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矿物掺合料对水泥基自流平砂浆性能影响研究

作者：皮艳灵

来源：《装饰装修天地》2017年第22期

摘 要：本文主要研究加入不同含量的硅粉、矿渣以及粉煤灰会对水泥基自流平砂浆的抗压强度、抗折度以及流动性的影响。经研究发现，将粉煤灰加入到砂浆后，砂浆的流动性和强度与粉煤灰的加入量呈抛物线的趋势，先增大后减小；如果在砂浆中双掺（加入等量的矿渣和粉煤灰）或者是三掺（加入等量矿渣、粉煤灰和硅粉），此时砂浆的流动性会得到明显的提高，基本上能够达到360mm，砂浆的抗压强度也会比一般的单掺粉煤灰的抗压强度高约10%。

关键词：矿物掺合料；水泥基；自流平砂浆；单掺；双掺；三掺；流动性；抗压强度；抗折强度 1 引言

自流平砂浆是一种具有承载能力和装饰作用的地面材料，主要是由矿物掺和填料、细骨料、混合胶凝材料以及其他添加剂混合而成。材料的制作基本上不需要人工搅拌和铺摊和整平，大多数是使用机械化，将各种材料按照一定的比例混合，再加入适量水后使用机器进行搅拌，搅拌均匀后用机械泵进行输送，由于砂浆浆体具有很高的流动性，输出后就自动形成一个平整的平面。正因为这种砂浆具有流动性高、表面平整等优点，被广泛应用于工程建设中[1]。根据自流平砂浆里面加入的材料不同，将自流平材料分为两类：一种是无机系自流平材料（主要是石膏基和水泥基），另一种是有机系自流平材料（含环氧化物）。但是有机系的自流平材料价格高，石膏基的自流平材料耐水性差，所以使用比较广泛的是水泥基自流平材料，它具有比较高的流动性，力学性能也比较好[2]。本文主要研究加入不同含量的硅粉、矿渣以及粉煤灰会对水泥基自流平砂浆的抗压强度、抗折度以及流动性会产生什么样的影响。 2 实验 2.1 原材料

（1）水泥：上海海螺水泥有限责任公司的P·IIO42.5号水泥。（2）矿物掺合料：一级粉煤灰（上海吴泾发电厂，2600cm2/g，2.33g/cm3）；硅粉（上海天恺有限责任公司，粒径0.01-0.10mm，20-28m2/g）；矿渣（湖南少峰水泥厂，80μm，M0>1.0，Ma>0.12，Mk>1.0，碱性高）。（3）CSA膨胀剂；P803消泡剂；聚羧酸增强减水剂（减水率20%）；砂：40-140目；自来水。

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2.2 配比实验

水胶比=0.28，砂胶比=1.55，消泡剂添加量占凝胶材料的0.5%，减水剂添加量占凝胶材料的0.4%。 2.3 实验方法

使用四个40 mm×40 mm×160 mm 三连模件来测定材料的抗压强度和抗折强度；使用截椎试模测定流动性；用划痕方法测定自愈性（用刮刀在材料表面划过，砂浆表面愈合快表示愈合能力强，反之则弱）。实验环境温度在23摄氏度左右，相对湿度50%左右，循环风速不高于0.2m/s [3]。 2.4 实验配比 3 实验结果与讨论

3.1 矿物掺合料对水泥基自流平砂浆流动性的影响 （1）试验结果

（2）单掺矿物掺合料对水泥基自流平砂浆流动性的影响。只加入粉煤灰能够使自流平砂浆的流动性比基准砂浆提高6.8%，如果只加入硅粉或者是矿渣，都会使自流平砂浆的流动性降低，其中单掺矿渣使自流平砂浆的流动性降低程度最大（比基准砂浆降低了27.1%），并且自愈能力也不强，因此不考虑单掺矿渣和硅粉[4]。

（3）双掺或三掺矿物掺合料对自流平砂浆流动性的影响。当掺合料的总量都是40%时，掺30%的粉煤灰+10%的矿渣与掺30%的粉煤灰+10%的硅灰相比，前者的流动性比后者的流动性增加了20mm。当掺合料的总量都是30%时，掺15%的粉煤灰+15%的矿渣与掺10%的粉煤灰+10%的硅灰+10%的矿渣相比，后者的保水性更优，但是流动性至少都达到了350mm。掺15%的粉煤灰+15%的矿渣的流动性为330mm，掺15%的硅粉+15%的矿渣的流动性为350mm。

产生上述情况的主要原因是矿渣中大多数是密实的玻璃体，需要的水量少，但是粉煤灰中不仅有密实的玻璃体，还有很多疏松多孔的玻璃体和没有燃烧的碳粒，它们具有较大的比表面积，吸水性比较大。刚开始反应时，矿渣和粉煤灰的水化速度都不快，对减水剂的吸附能力不强，所以减水剂能够很好的发挥其分散作用，使砂浆的流动性得到提高[5]。

通过上述分析可以知道粉煤灰、硅粉、矿渣三者的掺合量分别为10%的时候砂浆的流动性得到了较大的改善，比基准砂浆的流动性提高了20.3%。 3.2 矿物掺合料对水泥基自流平砂浆力学性能的影响

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（1）试验结果

（2）单掺矿物掺合料对水泥基自流平砂浆力学性能的影响。

①单掺矿渣或者是单掺硅粉都可以提高自流平砂浆的抗压强度和抗折强度；单掺粉煤灰开始时会降低自流平砂浆的抗压强度，但是后面抗压强度和抗折强度都会提高。②当单掺粉煤灰的量从0逐渐增加到30%时，砂浆（3d和28d）的抗压强度呈先上升后下降的趋势，但是7d的砂浆的抗压强度一直下降。单掺粉煤灰含量为10%时，砂浆3d（28d）的抗压强度比基准砂浆的抗压强度提高了6.3%（4.0%）。

综上所述，研磨后粉煤灰主要填充于水泥大颗粒和水泥、砂的缝隙间，使水泥石的密实度得到了较大的提升，强度也得到了提高。粉煤灰的火山灰活性比较好，在水化后期能够快速与氢氧化钙反应生成水化硅酸钙凝胶和水化铝酸钙，使水泥石更加密实，提高了水泥石的强度[6]。

（3）双掺或者三掺矿物掺合料对水泥基自流平砂浆力学性能的影响。通过研究表明，对矿物材料进行双掺或者三掺时，使用硅粉+矿渣双掺能够最大程度的提高水泥砂浆的抗压强度，28d时抗压强度能够达到103.9MPa，高于同期的单掺粉煤灰和基准砂浆的抗压强度。所以使用硅粉+矿渣双掺能够明显提高水泥砂浆的抗压强度。

综合分析后发现，尽管开始双掺和三掺矿物料的抗压强度都比基准砂浆的低，但是在后期（28d），双参砂浆（硅粉+矿渣）和三掺砂浆的抗压强度都比基准砂浆的抗压强度大。经过对比分析后发现，不同时期的砂浆的抗折强度的变化趋势和抗压强度的变化趋势大体一致。 4 讨论 4.1 流动性

（1）单掺矿物掺合料：单掺粉煤灰能够使砂浆的流动性比基准砂浆的流动性增加6.8%，但是掺量高于20%时会使流动性降低；单掺硅粉和矿渣都会使砂浆的流动性比基准砂浆的流动性低，大约分别低10.2%，27.1%。（2）双掺或三掺矿物掺合料：粉煤灰、硅粉、矿渣三者的掺合量分别为10%时砂浆的流动性和保水性的效果最好，流动性提高20.3%。 4.2 力学性质

（1）单掺矿物掺合料：单掺硅粉和矿渣可以使砂浆的抗压强度和抗折强度提升；单掺粉煤灰前期使砂浆的抗压强度降低，后期抗压强度和抗折强度有所增加；当粉煤灰参入量大于10%时，砂浆抗压强度和抗折强度与粉煤灰掺入量成反比。（2）双掺或三掺矿物掺合料：矿渣和硅粉双掺对砂浆抗压强度提高最明显，达到103.9MPa（28d时）；三掺水泥砂浆的强度低于矿渣和硅粉双掺，约为102.0MPa（28d时）。