脱硫石膏基自流平砂浆耐水性如何改善？

1.2　试验方法

以脱硫石膏粉为主要胶凝材料，粉煤灰等质量代替比例为0、10%、20%、30%，水泥等质量代替比例为0、4%、8%、12%、16%，讨论二者掺量变 化对脱硫石膏自流平砂浆拌合物的流动性、凝结时间及早期力学性能的影响规律；以抗压软化系数为主要 指标考察耐水性的变化，具体测试过程为：成型后带 模标准养护1 d，测试24 h 强度；标准养护1 d 后的试块，将其中一组放入（20±2）℃水中养护1 d，测试水 养强度，另一组40 ℃烘至绝干得到绝干强度，抗压软 化系数= 绝干强度/ 水养强度。吸水率测试条件为：绝干试块，浸泡在（20±2）℃静水中24 h 后的质量变 化。其中，脱硫石膏、砂与水的质量比1∶0.5∶0.45， 具体试验方法按照GB/T 17669.3-1999《建筑石膏力学性能的测定》的要求进行。压汞测试选用空白样， 以及粉煤灰和水泥掺量分别为20% 和10% 的绝干 试块进行，所用仪器为美国麦克公司的AutoPore IV9500 型压汞仪。

2　结果与讨论

2.1　粉煤灰对砂浆基本性能的影响

粉煤灰掺量对脱硫石膏基自流平砂浆基本性能的影响，见图1。从图1 可看出，随着粉煤灰掺量的增加，砂浆拌合物的 流动性大幅度改善，掺量为30% 时，流动度值增加37%，且30 min 经时损失不大；掺入粉煤灰延长了砂 浆的凝结时间，初凝与终凝时间间隔有增加趋势，但 均能满足现场施工要求。粉煤灰掺入量较大时，会降低砂浆早期强度，但控制适宜的掺量，可凸显出粉煤 灰对流动性的改善作用。可见适量粉煤灰等质量代 替脱硫石膏后，砂浆流动度显著改善，这为自流平砂浆降低单方用水量提供了条件，用水量降低不仅可弥 补因掺加粉煤灰带来的力学性能下降，且对耐水性及 耐久性有着重要影响。

除了二水石膏晶体自身溶解度较大外，为保证施工性能，石膏基自流平砂浆的用水量（60% 左右）远大于其水化所需理论用水量（18.6%），较高的孔隙率 结构是其耐水性差的原因。掺入粉煤灰降低石膏所占比例，优化脱硫石膏的“微级配”，且粉煤灰球形颗 粒具有一定的“滚珠效应”，可进一步增加砂浆流动 度，共同实现降低用水量的目的。微观上，砂浆中可水溶性水化产物二水石膏含量减小，孔隙率下降，孔 径分布得到优化，宏观表现为耐水性和耐久性提升。

2.2　水泥对砂浆性能的影响

掺入水泥对自流平砂浆基本性能的影响，见图2。

从图2 可看出，掺入水泥也可增加砂浆流动性，掺量大于8% 时，流动度经时损失有增加趋势，初凝和终凝时间均明显缩短。掺入水泥未对早期强度产 生明显影响。掺入水泥对砂浆性能影响与粉煤灰有明显不同，这主要是因为水泥自身有很强的水化反应 活性，遇水后即可快速反应，加速脱硫石膏水化过程， 从而对砂浆拌合物性能产生显著影响。同时，本次测试均为1 d 龄期，水泥水化程度非常低，这是力学性能 变化不大的主要原因，随着龄期延长，水泥持续水化 对砂浆后期力学性能的增长、细化孔径及耐久性改善均会有很大帮助。

综合考虑砂浆材料施工性能与力学性能，粉煤灰和水泥替代比例应分别控制在20% 和10% 以内。

2.3　耐水性和软化系数

粉煤灰和水泥掺量对砂浆吸水率和软化系数的影响，见图3。选取粉煤灰掺量20%，水泥掺量8% 和空白样，对应的编号为FDG80- FA20，FDG92-C8 和FDG100，测试分析了绝干试样的孔隙率与孔径分布，结果见表3。

由图3 可知，掺入粉煤灰和水泥均可提高砂浆软化系数，后者效果更明显，这主要是二者水化反应活性差异造成，吸水率变化与软化系数有一定相关性， 但不是线性相关。粉煤灰等质量替代脱硫石膏后，由于其自身基本无水化活性，仅能发挥“微集料”和“滚 珠效应”的物理作用，故其掺量大于30% 后，力学性 能显著下降，孔径粗化，吸水率增加，最终影响砂浆耐水性。水泥水化活性较高，当重新浸泡在水中后，未 水化的水泥继续水化，产生更多水化硅酸钙（C-S-H） 凝胶及钙矾石（AFt）等低溶解度水化产物，细化孔径，降低吸水率，明显增强脱硫石膏砂浆耐水侵蚀性能。

由表3 可看出，脱硫石膏基自流平材料的孔径集中在100~10 000 nm 范围内，合计在95% 以上，远远大于普通混凝土材料的粒径分布区间，这符合孔 隙率与强度之间的一般对应关系；粉煤灰和水泥掺入对砂浆均有显著填充密实作用，且对粗（3 000~10 000 nm）、中（1 000~3 000 nm）、细（100~1 000 nm）3 个孔 径区间的孔径分布产生重大影响。由于水泥自身具有较强的水化反应活性，故其孔径细化效果更加明 显，相较空白样而言，粗孔径区间占比下降90% 以上。

孔径细化特别是粗孔数量大幅减少，不仅有利于力学性能发挥，而且降低了外界与砂浆内部水、气及腐蚀性介质的交换概率和程度，对石膏基自流平砂浆的耐 水性及耐久性意义重大。

3 结论

1. 粉煤灰和水泥等质量替代脱硫石膏后，对砂浆拌合物流动性和凝结时间有不同程度影响，对砂浆硬化体早期力学性能作用不明显。综合考虑施工性能 与力学性能，脱硫石膏基自流平砂浆材料中，粉煤灰和水泥替代比例应分别控制在20% 和10% 以内。

2. 粉煤灰和水泥均可提高砂浆的耐水性，但二者作用机理不同，粉煤灰主要通过“微集料”和“滚珠效应”，以物理作用方式实现；水泥通过自身水化及对脱 硫石膏的激发作用，对砂浆力学性能和耐久性改善效果更优。

3. 压汞测试结果表明，适量粉煤灰和水泥的掺入对降低砂浆孔隙率效果显著，这是耐水性改善的主要原因，水泥对孔径分布影响更大，因为水泥具有较高 的水化反应活性。