到5 J。

图2 为微晶自流平与发泡混凝土基层配套找平的施工图片。图2（a）为对发泡混凝土基层进行水润湿封闭处理完毕，准备施工微晶自流平的基层状态；图2（b）为在图2（a）上进行微晶自流平施工完毕、地面开放使用时的效果，地面平整度达到（3000±3）mm 的顺平验收要求；该地面施工完毕的3 个月内，在非阳光爆晒的地方没有可见裂缝，顺利通过项目验收。图2（c）为采用丙烯酸乳液型界面剂对发泡混凝土封闭后，因基层疏松多孔、界面剂成膜不完整，导致微晶自流平施工完毕后垫层内空气冒出表面，硬化后形成凹坑缺陷。微晶自流平做发泡混凝土的找平层时，建议以清水封闭基层、施工厚度不低于1 cm 为宜。

图2 微晶自流平砂浆施工效果

4 结论

（1）以高强石膏、建筑石膏为胶凝材料的自流平，砂子是不可或缺的组成部分。无砂自流平开裂风险较大，体积稳定性不如有砂自流平；无砂自流平在实际使用工况中（非绝干状态）强度保留率弱于有砂自流平，施工完毕的地面在二次遇水后容易出现表面强度显著下降、在工地交叉作业中易受损等问题，不宜推广无砂自流平。

（2）干缩大、强度低的发泡混凝土因为造价低、施工效率高，已经成为北方地区民用建筑的主要垫层材料，当前配套的水泥地面砂浆或薄层抗裂砂浆导致地面系统质量问题频出。本文结合材料性能和实际应用效果，论证了微晶自流平是发泡混凝土垫层在民用建筑干区（非厨卫间）配套性佳的找平层材料，微晶自流平的尺寸变化率比水泥砂浆小了2 个数量级，能较好抵抗垫层收缩变形产生的应力，抗开裂性好。

（3）从弹性模量相匹配的角度出发，与M1.5 和M3.0 发泡混凝土配套的微晶自流平砂浆强度等级以G12 和G16 为宜，施工厚度不得低于10 mm。

（4）微晶自流平砂浆与发泡混凝土配套时，采用清水封闭基层效果优于乳液封闭。