摘 要：　研究了硅灰對石膏基自流平砂漿物理力學性能、耐水性的影響。結果表明，摻加適量的硅灰可以改善石膏基自流平砂漿的流動性、縮短凝結時間、提高強度，且收縮率基本無變化;石膏基自流平砂漿的吸水率和軟化系數有所提高，耐水性得到改善。

　　關鍵詞：硅灰; 石膏基自流平砂漿; 物理力學性能; 耐水性;

　　0、前言

　　隨著我國經濟的快速增長和人們居住水平的不斷提高，普遍要求提高裝修材料的功能、裝飾效果等。石膏基自流平砂漿可泵送、自流平、快硬、表面光滑、綠色環保，可滿足后期裝修飾面材料的要求，在地坪構造中有很好的應用前景。但強度不高、耐水性差成為其在地坪材料推廣應用的瓶頸，因此，提高石膏基自流平砂漿的強度和耐水性是該領域研究的重點。

　　李晶輝等[1]介紹了石膏基自流平地面材料的國內外研究現狀、所用的添加劑及其作用機理，探討了耐水性差等問題，并據此進行了展望;楊磊等[2]研究了無機改性劑粉煤灰和水泥、復合激發劑、有機硅防水劑對脫硫建筑石膏耐水性的影響;吳金明等[3]研究了摻入粉煤灰和水泥對脫硫石膏基自流平砂漿基本性能的影響，重點考察了對耐水性的影響，采用壓汞法測試了孔隙率及孔徑分布情況。琚誠蘭等[4]研究了水泥對石膏基自流平材料流動度、凝結時間、力學性能和耐水性的影響。

　　硅灰是鐵合金在冶煉硅鐵和工業硅時的副產物。硅灰中的SiO2屬于無定型物質，活性高、顆粒細小、比表面積大，具有優良的理化性能，廣泛應用于混凝土、墻體材料、砂漿、地坪、化工等領域。

　　本文以a-半水石膏、普通硅酸鹽水泥作為主要膠凝材料，配以骨料、填料及外加劑，并摻加硅灰配制石膏基自流平砂漿，研究在不同硅灰摻量下，砂漿的物理力學性能、耐水性及作用機理[5,6]，以期為石膏基自流平砂漿的強度和耐水性改善提供科學有效的技術方案。

　　1、 試驗概況

　　1.1 、試驗原材料

　　膠凝材料：河南某公司高強石膏粉、P·O 42.5級水泥，高強石膏粉和水泥的化學成分見表1;骨料、填料：0.18～0.42 mm的石英砂、0.04 mm重質碳酸鈣;外加劑：瓦克5010可再分散乳膠粉、酒石酸緩凝劑、羧丙基甲基纖維素保水劑、聚羧酸減水劑、有機硅油消泡劑;硅灰：鄭州某公司硅灰，化學成分見表1。

　　1.2、 試驗配比

　　石膏基自流平砂漿體系的配比為高強石膏粉、水泥、石英砂和重質碳酸鈣。其中，水泥10%、石英砂10%、重質碳酸鈣10%。硅灰代替部分高強石膏粉內摻，高強石膏粉比例自70%開始，每次降低3%直至55%，同時硅灰比例從0增至15%。外加劑按砂漿體系的總質量進行外摻，可再分散乳膠粉、緩凝劑、保水劑、減水劑、消泡劑的用量分別為1.0%、0.02%、0.5%、1.0%、0.02%。水料比為1∶0.20。

　　表1 膠凝材料和硅灰的化學成分

　　1.3、 試驗方法

　　試件制備及其物理力學性能測試：按照JC/T1023—2007《石膏基自流平砂漿》要求，將原料以確定配比加水后充分攪拌，得到均勻的料漿并成型，測定砂漿的30 min流動度損失、凝結時間、強度和收縮率。

　　耐水性測試：耐水性通常用軟化系數來表示，試件吸水飽和狀態下的抗壓強度與干燥狀態下的抗壓強度比值即為軟化系數。將兩組標準試件養護至28 d齡期，然后取其中一組試件浸泡于(23±2)℃蒸餾水中48 h，取出試件測試其質量和抗壓強度，并計算吸水率和軟化系數。

　　2、 結果與討論

　　2.1、 物理力學性能

　　圖1和表2分別為硅灰摻量(0～15%)對石膏基自流平砂漿30 min流動度損失和凝結時間的影響。從圖1可以看出，當硅灰摻量從0增加到6%時，砂漿初始流動度不斷增加，幅度較大，30 min流動度損失減小;自6%增至15%，初始流動度緩慢降低，30 min流動度損失增大。由表2可知，隨著硅灰摻量的增加，初凝、終凝時間均逐漸縮短，凝結時間呈比例下降趨勢。硅灰在形成過程中，因相變受表面張力的作用，形成了非結晶相無定形圓球狀顆粒，且表面較為光滑。摻有相對少量硅灰的物料，微小的球狀體可以起到潤滑的作用，使整個石膏漿體的保水性較好，流動性提高。但是，由于硅灰具有火山灰活性，摻量持續增大時更多的水分子附著在硅灰顆粒表面，對水的吸附效果十分明顯，降低了體系內自由水的含量，導致砂漿流動度降低。硅灰對水的吸附作用會導致初凝、終凝時間均隨硅灰摻量的增加而縮短。隨著硅灰摻量的增加，30 min流動度損失先減小后增大，凝結時間縮短，因此，適當摻加硅灰可以改善石膏基自流平砂漿的工作性。

　　圖2為硅灰摻量(0～15%)對石膏基自流平砂漿抗折、抗壓強度和拉伸黏結強度的影響。由圖2(a)、圖2(b)可知，當硅灰摻量從0增至12%時，除24 h抗折強度外，28 d抗折和24 h、28 d抗壓強度均不斷增加，增幅顯著，并在摻量12%時均達到最大值;自12%增至15%，抗折、抗壓強度均有所降低。由圖2(c)可知，砂漿的28 d拉伸黏接強度隨著硅灰摻量的增加有所提高。硅灰粒徑極小，在石膏顆粒表面以及填充于砂漿空隙中，使砂漿結構更加密實，孔隙率降低，從而提高強度。石膏基自流平砂漿硬化后，其內部多余水分的蒸發會在砂漿內部形成疏松多孔的網狀結構，這些網狀結構導致砂漿強度較低，耐水性較差。硅灰的加入，可以使石膏基自流平砂漿在達到相同流動度的條件下，改變石膏晶體間的接觸形態，從而提高強度、改善耐水性。隨著硅灰摻量的增加，除24 h抗折強度稍有降低之外，24 h抗壓、28 d抗折和抗壓強度均顯著增大，28 d拉伸黏結強度稍有增加。

　　硅灰摻量在0～15%范圍內時，石膏基自流平砂漿的28 d收縮率變化較小，約為0.03%。相對于不摻硅灰的砂漿，石膏基自流平砂漿的收縮變化沒有太大波動。收縮率影響著石膏基自流平砂漿與地面的黏結力、表面變形、中層空洞和裂縫等。硅灰用于石膏基自流平砂漿，填充在砂漿空隙中，具有良好的填充效應，有效降低干燥收縮值。

　　圖2 硅灰摻量對砂漿力學性能的影響

　　2.2、 耐水性

　　圖3為硅灰摻量(0～15%)對砂漿耐水性的影響。由圖可知，硅灰摻量逐漸增加時，石膏基自流平砂漿的吸水率呈先上升后下降的趨勢。當硅灰摻量為9%時，吸水率達到峰值0.17，隨后吸水率不斷降低。一方面硅灰水化后形成的水化產物具有致密性好、吸水率低的特點，填充在石膏砂漿內部孔隙中，阻止了部分水進入材料內部，有效降低了吸水率。另一方面，硅灰的比表面積遠大于石膏的比表面積，更多的水分子附著在硅灰顆粒表面，通過表面張力將硅灰顆粒連接起來，從而實現鎖水效果。

　　硅灰摻量逐漸增加時，石膏基自流平砂漿的抗壓強度和軟化系數均呈先上升后下降趨勢。當摻入6%的硅灰時，軟化系數為0.55，與不加硅灰相比，提高了15%。這主要是因為硅灰的水化產物難溶于水，填充在漿體內部孔隙中，有效增加了石膏基自流平砂漿在吸水飽和狀態下的強度，從而使耐水性得到改善。但當硅灰摻量過多時，生成的水化產物具有膨脹性，對膠凝體系形成的結構有破壞作用，使得軟化系數下降。綜上所述，當硅灰摻量為6%時，石膏基自流平砂漿的軟化系數達到最優。

　　3、 結論

　　(1)適當摻加硅灰可以改善石膏基自流平砂漿的流動性，改善其工作性，但縮短凝結時間。

　　(2)隨著硅灰在石膏基自流平砂漿中摻量的增大，除24 h抗折強度稍有降低之外，24 h抗壓、28 d抗折和抗壓強度均顯著增大，且以硅灰摻量為12%較優。

　　(3)當硅灰摻量逐漸增加時，石膏基自流平砂漿的吸水率和軟化系數呈先上升后下降的趨勢，且當硅灰摻量為6%時，石膏基自流平砂漿的耐水性達到最優。

　　(4)綜合物理力學性能和耐水性，在10%摻量范圍內摻加硅灰，可有效改善石膏基自流平砂漿的性能。

　　參考文獻

　　[1]李晶輝,劉兆爽,趙文杰.石膏基自流平地面材料的研究進展[J].硅酸鹽通報,2016,35(11):3587-3593.

　　[2]楊磊,井敏.脫硫建筑石膏耐水性研究[J].硅酸鹽通報,2016,35(9):2787-2792.

　　[3]吳金明,唐凱靖.脫硫石膏基自流平砂漿耐水性改善及機理研究[J].非金屬礦,2018,41(4):43-45.

　　[4]琚誠蘭,戴浩,張樹鵬,等.水泥對石膏基自流平材料性能的影響[J].材料導報,2016,30(4):113-117.

　　[5]陳燕,岳文海,董若蘭.石膏建筑材料[M].第二版.北京:中國建材工業出版社,2012.

　　[6]趙云龍,徐洛屹.石膏干混建材生產及應用技術[M].北京:中國建材工業出版社,2016.

　　推薦閱讀：遼寧省土木工程評副高職稱條件