隨著低彈性模量的薄飾面材料（PVC 地板、橡膠地板卷材等）應(yīng)用越來越廣泛，地面自流平材料已逐漸成為大型超市、停車場、工廠車間、倉庫等地面鋪筑的首選材料。石膏基自流平材料力學(xué)性能發(fā)展快，施工簡單，硬化后體積穩(wěn)定性好，具有保溫隔熱、隔音、調(diào)濕等功能，是現(xiàn)有市場的主流產(chǎn)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）是將含硫燃料（煤、石油）燃燒后所產(chǎn)生的煙氣經(jīng)過相應(yīng)脫硫凈化處理過程得到的工業(yè)副產(chǎn)品，其煅燒后得到的建筑石膏（CaSO4·0.5H2O）在凝結(jié)特性、水化動力學(xué)和物理力學(xué)性質(zhì)等方面不比天然建筑石膏差[3-4]。因此，采用脫硫石膏代替天然石膏生產(chǎn)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快速沉淀形成，其粒度小，粒徑主要分布在40~60 μm，級配嚴重不合理，因此，脫硫石膏的流變性能較差，配置的砂漿漿體更容易發(fā)生離析、分層和泌水現(xiàn)象。更重要的是，脫硫石膏基砂漿硬化后孔隙率偏高，這些孔隙為外界水分及其他離子提供了通道，嚴重影響其耐水性和耐久性，縮短自流平材料的服役壽命。本試驗考察將粉煤灰和水泥等質(zhì)量代替一定的脫硫石膏后自流平材料流動性、凝結(jié)時間及早期強度等性能的變化規(guī)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布的影響，孔隙率變化對耐水性的影響規(guī)律與作用機理，為脫硫石膏基自流平砂漿的耐水性改善提供科學(xué)有效的技術(shù)方案。1 試驗部分1.1 原料石膏粉為河北唐山凱杰公司脫硫石膏粉，主要礦物組成為半水石膏，具體物理性能見表1。粉煤灰為Ⅱ級灰，礦物組成主要為莫來石和石英，含少量石灰石；水泥為金隅 P·O42.5 水泥。原料化學(xué)組成，見表2。外加劑主要包括保水劑、羥丙基甲基纖維素HPMC、高效減水劑WR、消泡劑B-1、乙烯- 醋酸乙烯共聚物（EVA）可再分散乳膠粉S-05，均為市售產(chǎn)品。骨料為天然河砂經(jīng)0.6 mm 篩網(wǎng)篩分后的細砂。1.2　試驗方法　以脫硫石膏粉為主要膠凝材料，粉煤灰等質(zhì)量代替比例為0、10%、20%、30%，水泥等質(zhì)量代替比例為0、4%、8%、12%、16%，討論二者摻量變化對脫硫石膏自流平砂漿拌合物的流動性、凝結(jié)時間及早期力學(xué)性能的影響規(guī)律；以抗壓軟化系數(shù)為主要指標考察耐水性的變化，具體測試過程為：成型后帶模標準養(yǎng)護1 d，測試24 h 強度；標準養(yǎng)護1 d 后的試塊，將其中一組放入（20±2）℃水中養(yǎng)護1 d，測試水養(yǎng)強度，另一組40 ℃烘至絕干得到絕干強度，抗壓軟化系數(shù)= 絕干強度/ 水養(yǎng)強度。吸水率測試條件為：絕干試塊，浸泡在（20±2）℃靜水中24 h 后的質(zhì)量變化。其中，脫硫石膏、砂與水的質(zhì)量比1∶0.5∶0.45，具體試驗方法按照GB/T 17669.3-1999《建筑石膏力學(xué)性能的測定》的要求進行。壓汞測試選用空白樣，以及粉煤灰和水泥摻量分別為20% 和10% 的絕干試塊進行，所用儀器為美國麥克公司的AutoPore IV9500 型壓汞儀。2　結(jié)果與討論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，隨著粉煤灰摻量的增加，砂漿拌合物的流動性大幅度改善，摻量為30% 時，流動度值增加37%，且30 min 經(jīng)時損失不大；摻入粉煤灰延長了砂漿的凝結(jié)時間，初凝與終凝時間間隔有增加趨勢，但均能滿足現(xiàn)場施工要求。粉煤灰摻入量較大時，會降低砂漿早期強度，但控制適宜的摻量，可凸顯出粉煤灰對流動性的改善作用。可見適量粉煤灰等質(zhì)量代替脫硫石膏后，砂漿流動度顯著改善，這為自流平砂漿降低單方用水量提供了條件，用水量降低不僅可彌補因摻加粉煤灰?guī)淼牧W(xué)性能下降，且對耐水性及耐久性有著重要影響。除了二水石膏晶體自身溶解度較大外，為保證施工性能，石膏基自流平砂漿的用水量（60% 左右）遠大于其水化所需理論用水量（18.6%），較高的孔隙率結(jié)構(gòu)是其耐水性差的原因。摻入粉煤灰降低石膏所占比例，優(yōu)化脫硫石膏的“微級配”，且粉煤灰球形顆粒具有一定的“滾珠效應(yīng)”，可進一步增加砂漿流動度，共同實現(xiàn)降低用水量的目的。微觀上，砂漿中可水溶性水化產(chǎn)物二水石膏含量減小，孔隙率下降，孔徑分布得到優(yōu)化，宏觀表現(xiàn)為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，摻量大于8% 時，流動度經(jīng)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產(chǎn)生明顯影響。摻入水泥對砂漿性能影響與粉煤灰有明顯不同，這主要是因為水泥自身有很強的水化反應(yīng)活性，遇水后即可快速反應(yīng)，加速脫硫石膏水化過程，從而對砂漿拌合物性能產(chǎn)生顯著影響。同時，本次測試均為1 d 齡期，水泥水化程度非常低，這是力學(xué)性能變化不大的主要原因，隨著齡期延長，水泥持續(xù)水化對砂漿后期力學(xué)性能的增長、細化孔徑及耐久性改善均會有很大幫助。綜合考慮砂漿材料施工性能與力學(xué)性能，粉煤灰和水泥替代比例應(yīng)分別控制在20% 和10% 以內(nèi)。2.3　耐水性和軟化系數(shù)　粉煤灰和水泥摻量對砂漿吸水率和軟化系數(shù)的影響，見圖3。選取粉煤灰摻量20%，水泥摻量8% 和空白樣，對應(yīng)的編號為FDG80-FA20，F(xiàn)DG92-C8 和FDG100，測試分析了絕干試樣的孔隙率與孔徑分布，結(jié)果見表3。由圖3 可知，摻入粉煤灰和水泥均可提高砂漿軟化系數(shù)，后者效果更明顯，這主要是二者水化反應(yīng)活性差異造成，吸水率變化與軟化系數(shù)有一定相關(guān)性，但不是線性相關(guān)。粉煤灰等質(zhì)量替代脫硫石膏后，由于其自身基本無水化活性，僅能發(fā)揮“微集料”和“滾珠效應(yīng)”的物理作用，故其摻量大于30% 后，力學(xué)性能顯著下降，孔徑粗化，吸水率增加，最終影響砂漿耐水性。水泥水化活性較高，當重新浸泡在水中后，未水化的水泥繼續(xù)水化，產(chǎn)生更多水化硅酸鈣（C-S-H）凝膠及鈣礬石（AFt）等低溶解度水化產(chǎn)物，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在100~10 000 nm 范圍內(nèi)，合計在95% 以上，遠遠大于普通混凝土材料的粒徑分布區(qū)間，這符合孔隙率與強度之間的一般對應(yīng)關(guān)系；粉煤灰和水泥摻入對砂漿均有顯著填充密實作用，且對粗（3 000~10 000nm）、中（1 000~3 000 nm）、細（100~1 000 nm）3 個孔徑區(qū)間的孔徑分布產(chǎn)生重大影響。由于水泥自身具有較強的水化反應(yīng)活性，故其孔徑細化效果更加明顯，相較空白樣而言，粗孔徑區(qū)間占比下降90% 以上。孔徑細化特別是粗孔數(shù)量大幅減少，不僅有利于力學(xué)性能發(fā)揮，而且降低了外界與砂漿內(nèi)部水、氣及腐蝕性介質(zhì)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。3 結(jié)論1. 粉煤灰和水泥等質(zhì)量替代脫硫石膏后，對砂漿拌合物流動性和凝結(jié)時間有不同程度影響，對砂漿硬化體早期力學(xué)性能作用不明顯。綜合考慮施工性能與力學(xué)性能，脫硫石膏基自流平砂漿材料中，粉煤灰和水泥替代比例應(yīng)分別控制在20% 和10% 以內(nèi)。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(yīng)”，以物理作用方式實現(xiàn)；水泥通過自身水化及對脫硫石膏的激發(fā)作用，對砂漿力學(xué)性能和耐久性改善效果更優(yōu)。3. 壓汞測試結(jié)果表明，適量粉煤灰和水泥的摻入對降低砂漿孔隙率效果顯著，這是耐水性改善的主要原因，水泥對孔徑分布影響更大，因為水泥具有較高的水化反應(yīng)活性。