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基业长青：020-3938 8885 《混凝土》2013年第四期
郑州大学土木工程学院，河南省郑州市, 中国 450002
摘要 采用普通硅酸盐水泥、粗石灰石粉、石灰石机制砂、减水剂、细石灰石粉为原材料，研究了粉砂比、砂的细度模数、减水剂和细石灰石粉掺量对砂浆流动度、保水率、7d和28d抗压强度及泌水率的影响规律，得出了水泥基自流平砂浆的最佳配比。结果表明：该水泥基自流平干混砂浆，每吨材料成本仅135元，将砂浆的水粉比控制为0.533，砂浆的初始流动度268mm、30min流动度240mm，保水率93.6%，泌水率为0,7d和28d抗压强度分别为14.5和26.5MPa，完全达到预定的性能指标要求。 关键词：全机制砂水泥基自流平砂浆；减水剂；细石灰石粉；流动度；抗压强度 0 引言 水泥基自流平干混地面砂浆具有流动性及稳定性好、施工简便、劳动强度低、光洁平整、强度值高、流平层厚度薄等优点[1-4]。目前，我国的水泥基自流平干混砂浆主要应用大型商场、车间、仓库等地面的铺筑[5-8]，对自流平干混砂浆在民用建筑地面铺筑中的应用研究较少，由于没有统一的参考标准，阻碍了自流平干混砂浆在民用建筑中的推广应用，因此，选用合适的性能指标和参考标准，优化砂浆配方，配制一种低成本、适合在民用建筑地面铺筑中推广应用的水泥基自流平干混砂浆势在必行。 现有《地面用水泥基自流平砂浆》（工业用）标准JC/T985-2005对自流平砂浆的性能指标要求高，考虑到民用建筑对地面砂浆的抗压、抗折强度并没有工业建筑要求高，且不需要考虑耐磨性、抗冲击性、拉伸粘结强度等性能指标，因此，民用建筑对水泥基自流平地面砂浆的流动性和泌水率指标参考JC/T986—2005《水泥基灌浆材料》中对水泥基砂浆流动度和泌水率的要求，保水性和强度性能指标参考GB/T25181-2010《预拌砂浆》中对水泥基预拌砂浆保水性、强度的相关要求。本文作者经过调查，民用建筑的水泥基地面的表层还需进一步装修（如铺瓷砖、铺木地板等），所以，确定用于民用建筑的水泥基自流平干混地面砂浆的性能指标：初始流动度≧260mm，30min流动度≧230mm，泌水率≤1%；保水率≧88%；28d强度等级≧M15。 目前，由于河砂资源枯竭，采用机制砂生产干混砂浆是必然趋势。由于机制砂生产技术的巨大进步，采用先进的生产技术生产的机制砂表面光滑、级配合理，已完全取代河砂制备抹灰砂浆并在工程中大量应用，但是用全机制砂制备水泥基自流平干混砂浆的报道还很少。
1 原材料及试验方法 1.1 原材料 水泥：普通硅酸盐水泥(P·O42.5），河南孟电集团水泥有限公司生产。 机制砂：由石灰石破碎而成，表面光滑、符合级配要求，细度模数（=0.8—2.1），最大粒径≤2.36mm，含石粉（≤0.075mm）量≤1%，取自河南德鑫建材有限公司。 粗石灰石粉：在石灰石破碎过程分离出来的石粉，其最大粒径54.81μm，D50=14.59μm，D90=54.43μm，取自河南德鑫建材有限公司。 细石粉石粉：由粗石灰石粉在试验室进一步磨细而成，最大粒径19.87μm，D50=1.58μm，D90=19.27μm。 减水剂：脂肪族减水剂，市售，减水率25%。 水：洁净自来水。
1.2 试验方法 流动度和泌水率试验：按照《水泥基灌浆材料》（JC/T986—2005）中规定的试验方法进行。 保水性和抗压强度试验：按照《建筑砂浆基本性能试验方法标准》（JGJ/T70-2009）中规定的试验方法进行。
3 试验结果及讨论 3.1 粉砂比对砂浆流动度和保水性的影响 固定砂的细度模数为1.5，改变粉砂比（1:1.2、1:1.4、1:1.6、1:1.8、1:2.0），通过调节水粉比，控制砂浆初始流动度在260—270mm范围内，研究砂浆流动度和保水性的变化规律，确定适合用于配制水泥基自流平干混砂浆的粉砂比。 砂浆配比（质量%）：砂60%，粉料40%，脂肪族减水剂0.2%（以粉料质量计）；其中粉料配方：普通硅酸盐水泥50%，粗石灰石粉50%。试验结果见表1。 由表1中可以看出：保持砂浆初始流动度基本相同的条件下，随着粉砂比的减小，水粉比逐渐升高，砂浆保水率呈降低趋势，粉砂比为1:2.0时较粉砂比为1:1.2时水粉比提高了26.1%，保水率则降低了3.0%。随着粉砂比的减小，砂增多，即砂的比表面积相对增加，需要更多的浆体包裹砂的表面及填充砂粒之间的空隙，所以，初始流动度基本相同时，水粉比逐渐升高；随着水粉比升高，浆体变稀，保水性下降；水粉比增大，强度会下降，收缩会增大。所以，在保证流动度的条件下，水粉比尽量低。但是，水粉比过低，即粉砂比过大时，水泥基砂浆凝结硬化较快，对砂浆初始流动度影响不大，但流动度经时损失偏大。表1试验结果表明，粉砂比1:1.6的砂浆30min流动度最大。本文确定砂浆的粉砂比为1：1.6。 由表2可以看出：砂的细度模数从0.9上升到1.9，新拌砂浆水粉比降低了20.3%，保水率无明显变化，这是由于砂的细度模数越大，粒径越大，相同用量下砂的比表面积越小，包裹砂粒表面和填充空隙所需要的浆体量就越少，因此单位用水量就会减少，水粉比减小；砂的细度模数在1.3-1.5，砂浆30min流动度最高。从砂浆抗压强度和收缩率来考虑，在满足砂浆流动度的要求下，水粉比越低越好，但水粉比越低，砂的细度模数越高，即砂越粗，可能会影响自流平砂浆的表面质量，所以，本文确定砂浆中砂的细度模数为1.5。
3.3 减水剂掺量对砂浆流动度和保水性的影响 粉砂比固定为1:1.6，砂的细度模数为1.5，改变脂肪族减水剂的用量（0、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%）（以干混砂浆粉料质量计），通过调节水粉比，控制砂浆初始流动度在260-270mm范围内，研究砂浆流动度、水粉比和保水性的变化规律，并根据试验结果确定脂肪族减水剂的饱和掺量。 砂浆配比（质量%）：砂62%，粉料38%，其中粉料配方：普通硅酸盐水泥50%，粗石灰石粉50%。试验结果见表3。 表3脂肪族减水剂对砂浆流动度和保水性的影响 由表3可以看出：在新拌砂浆初始流动度基本相同的情况下，脂肪族减水剂掺量在0.8％以内时，随着掺量的增加．水粉比逐渐降低，保水率则逐渐提高。脂肪族减水剂掺量为0.8％时，水粉比降低了40.6％，保水率提高了7.1%；脂肪族减水剂掺量在0.8%以内时，随着减水剂掺量的增加，自流平砂浆的流动度经时损失呈减小趋势。当减水剂掺量较小时，减水剂不能完全释放细颗粒包裹的自由水，因此需要较高的水粉比才能保证砂浆的流动度。随着减水剂掺量的增加，塑化作用逐渐明显，在达到饱和点掺量附近时，水泥对减水剂的吸附达到饱和状态，继续增大减水剂掺量，水泥对减水剂的吸附量不再增大，从而对流动度的增加及其经时损失的降低不再起作用，因此，从砂浆流动度和保水率考虑，脂肪族减水剂最佳掺量为0.8%。但是，当脂肪族减水剂的掺量为0.8%时，硬化砂浆的颜色呈暗红色，影响美观，而且较低水粉比的砂浆的粘度较大，实际操作带来不便。所以，本文还是确定砂浆中脂肪族减水剂的掺量为粉料质量的0.2%。
3.3 细石粉石掺量对砂浆流动度、保水率和泌水率的影响 固定粉砂比为1:1.6，砂的细度模数为1.5，水粉比为0.533，掺入细石粉石粉（0、5%、、10%、15%、20%、25%、30%）（以干混砂浆中粉料总质量计），研究新拌水泥基砂浆泌水率、流动度、保水率和立方体抗压强度等性能指标的变化规律，并根据试验结果确定合适的细石粉石粉掺量，保证砂浆不出现泌水现象。 砂浆配比（质量%）：砂62%，粉料38%，脂肪族减水剂0.2%（以粉料质量计）；其中粉料配方：普通硅酸盐水泥50%，粗石灰石粉50%。试验结果见表4 从表4可以看出：在砂浆中随细石粉石粉的增加，砂浆初始流动度和30min流动度先逐渐增加，然后明显下降，细石粉石掺量20%是转折点；砂浆保水率随细石粉石掺量增加而增加，而泌水率随细石粉石掺量增加而下降，细石粉石掺量20%的砂浆泌水率为零；随细石粉石掺量增加，7d和28d抗压强度先稍有降低，然后逐渐增加，再逐渐下降，细石粉石掺量15-20%，强度最高。综合砂浆的流动度、保水率、泌水率和抗压强度等性能指标，细石粉石掺量20%是最佳掺量。 本文使用的细石粉石粉的最大粒径小于20μm，比水泥和粗石灰石粉的大部分颗粒均细。当细石粉石粉掺量增加，增加了粉料中的细颗粒，由于砂浆中掺有减水剂，细颗粒在减水剂的分散作用下，可以直接填充较粗颗粒的空隙并排出空隙中的自由水，所以，随细石粉石粉的增加，砂浆初始流动度和30min流动度逐渐增加。当细石粉石粉掺量过多，由于粉料的表面积增加而增加了吸附水，砂浆流动度又会下降，但保水率增加、泌水率下降。当细石粉石粉掺量增加时，由于减少了胶凝材料掺量，7d和28d抗压强度降低，当细石粉石粉掺量15-20%时，细石粉石粉的填充作用和加速水泥水化的作用[9]大于胶凝材料减少的胶结作用，所以，细石粉石掺量15-20%，砂浆强度最高。在干混砂浆中，一般需要纤维素醚才能达到保水率要求，但是同时也降低强度。本试验研究表明，减水剂和细石灰石粉的联合作用使干混砂浆具有很好的流动性和保水性，并且早期和后期强度均提高（与空白样相比）。
4 水泥基自流平干混砂浆的材料成本及应用 通过上述试验，确定1吨水泥基自流平干混砂浆的配比：42.5普通硅酸盐水泥152kg，粗石灰石粉152kg，细石粉石粉76kg，细度模数1.5的机制砂620kg,脂肪族减水剂0.76kg。将砂浆的水粉比控制为0.533，砂浆的初始流动度268mm、30min流动度260mm，保水率93.6%，泌水率为0,7d和28d抗压强度分别为14.5和26.5MPa，完全达到预定的性能指标要求，其材料成本135元/吨（见表5）。目前市场上用于工业地坪的自流平干混砂浆的售价超过2000元/吨，所以本文确定的水泥基自流平干混砂浆配方成本低，适合在民用建筑地面铺筑中推广应用。在工程中应用表明：按本文配比配制的砂浆，一次浇注20-40m2，自流平地面平整，硬化28d后未出现空鼓、开裂现象。
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