天然無水石膏自流平砂漿抗裂性的研究

　　摘 要：研究了聚丙烯纖維摻量、纖維長度及減縮劑摻量等對天然無水石膏自流平砂漿塑性收縮開裂性能的影響。結果表明 ：纖維和減縮劑的加入，均能有效提高石膏自流平砂漿的抗裂性能；纖維越長，抗裂對于砂漿抗裂性能的提高效果越顯著；減縮劑在砂漿各齡期均能有效減少砂漿硬化過程中的收縮，從而提高砂漿的抗裂性能。
　　關鍵詞：石膏自流平砂漿 抗裂性 聚丙烯纖維 聚丙烯腈纖維 減縮劑
　　中圖分類號：TQ17 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2011）10（c）-0000-00
　　
　　天然無水石膏自流平砂漿由于流平性好、早期強度高、易于鋪設、施工速度快、工期短等特點，已經成為一種發(fā)展前景看好的建材產品。它適用于公共建筑地面以及家庭居室地面等。
　　在使用中，自流平砂漿總是附著在地面混凝土或砂漿材料上，當兩種材料產生不一致變形時，就會產生相互作用，這種作用通常是導致硬化砂漿開裂的動力。同時，自流平砂漿通常是以薄層的形式出現(xiàn)這一特點決定了砂漿的行為很容易受環(huán)境的影響。例如：在干燥環(huán)境下，砂漿很容易產生干燥收縮；在環(huán)境溫度發(fā)生變化時，砂漿也很容易產生溫度變形。砂漿層的這種變形通常是與基層不一致的，而這種變形的不一致性是產生內應力的源泉。也就是說，硬化砂漿中存在著引起開裂的因素。由于自流平砂漿使用的特殊性，開裂現(xiàn)象是經?？梢姷?。硬化砂漿的開裂問題成為商品砂漿技術發(fā)展的一個殛待解決的問題。
　　引起開裂的因素很多，對于厚度為 l 0 mm的自流平水泥砂漿地面( 以下簡稱為地面) ， 收縮應力是導致其早期開裂的最重要因素。隨著收縮應變的增加，由于地基對地面的約束，使地面不能自由變形，從而形成沿其長度方向分布的收縮應力。當收縮拉應力達到砂漿的抗拉強度時，地面就會開裂。[1]
　　在天然無水石膏水化硬化過程中存在著化學收縮干燥收縮自收縮溫度收縮塑性收縮幾種類型的體積變化。[2]因此，對地面用自流平砂漿收縮應變進行控制，將有利于降低地面的開裂風險。另外，地面的厚度和長度等幾何參數(shù)也會不同程度地影響天然無水石膏地面收縮應力的大小。
　　水泥砂漿和混凝土抗裂性能的研究很多，如平板法實驗和圓環(huán)實驗。但是研究石膏基膠凝材料制品抗裂性的文獻卻尚無報道，本文通過改進的平板法抗裂實驗方法研究天然無水石膏自流平沙漿的抗裂性能。
　　目前，改善沙漿開裂的方法主要有加入抗裂纖維和減縮劑。
　　
　　1 實驗方法
　　改進的大板法所用試模的尺寸為：長×寬×厚=600mmx600mmx20mrn。模具的四邊用20x20等邊角鋼制成，模具四邊與底板通過螺栓固定在一起；在模具每個邊上同時用雙螺帽固定1排共14個φ10×100mm螺栓（螺紋通長）伸向錨具內側。當澆筑后的自流平沙漿平板試件發(fā)生收縮時，四周將受到這些螺栓的約束。在模具底板的表面鋪有低摩阻的聚四氟乙烯片材。模具作為試驗裝置的一個部分，試驗時與試件連在一起。
　　石膏自流平砂漿塑性干縮試驗過程如下：用手工拌和料和水約3min，使各成分均勻，將拌和料澆注到平放的試模之中，自然養(yǎng)護至初凝用位于試模邊150mm的電風扇以0.5m／s左右的風速吹向試模，同時開啟位于試模上方1.5m處的1000W碘鎢燈。由于砂漿與鋼筋粘結良好，砂漿收縮受到鋼筋限制。在產生收縮時試塊周邊的移動減至最小，因此裂紋只在鋼筋架范圍內產生約束力，在水泥終凝前觀察裂紋的產生。光照4h后關掉碘鎢燈，風吹24h后關閉電風扇。試驗采用Kraai關于計算開裂指數(shù)的方法，把裂縫寬度分為4級，分別有對應的代表值，見表1所示的裂紋寬度權值表。采用讀數(shù)顯微鏡測量裂縫寬度，并按裂縫寬度分段測量裂縫長度I-Ji，以列出的裂縫寬度權值Ai，按式(1)計算塑性干縮開裂總權重值w：
　　
　　2 實驗結果與討論
　　2.1 聚合物纖維對于砂漿抗裂性影響
　　
　　
　　試驗測得的塑性干縮開裂總權重值w見表2 。圖1(a)和 圖 1(b)分別為素砂漿和纖維砂漿的裂縫對比圖。從圖1可以發(fā)現(xiàn)，纖維砂漿的試件表面的塑性收縮裂縫分布廣而微細，而素砂漿的裂縫比較寬而且較長，說明纖維砂漿的抗裂性能有了明顯的改善。
　　纖維在低含量的范圍內可有效地控制砂漿塑性裂縫的產生，降低裂縫的寬度。這主要是因為纖維在砂漿中呈三維亂向分布，當砂漿中一旦有裂縫產生時，纖維與裂縫的前端相交，可以削弱甚至消除裂縫引起的拉應力。使裂縫的發(fā)展得到有效的控制。
　　從表2中不難看出，長纖維 (12mm)控制砂漿塑性裂縫的效果比短纖維稍好一些 ，這是由于纖維長度的增加提高了纖維與水泥砂漿基體的粘結力，因此增強了砂漿的塑性抗裂能力。
　　2.2 減縮劑對于砂漿抗裂性能的影響
　　
　　從表3中可以看出，裂縫的長寬以及裂縫的條數(shù)均明顯的減少，在纖維砂漿的基礎上加入減縮劑，可更加有效的控制裂縫的產生和分布。從表4中可以看出，由于減縮劑的加入，試塊各齡期的收縮值均有明顯的減少，尤其是在早期。
　　減縮劑是近年來出現(xiàn)的一種只減少混凝土及砂漿在干燥條件下產生收縮的外加劑，減縮劑不僅能有效延遲砂漿初裂時間，且裂縫寬度及其發(fā)展速度都大大降低 ，表明減縮劑具有顯著的抗裂效果，同時減縮劑的作用效果不受養(yǎng)護條件與約束條件的限制，可以充分發(fā)揮其減縮抗裂功能。減縮劑作為一種減少砂漿孔隙中液相表面張力的有機化合物，其豐要作用機理就是降低砂漿毛細管中液相的表面張力，使毛細管負壓下降，減小收縮應力。
　　
　　3 結論
　　(1)在摻量較低的情況下，聚丙烯纖維和聚丙烯腈纖維均可明顯改善石膏自流平砂漿的抗裂性能。
　　(2) 纖維越長，對于石膏自流平砂漿抗裂性能的提高作用更加有效。
　　(3)加入減縮劑可以顯著減少石膏自流平砂漿的各齡期的收縮，從而降低因為收縮較大而引起的開裂風險。
　　(4)纖維和減縮劑共同加入石膏自流平砂漿，對于提高自流平砂漿的抗裂性，疊加效果顯著。
　　
　　參考文獻
　　[1] 張君，張明華，郭自力．自流平砂漿地面收縮應力的計算及其影響因素[ J] ．建筑材料學報，2008，（8）：380~385
　　[2] 馬麗嬡，姚 燕，田 培，王 玲，尚禮忠，賈祥道．國內外混凝土的收縮性能及抗裂性試驗研究方法評述 [ J] ．中國建材科技，2001，（1）：27~31
　　[3] 陳肇元，廉會珍，李克非．混凝土結構耐久性及施工指南[ S] ．中國土木工程學會，CCES 01-2004:62~64