脫硫石膏基自流平砂漿耐水性如何改善？

随着低彈性模量的薄飾面材料（PVC 地闆、橡膠地闆卷材等）應用越來越，地面自流平材料已逐漸成爲大(dà)型超市、停車(chē)場、工(gōng)廠車(chē)間、倉庫等地面鋪築的材料。石膏基自流平材料力學性能發展快，施工(gōng)簡單，硬化後體(tǐ)積穩定性好，具有保溫隔熱、隔音、調濕等功能，是現有市場的主流産品。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）是将含硫燃料（煤、石油）燃燒後所産生(shēng)的煙氣經過相應脫硫淨化處理過程得到的工(gōng)業副産品，其煅燒後得到的建築石膏（CaSO4·0.5H2O）在凝結特性、水化動力學和物(wù)理力學性質等方面不比天然建築石膏差[3-4]。因此，采用脫硫石膏代替天然石膏生(shēng)産自流平材料越來越受到重視[5-7]。與天然石膏不同，脫硫石膏是在漿液中(zhōng)快速沉澱形成，其粒度小(xiǎo)，粒徑主要分(fēn)布在40~60 μm，級配嚴重不合理，因此，脫硫石膏的流變性能較差，配置的砂漿漿體(tǐ)更容易發生(shēng)離(lí)析、分(fēn)層和泌水現象。更重要的是，脫硫石膏基砂漿硬化後孔隙率偏高，這些孔隙爲外(wài)界水分(fēn)及其他離(lí)子提供了通道，嚴重影響其耐水性和耐久性，縮短自流平材料的服役壽命。

本試驗考察将粉煤灰和水泥等質量代替一(yī)定的脫硫石膏後自流平材料流動性、凝結時間及早期強度等性能的變化規律，研究粉煤灰和水泥對脫硫石膏自流平硬化試塊孔隙率及孔徑分(fēn)布的影響，孔隙率變化對耐水性的影響規律與作用機理，爲脫硫石膏基自流平砂漿的耐水性改善提供科學有效的技術方案。

1 試驗部分(fēn)

1.1 原料 

石膏粉爲脫硫石膏粉，主要礦物(wù)組成爲半水石膏，具體(tǐ)物(wù)理性能見表1。

粉煤灰爲Ⅱ級灰，礦物(wù)組成主要爲莫來石和石英，含少量石灰石；水泥爲金隅 P·O42.5 水泥。原料化學組成，見表2。外(wài)加劑主要包括保水劑、羟丙基甲基纖維素HPMC、高效減水劑WR、消泡劑B-1、乙烯- 醋酸乙烯共聚物(wù)（EVA）可再分(fēn)散乳膠粉S-05，均爲市售産品。骨料爲天然河砂經0.6 mm 篩網篩分(fēn)後的細砂。

1.2 試驗方法 

以脫硫石膏粉爲主要膠凝材料，粉煤灰等質量代替比例爲0、10%、20%、30%，水泥等質量代替比例爲0、4%、8%、12%、16%，讨論二者摻量變化對脫硫石膏自流平砂漿拌合物(wù)的流動性、凝結時間及早期力學性能的影響規律；以抗壓軟化系數爲主要指标考察耐水性的變化，具體(tǐ)測試過程爲：成型後帶模标準養護1 d，測試24 h 強度；标準養護1 d 後的試塊，将其中(zhōng)一(yī)組放(fàng)入（20±2）℃水中(zhōng)養護1 d，測試水養強度，另一(yī)組40 ℃烘至絕幹得到絕幹強度，抗壓軟化系數= 絕幹強度/ 水養強度。吸水率測試條件爲：絕幹試塊，浸泡在（20±2）℃靜水中(zhōng)24 h 後的質量變化。其中(zhōng)，脫硫石膏、砂與水的質量比1∶0.5∶0.45，具體(tǐ)試驗方法按照GB/T 17669.3-1999《建築石膏力學性能的測定》的要求進行。壓汞測試選用空白(bái)樣，以及粉煤灰和水泥摻量分(fēn)别爲20% 和10% 的絕幹試塊進行，所用儀器爲美國麥克公司的AutoPore IV9500 型壓汞儀。

2 結果與讨論

2.1 粉煤灰對砂漿基本性能的影響 

粉煤灰摻量對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，随着粉煤灰摻量的增加，砂漿拌合物(wù)的流動性大(dà)幅度改善，摻量爲30% 時，流動度值增加37%，且30 min 經時損失不大(dà)；摻入粉煤灰延長了砂漿的凝結時間，初凝與終凝時間間隔有增加趨勢，但均能滿足現場施工(gōng)要求。粉煤灰摻入量較大(dà)時，會降低砂漿早期強度，但控制适宜的摻量，可凸顯出粉煤灰對流動性的改善作用。可見适量粉煤灰等質量代替脫硫石膏後，砂漿流動度改善，這爲自流平砂漿降低單方用水量提供了條件，用水量降低不可彌補因摻煤灰帶來的力學性能下(xià)降，且對耐水性及耐久性有着重要影響。

除了二水石膏晶體(tǐ)自身溶解度較大(dà)外(wài)，爲保證施工(gōng)性能，石膏基自流平砂漿的用水量（60% 左右）遠大(dà)于其水化所需理論用水量（18.6%），較高的孔隙率結構是其耐水性差的原因。摻入粉煤灰降低石膏所占比例，優化脫硫石膏的“微級配”，且粉煤灰球形顆粒具有一(yī)定的“滾珠效應”，可進一(yī)步增加砂漿流動度，共同實現降低用水量的目的。微觀上，砂漿中(zhōng)可水溶性水化産物(wù)二水石膏含量減小(xiǎo)，孔隙率下(xià)降，孔徑分(fēn)布得到優化，宏觀表現爲耐水性和耐久性提升。

2.2 水泥對砂漿性能的影響 

摻入水泥對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性，摻量大(dà)于8% 時，流動度經時損失有增加趨勢，初凝和終凝時間均明顯縮短。摻入水泥未對早期強度産生(shēng)明顯影響。摻入水泥對砂漿性能影響與粉煤灰有明顯不同，這主要是因爲水泥自身有很強的水化反應活性，遇水後即可快速反應，加速脫硫石膏水化過程，從而對砂漿拌合物(wù)性能産生(shēng)影響。同時，本次測試均爲1 d 齡期，水泥水化程度非常低，這是力學性能變化不大(dà)的主要原因，随着齡期延長，水泥持續水化對砂漿後期力學性能的增長、細化孔徑及耐久性改善均會有很大(dà)幫助。

綜合考慮砂漿材料施工(gōng)性能與力學性能，粉煤灰和水泥替代比例應分(fēn)别控制在20% 和10% 以内。

2.3 耐水性和軟化系數 

粉煤灰和水泥摻量對砂漿吸水率和軟化系數的影響，見圖3。選取粉煤灰摻量20%，水泥摻量8% 和空白(bái)樣，對應的編号爲FDG80-FA20，FDG92-C8 和FDG100，測試分(fēn)析了絕幹試樣的孔隙率與孔徑分(fēn)布，結果見表3。

由圖3 可知(zhī)，摻入粉煤灰和水泥均可提高砂漿軟化系數，後者效果更明顯，這主要是二者水化反應活性差異造成，吸水率變化與軟化系數有一(yī)定相關性，但不是線性相關。粉煤灰等質量替代脫硫石膏後，由于其自身基本無水化活性，能發揮“微集料”和“滾珠效應”的物(wù)理作用，故其摻量大(dà)于30% 後，力學性能下(xià)降，孔徑粗化，吸水率增加，終影響砂漿耐水性。水泥水化活性較高，當重新浸泡在水中(zhōng)後，未水化的水泥繼續水化，産生(shēng)更多水化矽酸鈣（C-S-H）凝膠及鈣礬石（AFt）等低溶解度水化産物(wù)，細化孔徑，降低吸水率，明顯增強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(zhōng)在100~10 000 nm 範圍内，合計在95% 以上，遠遠大(dà)于普通混凝土材料的粒徑分(fēn)布區間，這符合孔隙率與強度之間的一(yī)般對應關系；粉煤灰和水泥摻入對砂漿均有填充密實作用，且對粗（3 000~10 000nm）、中(zhōng)（1 000~3 000 nm）、細（100~1 000 nm）3 個孔徑區間的孔徑分(fēn)布産生(shēng)重大(dà)影響。由于水泥自身具有較強的水化反應活性，故其孔徑細化效果更加明顯，相較空白(bái)樣而言，粗孔徑區間占比下(xià)降90% 以上。

孔徑細化特别是粗孔數量大(dà)幅減少，不有利于力學性能發揮，而且降低了外(wài)界與砂漿内部水、氣及腐蝕性介質的交換概率和程度，對石膏基自流平砂漿的耐水性及耐久性意義重大(dà)。

3 結論

1. 粉煤灰和水泥等質量替代脫硫石膏後，對砂漿拌合物(wù)流動性和凝結時間有不同程度影響，對砂漿硬化體(tǐ)早期力學性能作用不明顯。綜合考慮施工(gōng)性能與力學性能，脫硫石膏基自流平砂漿材料中(zhōng)，粉煤灰和水泥替代比例應分(fēn)别控制在20% 和10% 以内。

2. 粉煤灰和水泥均可提高砂漿的耐水性，但二者作用機理不同，粉煤灰主要通過“微集料”和“滾珠效應”，以物(wù)理作用方式實現；水泥通過自身水化及對脫硫石膏的激發作用，對砂漿力學性能和耐久性改善效果更優。

3. 壓汞測試結果表明，适量粉煤灰和水泥的摻入對降低砂漿孔隙率效果，這是耐水性改善的主要原因，水泥對孔徑分(fēn)布影響更大(dà)，因爲水泥具有較高的水化反應活性。