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自流平石膏是自流平地面找平石膏的簡(jiǎn)稱，又稱為石膏基自流平砂漿，是由石膏材料、特種骨料及多種建筑化學(xué)添加劑在工廠配制、混合均勻而成的一種專門用于地面找平的干粉砂漿。20 世紀(jì) 60 年代起源于歐洲，20 世紀(jì) 80 年代我國(guó)開(kāi)始研制石膏基自流平砂漿。
石膏基自流平砂漿起源及國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況
1.1 石膏基自流平砂漿起源
早在 20 世紀(jì) 60 年代，為了解決地暖系統(tǒng)中水泥混凝土對(duì)銅管的腐蝕現(xiàn)象，歐洲開(kāi)始采用石膏基地坪材料與聚乙烯管。經(jīng)過(guò) 20 多年的完善與發(fā)展，到 20 世紀(jì) 80 年代歐美的地暖技術(shù)已經(jīng)非常成熟，80 年代后期石膏企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始制定了為地暖應(yīng)用的石膏基自流平砂漿的規(guī)范。
1.2 國(guó)外石膏基自流平砂漿發(fā)展
日本由于勞動(dòng)力緊張和費(fèi)用高，對(duì)自流平地坪材料開(kāi)發(fā)較早，日本住宅公團(tuán)在 1972 年首先對(duì)石膏基、水泥基自流平材料進(jìn)行了基礎(chǔ)研究，隨后出現(xiàn)商品石膏基自流平材料。1979年，日本已有 10 多種品牌的石膏基自流平材料。20 世紀(jì) 80 年代以來(lái)，美國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、意大利、瑞典、芬蘭等發(fā)達(dá)國(guó)家就開(kāi)始進(jìn)行自流平砂漿的研究。例如德國(guó)的帕依愛(ài)羅公司用Ⅱ型無(wú)水石膏、奇羅尼公司用 α 半水石膏都生產(chǎn)出強(qiáng)度為 20~30 MPa、鋪設(shè)厚度為 10 mm 的石膏基自流平材料。美國(guó)的石膏水泥公司則采用 α、β-石膏混合物，在現(xiàn)場(chǎng)加入骨料后泵送的石膏基自流平地坪材料也得到廣泛應(yīng)用。在德國(guó)，僅 2001 年就生產(chǎn)了近 1 億 m2 的地面砂漿，其中干混石膏基地坪砂漿占 16.4%，現(xiàn)場(chǎng)拌制石膏基地坪砂漿占6.6%。從 2001 年歐洲脫硫石膏的應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)看，15%的脫硫石膏用在了石膏基自流平砂漿中[4]。不難看出，在歐洲市場(chǎng)，石膏基自流平砂漿占據(jù)了地面砂漿的很大一部分份額。
1.3 國(guó)內(nèi)石膏基自流平砂漿發(fā)展
我國(guó)石膏基自流平砂漿研究起步較晚，大約起始于 20 世 紀(jì) 80 年代末、90 年代初[5]。1986 年研制成功以氟石膏廢渣為膠凝材料的石膏基自流平材料，但是由于石膏的耐水性較差，且呈中性或酸性，對(duì)鐵件有銹蝕的危險(xiǎn)，生產(chǎn)應(yīng)用的較少。近年有些單位也有石膏基自流平砂漿產(chǎn)品，但大多廠家采用建筑石膏來(lái)配制，并靠增加化學(xué)添加劑確保達(dá)到相應(yīng)性能要求，而添加劑費(fèi)用約占自流平石膏生產(chǎn)成本的 2/3，致使石膏基自流平砂漿應(yīng)用成本高于水泥基自流平砂漿，推廣應(yīng)用受阻，發(fā)展緩慢。應(yīng)用技術(shù)和施工機(jī)具與國(guó)外尚有一定的差距。2005 年，楊新亞和王錦華[7]開(kāi)始研究硬石膏基地面自流平材料。隨著國(guó)內(nèi)石膏基自流平產(chǎn)品的逐漸成熟，2007 年，我國(guó)制定并實(shí)施了相應(yīng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn) JC/T 1023—2007《石膏基自流平砂漿》。
石膏基自流平砂漿國(guó)內(nèi)外檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)比較
2007 年我國(guó)頒布并實(shí)施了 JC/T 1023—2007 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)與歐洲標(biāo)準(zhǔn)由于檢測(cè)方法和養(yǎng)護(hù)條件都不相同，因此各自的技術(shù)指標(biāo)也不盡相同。我們從定義、技術(shù)指標(biāo)、養(yǎng)護(hù)方法等方面將該標(biāo)準(zhǔn)與歐洲標(biāo)準(zhǔn) BS-EN-13454-1：2004 和BS-EN-13454-2：2004 進(jìn)行比較。
2.1 定義和分類的區(qū)別
JC/T 1023—2007 對(duì)石膏基自流平砂漿定義為：以半水石膏為主要膠凝材料、和/或骨料、填料及外加劑所組成的在新拌狀態(tài)下具有一定流動(dòng)性的石膏基室內(nèi)地面用自流平材料，俗稱自流平石膏。
BS-EN-13454-1：2004 定義為：
(1)石膏膠凝材料 Calciumsulfate binders(CAB)，由半水或無(wú)水石膏組成，可能還有外加劑和添加劑，CaSO4 含量≥85%;
(2)石膏復(fù)合膠凝材料 Calciumsulfate composite binders(CAC)，由 CAB 和額外的添加劑組成，CaSO4 含量<85%，但≥50%;
(3)干混石膏基砂漿 Factorymade mixtures(CA)，由 CAB 或 CAC 和集料組成，可能包含外加劑和添加劑。可見(jiàn)，國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)中的石膏基自流平砂漿是以半水石膏為主要膠凝材料，而歐洲標(biāo)準(zhǔn)不僅限于一種石膏，包括了含有添加劑的石膏膠結(jié)料。
2.2 初始流動(dòng)度及流動(dòng)度損失的區(qū)別
JC/T 1023—2007 采用水泥基自流平測(cè)試用流動(dòng)度環(huán)測(cè)試流動(dòng)度，具體為：內(nèi)徑 30 mm，高 50 mm 圓環(huán)，提起后 4 min測(cè)量。BS-EN-13454-2 采用跳桌用的大環(huán)測(cè)試流動(dòng)度，具體為：底 φ100 mm，上 φ70 mm，高 60 mm 的圓環(huán)(跳桌)，提起后1 min 測(cè)量。二者對(duì)流動(dòng)度和流動(dòng)度損失的要求見(jiàn)表 4。
2.3 收縮性指標(biāo)及檢測(cè)方法區(qū)別
JC/T 1023—2007 采用水泥基自流平收縮模具，尺寸為 10mm×40 mm×160 mm，養(yǎng)護(hù)條件為：成型后在(23±2)℃、相對(duì)濕度(50±5)%條件下養(yǎng)護(hù)至24 h 脫模，測(cè)量初始長(zhǎng)度，之后放入(40±2)℃烘箱中烘至恒重，測(cè)量試件干燥后長(zhǎng)度。BS-EN-13454-2 規(guī)定的模具尺寸為 40 mm×40 mm×160mm，養(yǎng)護(hù)條件為：成型后放(20±5)℃，相對(duì)濕度 90%以上養(yǎng)護(hù)箱養(yǎng)護(hù) 24 h 拆模，如果強(qiáng)度不夠，可以推遲到 48 h 脫模，脫模之后測(cè)量初始長(zhǎng)度，之后放在(20±5)℃，相對(duì)濕度(65± 5)%條件下養(yǎng)護(hù)，分別在 3 d、7 d、14 d、28 d 測(cè)試收縮。JC/T 1023—2007 要求收縮率≤0.05%，BS-EN-13454-2要求收縮值≤0.2 mm/m。
2.4 強(qiáng)度指標(biāo)的區(qū)別
JC/T 1023—2007 對(duì)石膏基自流平的抗折、抗壓強(qiáng)度沒(méi)有進(jìn)行分級(jí)，而且最終強(qiáng)度都是絕干狀態(tài)的強(qiáng)度。編制該標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，由于我國(guó)石膏粉體建筑材料標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有強(qiáng)度等級(jí)之分，且國(guó)內(nèi)石膏基自流平砂漿的產(chǎn)量及用量尚屬起步階段，又因石膏基自流平砂漿使用范圍的限定，它有別于水泥基自流平材料，因此在標(biāo)準(zhǔn)中的強(qiáng)度指標(biāo)不分等級(jí)，具體見(jiàn)表 5。養(yǎng)護(hù)方式為：終凝后 1 h 內(nèi)脫模，在(23±2)℃、相對(duì)濕度(50±5)%條件下養(yǎng)護(hù)至 24 h;測(cè)試絕干強(qiáng)度的此時(shí)放入(40±2)℃烘箱中烘至恒重。
BS-EN-13454-1 對(duì)石膏基自流平的抗折、抗壓強(qiáng)度類似水泥基自流平一樣進(jìn)行了分級(jí)(見(jiàn)表 6)。BS-EN-13454-2 沒(méi)有進(jìn)行絕干養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)方式為：在(20±5)℃、相對(duì)濕度 90%以上養(yǎng)護(hù) 48 h 脫模，然后在(20±5)℃、相對(duì)濕度(65±5)%條件下養(yǎng)護(hù)到齡期。
2.5 實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)驗(yàn)證
JC/T 1023—2007 對(duì)石膏基自流平砂漿的膠凝材料限制為半水高強(qiáng)石膏，而在實(shí)際中還會(huì)有無(wú)水石膏基的自流平材料。在我們?nèi)粘５脑囼?yàn)中也發(fā)現(xiàn)，石膏基自流平由于多種添加劑的摻入，和純石膏制品的性能有很大的區(qū)別，在絕干狀態(tài)下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)后，如果繼續(xù)在常溫標(biāo)態(tài)下養(yǎng)護(hù)，強(qiáng)度還會(huì)繼續(xù)增長(zhǎng)(如圖 2 所示)。因此建議在該行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)修編的時(shí)候，收集各種石膏基產(chǎn)品進(jìn)行不同養(yǎng)護(hù)制度的試驗(yàn)對(duì)比，得出最終的強(qiáng)度結(jié)果更為科學(xué)。
石膏基自流平砂漿種類
根據(jù)石膏種類的不同，石膏基自流平砂漿的膠凝材料主要采用 α 半水高強(qiáng)石膏、建筑石膏以及硬石膏。
3.1 α-高強(qiáng)石膏基自流平砂漿
石膏基自流平材料的強(qiáng)度相對(duì)于水泥基自流平材料低，耐水性較差，主要以“底層自流平材料”的形式用于室內(nèi)。采用 α-高強(qiáng)石膏作為自流平材料的基材，可顯著提高材料強(qiáng)度，姜洪義和曹宇用天然石膏制得 2 h 抗壓強(qiáng)度超過(guò) 14MPa 的高強(qiáng)石膏。目前工業(yè)副產(chǎn)石膏采用丁二酸、馬來(lái)酸酐和丁二酸鈉等制備 α-高強(qiáng)石膏的技術(shù)日益成熟，而將高強(qiáng)石膏用于自流平材料已普遍成熟，主要還是歸功于高強(qiáng)石膏優(yōu)異的力學(xué)性能。彭明和葉蓓紅用 2 h 抗壓和抗折強(qiáng)度分別為 35.1、6 MPa 的高強(qiáng)石膏為膠凝材料，在緩凝劑、保水劑等作用下制備出性能優(yōu)異的石膏自流平砂漿。
3.2 建筑石膏自流平砂漿
石膏特有的保溫隔熱性、吸聲性能、防火性能，且具有賦形性優(yōu)良、裝飾美觀等優(yōu)點(diǎn)，從而越來(lái)越受到建筑行業(yè)的青睞。然而建筑石膏自流平砂漿的缺陷往往使其應(yīng)用受到限制，尤其是受雜質(zhì)影響的工業(yè)副產(chǎn)石膏，需通過(guò)摻入減水劑、水泥等提高石膏自流平材料的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度。蔡劍育等在 2%水泥作用下?lián)饺刖埕人崦褱p水劑，發(fā)現(xiàn)減水率從 19.4%增長(zhǎng)到 41.9%，石膏強(qiáng)度大幅度提高。減水劑可在不降低石膏漿體流動(dòng)性的同時(shí)減少拌合用水量，提高石膏硬化體的結(jié)構(gòu)密實(shí)度和力學(xué)性能。隨著石膏專用減水劑的快速發(fā)展，促進(jìn)了建筑石膏自流平材料的推廣應(yīng)用。影響減水劑效果的主要因素為晶體表面吸附，萘系和三聚氰胺系減水劑在半水石膏表面的吸附屬于物理吸附，而聚羧酸系減水劑屬于化學(xué)吸附。由于不同種類的工業(yè)副產(chǎn)石膏的雜質(zhì)影響，減水劑使用效果不同，必須加大力度開(kāi)發(fā)和研究石膏專用減水劑。
3.3 硬石膏自流平砂漿
硬石膏主要來(lái)源于天然石膏、氟石膏和高溫煅燒二水石膏，硬石膏水化活性差和硬化體強(qiáng)度低，必須通過(guò)粉磨、熱處理和添加激發(fā)劑改性等方式進(jìn)行處理。一般采用激發(fā)劑改變 CaSO4 溶解度或溶解速度，加快 CaSO4·0.5H2O 的生成速率，提高硬石膏水化硬化能力，縮短凝結(jié)時(shí)間。激發(fā)劑主要包括：各種硫酸鹽[K2SO4、Na2SO4、Al(2 SO4)3、FeSO4、CuSO4、明礬等]、堿性激發(fā)劑(水泥、石灰等)和其它鹽類激發(fā)劑(K2Cr2O4 和 Na2Cr2O4)。硬石膏活性與激發(fā)劑種類、分散度和自身的表面缺陷等有關(guān)。王麗等利用復(fù)合激發(fā)劑、減水劑、保水劑、摻合料、骨 料、纖維和減縮劑等制備了硬石膏自流平砂漿，其抗壓、抗折強(qiáng)度分別達(dá)到 16.7、7.3 MPa，粘結(jié)強(qiáng)度達(dá) 0.57 MPa，收縮率為0.045%，性能符合日本住宅公團(tuán)標(biāo)準(zhǔn)要求。
石膏基自流平砂漿的優(yōu)點(diǎn)及在地暖中的應(yīng)用
4.1 石膏基自流平砂漿的優(yōu)點(diǎn)
石膏基自流平砂漿的主要膠凝材料是石膏，并且具有自動(dòng)流平的性能，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
(1)采用石膏基自流平砂漿施工的地面，尺寸準(zhǔn)確，水平度極高，不空鼓、不開(kāi)裂;作業(yè)時(shí)輕松方便，效率高;并且可以采用泵送施工，日鋪地面可達(dá) 800~1000 m2，比傳統(tǒng)的地面材料施工速度要快 5~10 倍。
(2)用做“地暖”找平覆蓋層，保溫性能好(地暖與其它采暖方式相比，節(jié)能幅度約為 20%，如采用分區(qū)溫控裝置，節(jié)能幅度可高達(dá) 40%);不會(huì)像水泥砂漿層那樣，因熱脹冷縮產(chǎn)生
開(kāi)裂、起鼓等現(xiàn)象。
(3)石膏基自流平砂漿硬化后的地板有一定彈性，腳感溫暖舒適;并且具有一定的隔聲效果。
(4)石膏基自流平砂漿和水泥砂漿用于建筑物地面的找平層時(shí)，二者連工帶料的最終成本相近。如若用石膏自流平砂漿替代水泥砂漿，由此減少水泥的用量在整個(gè)水泥產(chǎn)量中比例很小，不足 1%，基本上不會(huì)影響水泥生產(chǎn)企業(yè)的利益。
因此，在我國(guó)推廣應(yīng)用石膏基自流平砂漿的阻力小，前景廣。
4.2 石膏基自流平砂漿與水泥砂漿的性能對(duì)比
4.2.1 一般性能對(duì)比(見(jiàn)表 1)
表 1 石膏基自流平砂漿與水泥基自流平砂漿一般性能對(duì)比
從表 1 可以看出，2 種自流平砂漿的性能指標(biāo)十分相近，為了保證相應(yīng)的流動(dòng)度，與普通砂漿相比，通常自流平砂漿的需水量要高很多。在自流平砂漿中，這些多余的水分將蒸發(fā)到空氣中，如果這一過(guò)程發(fā)生過(guò)快，就會(huì)引起十分明顯的砂漿收縮，進(jìn)而導(dǎo)致在砂漿中出現(xiàn)裂縫。但在石膏基自流平砂漿中不會(huì)出現(xiàn)這種情況，石膏基與水泥基砂漿的膨脹收縮值見(jiàn)圖 1。
由圖 1 可知，水泥基自流平砂漿的收縮率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于石膏基自流平砂漿，到 28 d，水泥基自流平砂漿的收縮值約為1.17mm/m。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，水泥基自流平砂漿的收縮值在 90 d 后達(dá)到約 1.3 mm/m，但石膏基自流平砂漿的收縮值仍保持在 0.19mm/m 左右，也就是說(shuō)，在水泥基自流平砂漿中由于過(guò)高的收縮值極有可能導(dǎo)致自流平砂漿開(kāi)裂，因此，在實(shí)際施工過(guò)程中應(yīng)對(duì)水泥基自流平砂漿采取必要的養(yǎng)護(hù)措施以保證工程質(zhì)量。
4.2.2 石膏基自流平砂漿的耐熱性能
由于石膏基自流平砂漿最初在歐洲是配合地暖系統(tǒng)產(chǎn)生的地面材料，為了模擬在地暖系統(tǒng)中的應(yīng)用，將自流平石膏置于 50 ℃的熱環(huán)境中測(cè)試耐熱性能。所有試塊(40 mm×40 mm×160 mm)首先在標(biāo)準(zhǔn)條件(溫度 20 ℃，相對(duì)濕度 65%)下養(yǎng)護(hù)7 d，然后直接置于烘箱中，在 50 ℃的條件下分別放置 7 d、28d 和 194 d 進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表 2。
表 2 石膏基自流平砂漿的耐熱性能
從表 2 可以看出，石膏基自流平在 50 ℃條件下的耐熱性能基本保持穩(wěn)定，28 d 和 194 d 收縮值及抗折、抗壓強(qiáng)度幾乎保持一致。
4.2.3 石膏基自流平砂漿在地暖系統(tǒng)的應(yīng)用
以上耐熱性能試驗(yàn)結(jié)果表明，石膏基自流平砂漿是非常適合用于地暖系統(tǒng)的。1909 年英國(guó)人利用混凝土和石膏管道制作了輻射采暖系統(tǒng)，并申請(qǐng)了專利，成為最早的地暖產(chǎn)品[8]。20 世紀(jì) 30 年代地暖技術(shù)已經(jīng)在發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始使用，我國(guó)在 20 世紀(jì) 50 年代已將該技術(shù)應(yīng)用于人民大會(huì)堂和華僑飯店等工程中。
我國(guó)傳統(tǒng)的地暖填充層多采用豆石混凝土現(xiàn)場(chǎng)攪拌施工，如果采用石膏基自流平砂漿進(jìn)行填充，可以使施工質(zhì)量得到很大的提高，豆石混凝土地暖與石膏基自流平地暖的對(duì)比見(jiàn)表3。
石膏基自流平砂漿與高柔性粘結(jié)砂漿組成地暖系統(tǒng)，可以徹底解決目前國(guó)內(nèi)地暖系統(tǒng)中水泥砂漿的開(kāi)裂、導(dǎo)熱率偏低、易損壞熱水管道等問(wèn)題。它以整個(gè)地面作為散熱面，均勻地向室內(nèi)輻射熱量，相對(duì)于空調(diào)、暖氣片、壁爐等采暖方式具有熱感舒適、熱量均衡穩(wěn)定、節(jié)能、免維修等特點(diǎn)。另外，作為地暖系統(tǒng)，石膏材料本身的多孔性可以起到隔聲保溫的作用。石膏基自流平砂漿密度低，可以降低建筑物承載質(zhì)量，是綠色環(huán)保的節(jié)能型產(chǎn)品。
結(jié)論
(1)自流平石膏砂漿作為地面找平層，具有其它材料無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，市場(chǎng)前景廣闊。自流平石膏作為替代水泥、減少碳排放的重要產(chǎn)品，與政府已出臺(tái)政策推廣的“石膏干粉砂漿”一樣具有節(jié)能減排的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
(2)石膏基自流平砂漿從強(qiáng)度穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性方面都優(yōu)于傳統(tǒng)水泥砂漿，是地暖系統(tǒng)的優(yōu)選材料。
(3)國(guó)內(nèi)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)外石膏基自流平砂漿標(biāo)準(zhǔn)中，技術(shù)指標(biāo)、檢測(cè)方法、養(yǎng)護(hù)條件均有很大的差異，而且我們通過(guò)試驗(yàn)證明，半水石膏基自流平在絕干條件下測(cè)試的強(qiáng)度不是最終的強(qiáng)度。建議該行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)在修編時(shí)應(yīng)該考慮養(yǎng)護(hù)條件的影響。
石膏基自流平砂漿的標(biāo)準(zhǔn)和種類，又有何優(yōu)勢(shì)？ 最新評(píng)論:
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