聚羧酸系减水剂用于水泥基自流平砂浆相关问题的研究

　　摘要：聚羧酸系减水剂(Pc)作为—种新型高性能减水剂，用其配制水泥基自流平材料，可以充分发挥其低掺量、高减水率、良好的流动度保持性、良好的增强效果和低收缩等优点。试验对比掺加PC、萘系高效减水剂(PNS)和密胺系高效减水剂(PMS)自流下砂浆的流动度、流动度保持性、抗折和抗压强度及收缩值，结果表明，掺加Pc的自流平砂浆其各项性能更优。
    
　　关键词：聚羧酸系减水剂：水泥基自流平材料：流动性；强度：收缩率 
  
　　0  前  言
    
　　自流平材料(Self-leveling materials，简称SL)是20世纪80年代国内外逐步发展起来的新型地面材料，具有流动性好、易于施工、流平速度快、省时、流平层厚度薄、地面平整度高、抗压强度大等优点，可有效解决传统地面材料抹灰所造成的平整度差、起砂等现象，极大地满足了新型建筑对基层的高要求[1]，并适用于地面的修补和装修等工程。目前，自流平材料已成为大型超市、商场、停车场、工厂车间、仓库等地面铺筑的理想材料，也是现代建筑地面施工的一个发展方向，市场潜力很大。
    
　　水泥基自流平材料的关键技术，是在低水胶比条件下，具有优异的流变性能；在大流动性前提下具有良好的粘聚性，能防止泌水、离析[2]。因此，其主要技术路线之一，是添加高效减水剂以降低水胶比，提高流动性，并添加合适的黏度调节剂，以保证适当的黏度系数，使拌合物既具有自密实、自流平性能，又具有抵抗离析所需的黏度。
    
　　高效减水剂，如萘系高效减水剂(PNS)和密胺系高效减水剂(PMS)等，是用于自流平材料配制的最重要的外加剂，但它们在改善砂浆流动性的同时，也显著加大了其收缩率[3]。另外，单纯掺加这2种减水剂的砂浆需要复合缓凝组分以延缓其流动性损失，而缓凝组分的添加反过来又延缓了砂浆凝结时间，这与自流平砂浆的早强要求相抵触。
    
　　而聚羧酸系减水剂(PC)是继萘系、密胺系减水剂后发展起来的第3代减水剂，与前2代减水剂相比，它具有低掺量、高性能、减水率高、流动性保持能力好、适应性强、绿色无污染及性能可设计性强等优势[4-9]。因此，十分有必要针对水泥基自流平砂浆的性能要求，通过试验探讨聚羧酸系减水剂在自流平砂浆中的应用效果。
    
　　本文通过对比掺加PC、PNS和PMS 3种不同减水剂的自流平砂浆的流动度、流动度保持性、强度和收缩率等性能，着重探讨PC对自流平砂浆性能的改善效果，为今后PC用于高性能自流平砂浆的配制技术提供参考。

　　1  试验

　　1．1  原材料
    
　　水泥：P•0 42．5，CA50-J9电熔型铝酸盐水泥；石膏：硬石膏，200目；减水剂：PERAMIN CONPAC 149S(属PC)：F10(属PMS)；SN-Ⅱ(属PNS)；纤维素：MHPC 500PF；乳胶粉：EV2000，主要成分为醋酸乙烯／叔碳酸乙烯酯共聚物；早强剂：碳酸锂：消泡剂：AGITAN㈡P803，粉状；缓凝剂：200目酒石酸：粉煤灰：Ⅱ级F类灰；砂：石英砂：重钙：200目重钙石粉。

　　1．2  试验方法
    
　　自流平砂浆的流动度、流动度保持性、抗折和抗压强度的试验参照JC／T985—2005《地面用水泥基自流平砂浆》进行；自流平砂浆的收缩试验参照JC／T1004--2005《陶瓷墙地砖填缝剂》进行。

　　1．3  自流平砂浆试验配合比设计
    
　　自流平砂浆中一般采用硅酸盐水泥、高铝水泥和石膏的三元复合胶凝体系。首先通过试验确定这3种胶凝材料的最佳复合比例为130：90：80(质量比)，再通过试验确定胶凝材料占总体粉料的30%(质量百分比)。缓凝剂、早强剂、消泡剂、乳胶粉和纤维素等的掺量通过试验确定(见表1)。高效减水剂的掺量根据试验的具体要求而定。

　　2  试验结果与讨论

　　2．1  减水剂品种、掺量对自流平砂浆的流动度和流动度保持性的影响
    
　　此项试验中，在不同的掺量下分别以3种减水剂配制水泥基自流平砂浆，并测试其流动度和流动度保持性。因为3种减水剂的减水效果明显不同，所以在做这3类试验时，根据减水剂的类别分别固定砂浆加水量为占干粉料质量的24%(PC)、26%(PMS)和28%(PNS)。3种减水剂对砂浆流动度的影响分别如图1、图2和图3所示。

[Page]

　　从图1、图2、图3可见，3种不同的减水剂对砂浆流动度的影响均随其掺量的增加而增大，而且均为达到一定掺量之后，再增加掺量，则对砂浆流动度的影响逐渐减小。同时，达相同流动度下，PC的掺量最小，而且30min后砂浆的流动度损失最小；PMS其次；PNS的掺量最大，其所配制砂浆的流动度损失也最严重。从放置30min后的自流平砂浆状态来看，掺加PNS的泌水现象最为严重，而且其流动停止后的表面状态最差，表现为不够平整，且较不均匀。而掺加PC的自流平砂浆在其掺量达到0.04%时，流动性已非常优异，表面无泌水现象发生，且流平后的表面状态较好。

　　2．2  减水剂对自流平砂浆强度的影响

　　2．2．1  PC掺量对自流平砂浆强度的影响
    
　　此项试验将所有试样的流动度均调节在(135±3)mm。试验结果见图4。
    
　　从图4可见，随PC掺量增加，自流平砂浆的抗压、抗折强度均有较大幅度的提高，但当PC掺量超过0.08%时，砂浆强度提高幅度减小。

　　2．2．2  减水剂种类对自流平砂浆强度的影响
    
　　试验分别采用3种减水剂配制自流平砂浆，初始流动度均控制在(135±3)mm。砂浆的流动度保持性和1d抗压、抗折强度测试结果见表2。
    
　　从表2可见，在使砂浆保持相同初始流动度和达到较理想的流动度保持性的前提下，PC掺量很低且不需任何缓凝组分；PMS掺量较大且需一定量的缓凝组分；而PN$的掺量最大，且所需缓凝组分掺量也最大，相应地，掺PC所配制的自流平砂浆1d强度最高，掺PMS所配制的自流平砂浆1d强度次之，而掺PNS的砂浆由于缓凝严重，1d尚未建立强度，无法满足自流平砂浆早强的要求。

　　2．3  减水剂种类对自流平砂浆收缩率的影响
    
　　参考JC／T1004--2005《陶瓷墙地砖填缝剂》中填缝剂收缩率的测试方法，测试固定流动度为(135±5)mm时，分别用PC、PMS和PNS 3种减水剂配制的自流平砂浆，测试其收缩率，结果分别如图5、图6和图7所示。
    
　　从图5、图6、图7可见，PC的掺入有利于减小自流平砂浆的收缩，且在掺量低于0．08%时，随着PC掺量增加，砂浆收缩值直线下降；掺PMS和PNS配制的自流平砂浆不仅收缩值比掺PC者大，而且随着它们掺量的增加，砂浆收缩值也随之增加，更说p丌这2种传统减水剂在改善自流平砂浆流动性的同时增大了砂浆硬化后的收缩，开裂的可能性很大。

[Page]

　　当前，自流平砂浆的技术难题主要集中在流动度保持性较差、早强低、收缩大和开裂严重等4个方面。经PC与PMS、PNS在自流平砂浆中应用效果的对比，发现掺PC的砂浆在流动度保持性、早强和减小收缩方面，具有较其它2种减水剂无法实现的优越性，因而可以认为，PC在自流平砂浆中具有非常强的应用优势。

　　3  结  论
    
　　(1)PC相对PMS和PNS，可以在较小掺量的情况下就达到较高的塑化效果，并且可使自流平砂浆具有较好的流动度保持性，而PMS和PNS需要在较高的掺量下才可达到较好的塑化效果，且必须复合掺加缓凝剂来获得较好的流动度保持性，
    
　　(2)PC在较低掺量情况下即可提高自流平砂浆的早期抗折和抗压强度，而PMS和PNS因必须复合缓凝剂来保证砂浆的流动度保持性，从而大幅影响了自流平砂浆的早期强度，尤其PN5试样，因缓凝剂掺量过大而导致自流平砂浆无法建立1d强度。
    
　　(3)掺PMS和PNS配制的自流平砂浆不仅收缩值比掺PC者大，而且随着它们掺量的增加，砂浆收缩值也随之增加。相反，掺PC的自流平砂浆随着掺量增加，收缩值减小，表现出降低收缩、减小开裂危害的良好特性。
    
　　(4)PC相对于PMS和PNS有着掺量小、塑化效果好、控制流动度损失、增强效果好、减小收缩等独特优点，有助于在解决自流平砂浆配制技术难题的同时，减少自流平砂浆组成材料品种，降低生产成本，具有一定的市场竞争力。