建筑添加剂对脱硫石膏基自流平砂浆性能的影响研究_李华彬.pdf

广东建材2023年第2期0 前言石膏基自流平砂浆是一种由石膏材料、填料和建筑添加剂等混制而成的自流平材料，具有流动性好、表面平整度高、干燥收缩小、保温隔热性能好等优点，广泛应用于室内地面找平1。石膏基自流平砂浆作为地平材料，可厚层施工，硬化后可在其表面铺设PVC地板，薄贴地砖，拼贴木地板等2-3。脱硫石膏是工业副产石膏之一，与天然石膏具有相似的理化性质4-5，将脱硫石膏用于制备自流平砂浆，能提高工业副产石膏的有效利用率，符合工业资源综合利用和环境保护的战略要求。石膏基自流平砂浆性能与石膏自身特性、建筑添加剂密切相关。为了探讨脱硫石膏与建筑添加剂的匹配适应性，本文以脱硫石膏为主要胶凝材料，通过测试减水剂、缓凝剂和纤维素醚对砂浆性能的影响，从而确立合适的脱硫石膏基自流平砂浆体系组分，为脱硫石膏基自流平砂浆的生产提供参考。1 试验1.1 原材料脱硫石膏：贵州某公司，主要技术性能见表1；P.O42.5水泥：广西鱼峰水泥股份有限公司；70120目机制砂；聚羧酸减水剂：减水剂A、B、C为市售，外观均为白色粉末，减水率均大于25%；400mPa s羟丙基甲基纤维素醚；流变剂；粉末消泡剂；精蛋白高效石膏缓凝剂；普通自来水。1.2 试验方法脱硫石膏粉料的基本性能按GB/T 9776-2008 建筑石膏 测试。石膏基自流平砂浆的流动度（初始及30min）、凝结时间及力学强度均按JC/T 1023-2021 石膏基自流平砂浆 测试。用水量按初始流动度为（1455）mm时确定。1.3 试验基础配比自流平砂浆的基础配比为：脱硫石膏75%、水泥8%、砂 17%，聚羧酸减水剂 0.30%0.40%，缓凝剂 0.10%0.25%，纤维素醚0%0.08%，其余添加剂适量。2 结果与讨论2.1 聚羧酸减水剂对自流平砂浆性能的影响减水剂具有改善自流平砂浆流动性和强度的作用，其促流效果、对自流平砂浆适应性与自身分子结构相关6-7，不同种类的减水剂对自流平砂浆可能表现出不建筑添加剂对脱硫石膏基自流平砂浆性能的影响研究李华彬 卢玉婷 莫晓红 黎德聪（广西云鹰新材料科技有限公司）【摘要】聚羧酸减水剂、缓凝剂和纤维素醚是制备石膏基自流平砂浆的重要建筑添加剂。通过比较流动度与力学强度等性能指标，研究了3种聚羧酸减水剂、缓凝剂和纤维素醚对脱硫石膏基自流平砂浆性能的影响。结果表明：相比于减水剂A和C，减水剂B对自流平砂浆适应性更好；缓凝剂可显著延长自流平砂浆的凝结时间，但超掺会导致砂浆强度损失明显；纤维素醚掺量的增加，提高了砂浆的保水效果，同时降低了力学强度；优化后的脱硫石膏基自流平砂浆的性能指标满足JC/T 1023-2021 石膏基自流平砂浆 的要求。【关键词】脱硫石膏；自流平砂浆；聚羧酸减水剂；缓凝剂；纤维素醚标准稠度用水量/%58凝结时间/min初凝6.5终凝92h强度/MPa抗折3.5抗压11.3表1 脱硫石膏的主要技术性能材料研究与应用-22广东建材2023年第2期同的适应性8。以流动度在（1455）mm范围内为控制指标，固定脱硫石膏、水泥、砂子、纤维素醚、缓凝剂、流变剂和消泡剂掺量，3种聚羧酸减水剂掺量为0.30%0.40%，其对自流平砂浆性能的影响如表2、表3所示。从表2可以看出，随着减水剂掺量从0.30%增大到0.40%，自流平砂浆用水量均有下降，30min流动度损失逐渐减小。在相同掺量时，减水剂A和B用水量相近，说明其减水、促流效果相近；减水剂C用水量最高，说明其减水、促流效果明显劣于减水剂A和B。此外，减水剂掺量在0.30%0.40%变化时，掺入减水剂A的自流平砂浆用水量变化幅度较小，掺入减水剂C的自流平砂浆的用水量变化幅度较大，说明减水剂A在自流平砂浆中的掺量已趋于饱和9，继续增加减水剂A的掺量对降低用水量作用不大，反而会增加自流平砂浆的生产成本；而掺入减水剂C的自流平砂浆可通过继续增加减水剂掺量来降低用水量。由表3可知，随着3种聚羧酸减水剂掺量增加，自流平砂浆的力学强度不断提高，这是因为砂浆的体积密度随着用水量减小而增大，试块更密实，从而提高自流平砂浆的力学性能10。在相同掺量时，掺入减水剂A和B的自流平砂浆强度均明显高于掺入减水剂C的自流平砂浆。此外，当减水剂A和B在掺量相同与用水量相近时，掺入减水剂B的自流平砂浆的28 d力学强度相对略高，这可能与减水剂和自流平砂浆的适应性有关。从表2和表3综合来看，掺入减水剂B的自流平砂浆性能最佳，后续试验采用减水剂B的掺量为0.35%。2.2 缓凝剂对自流平砂浆性能的影响缓凝剂可延长自流平砂浆的凝结时间，提高砂浆的可施工性。然而缓凝剂掺量过多会导致自流平砂浆严重泌水，硬化后表面掉粉。为了探明缓凝剂的效果，试验中脱硫石膏、水泥、砂子、减水剂B、纤维素醚、流变剂和消泡剂掺量固定不变，缓凝剂掺量为0.10%0.25%，其对自流平砂浆性能的影响如表4、表5所示。从表4可以看出，随着缓凝剂掺量从0.10%增加到0.25%，砂浆的30 min流动度和凝结时间呈上升趋势，砂浆的30 min流动度损失不断减小。当缓凝剂掺量在0.10%0.20%时，砂浆的凝结时间呈线性增加；当缓凝剂掺量增加到0.25%时，凝结时间明显延长。这说明砂表5 缓凝剂掺量对自流平砂浆力学性能的影响掺量/%0.100.150.200.25用水量/%35.035.035.035.024 h强度/MPa抗折3.73.53.43.0抗压13.513.012.711.628 d强度/MPa抗折10.39.89.58.7抗压25.224.524.021.8掺量/%0.100.150.200.25用水量/%35.035.035.035.0流动度/mm初始14514814914930min12014214815130min流动度损失/mm-25-6-12凝结时间/min初凝456690130终凝5376101145表4 缓凝剂掺量对自流平砂浆流动度和凝结时间的影响减水剂种类ABC掺量/%0.300.350.400.300.350.400.300.350.40用水量/%35.534.533.536.035.033.039.538.536.5流动度/mm初始14914814614914714814814914730min13714214313814214513914914830min流动度损失/mm-12-6-3-11-5-3-901表2 3种聚羧酸减水剂对自流平砂浆流动度的影响减水剂种类ABC掺量/%0.300.350.400.300.350.400.300.350.40用水量/%35.534.533.536.035.033.039.538.536.524h强度/MPa抗折3.23.33.53.13.33.52.82.93.1抗压12.012.512.911.812.313.010.010.311.128d强度/MPa抗折8.89.29.59.09.59.67.98.29.0抗压21.722.823.622.023.924.319.720.220.8表3 3种聚羧酸减水剂对自流平砂浆力学性能的影响材料研究与应用-23广东建材2023年第2期浆凝结时间呈线性增加所需的缓凝剂掺量临界点小于0.25%，若继续增加缓凝剂掺量可能会大幅度延长凝结时间，甚至导致砂浆泌水。由表 5 可知，随着缓凝剂掺量从 0.10%增加到0.25%，自流平砂浆的力学强度呈下降趋势；当缓凝剂掺量在0.10%0.20%变化时，自流平砂浆强度的下降趋势平缓；当缓凝剂掺量为0.25%时，自流平砂浆强度下降明显。这是因为蛋白类缓凝剂对石膏强度损失与二水石膏成核有关11。当缓凝剂掺量为0.25%时，二水石膏晶核生成过慢，有充分时间和空间生长，造成晶体尺寸粗化，砂浆致密度降低，从而使强度明显降低。结合可操作时间和力学性能看，比较适合的缓凝剂掺量约为0.20%。2.3 纤维素醚对自流平砂浆性能的影响纤维素醚在砂浆中起着保水、增稠、改善施工性能等作用12，适量的纤维素醚可使砂浆获得较优的综合性能。本次试验采用的缓凝剂掺量为 0.20%，脱硫石膏、水泥、砂子、减水剂B、流变剂和消泡剂掺量不变，纤维素醚掺量为0%0.08%，其对自流平砂浆性能的影响如表6、表7所示。从表 6可以看出，随着纤维素醚掺量从 0%增加到0.08%，用水量逐渐增加，砂浆的保水效果明显增强，30min流动度损失逐渐减小。这是由于纤维素醚长链上羟基和醚键上的氧原子与水分子缔合成氢键13，使游离水变成化合水，从而起到保水作用。同时，由于纤维素醚掺量增加，使砂浆的粘度增加，导致砂浆流动速率变慢、消泡阻力增大，对自流平砂浆的施工性能产生负面影响14-15。由表7可知，砂浆的力学性能随着纤维素醚掺量的增加呈下降趋势，当掺量为0.08%时，24 h抗折强度、抗压强度及28 d抗折强度、抗压强度较未掺入纤维素醚分别下降了 17.9%、15.1%、15.0%、12.9%。主要原因在于，一方面用水量增加使自流平砂浆的体积密度降低；另一方面纤维素醚的引气作用及砂浆粘度增加，导致砂浆的孔隙率增加、密实度降低，最终使砂浆强度降低。3 结论减水剂A和B对自流平砂浆的促流效果相近，明显优于减水剂C；相同掺量时，掺入减水剂B的自流平砂浆力学性能最佳。缓凝剂能延长自流平砂浆的凝结时间，但达到一定掺量时会导致砂浆的凝结时间显著增加，强度明显降低。纤维素醚能提高砂浆的保水性，同时降低了砂浆的力学性能。优化后的自流平砂浆配比为：m（脱硫石膏）:m（水泥）:m（砂子）:m（减水剂B）:m（缓凝剂）:m（纤维素醚）=75:8:17:0.35:0.20:0.04，24 h抗折和抗压强度分别为 3.6、12.8 MPa，28 d 抗折和抗压强度分别为 9.7、24.1MPa。【参考文献】1 朱海霞.石膏基自流平砂浆的技术进展研究J.新型建筑材料.2016,43(6):1-5.2 周昆睿.掺加水泥的石膏基自流平砂浆的研究J.新材料与应用.2011(9):76-77.3 权刘权,张箐燕,李东旭,等.水泥掺量对脱硫石膏基自流平材料的影响J.2012,35(1):30-32.4 项飞鹏,陈锡炯,刘春红,等.火电脱硫石膏资源化利用研究进展J.新型建筑材料.2021,48(6):25-30.5 柳京育,单俊鸿,李春,等.脱硫石膏基无砂自流平砂浆的制备与性能研究J.硅酸盐通报.2021,40(11):3654-3661.6 李英丁,李玉香,宋子健.建筑添加剂对厚层石膏基自流平砂浆性能影响研究J.新型建筑材料,2015,45(11):11-14.掺量/%00.020.040.060.08用水量/%32.034.035.036.037.0流动度初始14714914814514630min13514214714414630min流动度损失/mm-12-7-1-10表6 纤维素醚掺量对自流平砂浆流动度的影响掺量/%00.020.040.060.08用水量/%32.034.035.036.037.024h强度/MPa抗折3.93.73.63.33.2抗压13.813.112.812.311.728d强度/MPa抗折10.710.09.79.59.1抗压25.624.724.123.522.3表7 纤维素醚掺量对自流平砂浆力学性能的影响（下转第5页）材料研究与应用-24广东建材2023年第2期3 结论高性能聚羧酸减水剂的最佳合成工艺如下：酸醚比为4.17，引发剂用量为大单体质量的1.33%，链转剂用量为大单体质量的0.66%，起始反应温度为20，滴加时间为3h。高性能聚羧酸减水剂通过红外表征，其分子结构与设计的分子结构一致。在与市售减水剂PCE-W的混凝土对比实验中，按照最佳工艺合成的PCE-H高性能聚羧酸减水剂具有更大的坍落度和扩展度，并且经时损失较小，具有更好的混凝土和易性。【参考文献】1 韩明，高蓓蕾，陈树东,等聚羧羧酸系高效减水剂的合成研究J新型建筑材料，2008(3):19-22.2 谭洪波功能可控型聚羧酸减水剂的研究与应用D武汉：武汉理工大学，2009:1-4.3 李崇智，李永德，冯乃谦聚羧