楊奇瑋，楊新亞，王義恒，李莎

（1.華新水泥股份有限公司，湖北 武漢 430073；2.武漢理工大學(xué) 材料研究與測(cè)試中心，湖北 武漢 430070）

0 前 言

石膏基地面自流平砂漿的主要膠凝材料由α型高強(qiáng)石膏、建筑石膏以及硬石膏等組成，在室內(nèi)地面找平處理中應(yīng)用廣泛，具有流動(dòng)性好、施工工藝簡(jiǎn)單、施工周期短、干燥收縮小、不易開(kāi)裂、保溫隔熱性能好、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，與高柔性粘結(jié)砂漿組成地暖系統(tǒng)，可以解決目前國(guó)內(nèi)地暖系統(tǒng)中存在的問(wèn)題[1]。石膏作為工業(yè)減少碳排放的重要原料，符合我國(guó)建筑業(yè)發(fā)展的需要，其中工業(yè)生產(chǎn)氫氟酸的副產(chǎn)品氟石膏屬于硬石膏，已有學(xué)者經(jīng)過(guò)研究用來(lái)制備石膏基磚、抹灰石膏、水泥緩凝劑等產(chǎn)品。采用氟石膏與α型半水石膏組成復(fù)合型石膏膠凝材料進(jìn)行石膏基地面自流平砂漿開(kāi)發(fā)，不僅可以拓寬氟石膏的資源化綜合利用途徑，還能與建材行業(yè)推廣的“石膏干粉砂漿”具有同樣節(jié)能減排的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益[1-3]。

本研究以提高工業(yè)廢棄物氟石膏的資源化利用為主要目的，探討不同種類(lèi)和顆粒級(jí)配的細(xì)骨料和3種聚羧酸減水劑對(duì)摻氟石膏的復(fù)合型石膏基地面自流平砂漿性能的影響，確保自流平砂漿性能符合JC/T 1023—2007《石膏基自流平砂漿》的要求，提高氟石膏的綜合利用效率，達(dá)到以廢治廢、循環(huán)經(jīng)濟(jì)的目的。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 原材料

（1）氟石膏：河北平泉產(chǎn)，將氟石膏進(jìn)行固氟脫酸[3-5]改性處理后使其具有膠凝性能。改性氟石膏呈粉狀，主要技術(shù)性能見(jiàn)表1。

表1 改性氟石膏的主要技術(shù)性能

（2）α型半水石膏：湖北應(yīng)城產(chǎn)，主要技術(shù)性能見(jiàn)表2。

表2 α型半水石膏的主要技術(shù)性能

（3）細(xì)骨料：選用石英砂、不同顆粒級(jí)配的碳酸鈣砂Ⅰ和碳酸鈣砂Ⅱ，堆積密度分別為1260、1350、1410 kg/m3，3種細(xì)骨料的顆粒分布見(jiàn)表3。碳酸鈣砂主要表現(xiàn)為顆粒級(jí)配不同，其中碳酸鈣砂Ⅰ的粒徑大于碳酸鈣砂Ⅱ。石英砂和碳酸鈣砂均由天然材料所制備，表面均較致密，由于機(jī)械制砂而多棱角，碳酸鈣砂以方狀為主，石英砂則為不規(guī)則形狀（見(jiàn)圖1）。

表3 不同細(xì)骨料的顆粒分布

圖1 石英砂和碳酸鈣砂Ⅰ的SEM照片

（4）外加劑：選用3種聚羧酸減水劑，F(xiàn)5為黃色粉末，密度300～600 kg/m3，干燥損失≤2.0%；S1為灰白色或淡橙色粉末，含水率≤3.0%；S2為灰白色或淡橙色粉末，含水率≤3.0%，三者減水率均大于25%；保水劑為纖維素醚（HPMC），其黏度為400 mPa·s；流平調(diào)凝劑為自制有機(jī)高分子類(lèi)材料。

（5）水：自來(lái)水，符合JGJ 63—2006《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》。

1.2 測(cè)試方法

結(jié)晶水含量按GB/T 5484—2012《石膏化學(xué)分析方法》進(jìn)行測(cè)試；流動(dòng)度（初始及30 min）、凝結(jié)時(shí)間及強(qiáng)度均按JC/T 1023—2007進(jìn)行測(cè)試。初始流動(dòng)度用水量（以下簡(jiǎn)稱(chēng)用水量）按流動(dòng)度為（145±5）mm時(shí)確定。

1.3 自流平砂漿的基礎(chǔ)配比（見(jiàn)表4）

表4 自流平砂漿的基礎(chǔ)配比 %

2 結(jié)果與討論

2.1 細(xì)骨料對(duì)自流平砂漿性能的影響（見(jiàn)表5）

表5 細(xì)骨料對(duì)自流平砂漿性能的影響

從表3和表5可以看出，碳酸鈣砂Ⅱ中細(xì)砂所占比例最大，由碳酸鈣砂Ⅱ制備的3#自流平砂漿用水量也最大。這是因?yàn)閾饺爰?xì)顆粒越多，自流平砂漿結(jié)構(gòu)越密實(shí)，為達(dá)到一定的流動(dòng)性，會(huì)增大自流平砂漿的用水量。2#和3#自流平砂漿的凝結(jié)時(shí)間接近，且相對(duì)于1#自流平砂漿凝結(jié)時(shí)間有所縮短。這是因?yàn)樘妓徕}砂中含有較細(xì)顆粒，吸水性大，保水性強(qiáng)，能夠減少自流平砂漿塑性階段水分的散失，使得凝結(jié)時(shí)間縮短。

從表5的力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果可見(jiàn)，1#自流平砂漿的抗折和抗壓強(qiáng)度均高于2#和3#自流平砂漿，但均符合JC/T 1023—2007的要求。這是因?yàn)樘烊皇⑸暗挠捕容^碳酸鈣砂更高，應(yīng)用到砂漿中的力學(xué)性能表現(xiàn)更佳。石英砂在顆粒形狀上具有優(yōu)勢(shì)，不規(guī)則的顆粒能更好地填充在自流平砂漿內(nèi)部孔隙之間，形成更加致密的砂漿結(jié)構(gòu)[6]。摻2種碳酸鈣砂的自流平砂漿的力學(xué)性能接近，但2#自流平砂漿中的細(xì)骨料顆粒比3#自流平砂漿中的細(xì)骨料顆粒粗，對(duì)自流平砂漿的抗壓強(qiáng)度有利，反之，顆粒較細(xì)對(duì)自流平砂漿的抗折強(qiáng)度有利。

2.2 聚羧酸減水劑對(duì)自流平砂漿流動(dòng)性的影響

自流平砂漿的關(guān)鍵技術(shù)在于能否使得自流平砂漿在自身重力作用下，獲得良好的流動(dòng)性，從而達(dá)到自動(dòng)流平效果。其中減水劑是自流平砂漿的主要外加劑，具有改善自流平砂漿流動(dòng)性和強(qiáng)度的作用[7]。若不摻加減水劑，要符合JC/T 1023—2007中30 min流動(dòng)度損失≤3 mm的要求，就會(huì)增大自流平砂漿的用水量，很可能造成自流平砂漿泌水離析的問(wèn)題，因此需對(duì)減水劑作進(jìn)一步研究。本次試驗(yàn)選擇自流平砂漿流動(dòng)度控制在（145±5）mm范圍內(nèi)的用水量，分別采用3種聚羧酸減水劑，摻量為0.15%～0.30%，對(duì)自流平砂漿流動(dòng)性的影響如表6所示。

表6 3種聚羧酸減水劑對(duì)自流平砂漿流動(dòng)性的影響

由表6可以看出，隨著3種聚羧酸減水劑摻量從0.15%增大到0.30%，摻入S1的自流平砂漿用水量在32.0%～36.0%變化，摻入S2的自流平砂漿用水量在32.0%～34.0%變化，摻入F5的自流平砂漿用水量在30.0%～32.0%變化，說(shuō)明在相同減水劑摻量范圍下，摻S2和F5對(duì)自流平砂漿的用水量影響相對(duì)摻S1較為穩(wěn)定。在相同摻量、達(dá)到相同流動(dòng)度的情況下，摻F5的自流平砂漿用水量最少。當(dāng)F5和S1的摻量同為0.15%時(shí)，摻入前者的自流平砂漿減水率較后者高11%；自流平砂漿要達(dá)到相同用水量32.0%，S系列聚羧酸減水劑的摻量同為0.30%時(shí)，較F5摻量高1倍。這與3種聚羧酸減水劑本身的分子結(jié)構(gòu)組成和復(fù)合型石膏基體系的自流平砂漿的適應(yīng)性有關(guān)。聚羧酸減水劑的特點(diǎn)在于主鏈上帶有多個(gè)支鏈結(jié)構(gòu)，支鏈上不同的活性基團(tuán)表現(xiàn)出不同的空間位阻效應(yīng)，隨著水化進(jìn)程推進(jìn)，空間位阻效應(yīng)產(chǎn)生的分散性受石膏水化作用的影響較小，因此，自流平砂漿的的流動(dòng)性會(huì)在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)得到維持，并具有良好的分散穩(wěn)定性[8-10]。

2.3 聚羧酸減水劑對(duì)自流平砂漿力學(xué)性能的影響（見(jiàn)圖2）

圖2 3種聚羧酸減水劑對(duì)自流平砂漿力學(xué)性能的影響

由圖2可見(jiàn)，當(dāng)3種聚羧酸減水劑的摻量在0.15%～0.30%時(shí)摻入F5的自流平砂漿力學(xué)性能最佳。摻入S1的自流平砂漿強(qiáng)度增長(zhǎng)趨勢(shì)明顯，摻量為0.30%時(shí)，24 h抗折和抗壓強(qiáng)度較摻量為0.15%的分別提高了31.0%、47.3%；對(duì)于摻入S2的自流平砂漿，摻量為0.30%時(shí)，24 h抗折和抗壓強(qiáng)度較摻量為0.15%的分別提高了13.8%、8.3%?？梢?jiàn)摻入S1對(duì)自流平砂漿的早期強(qiáng)度影響較大，隨著S1摻量的增加，24 h抗折和24 h抗壓強(qiáng)度都會(huì)得到明顯提高。自流平砂漿強(qiáng)度提高的原因在于適當(dāng)摻入減水劑會(huì)使得復(fù)合型石膏顆粒間結(jié)構(gòu)變得更加緊密，大孔隙數(shù)量減少，小孔數(shù)量增加，并逐漸均勻分散，有利于復(fù)合型石膏的水化硬化過(guò)程，從而提高自流平砂漿的力學(xué)性能[11]。

從圖2還可以看出，當(dāng)F5摻量為0.25%時(shí)，自流平砂漿的絕干抗壓強(qiáng)度達(dá)到最高，這是因?yàn)樽粤髌缴皾{要達(dá)到規(guī)定的流動(dòng)度時(shí)，增加減水劑摻量會(huì)使需水量減少，從而使復(fù)合型石膏對(duì)減水劑的吸附作用達(dá)到最佳；若繼續(xù)增加減水劑的摻量，復(fù)合型石膏對(duì)減水劑的吸附量就不再增大，致使?jié){體內(nèi)部產(chǎn)生大量氣孔，自流平砂漿的抗壓強(qiáng)度降低[11]。

綜合分析，優(yōu)化后的自流平砂漿配合比為：m（復(fù)合型石膏）∶m（石英砂）∶m（S1聚羧酸減水劑）=80∶20∶0.2，制備的自流平砂漿30 min流動(dòng)度增大5 mm，24 h抗折和抗壓強(qiáng)度分別為3.3、9.7 MPa，絕干抗折和抗壓強(qiáng)度分別為10.6、27.6 MPa，符合JC/T 1023—2007的要求，從而可以實(shí)現(xiàn)固廢產(chǎn)物氟石膏的資源化利用。

3 結(jié) 論

（1）當(dāng)細(xì)骨料摻量均為20%時(shí)，摻石英砂的自流平砂漿流動(dòng)性和力學(xué)性能均優(yōu)于摻碳酸鈣砂的自流平砂漿。

（2）自流平砂漿的流動(dòng)性與所摻聚羧酸減水劑的分子結(jié)構(gòu)組成有關(guān)。

（3）優(yōu)化后的自流平砂漿配合比為：m（復(fù)合型石膏）∶m（石英砂）∶m（S1聚羧酸減水劑）=80∶20∶0.2，制備的自流平砂漿30 min流動(dòng)度增大5 mm，24 h抗折和抗壓強(qiáng)度分別為3.3、9.7 MPa，絕干抗折和抗壓強(qiáng)度分別為10.6、27.6 MPa，符合JC/T 1023—2007的要求。