隨著低彈性模量的薄飾面材料(PVC 地板、橡膠 地板卷材等)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，地面自流平材料已逐 漸成為大型超市、停車場(chǎng)、工廠車間、倉(cāng)庫(kù)等地面鋪筑 的首選材料。石膏基自流平材料力學(xué)性能發(fā)展快， 施工簡(jiǎn)單，硬化后體積穩(wěn)定性好，具有保溫隔熱、隔 音、調(diào)濕等功能，是現(xiàn)有市場(chǎng)的主流產(chǎn)品。由于石膏 屬于氣硬性膠凝材料，表面硬度低，耐水性和耐磨性 均較差是此類材料普遍存在的問題。
脫硫石膏(FGD)是將含硫燃料(煤、石油)燃 燒后所產(chǎn)生的煙氣經(jīng)過相應(yīng)脫硫凈化處理過程 得到的工業(yè)副產(chǎn)品，其煅燒后得到的建筑石膏 (CaSO4·0.5H2O)在凝結(jié)特性、水化動(dòng)力學(xué)和物理力學(xué) 性質(zhì)等方面不比天然建筑石膏差[3-4]。因此，采用脫 硫石膏代替天然石膏生產(chǎn)自流平材料越來(lái)越受到重 視[5-7]。與天然石膏不同，脫硫石膏是在漿液中快速 沉淀形成，其粒度小，粒徑主要分布在40~60 μm，級(jí) 配嚴(yán)重不合理，因此，脫硫石膏的流變性能較差，配置 的砂漿漿體更容易發(fā)生離析、分層和泌水現(xiàn)象。更重 要的是，脫硫石膏基砂漿硬化后孔隙率偏高，這些孔 隙為外界水分及其他離子提供了通道，嚴(yán)重影響其耐 水性和耐久性，縮短自流平材料的服役壽命。
本試驗(yàn)考察將粉煤灰和水泥等質(zhì)量代替一定的脫硫石膏后自流平材料流動(dòng)性、凝結(jié)時(shí)間及早期強(qiáng)度等性能的變化規(guī)律，研究粉煤灰和水泥對(duì)脫硫石膏自流平硬化試塊孔隙率及孔徑分布的影響，孔隙率變化對(duì)耐水性的影響規(guī)律與作用機(jī)理，為脫硫石膏基自流平砂漿的耐水性改善提供科學(xué)有效的技術(shù)方案。
1 試驗(yàn)部分
1.1 原料
石膏粉為河北唐山凱杰公司脫硫石膏粉，主要礦物組成為半水石膏，具體物理性能見表1。
粉煤灰為Ⅱ級(jí)灰，礦物組成主要為莫來(lái)石和石英，含少量石灰石;水泥為金隅 P·O42.5 水泥。原料化學(xué)組成，見表2。外加劑主要包括保水劑、羥丙基甲基纖維素HPMC、高效減水劑WR、消泡劑B-1、乙烯- 醋酸乙烯共聚物(EVA)可再分散乳膠粉S-05，均為市售產(chǎn)品。骨料為天然河砂經(jīng)0.6 mm 篩網(wǎng)篩分后的細(xì)砂。
1.2 試驗(yàn)方法
以脫硫石膏粉為主要膠凝材料，粉 煤灰等質(zhì)量代替比例為0、10%、20%、30%，水泥等質(zhì) 量代替比例為0、4%、8%、12%、16%，討論二者摻量變 化對(duì)脫硫石膏自流平砂漿拌合物的流動(dòng)性、凝結(jié)時(shí)間 及早期力學(xué)性能的影響規(guī)律;以抗壓軟化系數(shù)為主要 指標(biāo)考察耐水性的變化，具體測(cè)試過程為：成型后帶 模標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)1 d，測(cè)試24 h 強(qiáng)度;標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)1 d 后的試 塊，將其中一組放入(20±2)℃水中養(yǎng)護(hù)1 d，測(cè)試水 養(yǎng)強(qiáng)度，另一組40 ℃烘至絕干得到絕干強(qiáng)度，抗壓軟 化系數(shù)= 絕干強(qiáng)度/ 水養(yǎng)強(qiáng)度。吸水率測(cè)試條件為： 絕干試塊，浸泡在(20±2)℃靜水中24 h 后的質(zhì)量變 化。其中，脫硫石膏、砂與水的質(zhì)量比1∶0.5∶0.45， 具體試驗(yàn)方法按照GB/T 17669.3-1999《建筑石膏力 學(xué)性能的測(cè)定》的要求進(jìn)行。壓汞測(cè)試選用空白樣， 以及粉煤灰和水泥摻量分別為20% 和10% 的絕干 試塊進(jìn)行，所用儀器為美國(guó)麥克公司的AutoPore IV 9500 型壓汞儀。
2 結(jié)果與討論
2.1 粉煤灰對(duì)砂漿基本性能的影響
粉煤灰摻量對(duì) 脫硫石膏基自流平砂漿基本性能的影響，見圖1。從 圖1 可看出，隨著粉煤灰摻量的增加，砂漿拌合物的 流動(dòng)性大幅度改善，摻量為30% 時(shí)，流動(dòng)度值增加 37%，且30 min 經(jīng)時(shí)損失不大;摻入粉煤灰延長(zhǎng)了砂 漿的凝結(jié)時(shí)間，初凝與終凝時(shí)間間隔有增加趨勢(shì)，但 均能滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求。粉煤灰摻入量較大時(shí)，會(huì)降 低砂漿早期強(qiáng)度，但控制適宜的摻量，可凸顯出粉煤 灰對(duì)流動(dòng)性的改善作用?？梢娺m量粉煤灰等質(zhì)量代 替脫硫石膏后，砂漿流動(dòng)度顯著改善，這為自流平砂 漿降低單方用水量提供了條件，用水量降低不僅可彌 補(bǔ)因摻加粉煤灰?guī)?lái)的力學(xué)性能下降，且對(duì)耐水性及 耐久性有著重要影響。
除了二水石膏晶體自身溶解度較大外，為保證施 工性能，石膏基自流平砂漿的用水量(60% 左右)遠(yuǎn) 大于其水化所需理論用水量(18.6%)，較高的孔隙率 結(jié)構(gòu)是其耐水性差的原因。摻入粉煤灰降低石膏所 占比例，優(yōu)化脫硫石膏的“微級(jí)配”，且粉煤灰球形顆 粒具有一定的“滾珠效應(yīng)”，可進(jìn)一步增加砂漿流動(dòng) 度，共同實(shí)現(xiàn)降低用水量的目的。微觀上，砂漿中可 水溶性水化產(chǎn)物二水石膏含量減小，孔隙率下降，孔 徑分布得到優(yōu)化，宏觀表現(xiàn)為耐水性和耐久性提升。
2.2 水泥對(duì)砂漿性能的影響
摻入水泥對(duì)自流平砂 漿基本性能的影響，見圖2。
從圖2 可看出，摻入水泥也可增加砂漿流動(dòng)性， 摻量大于8% 時(shí)，流動(dòng)度經(jīng)時(shí)損失有增加趨勢(shì)，初凝 和終凝時(shí)間均明顯縮短。摻入水泥未對(duì)早期強(qiáng)度產(chǎn) 生明顯影響。摻入水泥對(duì)砂漿性能影響與粉煤灰有 明顯不同，這主要是因?yàn)樗嘧陨碛泻軓?qiáng)的水化反應(yīng) 活性，遇水后即可快速反應(yīng)，加速脫硫石膏水化過程， 從而對(duì)砂漿拌合物性能產(chǎn)生顯著影響。同時(shí)，本次測(cè) 試均為1 d 齡期，水泥水化程度非常低，這是力學(xué)性能 變化不大的主要原因，隨著齡期延長(zhǎng)，水泥持續(xù)水化 對(duì)砂漿后期力學(xué)性能的增長(zhǎng)、細(xì)化孔徑及耐久性改善 均會(huì)有很大幫助。
綜合考慮砂漿材料施工性能與力學(xué)性能，粉煤灰 和水泥替代比例應(yīng)分別控制在20% 和10% 以內(nèi)。
2.3 耐水性和軟化系數(shù)
粉煤灰和水泥摻量對(duì)砂漿 吸水率和軟化系數(shù)的影響，見圖3。選取粉煤灰摻量 20%，水泥摻量8% 和空白樣，對(duì)應(yīng)的編號(hào)為FDG80- FA20，F(xiàn)DG92-C8 和FDG100，測(cè)試分析了絕干試樣的 孔隙率與孔徑分布，結(jié)果見表3。
由圖3 可知，摻入粉煤灰和水泥均可提高砂漿軟 化系數(shù)，后者效果更明顯，這主要是二者水化反應(yīng)活 性差異造成，吸水率變化與軟化系數(shù)有一定相關(guān)性， 但不是線性相關(guān)。粉煤灰等質(zhì)量替代脫硫石膏后，由 于其自身基本無(wú)水化活性，僅能發(fā)揮“微集料”和“滾 珠效應(yīng)”的物理作用，故其摻量大于30% 后，力學(xué)性 能顯著下降，孔徑粗化，吸水率增加，最終影響砂漿耐 水性。水泥水化活性較高，當(dāng)重新浸泡在水中后，未 水化的水泥繼續(xù)水化，產(chǎn)生更多水化硅酸鈣(C-S-H) 凝膠及鈣礬石(AFt)等低溶解度水化產(chǎn)物，細(xì)化孔徑， 降低吸水率，明顯增強(qiáng)脫硫石膏砂漿耐水侵蝕性能。
由表3 可看出，脫硫石膏基自流平材料的孔徑 集中在100~10 000 nm 范圍內(nèi)，合計(jì)在95% 以上，遠(yuǎn) 遠(yuǎn)大于普通混凝土材料的粒徑分布區(qū)間，這符合孔 隙率與強(qiáng)度之間的一般對(duì)應(yīng)關(guān)系;粉煤灰和水泥摻入 對(duì)砂漿均有顯著填充密實(shí)作用，且對(duì)粗(3 000~10 000 nm)、中(1 000~3 000 nm)、細(xì)(100~1 000 nm)3 個(gè)孔 徑區(qū)間的孔徑分布產(chǎn)生重大影響。由于水泥自身具 有較強(qiáng)的水化反應(yīng)活性，故其孔徑細(xì)化效果更加明 顯，相較空白樣而言，粗孔徑區(qū)間占比下降90% 以上。
孔徑細(xì)化特別是粗孔數(shù)量大幅減少，不僅有利于力學(xué) 性能發(fā)揮，而且降低了外界與砂漿內(nèi)部水、氣及腐蝕 性介質(zhì)的交換概率和程度，對(duì)石膏基自流平砂漿的耐 水性及耐久性意義重大。
3 結(jié)論
1. 粉煤灰和水泥等質(zhì)量替代脫硫石膏后，對(duì)砂漿 拌合物流動(dòng)性和凝結(jié)時(shí)間有不同程度影響，對(duì)砂漿硬 化體早期力學(xué)性能作用不明顯。綜合考慮施工性能 與力學(xué)性能，脫硫石膏基自流平砂漿材料中，粉煤灰 和水泥替代比例應(yīng)分別控制在20% 和10% 以內(nèi)。
2. 粉煤灰和水泥均可提高砂漿的耐水性，但二者 作用機(jī)理不同，粉煤灰主要通過“微集料”和“滾珠效 應(yīng)”，以物理作用方式實(shí)現(xiàn);水泥通過自身水化及對(duì)脫 硫石膏的激發(fā)作用，對(duì)砂漿力學(xué)性能和耐久性改善效 果更優(yōu)。
3. 壓汞測(cè)試結(jié)果表明，適量粉煤灰和水泥的摻入 對(duì)降低砂漿孔隙率效果顯著，這是耐水性改善的主要 原因，水泥對(duì)孔徑分布影響更大，因?yàn)樗嗑哂休^高 的水化反應(yīng)活性。
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