肖群芳，吳為群，白宇，王麗

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

0 前言

隨著裝配式結(jié)構(gòu)在民用建筑中逐漸普及，房屋裝配率逐步攀升[1]，建筑物二次結(jié)構(gòu)的墻地面抹灰找平習(xí)慣也正在發(fā)生變化：從平均施工厚度為3 cm 的水泥抹灰砂漿和地面砂漿逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槠骄┕ず穸葹? cm 的石膏砂漿。石膏砂漿作為現(xiàn)代化建筑施工的新材料，環(huán)保利廢、質(zhì)輕、保溫、阻燃，施工性能好，有利于提高房屋宜居性，其優(yōu)越性正逐步為社會(huì)所認(rèn)識(shí)。相較于水泥砂漿，石膏砂漿更綠色環(huán)保：材料耗量小、施工周期短、施工效率高[2]。十四五期間，石膏砂漿將會(huì)取代部分水泥砂漿市場(chǎng)份額，隨著水泥砂漿市場(chǎng)總值的下降，石膏砂漿的市場(chǎng)總值將顯著上升[3]。

微晶自流平砂漿作為石膏砂漿的一種，在地面系統(tǒng)中可作為各種墊層材料的找平層，發(fā)泡混凝土墊層是其中一種。發(fā)泡混凝土是北方地區(qū)典型的集保溫與找平于一體的墊層材料，輕質(zhì)、經(jīng)濟(jì)性佳、施工快、滿足北方地面保溫要求，但這種材料體積穩(wěn)定性差，強(qiáng)度以1.5 MPa 和3.0 MPa 為主，若用傳統(tǒng)的水泥基地面砂漿作為該墊層的找平層，極易出現(xiàn)開裂脫層等質(zhì)量事故。微晶自流平作為一種體積穩(wěn)定性極佳的材料，與發(fā)泡混凝土具有良好的匹配性。

微晶自流平砂漿是由高強(qiáng)石膏、建筑石膏、惰性填料、級(jí)配骨料、各種外加劑混合而成的干粉狀材料，關(guān)于其配方體系的基礎(chǔ)研究也成為了行業(yè)近年來的熱點(diǎn)：高強(qiáng)石膏與建筑石膏的互摻機(jī)理與安全使用摻量[3]，各種外加劑的功能與用量[4]，水泥、礦粉、石灰等堿性物質(zhì)在石膏產(chǎn)品中的安全添加范圍和水化產(chǎn)物研究等[5]。本文基于上述研究，重點(diǎn)研究了與發(fā)泡混凝土墊層配套的自流平配方，并針對(duì)市場(chǎng)上無砂自流平砂漿，與有砂的微晶自流平砂漿進(jìn)行了關(guān)鍵性能對(duì)比。

1 試 驗(yàn)

1.1 原材料

高強(qiáng)石膏：α-半水石膏，四川綠大地α40 產(chǎn)品，2 h 抗折強(qiáng)度5.6 MPa，2 h 抗壓強(qiáng)度16.1 MPa；β-半水石膏：唐山凱捷脫硫石膏制品有限公司，2 h 抗折強(qiáng)度3.3 MPa，2 h 抗壓強(qiáng)度7.0 MPa；重鈣：河北宏鑫礦業(yè)的325 目重鈣，325 目篩余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；級(jí)配細(xì)砂：唐山市豐潤區(qū)潤騰建筑垃圾回收處理有限公司的40～140 目水洗砂，0.6 mm 篩上≤1%，0.15 mm 篩上54%，0.075 mm 篩下≤1%；緩凝劑：北京龍湖科技有限公司的Plaster Retard PE 石膏緩凝劑；減水劑：西卡（中國）有限公司的540P 高效減水劑；消泡劑：北京龍湖科技有限公司的P841；纖維素醚：赫克力士天普的MHPC400。

1.2 試驗(yàn)方法

軟化系數(shù)：按照GB/T 20473—2006《建筑保溫砂漿》進(jìn)行測(cè)試，但浸水強(qiáng)度試件的養(yǎng)護(hù)齡期為標(biāo)養(yǎng)14 d 后烘至絕干，然后水中浸泡時(shí)間為24 h，在出水后的0.5 h 內(nèi)完成強(qiáng)度測(cè)試。

24 h 尺寸穩(wěn)定性：采用史萊賓格接觸式收縮槽測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)試。

抗沖擊性能：參照J(rèn)C/T 985—2017《地面用水泥基自流平砂漿》進(jìn)行測(cè)試。

其余性能均按照J(rèn)C/T 1023—2020《石膏基自流平砂漿》的方法進(jìn)行測(cè)試。

2 微晶自流平砂漿的應(yīng)用研究

微晶自流平在民用建筑中逐漸被認(rèn)可，與其綜合造價(jià)低于水泥自流平砂漿分不開。本文基于對(duì)自流平多年的研發(fā)與應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，以自流平的流動(dòng)度和凝結(jié)時(shí)間固定了各種外加劑的用量，并將水泥用量固定為5%，觀察其他材料對(duì)自流平耐水性的影響，各種材料組成見表1。為了簡化研究，本文主要以應(yīng)用較多的G12～G25 自流平為研究對(duì)象，重點(diǎn)探討不同石膏種類和用量、骨料用量對(duì)自流平砂漿性能的影響。

表1 不同配比的微晶自流平原材料組成 %

為降低建筑地面找平系統(tǒng)綜合單價(jià)，目前業(yè)內(nèi)主要采用2 種做法：一是用建筑石膏全部或部分取代高強(qiáng)石膏，降低微晶自流平的原材料成本，從而能降低材料單價(jià)；二是減少骨料用量以降低材料干容重，達(dá)到降低材料造價(jià)的目的。這2 種方法都需要增大脫硫石膏用量，結(jié)合表1 和表2 中2#～5#的組成和流動(dòng)性能可以看出，建筑石膏粉用量越大，相同流動(dòng)狀態(tài)下減水劑越多、需水量也越大，24 h 強(qiáng)度隨之降低，軟化系數(shù)也呈下降趨勢(shì)。采用建筑石膏作為主要膠凝材料的產(chǎn)品，在經(jīng)濟(jì)成本受控前提下，絕干抗壓強(qiáng)度均未超過20 MPa。用高強(qiáng)石膏作為主要膠凝材料的2#，力學(xué)性能可達(dá)到G25 的要求，但高強(qiáng)石膏單價(jià)高，導(dǎo)致自流平的原材料成本優(yōu)勢(shì)不大，以高強(qiáng)石膏為主要膠凝材料的自流平成本甚至?xí)^水泥基自流平墊層的造價(jià)，經(jīng)濟(jì)性能不佳。

表2 微晶自流平砂漿技術(shù)性能匯總

為了降低材料干體積密度、減少材料單耗，是無砂自流平取代有砂自流平的原因。對(duì)比5#和1#～4#有砂自流平的各項(xiàng)性能：無砂自流平在外加劑的改性下，工作性能可以滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，但加水量增長明顯，導(dǎo)致干燥硬化的自流平內(nèi)部結(jié)構(gòu)不密實(shí)，孔隙率增加，軟化系數(shù)偏低；加水量達(dá)到48%的5#無砂配方，塑性階段從微膨脹到明顯收縮，絕干時(shí)收縮率為0.11%，已經(jīng)接近了水泥砂漿的收縮值，從材性角度埋下了產(chǎn)品在應(yīng)用中的開裂隱患。

目前，無砂自流平因?yàn)檫B工帶料的綜合造價(jià)低，在“低價(jià)中標(biāo)”的時(shí)代推廣較快。無砂自流平推廣的快，出現(xiàn)的問題也多：其在施工完成7 d 左右出現(xiàn)開裂；完工地面遭遇二次泡水后，表層強(qiáng)度顯著降低、顏色變化等。這些問題將導(dǎo)致地面系統(tǒng)耐久性下降，易引發(fā)木地板冒灰變形、地膠空鼓等頑疾。

3 微晶自流平在發(fā)泡混凝土墊層上的應(yīng)用

發(fā)泡混凝土作為墊層材料起源于2008 年，隨著黏土陶粒逐步被淘汰、細(xì)石混凝土的造價(jià)逐漸攀升，亟需一種經(jīng)濟(jì)性能佳，施工厚度能在4～20 cm 之間變化，導(dǎo)熱系數(shù)低于傳統(tǒng)混凝土、具備一定保溫性能的墊層材料，采用?；⒅榛蛘哒渲閹r為輕骨料、采用物理發(fā)泡的輕質(zhì)混凝土逐漸走向市場(chǎng)。不含輕集料的發(fā)泡混凝土在泵送性和流動(dòng)性上均顯著優(yōu)于含?；⒅榛蛘哒渲閹r類輕集料的材料，而且基本不會(huì)出現(xiàn)輕基料因?yàn)樯细‘a(chǎn)生的分層，此類發(fā)泡混凝土在平均厚度不超過100 mm 時(shí)，5 人每天可以完成近2000 m2的施工面積。不含輕集料的發(fā)泡混凝土成為了民用住宅地面墊層的主要做法，?；⒅楹驼渲閹r成為了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理驗(yàn)收的擺設(shè)。

發(fā)泡混凝土以氣泡取代骨料，來消化水泥水化過程中產(chǎn)生的應(yīng)力，但氣泡壁的強(qiáng)度低，對(duì)干縮應(yīng)力的消化能力弱，導(dǎo)致發(fā)泡混凝土極易開裂。發(fā)泡得當(dāng)、水泥摻量超過400 kg/m3的發(fā)泡混凝土，在施工完畢5～7 d 后出現(xiàn)裂紋并逐漸發(fā)展是普遍現(xiàn)象。發(fā)泡混凝土施工完畢1 個(gè)月左右，地面上會(huì)出現(xiàn)長度超過100 mm、縫寬不低于0.5 mm 的有害裂縫，這是由發(fā)泡混凝土材性決定的，無法改變。

為阻斷發(fā)泡混凝土裂縫發(fā)展、降低開裂產(chǎn)生的視覺沖擊，施工單位采用了表面糙化、水泥漿遮蓋表面等諸多方法，也是治標(biāo)不治本。圖1 匯總了發(fā)泡混凝土的表觀狀態(tài)、施工現(xiàn)場(chǎng)的抗裂措施、發(fā)泡混凝土的典型裂紋等。

圖1 發(fā)泡混凝土基層存在問題

圖1（a）為發(fā)泡混凝土的多孔結(jié)構(gòu)，圖1（b）、圖1（c）、圖1（e）為采用了表面人為劃痕糙化處理的發(fā)泡混凝土，從細(xì)部和整體都可以看出：在發(fā)泡混凝土表面進(jìn)行劃痕處理、以阻斷裂縫發(fā)展的辦法，阻止不了發(fā)泡混凝土本體中裂縫的發(fā)展，并逐漸由本體傳導(dǎo)到表面開裂。圖1（e）為在發(fā)泡混凝土表面用水泥漿進(jìn)行美化處理，14 d 后出現(xiàn)空鼓開裂等更為嚴(yán)重的問題。

針對(duì)這種墊層材料，傳統(tǒng)的水泥基地面砂漿做找平層后，水泥砂漿的收縮率一般在0.1%～0.3%，體積穩(wěn)定性不佳，墊層收縮產(chǎn)生的應(yīng)力傳導(dǎo)至找平層后，找平層仍然會(huì)開裂。地面砂漿無法解決發(fā)泡混凝土墊層開裂，不少施工單位將墻面用薄層水泥抗裂抹灰砂漿+玻纖網(wǎng)格布做法用在發(fā)泡混凝土表面做找平層，這種做法的抗開裂性能會(huì)提高，但抗裂砂漿的強(qiáng)度和耐磨性差，且薄層無法形成對(duì)墊層的保護(hù)作用，這種地面系統(tǒng)在每天經(jīng)歷人員走動(dòng)、推車重載經(jīng)過等外力作用下，很快出現(xiàn)表面磨損、網(wǎng)格布裸露、發(fā)泡混凝土破碎的嚴(yán)重問題。

要解決發(fā)泡混凝土墊層裂紋不向找平層傳導(dǎo)這一問題，需要配套膨脹收縮受控的找平層材料，以建筑石膏和高強(qiáng)石膏為膠凝材料的微晶自流平具備了這個(gè)特性：配方合理的微晶自流平呈現(xiàn)出微膨脹的特性，絕干狀態(tài)的尺寸變化率均低于0.01%，與水泥砂漿的體積變化相比，小了2 個(gè)數(shù)量級(jí)。

微晶自流平與發(fā)泡混凝土配套時(shí)，微晶自流平的強(qiáng)度標(biāo)號(hào)和施工厚度決定著體系的抗開裂性能。本文結(jié)合工程實(shí)際應(yīng)用情況和實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，發(fā)現(xiàn)地面系統(tǒng)的抗沖擊性能與地面系統(tǒng)抗開裂性正向相關(guān)：系統(tǒng)能承受的抗沖擊能量越高，系統(tǒng)在后期出現(xiàn)開裂的風(fēng)險(xiǎn)越?。坏孛嫦到y(tǒng)若能通過5 J 測(cè)試，該系統(tǒng)做法在實(shí)際應(yīng)用中長達(dá)12 個(gè)月也未見到有害裂縫的普遍發(fā)展?？箾_擊測(cè)試結(jié)果還顯示：不同強(qiáng)度標(biāo)號(hào)的微晶自流平找平層，達(dá)到相同抗沖擊性能時(shí)，在施工厚度上區(qū)別不明顯；但微晶自流平的施工厚度顯著影響著其抗沖擊性能，施工厚度在5 mm 時(shí)，系統(tǒng)的抗沖擊強(qiáng)度低于3 J；施工厚度達(dá)到10 mm 時(shí)，系統(tǒng)的抗沖擊強(qiáng)度可以達(dá)到5 J。

圖2 為微晶自流平與發(fā)泡混凝土基層配套找平的施工圖片。圖2（a）為對(duì)發(fā)泡混凝土基層進(jìn)行水潤濕封閉處理完畢，準(zhǔn)備施工微晶自流平的基層狀態(tài)；圖2（b）為在圖2（a）上進(jìn)行微晶自流平施工完畢、地面開放使用時(shí)的效果，地面平整度達(dá)到（3000±3）mm 的順平驗(yàn)收要求；該地面施工完畢的3 個(gè)月內(nèi)，在非陽光爆曬的地方?jīng)]有可見裂縫，順利通過項(xiàng)目驗(yàn)收。圖2（c）為采用丙烯酸乳液型界面劑對(duì)發(fā)泡混凝土封閉后，因基層疏松多孔、界面劑成膜不完整，導(dǎo)致微晶自流平施工完畢后墊層內(nèi)空氣冒出表面，硬化后形成凹坑缺陷。微晶自流平做發(fā)泡混凝土的找平層時(shí)，建議以清水封閉基層、施工厚度不低于1 cm 為宜。

圖2 微晶自流平砂漿施工效果

4 結(jié)論

（1）以高強(qiáng)石膏、建筑石膏為膠凝材料的自流平，砂子是不可或缺的組成部分。無砂自流平開裂風(fēng)險(xiǎn)較大，體積穩(wěn)定性不如有砂自流平；無砂自流平在實(shí)際使用工況中（非絕干狀態(tài)）強(qiáng)度保留率弱于有砂自流平，施工完畢的地面在二次遇水后容易出現(xiàn)表面強(qiáng)度顯著下降、在工地交叉作業(yè)中易受損等問題，不宜推廣無砂自流平。

（2）干縮大、強(qiáng)度低的發(fā)泡混凝土因?yàn)樵靸r(jià)低、施工效率高，已經(jīng)成為北方地區(qū)民用建筑的主要墊層材料，當(dāng)前配套的水泥地面砂漿或薄層抗裂砂漿導(dǎo)致地面系統(tǒng)質(zhì)量問題頻出。本文結(jié)合材料性能和實(shí)際應(yīng)用效果，論證了微晶自流平是發(fā)泡混凝土墊層在民用建筑干區(qū)（非廚衛(wèi)間）配套性佳的找平層材料，微晶自流平的尺寸變化率比水泥砂漿小了2 個(gè)數(shù)量級(jí)，能較好抵抗墊層收縮變形產(chǎn)生的應(yīng)力，抗開裂性好。

（3）從彈性模量相匹配的角度出發(fā)，與M1.5 和M3.0 發(fā)泡混凝土配套的微晶自流平砂漿強(qiáng)度等級(jí)以G12 和G16 為宜，施工厚度不得低于10 mm。

（4）微晶自流平砂漿與發(fā)泡混凝土配套時(shí)，采用清水封閉基層效果優(yōu)于乳液封閉。