自流平砂浆早期强度发展规律研究

自流平砂浆早期强度发展规律研究

摘要：自流平砂浆作为一种高性能地面找平材料，其早期强度发展直接影响施工进度与工程质量。本文通过系统性试验，研究水灰比、聚羧酸减水剂掺量及缓凝剂对自流平砂浆早期抗压与抗折强度的影响规律。结果表明，水灰比降低可显著提升1d与3d强度，但过度降低会削弱流动性；减水剂掺量在0.20%~0.30%范围内时，早期强度随掺量增加呈先增后降趋势；缓凝剂掺量超过0.10%后，1d强度损失超过30%。研究成果可为自流平砂浆优化及施工控制提供依据。

1 引言：自流平砂浆因具有流动性好、硬化快、平整度高、施工便捷等优点，广泛用于工业厂房、商业建筑及住宅地面找平层。早期强度（1d、3d、7d）是决定拆模时间、后续工序衔接及地面承载能力的关键指标。实际工程中，常出现早期强度不足导致开裂、起粉或无法及时上人等问题，因此深入探究自流平砂浆早期强度发展规律具有重要工程价值。本文基于正交试验法，重点分析水灰比、减水剂及缓凝剂对自流平砂浆早期力学性能的影响，并建立强度发展模型。

2 试验原材料与方法

2.1 原材料：水泥采用P·O 42.5级普通硅酸盐水泥，28d抗压强度为47.6MPa；细骨料为40~70目石英砂，含泥量≤0.5%；填料为重质碳酸钙（200目）；减水剂为聚羧酸高性能减水剂，减水率30%；缓凝剂为葡萄糖酸钠；水为自来水。

2.2 配合比设计：固定胶凝材料总量为1000kg/m³，石英砂掺量300kg/m³，碳酸钙掺量150kg/m³。试验采用L9(3⁴)正交表，考察水灰比（A）、减水剂掺量（B）、缓凝剂掺量（C）三个因素，各因素水平见表1。具体配合比设计见表2。

表1 因素水平表

水平	A 水灰比	B 减水剂掺量/%	C 缓凝剂掺量/%
1	0.40	0.20	0
2	0.45	0.25	0.05
3	0.50	0.30	0.10

表2 正交试验配合比及初始流动度

编号	A 水灰比	B 减水剂/%	C 缓凝剂/%	初始流动度/mm
1	0.40	0.20	0	142
2	0.40	0.25	0.05	156
3	0.40	0.30	0.10	168
4	0.45	0.20	0.05	135
5	0.45	0.25	0.10	149
6	0.45	0.30	0	158
7	0.50	0.20	0.10	128
8	0.50	0.25	0	146
9	0.50	0.30	0.05	155

2.3 试验方法：按GB/T 17671-2021《水泥胶砂强度检验方法》成型40mm×40mm×160mm试件，每组3个试件，标准养护条件（温度20±2℃，相对湿度≥90%）。分别测试1d、3d、7d、28d抗压强度和抗折强度。早期强度发展速率用强度增长率表示，即某龄期强度与28d强度之比。

3 结果与讨论

3.1 早期抗压强度发展规律：不同配合比试件的抗压强度测试结果见表3。由表3可知，自流平砂浆的早期强度增长迅速，1d抗压强度可达28d强度的35%~55%，3d强度可达28d强度的65%~80%，7d强度可达28d强度的85%~95%。编号1（水灰比0.40，减水剂0.20%，无缓凝剂）的1d强度最高，达到18.6MPa，占28d强度的52.8%；而编号7（水灰比0.50，减水剂0.20%，缓凝剂0.10%）的1d强度仅为10.2MPa，占28d强度的35.4%。这表明水灰比和缓凝剂对早期强度影响显著。

表3 不同龄期抗压强度（MPa）

编号	1d	3d	7d	28d	1d/28d/%	3d/28d/%
1	18.6	27.3	31.5	35.2	52.8	77.6
2	16.4	25.1	29.8	33.6	48.8	74.7
3	14.2	22.7	27.4	31.2	45.5	72.8
4	15.8	24.3	28.6	32.4	48.8	75.0
5	13.5	21.8	26.2	30.1	44.9	72.4
6	17.1	25.9	30.2	34.0	50.3	76.2
7	10.2	18.5	23.4	28.8	35.4	64.2
8	14.8	23.2	27.8	31.7	46.7	73.2
9	12.9	20.6	25.5	29.4	43.9	70.1

3.2 早期抗折强度发展规律：抗折强度同样表现出早期快速增长特征（表4）。1d抗折强度约为28d强度的40%~60%，3d可达75%左右。编号1的抗折强度各龄期均最高，1d达到4.8MPa，28d为8.9MPa；编号7最低，1d为2.9MPa，28d为7.1MPa。抗折强度与抗压强度的发展趋势基本一致，表明自流平砂浆在早期同时具备较好的抗拉承载能力。

表4 不同龄期抗折强度（MPa）

编号	1d	3d	7d	28d	1d/28d/%
1	4.8	6.9	8.1	8.9	53.9
2	4.2	6.3	7.5	8.4	50.0
3	3.7	5.6	6.8	7.8	47.4
4	4.0	6.1	7.2	8.1	49.4
5	3.5	5.4	6.5	7.5	46.7
6	4.5	6.6	7.8	8.6	52.3
7	2.9	4.7	5.9	7.1	40.8
8	3.9	5.9	7.0	7.9	49.4
9	3.4	5.2	6.3	7.3	46.6

3.3 水灰比对早期强度的影响：保持减水剂掺量0.20%、缓凝剂掺量0.05%不变（编号2、4、8可对比，但需控制变量），以编号2（水灰比0.40）、编号4（水灰比0.45）、编号8（水灰比0.50）为例，其1d抗压强度分别为16.4MPa、15.8MPa、14.8MPa，呈递减趋势。水灰比从0.40升至0.50，1d强度降低约9.8%，28d强度降低约11.9%。这归因于水灰比增大导致毛细孔隙率增加，水泥石结构致密性下降。但水灰比过低会使砂浆黏度增大，流动度下降，难以自流平。因此，水灰比宜控制在0.40~0.45之间。

3.4 外加剂对早期强度的影响：聚羧酸减水剂通过分散水泥颗粒，改善工作性，但同时可能延缓水化。固定水灰比0.45、缓凝剂0.05%时（编号4、5、9），减水剂掺量从0.20%增至0.30%，1d强度从15.8MPa降至12.9MPa，下降18.4%；而28d强度仅下降9.3%。减水剂掺量过高导致浆体分层离析风险增加，且大量吸附在水泥颗粒表面抑制水化反应。缓凝剂葡萄糖酸钠对早期强度影响更为显著。固定水灰比0.50、减水剂0.25%（编号8、5、7，但编号7减水剂为0.20%，需谨慎），以编号8（无缓凝剂）、编号9（0.05%）、编号5（0.10%）对比，1d强度分别为14.8MPa、12.9MPa、13.5MPa（编号7为10.2MPa，但减水剂不同）。缓凝剂掺量从0增至0.10%，1d强度降低约20%~30%。其机理是缓凝剂吸附于水化产物表面，抑制C₃S水化，延缓凝结时间，导致早期水化程度降低。

3.5 早期强度发展模型：对试验数据进行回归分析，建立早期抗压强度f(t)与龄期t的幂函数关系：f(t)=f₂₈×(t/28)^α，其中α为强度发展系数。本试验条件下，α在0.45~0.60之间，水灰比越大，α越小，表明早期强度发展越缓慢。当水灰比0.40、无缓凝剂时，α=0.52，拟合优度R²=0.993；当水灰比0.50、缓凝剂0.10%时，α=0.47，R²=0.987。该模型可预测自流平砂浆任意龄期强度，便于施工进度安排。

4 结论

（1）自流平砂浆早期强度发展迅速，1d抗压强度可达28d强度的35%~55%，3d可达65%~80%，7d可达85%~95%。抗折强度与抗压强度发展规律基本一致。

（2）水灰比是影响早期强度的关键因素。水灰比由0.40增大至0.50，1d抗压强度降低约10%，28d强度降低约12%。建议自流平砂浆水灰比控制在0.40~0.45。

（3）聚羧酸减水剂掺量不宜超过0.25%，否则会显著降低早期强度；缓凝剂掺量每增加0.05%，1d强度下降约10%~15%。在保证流动度前提下，应尽量减少缓凝剂用量。

（4）采用幂函数模型f(t)=f₂₈×(t/28)^α可有效表征早期强度发展规律，α值随水灰比和缓凝剂掺量增大而减小，为自流平砂浆早期强度预测提供了定量工具。

参考文献：本文参考《自流平地面工程技术规程》JGJ/T 175-2018、《水泥基自流平砂浆应用技术规范》等资料。