膨胀剂对水泥基自流平砂浆性能影响的研究

蔡良飞 周天正 孙奇超 孔金鸣 柯伟席

（武汉三源特种建材有限责任公司，湖北 武汉 430083）

0 引言

水泥基自流平砂浆是20世纪70、80年代发展起来的新型建筑地面找平材料，具有流动性好、易于施工、流平速度快、省时、流平层厚度薄、地面平整度高、抗压强度大等优点，极大地满足了新型建筑对基层的高要求[1]，并适用于地面的修补和装修等工程，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[2]。

水泥基自流平砂浆在使用过程中，会面临水化硬化后失去毛细孔内的水分而导致体积收缩的现象[3]。砂浆的收缩可通过延长养护时间、降低水灰比、掺入纤维、掺加减缩剂等措施来有效抑制[4]，掺入膨胀剂是抑制或补偿收缩的广泛认可的措施[5]。

本文用3种不同体系的膨胀剂取代部分普通硅酸盐水泥，研究不同体系膨胀剂对水泥基自流平砂浆流动度、抗压抗折强度及尺寸变化率的影响。

1 原材料和试验内容

1.1 原材料

（1）水泥：华新P·O42.5R水泥，宜城安达R·SAC42.5水泥；

（2）硬石膏粉：市售硬石膏粉；

（3）膨胀剂：武汉三源特种建材有限责任公司生产的氧化钙膨胀剂(EA2)和氧化镁膨胀剂(MAC-M)；

（4）砂：40~70目和70~140目石英砂；

（5）外加剂：兆佳粉状聚羧酸减水剂，羟甲基丙基纤维素醚，兆佳D130消泡剂。水泥物理性能指标见表1，膨胀剂化学成分见表2。

表1 水泥物理性能指标

表2 膨胀剂化学成分

1.2 主要试验方法

流动度测试：水泥基自流平砂浆的初始流动度及20min流动度按《地面用水泥基自流平砂浆》（JC/T 985-2005）规定的方法进行。

力学性能测试：水泥基自流平砂浆的抗折、抗压强度按《水泥胶砂强度检验方法》（GB/T 17671-1999）规定的方法进行。将试块放入温度（23±2）℃、相对湿度（50±5）%的环境中养护至1d、28d时测量其抗折、抗压强度。

尺寸变化率：水泥基自流平砂浆的尺寸变化率按《地面用水泥基自流平砂浆》（JC/T 985-2005）规定的方法进行。在温度（23±2）℃、相对湿度（50±5）%的环境中放置24h后脱模、编号、标明测试方向，脱模后30min内按标明的测试方向测定试件长度，即为试件的初始长度。然后将试件在温度（23±2）℃、相对湿度（50±5）%的环境中放置3d、7d、14d、21d、28d后，按标明的测试方向测定试件长度，即为对应龄期自然干燥后长度。

1.3 试验配合比

3种不同体系的膨胀剂取代部分普通硅酸盐水泥，膨胀剂的取代量分别为2%、4%和6%，外加剂为上述多种外加剂复合而成。固定水料比为0.2，按《地面用水泥基自流平砂浆》（JC/T 985-2005）中规定的搅拌方式进行搅拌。然后对试样进行流动度、力学性能和尺寸变化率的测试，研究膨胀剂对面层水泥基自流平砂浆性能的影响。试验配合比见表3。

表3 水泥基自流平砂浆配合比

2 实验结果及分析

2.1 不同体系膨胀剂对水泥基自流平砂浆流动度的影响

不同体系膨胀剂对水泥基自流平砂浆流动度的影响见图1、图2。

图1 不同体系膨胀剂对水泥基自流平砂浆初始流动度的影响

图2 不同体系膨胀剂对水泥基自流平砂浆20min流动度的影响

从中可以看出，随着石膏与氧化钙膨胀剂掺量的增加，水泥基自流平砂浆初始流动度以及20min流动度均无明显变化；随着氧化镁膨胀剂掺量的增加，水泥基自流平砂浆的初始流动度以及20min流动度呈现逐渐减小的趋势，这是因为石膏及氧化钙膨胀剂的比表面积与普通硅酸盐水泥相当，需水量接近，而氧化镁膨胀剂在生产时细度较小，比表面积较大，使浆体中空隙更大，需水量显著增加而致。

2.2 不同体系膨胀剂对水泥基自流平砂浆力学性能的影响

不同体系膨胀剂对水泥基自流平砂浆力学性能的影响见表4，由表4可得出，随着膨胀剂掺量的增加，水泥基自流平砂浆的1d及28d的抗折、抗压强度均逐渐减小。原因为：（1）膨胀剂等量取代水泥掺入，水泥的掺量就会等量减少，水泥水化产物的生成量也会减少，进而导致强度的降低；（2）试件内部的某些薄弱区会因过大的膨胀能产生微裂缝或应力集中，一定程度上导致强度的降低。

表4 不同体系膨胀剂对水泥基自流平砂浆力学性能的影响

2.3 不同体系膨胀剂对水泥基自流平砂浆尺寸变化率的影响

不同体系膨胀剂对水泥基自流平砂浆尺寸变化率的影响分别见图3、图4、图5。

图3 石膏掺量对水泥基自流平砂浆尺寸变化率的影响

图5 氧化镁膨胀剂掺量对水泥基自流平砂浆尺寸变化率的影响

如图3所示，随着石膏掺量的增加，水泥基自流平砂浆的尺寸变化率逐渐减小。且随着龄期的延长，水泥基自流平砂浆的尺寸变化率逐渐增大，在28d左右趋于稳定。这是因为石膏会与水泥水化后的产物反应生成钙矾石，一方面生成的钙矾石能提高水化产物的密实程度，改善过渡区的微观结构；另一方面生成的钙矾石体积相较于之前固相体积增大了120%。

如图4所示，随着氧化钙膨胀剂掺量的增加，水泥基自流平砂浆的尺寸变化率先减小后增大。随着龄期的延长，在2%及4%掺量下，水泥基自流平砂浆的尺寸变化率逐渐增大；但在6%掺量下，尺寸变化率先减小后增大。氧化钙膨胀剂补偿收缩效果明显优于石膏，且在6%掺量下已经开始膨胀。这是因为氧化钙膨胀剂中含有氢氧化钙，就无需借助水泥水化产物，氢氧化钙即可与无水硫铝酸钙反应生成钙矾石，且在14d后水化程度进一步增大。

图4 氧化钙膨胀剂掺量对水泥基自流平砂浆尺寸变化率的影响

如图5所示，随着氧化镁膨胀剂掺量增加，水泥基自流平砂浆的尺寸变化率逐渐减小。随着龄期的延长，水泥基自流平砂浆的尺寸变化率逐渐增大，在7d后趋于稳定。这是因为氧化镁膨胀剂水化速率慢，需水量少，水化速率慢但能持续进行，早期的膨胀速率不高，膨胀不大但能持续稳定产生膨胀多达十几年，总膨胀量较大。

3 结束语

（1）石膏对水泥基自流平砂浆的流动度影响不大，掺加石膏会降低水泥基自流平砂浆的强度以及尺寸变化率，石膏对比氧化钙膨胀剂和氧化镁膨胀剂，对尺寸变化率的影响最大。

（2）氧化钙膨胀剂对水泥基自流平砂浆的流动度影响不大，但氧化钙膨胀剂对强度的影响最为明显，但依旧满足JC/T 985-2005中的性能指标，且对比石膏及氧化镁膨胀剂，氧化钙膨胀剂对降低干燥收缩有优势，4%掺量最为合适。

（3）氧化镁膨胀剂在6%掺量下比2%掺量下流动度降低了9.4%，随着掺量增加，水泥基自流平砂浆的强度降低，尺寸变化率略有升高。

（4）综合考虑，最佳膨胀剂是掺量为4%的氧化钙膨胀剂，可得到流动度满足要求、力学性能优异且表面无开裂的面层水泥基自流平砂浆。