王先榮 王 勇 楊小青 趙 正 占 瀅

住房城鄉(xiāng)建設(shè)部在《建筑業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中指出，制定新建建筑全裝修交付的鼓勵(lì)政策，提高新建住宅全裝修成品交付比例，為用戶提供標(biāo)準(zhǔn)化，高品質(zhì)服務(wù)。全裝修時(shí)代對(duì)安全、美觀、舒適的裝修質(zhì)量要求越來越高[1]。室內(nèi)地面混凝土澆筑后，平整度存在較大誤差，采用普通水泥砂漿進(jìn)行找平，存在空鼓、開裂等質(zhì)量缺陷，而自流平砂漿則具有較好的施工可控性[2]，可以達(dá)到地面工程的高平整度、高強(qiáng)度并且減少空鼓。自流平砂漿是近年發(fā)展較快的一種地面找平材料，屬于特種砂漿，由膠凝材料、細(xì)骨料及外加劑組成，加水拌和后具有良好的流動(dòng)性，施工工藝簡單，裝飾效果良好。由于自流平建筑材料的發(fā)展及施工工藝的改善，自流平砂漿由原來用于體育場館、車間等大型場所逐步擴(kuò)展到家裝市場，并越來越受到人們的重視，具有較大的市場潛力[3]。此外，隨著建筑施工機(jī)械化和智能化的提高，自流平砂漿在全裝修時(shí)代有著巨大的應(yīng)用前景。因此，對(duì)室內(nèi)裝飾自流平砂漿性能進(jìn)行研究具有重要意義。

1 室內(nèi)裝修自流平砂漿流變性能分析

自流平砂漿地坪施工的時(shí)候，砂漿由流態(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)化，在外力作用下，自流平砂漿隨時(shí)間變化而發(fā)生形態(tài)變化[4]。膠凝材料水化過程到凝結(jié)成固體的過程，包含物理和化學(xué)變化，主要有彈性、流變性、塑性、屈服應(yīng)力、觸變性、塑性黏度等變化，砂漿性能的一系列變化過程影響到砂漿硬化后的微觀結(jié)構(gòu)及使用中自流平砂漿地面的耐久性、強(qiáng)度、耐磨性及美觀性[5]。

1.1 礦物摻合料對(duì)自流平砂漿流變性能的影響

1.1.1 粉煤灰對(duì)自流平砂漿流變性能的影響

粉煤灰顆粒在自流平砂漿中起到“形態(tài)效應(yīng)”和“微集料效應(yīng)”[6]。粉煤灰的顆粒表面呈圓球狀，對(duì)自流平砂漿起“潤滑作用”，粉煤灰顆粒粒徑較小，所以在砂漿中起到一定的級(jí)配作用，能提高新拌砂漿的流動(dòng)性。但粉煤灰具有含碳量高、比表面積大、密度小的特點(diǎn)，當(dāng)粉煤灰摻入較多時(shí)，粉煤灰表面所需的水量會(huì)有所增加。同時(shí)，粉煤灰是一種多孔結(jié)構(gòu)，當(dāng)粉煤灰摻入量較大時(shí)，粉煤灰空隙會(huì)吸附拌合物中游離水。此外，粉煤灰中含有較多的自身未燒盡碳，而碳吸附能力很強(qiáng)，會(huì)消耗一部分水分。以上3 種原因均會(huì)降低新拌砂漿中游離水?dāng)?shù)量，勢(shì)必會(huì)降低砂漿的流動(dòng)性。

試驗(yàn)結(jié)果表明：適量的粉煤灰摻入可改善砂漿流變性能。試驗(yàn)條件一定時(shí)，水泥砂漿流變性隨粉煤灰摻量的增加呈拋物線變化，粉煤灰摻量為30%時(shí)水泥砂漿的流變性能最佳。

1.1.2 礦渣對(duì)自流平砂漿流變性能的影響

礦渣是砂漿中常見的礦物摻合料之一。礦渣微粉在砂漿中具有填充效應(yīng)，砂漿中摻入礦粉后，較細(xì)的礦粉顆粒就能夠填充在水泥顆粒之間，使整個(gè)膠凝粉體的顆粒分布加寬，產(chǎn)生了“微集料”效用，改善了水泥的顆粒級(jí)配，使原有空隙中的水得到釋放，漿體中自由水增加，砂漿的流動(dòng)性增強(qiáng)，所以礦渣摻入量較少時(shí)可以改善砂漿的流變性能[7]。

水泥砂漿中的水泥顆粒之間存在斥力和吸力作用。其中，吸力以毛細(xì)管力為主，其大小與毛細(xì)管半徑成反比，與物質(zhì)的表面張力成正比。水泥顆粒之間的斥力主要表現(xiàn)為電斥力，電斥力的大小與水泥顆粒的電動(dòng)電位有關(guān)。當(dāng)砂漿中加入少量礦渣，水泥顆粒之間的電斥力會(huì)增大。同時(shí)，毛細(xì)管力減小，吸力降低。所以，隨著礦渣摻量的增加，砂漿流變性能變好。

與水泥顆粒相比，礦渣的顆粒粒徑小，顆粒形狀不規(guī)則，呈多角形，表面積大，表面潤濕需水量大。同時(shí)，礦渣顆粒表面具有吸附作用，表面吸附水量較大，基于此中情況，礦粉的摻入不利于砂漿的流動(dòng)性，故在砂漿中使用礦渣時(shí)，和減水劑配合更好。

試驗(yàn)結(jié)果表明：少量摻入礦渣可以改善砂漿的流變性能，砂漿的流動(dòng)速度隨礦渣摻入量的增加，出現(xiàn)先增大后降低的效果，礦渣摻量在10%～20%時(shí)達(dá)到最佳。

1.1.3 硅灰對(duì)自流平砂漿流變性能的影響

少量硅粉攝入砂漿中，形成了圓球顆粒，且表面光滑，在砂漿中摻入少量硅灰能起到潤滑的作用[8]，可提高新拌砂漿的保水性和流動(dòng)性。硅灰有火山灰活性，硅灰摻量較大時(shí)，砂漿中的水分子附在硅灰顆粒表面，這種吸附效果降低了砂漿內(nèi)自由水的含量，導(dǎo)致砂漿流動(dòng)度降低。所以，適當(dāng)摻加硅灰可改善自流平砂漿的流動(dòng)性能。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)硅灰摻量增加到5%時(shí)，砂漿流動(dòng)性不斷增加，變化明顯。隨著硅灰摻量繼續(xù)增加，砂漿流動(dòng)性緩慢降低。

1.2 外加劑對(duì)自流平砂漿流變性能的影響

1.2.1 膠粉對(duì)自流平砂漿流變性能的影響

乳膠粉加入砂漿后，遇水溶解形成乳液。該乳液在砂漿中相當(dāng)于第二黏結(jié)劑，與第一黏結(jié)劑水泥相互作用，增加水泥砂漿的內(nèi)部黏聚性，降低砂漿的流動(dòng)性[9-10]。同時(shí)，膠粉溶解于水中需要消耗一部分砂漿中的自由水，并且膠粉化學(xué)成分含有羥基，膠粉遇水時(shí)羰基水解生成多元醇，該水解反應(yīng)需要吸收砂漿中大量自由水。羧基遇水電離，形成金屬陽離子和羧酸根陰離子，這些離子是水合的，進(jìn)一步消耗砂漿中自由水含量。所以膠粉形成的乳膠膜具有較強(qiáng)的吸水性，降低了砂漿的流動(dòng)性。

試驗(yàn)結(jié)果表明：膠粉的加入會(huì)增加漿體的塑性黏度，漿體將會(huì)更難于流動(dòng)，所以自流平砂漿中加入膠粉時(shí)，應(yīng)配合減水劑使用。但是，在一定摻量范圍內(nèi)，乳膠粉摻量增加有助于提高自流平砂漿流動(dòng)的穩(wěn)定性。

1.2.2 纖維素醚對(duì)自流平砂漿流變性能的影響

纖維素醚作為砂漿保水劑，是砂漿中常見外加劑之一。自流平砂漿中水在砂漿集料表面形成薄薄的水膜，該水膜能夠在砂漿中起到潤滑作用，使自流平砂漿具有較好的流動(dòng)性。當(dāng)自流平砂漿中加入纖維素醚時(shí)，纖維素醚分子鏈中的羥基和醚鍵與水之間形成氫鍵，使砂漿中水分變成結(jié)合水，砂漿中由自由水量降低，砂粒表面不能充分形成水膜，相應(yīng)的潤滑作用降低，沙粒之間摩擦力增大，砂漿的流動(dòng)性降低。同時(shí)，纖維素醚分子在砂漿中形成立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)也會(huì)降低自流平砂漿的流動(dòng)度。試驗(yàn)結(jié)果表明：砂漿流動(dòng)度隨纖維素醚摻量增加而降低。

1.2.3 減水劑對(duì)自流平砂漿流變性能的影響

減水劑具有憎水基和親水基。在自流平砂漿中減水劑憎水基與水泥顆粒吸附在一起，使水泥顆粒周圍充滿減水劑分子，這種減水劑的定向吸附作用，使水泥顆粒表面充滿同性電荷，水泥顆粒之間相互排斥。減水劑中親水基朝向水溶液，該作用使自流平砂漿中水泥與水分離，將砂漿中的游離水釋放出來。砂漿中游離水增加，顯著提高砂漿的流動(dòng)性。減水劑摻量較大時(shí)，水泥顆粒對(duì)減水劑的吸附作用趨于飽和，此時(shí)繼續(xù)增加減水劑用量，可以使自流平砂漿的流動(dòng)性變化趨于穩(wěn)定。試驗(yàn)研究表明：當(dāng)減水劑摻量較小時(shí)，隨著減水劑摻量的增加，自流平砂漿流動(dòng)性明顯增大。以常用的聚羧酸減水劑為例，當(dāng)減水劑摻量低于2.2%時(shí)，減水劑對(duì)砂漿的流動(dòng)性有較好的改善。減水劑摻量高于2.2%時(shí)，隨著減水劑摻量增大，流動(dòng)度變化趨于平緩。

2 室內(nèi)裝飾自流平砂漿干縮性能分析

2.1 干縮性能試驗(yàn)方法

自流平砂漿干縮試驗(yàn)主要采用千分表進(jìn)行測試。試件成型后一天脫膜，測量試件的初始長度，在室溫下放入特定環(huán)境中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，測量不同時(shí)間的長度變化。

2.2 礦物摻合料對(duì)自流平砂漿干縮性能的影響

2.2.1 粉煤灰對(duì)自流平砂漿干縮性能的影響

砂漿干縮量的大小與砂漿的失水有關(guān)，但砂漿中的水是以不同形式存在的，有自由水、吸附水和凝膠水，水分存在形式的復(fù)雜性會(huì)影響砂漿干縮與失水是否同步。粉煤灰摻入砂漿中，會(huì)影響砂漿中水的存在形式與分布，進(jìn)而影響砂漿的失水過程和干縮。粉煤灰摻量的增加能夠降低膠凝材料的水化速度，所以砂漿在同一齡期條件下，隨著粉煤灰摻量的提高，膠凝材料水化的程度就會(huì)變低，砂漿中自由水和吸附水就會(huì)隨著粉煤灰摻量的增加而增多。砂漿試件中自由水和吸附水最容易失去，但自由水的失去對(duì)干縮變形影響不大。另一部分水分是以凝膠水、結(jié)晶水、結(jié)構(gòu)水形式存在，與砂漿結(jié)合牢固，且與砂漿的相互作用較大，此部分水分失去，必然引起砂漿較大的干縮變形。隨著砂漿中粉煤灰摻量的增加，砂漿中凝膠水、結(jié)晶水、結(jié)構(gòu)水比重降低，在干燥環(huán)境中，結(jié)構(gòu)水、部分凝膠水和結(jié)晶水是不能失去的。同時(shí)，粉煤灰顆粒在砂漿中起到“微集料”作用，能夠限制自流平砂漿的收縮變形。所以，當(dāng)粉煤灰含量較小時(shí)，隨著粉煤灰摻量的增加，自流平砂漿的干縮與失水不同步，并且干縮變形隨著粉煤灰摻量的增加而明顯降低。試驗(yàn)研究表明：在干燥環(huán)境下，隨著粉煤灰摻量的增加，自流平砂漿所產(chǎn)生的干縮變形明顯減小，因此，粉煤灰的摻入可明顯改善砂漿的干縮性能。

2.2.2 礦渣對(duì)自流平砂漿干縮性能的影響

礦渣具有較高的活性，在礦渣中存在著類似于水泥熟料礦物的物質(zhì)，此物質(zhì)在水泥熟料水化生產(chǎn)氫氧化鈣提供的OH-激發(fā)下，遇水發(fā)生水化反應(yīng)，礦渣的潛在活性產(chǎn)生膠凝性，礦渣形成C-S-H 凝膠，使得氫氧化鈣中的結(jié)構(gòu)水轉(zhuǎn)化為凝膠水，砂漿中的凝膠水?dāng)?shù)量增加。在砂漿干燥過程中，較多的凝膠水失去，使得砂漿產(chǎn)生較大的干縮變形。礦渣顆粒較細(xì)，使得砂漿中小孔較多，小孔中水分的散失導(dǎo)致砂漿產(chǎn)生較大的收縮變形。試驗(yàn)結(jié)果顯示，砂漿的干縮變形隨礦渣摻量的增加而增大，與砂漿的失水不同步，且不會(huì)隨養(yǎng)護(hù)齡期變化而變化。

2.2.3 硅灰對(duì)自流平砂漿干縮性能的影響

硅灰細(xì)度較細(xì)，水化速度快，在自流平砂漿中充分發(fā)生水化反應(yīng)，生成化合物填補(bǔ)在砂漿內(nèi)部孔隙中，相應(yīng)的砂漿中內(nèi)應(yīng)力、毛細(xì)壓力增大，從而增大砂漿的干燥收縮值。試驗(yàn)研究表明，硅灰加速了自流平砂漿的干縮變形，硅灰摻量越大，砂漿的干縮值越大。所以，在工程應(yīng)用時(shí)，應(yīng)對(duì)硅灰的摻量進(jìn)行合理調(diào)整，配合膨脹劑使用，提升自流平砂漿的總體性能。

2.3 外加劑對(duì)自流平砂漿干縮性能的影響

2.3.1 膠粉對(duì)自流平砂漿干縮性能的影響

膠粉在自流平砂漿中有較好的保水、減水作用，使砂漿中自由水含量增多，干縮變形增大。同時(shí)，膠粉的加入會(huì)降低砂漿的彈性模量，相同收縮應(yīng)力下，砂漿的變形增加，導(dǎo)致砂漿在失水時(shí)能夠產(chǎn)生較大的收縮。

試驗(yàn)研究表明：自流平砂漿的干縮變形隨膠粉摻量的增加而增大，但在硬化砂漿中，膠粉的摻入能減小砂漿的彈性模量。綜合指標(biāo)顯示，膠粉的摻入對(duì)提高自流平砂漿的抗裂性能有積極的作用。此外，膠粉摻量越大，砂漿中高分子膜越致密，對(duì)砂漿中水分遷移的阻斷會(huì)越好，砂漿的保水性能就越好，很大程度上抑制了砂漿在干燥環(huán)境中散失水分，所以膠粉的摻入有利于自流平砂漿在干燥環(huán)境條件下施工。

2.3.2 纖維素醚對(duì)自流平砂漿干縮性能的影響

纖維素醚常作為砂漿保水劑摻入砂漿中，其保水作用僅僅體現(xiàn)在新拌漿體階段，而在自流平砂漿硬化階段的失水率會(huì)隨著纖維素醚摻量的增加而增大。纖維素醚是天然纖維素的衍生物，對(duì)水分子具有較強(qiáng)的吸引作用，能夠降低膠凝材料的水化作用，使自流平砂漿中自由水和吸附水含量增加。同時(shí)，纖維素醚長鏈上的羥基可以與醚鍵上的氧原子進(jìn)行分子間的締合，形成氫鍵，使原來締合的水分子游離出來，增加砂漿中自由水含量。所以隨著纖維素醚摻量的增加，自流平砂漿中主要是自由水增加，而自由水對(duì)砂漿的干縮變形影響較小。因此，隨著纖維素醚摻量的增加，砂漿的干縮與失水不同步，并且砂漿的干縮變形變化不大。從結(jié)構(gòu)和作用機(jī)理方面看，在水的作用方面，纖維素醚形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，水分子主要處于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的空隙中，該網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)又具有較好的剛性，水的進(jìn)出對(duì)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的體積影響不大。由此可見，纖維素醚對(duì)自流平砂漿的干縮變形影響不大。試驗(yàn)研究表明：隨著纖維素醚摻量的增加，失水率顯著增加而干縮變形變化較小。

2.3.3 減縮劑對(duì)自流平砂漿干縮性能的影響

減縮劑與水稠度相近，可降低孔溶液的表面張力，降低毛細(xì)應(yīng)力和收縮應(yīng)變的大小，降低表面的張力，從而達(dá)到減小自流平砂漿干縮變形的目的。試驗(yàn)結(jié)果表明，減縮劑摻入砂漿中可明顯降低砂漿的干縮率，且自由收縮值隨減縮劑用量的增加而減小。但有研究顯示，減縮劑在砂漿中會(huì)抑制孔隙中堿的溶解，延緩水泥水化及凝結(jié)時(shí)間，阻礙自流平砂漿強(qiáng)度發(fā)展。

3 結(jié)語

經(jīng)研究分析砂漿的流動(dòng)性及干縮性能。主要得出以下結(jié)論：第1，少量摻入粉煤灰、礦渣、硅灰可改善砂漿流變性能，施工中注意礦物摻合料摻量的控制，粉煤灰最佳摻量為30%，礦渣最佳摻量為10%～20%，硅灰最佳摻量為5%。第2，粉煤灰提高砂漿流動(dòng)性能的同時(shí)，可降低自流平砂漿的干縮率。礦渣和硅灰的摻入則增大砂漿的干縮變形，工程中應(yīng)配合膨脹劑使用，提升自流平砂漿的總體性能。第3，膠粉及纖維素醚是較好的砂漿保水外加劑，能提高砂漿流動(dòng)的穩(wěn)定性，但是降低新拌砂漿的流動(dòng)性能，使用時(shí)需要配合減水劑使用。同時(shí)，膠粉能夠提高自流平砂漿的抗開裂性能。