自流平砂浆高温稳定性测试与分析

摘要：为评估自流平砂浆在地暖、高温车间及夏季暴晒等场景下的服役可靠性，本文参照 JC/T 985-2017 与 GB/T 17671-1999 的试验思路，开展 60℃、70℃、80℃、90℃ 四档干热老化试验，测试抗压强度、抗折强度、粘结强度及线性膨胀率。结果表明，70℃ 以内自流平砂浆具有较好的高温稳定性；超过 80℃ 后，因水泥水化产物分解、乳胶膜软化及界面损伤，出现明显的强度下降和微裂纹。

关键词：自流平砂浆；高温稳定性；干热老化；强度保持率；线性膨胀率

1 引言

自流平砂浆是采用水泥基胶凝材料、级配骨料及多种添加剂组成的干混砂浆，施工后依靠自身重力和高流动性形成平整地面。近年来，自流平砂浆不仅被用于普通住宅和商业地坪，还越来越多地应用于地暖地面、工业厂房和高温车间。地暖系统长期工作温度通常为 40℃～60℃，局部可达 70℃；夏季阳光直射下，窗边和屋面地坪表面温度也可能超过 80℃。因此，研究自流平砂浆高温稳定性具有现实意义。

2 高温稳定性的影响因素

自流平砂浆在高温环境下的性能衰减主要来自三方面：一是水泥水化产物中钙矾石（AFt）等相在 70℃ 以上可能脱水分解，引起体积变化和结构疏松；二是聚合物乳胶膜在超过其玻璃化温度后会变软，造成柔韧性变化和粘结力下降；三是骨料与胶凝材料之间因热膨胀系数差异而产生界面微裂纹。其中，线性膨胀率和强度保持率是评价高温稳定性的关键指标。

3 试验方案与原材料

试验采用 42.5 级普通硅酸盐水泥，配以 40～70 目石英砂、325 目重质碳酸钙、可再分散乳胶粉、聚羧酸减水剂、消泡剂及缓凝早强复合助剂。干粉基准配合比见表 1。水胶比按干粉质量的 0.22～0.24 控制，初始流动度控制在 135～145 mm，20 min 流动度不低于 120 mm。

表1 基准干混配合比（质量分数）

原材料	P·O42.5R水泥	石英砂	重质碳酸钙	可再分散乳胶粉	聚羧酸减水剂	消泡剂	缓凝早强复合助剂
用量/%	32.0	43.0	18.0	3.5	0.2	0.1	3.2

试件成型后在标准条件下养护 28d，尺寸为 40 mm×40 mm×160 mm。干热老化前测试基准数据；然后将试件分别放入 60℃、70℃、80℃、90℃ 恒温干燥箱中处理 7d，取出后在室温自然冷却 24h，再测试各项力学性能和尺寸变化。

4 测试结果与分析

表 2 给出了不同温度干热老化后自流平砂浆的主要性能数据。从数据可见，60℃ 和 70℃ 条件下试件外观基本完好，强度损失较小；80℃ 时抗压强度比基准值下降约 21%，抗折强度下降约 31%，表面开始出现可见微裂纹；90℃ 时性能衰减更为明显，试件出现角部破损和表面起粉现象，已不满足正常地坪使用要求。

表2 不同高温条件下自流平砂浆测试结果

试验条件	抗压强度/MPa	抗折强度/MPa	粘结强度/MPa	线性膨胀率/%	外观描述
标准养护28d	36.2	8.5	1.32	0.00	表面致密，无裂纹
60℃干热7d	37.8	8.1	1.25	+0.02	无裂纹，轻微泛黄
70℃干热7d	35.6	7.4	1.10	+0.06	无裂纹，轻微泛黄
80℃干热7d	28.4	5.9	0.71	+0.15	微裂纹，表面轻微粉化
90℃干热7d	22.1	4.3	0.45	+0.28	明显裂纹，边角酥松

在 60℃ 下，试件抗压强度略有上升，这是因为适度高温促进了水泥继续水化，填充了内部孔隙。但抗折强度和粘结强度已出现轻微下降，说明聚合物组分开始受温度影响。70℃ 时，各项指标保持率仍较高，但线性膨胀率增至 0.06%，需要在地暖工程中预留伸缩缝。

80℃ 以上出现性能转折：钙矾石在较高温度下部分分解，引起体积不稳定；乳胶膜的粘弹性降低，导致与基层的粘结强度显著下降。同时，石英砂与水泥石热膨胀系数不一致，界面产生拉应力，形成微裂纹。这说明自流平砂浆的长期使用温度不宜高于 70℃，短期极限温度不应超过 80℃。

5 乳胶粉掺量对高温稳定性的影响

为考察有机聚合物在高温下的作用，另取乳胶粉掺量分别为 0%、1.5%、3.0%、4.5% 的试样，在 70℃ 干热 7d 后测试性能保持率。结果见表 3。适量乳胶粉可改善高温后的韧性和粘结性能，但过量掺加会导致抗压强度下降。

表3 乳胶粉掺量对70℃干热后性能的影响

乳胶粉掺量/%	抗压强度保持率/%	抗折强度保持率/%	粘结强度保持率/%	表面裂纹面积率/%
0	96.2	78.5	60.3	1.8
1.5	97.1	81.4	72.6	0.9
3.0	98.4	87.2	83.1	0.2
4.5	95.6	91.8	81.5	0.3

不掺乳胶粉时，自流平砂浆高温后脆性增大，抗折强度保持率和粘结强度保持率较低；掺入 3.0% 乳胶粉后，高温后粘结强度保持率从 60.3% 提升到 83.1%，表面裂纹面积率明显降低。继续增加到 4.5%，抗折保持率提高，但抗压保持率反而下降，说明聚合物比例过高会使砂浆基体软化，不利于高温稳定性。因此，在高温应用场景中，建议乳胶粉掺量控制在 3.0%～4.0% 之间。

6 工程建议与扩展讨论

为提升自流平砂浆在高温环境下的耐久性，可从以下几方面优化：一是选用低铝酸盐含量或耐热性更好的胶凝体系，减少钙矾石脱水带来的体积变化；二是骨料宜选用热膨胀系数较低、级配连续的石英砂或耐热矿物骨料；三是适当提高纤维素醚和消泡剂的匹配性，减少高温排气留下的针孔；四是施工时严格控制水胶比，避免多余自由水在高温下形成蒸汽压力。

地暖和高温车间中，自流平砂浆并非单独承力结构，常与混凝土基层和面层装饰材料共同工作。因此，高温稳定性测试还应结合约束条件下的翘曲变形、热循环疲劳和粘结面剪切性能进行综合评价。例如，在 60℃/20℃ 冷热循环 100 次后，砂浆与基层之间的粘结强度衰减不宜超过 15%，表面不应出现宽度大于 0.1 mm 的贯穿裂缝。

此外，高温下自流平砂浆的尺寸稳定性对瓷砖铺贴和环氧面层施工非常重要。建议在面积超过 30㎡ 的地暖房间设置 6 mm～8 mm 宽的分格缝，并把线性膨胀率低于 0.10% 作为高温地坪材料选型的重要依据。上述测试方法同样适用于评价陶粒轻质自流平砂浆、高强石膏自流平砂浆等新型材料的耐热性能。

7 结论

通过高温干热老化试验可以得出以下结论：自流平砂浆在 60℃～70℃ 范围内具有较好的高温稳定性，各项指标满足地面使用要求；当温度超过 80℃ 后，抗压强度、抗折强度和粘结强度均明显下降，线性膨胀率超过 0.15%，并出现微裂纹和粉化。适量可再分散乳胶粉有助于改善高温后的韧性和粘结性能，推荐掺量为 3.0%～4.0%。在实际工程中，必须根据地暖工况和极端暴晒温度，合理选择材料体系，并设置适当的分格缝以释放热应力。