加氣混凝土砌塊墻體界面劑配合比試驗(yàn)研究

黃烏燕

（漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程系，福建漳州，363000）

加氣混凝土砌塊墻體界面劑配合比試驗(yàn)研究

黃烏燕

（漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程系，福建漳州，363000）

結(jié)合本地區(qū)的實(shí)際情況，研究一種能滿足設(shè)計(jì)要求的加氣混凝土砌塊墻體專用界面劑。試驗(yàn)通過選取了粉煤灰與膠凝材料用量比、水膠比、平均漿體厚度這3個(gè)因素，通過正交試驗(yàn)，測(cè)定界面劑的工作性能和力學(xué)性能。通過初步試驗(yàn)的結(jié)果，選出3組較優(yōu)的配合比，摻入外加劑對(duì)界面劑進(jìn)行改性。優(yōu)化后的界面劑的剪切粘結(jié)強(qiáng)度比原來有了大幅度的提高，性價(jià)比高。

加氣混凝土砌塊；界面劑；砂漿

隨著建筑業(yè)的迅速發(fā)展和墻體材料改革的進(jìn)行，加氣混凝土砌塊作為一種替代粘土磚的新型建材，以節(jié)能、環(huán)保、施工方便等優(yōu)點(diǎn)漸漸地被廣泛地應(yīng)用在建筑工程上。國內(nèi)外許多科技工作人員己根據(jù)加氣混凝土砌塊材料特性，做了許多加氣混凝土砌塊墻體專用的流動(dòng)性、保水性、附著性能好、粘結(jié)力強(qiáng)、制作使用方便的砂漿和配套的界面劑，也從施工角度采取多種探索，如加入107膠等增強(qiáng)其粘結(jié)力等，經(jīng)過了多種試驗(yàn)和工程施工實(shí)踐檢驗(yàn)?，F(xiàn)在國內(nèi)己開發(fā)研制出了多種加氣混凝土砌塊外墻專用砂漿和界面劑，如福州大學(xué)研究的加氣混凝土砌塊墻體的防水界面劑。除了研究粘結(jié)性能，還注重了防水性能，部分研究成果應(yīng)用到了實(shí)際工程中，效果良好。還有如常青樹建材（福建）開發(fā)有限公司開發(fā)的專用界面劑，以水泥為作為主要的膠結(jié)材料，加入礦渣粉和添加劑，用以生產(chǎn)粘結(jié)性和保水性好的界面劑等，也已經(jīng)投入了生產(chǎn)。文章主要針對(duì)福建省地區(qū)特點(diǎn)，研究加氣混凝土砌塊墻體配套的界面劑。目前市面上的一般界面劑的粘結(jié)劑多為有機(jī)化合物，成本較高，在本次試驗(yàn)中選用水泥作為界面劑中的粘結(jié)劑，砂子作為骨料，可以降低界面劑的成本。

1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)思路及配比計(jì)算方法

1.1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)思路

從與砂漿和砌塊的相容性出發(fā)，首先選取粉煤灰與膠凝材料用量比(βF)、水膠比(mw/mb）、平均漿體厚度(APT)3個(gè)因素，每個(gè)因素含3個(gè)水平，采用正交表進(jìn)行正交試驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，選出其中較好的配合比；然后根據(jù)選出的較好配合比，摻入高分子聚合物(甲基纖維素醚和可再生分散乳膠粉)、高效減水劑和膨脹劑，研究其工作性能和對(duì)剪切粘結(jié)強(qiáng)度的影響。

1.2 配比計(jì)算方法

根據(jù)因素水平表，用正交表的組合，按最大密實(shí)度理論進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)。最大密實(shí)度是指使砂之間的孔隙率最少，砂漿的容重最大，漿體量最少，體積穩(wěn)定性最好，收縮變形最小。為此引入了兩個(gè)新的概念"特征直徑"和"特征密實(shí)度"[1]。"特征直徑"將砂假定為由單一直徑的球形顆粒群體，然而實(shí)際的砂形狀各異(片狀、針狀等)，直徑有大有小，為了消除理論與實(shí)際的誤差，引入"特征密實(shí)度" ΦST的概念，ΦST是"特征密度"ρst與視密度ρs的比值，即ΦST=ρst/ρs。采用"最大密實(shí)度"理論對(duì)砂漿進(jìn)行設(shè)計(jì)可以減少砂漿開裂的風(fēng)險(xiǎn)。

2 界面劑初步配合比研究

2.1 主要原材料

(1)砂:(閩江河砂，細(xì)度模數(shù)2.00).

(2)粉煤灰:(長樂華能電廠二級(jí)灰).

(3)水泥:(P.O42.5，煉石牌).

各參數(shù)的試驗(yàn)結(jié)果如下：砂的視密度ρs=2630 kg/m3、砂的特征密度ρst=1645 kg/m3、水泥的視密度ρc=1965 kg/m3、粉煤灰的視密度ρF=2070 kg/m3。

2.2 規(guī)律性研究

2.2.1 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

通過正交實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，參數(shù)水平表如表1所示。

查詢正交實(shí)驗(yàn)表型并選取，得出下面的配合比的設(shè)計(jì)方案，如表2所示。

表1 參數(shù)水平表

表2 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表

2.2.2 試驗(yàn)內(nèi)容及方法

試驗(yàn)內(nèi)容及試驗(yàn)方法所采用的規(guī)程如下：

(1)剪切粘結(jié)強(qiáng)度(JC/T 907-2002《混凝土界面處理劑》[3])。

(2)濕密度(JGJ/T70-2009《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法》[4])。

2.2.3 試驗(yàn)過程

(1)主要儀器設(shè)備.

剪切試驗(yàn)夾具、壓力機(jī)、陶制無釉磚。

(2)試件的制備.

采用符合GB/T4100.5要求的陶制無釉磚，尺寸108mm×108mm，至少6 mm厚，表面平整。取兩塊試驗(yàn)用瓷磚，在每塊瓷磚的正面，距磚邊10 mm處劃一條與磚邊平行的參照線。將拌和好的界面劑分別均勻地涂抹在兩塊瓷磚正面，應(yīng)保證界面劑完全覆蓋。按劃好的參照線將兩塊瓷磚粘貼壓合在一起，以確保兩塊瓷磚錯(cuò)開10 mm，刮去邊上多余的界面劑。將粘合好的試件水平放置，在試件上加7kg±15g的重物，保持3 min。每一齡期的剪切粘結(jié)強(qiáng)度各制備至少10個(gè)試件。每次試驗(yàn)至少準(zhǔn)備2 kg拌好的界面劑[4]。

(3)試件養(yǎng)護(hù).

將試件在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下養(yǎng)護(hù)7 d和14 d。標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件為溫度(23±2)℃，相對(duì)濕度45％～75％，本次試驗(yàn)養(yǎng)護(hù)14 d，測(cè)其14 d粘結(jié)強(qiáng)度[4]。

(4)剪切試驗(yàn).

到養(yǎng)護(hù)齡期后，將試件放入材料試驗(yàn)機(jī)的夾具中，以5 mm/min的速度施加剪切力[4]，如圖1所示。

(5)初步配合比試驗(yàn)界面劑的保水性圖片如圖2所示。

2.2.4 試驗(yàn)結(jié)果

界面劑的試驗(yàn)結(jié)果見表3。

圖1 剪切試件在壓力機(jī)上的照片

表3 界面劑初步配合比及試驗(yàn)結(jié)果

從試驗(yàn)過程及表4可以得到以下結(jié)論：

(1)界面劑的工作性較差，保水性差，水分很容易被吸收。

圖2 界面劑初步配合比試驗(yàn)保水性試驗(yàn)圖

(2)界面劑的強(qiáng)度隨著粉煤灰摻入量的增多呈下降趨勢(shì)。

(3)水膠比越大，強(qiáng)度越小。這是因?yàn)樗嗍钦辰Y(jié)力的主要來源，隨著水泥用量的增加砂漿的強(qiáng)度增大，水主要作用是保證和易性。

2.2.5 界面劑初步配合比的正交分析

界面劑初步配合比試驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算分析見表4，界面劑的剪切粘結(jié)強(qiáng)度的正交分析圖見圖3。

表4 界面劑初步配合比試驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算分析

圖3 界面劑剪切粘結(jié)強(qiáng)度的正交分析圖

從表4和圖3可以看出：

（1）水膠比對(duì)界面劑剪切粘結(jié)強(qiáng)度的影響較大，水膠比過大和過小都會(huì)降低剪切粘結(jié)強(qiáng)度。這是因?yàn)樗z比太大會(huì)使水化產(chǎn)物減少，漿體變得疏松，會(huì)使粘結(jié)變差；同時(shí)水膠比太小流動(dòng)性差，且加氣混凝土砌塊吸水性強(qiáng)，水分被砌塊吸走，導(dǎo)致水泥水化不充分，也會(huì)影響粘結(jié)強(qiáng)度。

（2）粉煤灰對(duì)界面劑剪切粘結(jié)強(qiáng)度的影響較大，隨著其摻量的增加，剪切粘結(jié)強(qiáng)度減小。

（3）平均漿體厚度對(duì)剪切粘結(jié)強(qiáng)度只有微小的影響。

3 優(yōu)化后界面劑配合比研究

通過試驗(yàn)分析，優(yōu)選3組剪切強(qiáng)度較高的組,加入外加劑,試配的加水量根據(jù)工作性能控制,水膠比在0.6左右，配合比見表5。

表5 優(yōu)化后界面劑配合比及試驗(yàn)結(jié)果

3.1 主要原材料

(1)砂：(閩江河砂，細(xì)度模數(shù)2.00).

(2)粉煤灰：(長樂華能電廠二級(jí)灰).

(3)水泥：(P.O42.5，煉石牌).

(4)膨脹劑：(科榕牌UEA—Ⅲ型)(膠凝材料質(zhì)量的6％).

(5)高效減水劑：(KR系列；膠凝材料質(zhì)量的0.6％).

(6)甲基纖維素醚：(膠凝材料質(zhì)量的0.2％).

(7)可再分散乳膠粉：(膠凝材料質(zhì)量的2％).

3.2 規(guī)律性研究

界面劑的配合比試驗(yàn)結(jié)果見表5，優(yōu)化后的界面劑保水性圖片見圖4。

從試驗(yàn)過程的觀察和表5可以得到以下結(jié)論：

（1）加入膨脹劑、高效減水劑、甲基纖維素醚和可再分散乳膠粉提高了界面劑的保水性、施工性和剪切粘結(jié)強(qiáng)度。

（2）試驗(yàn)結(jié)果均能滿足規(guī)范《混凝土界面處理劑》(JC/T907-2002)規(guī)定的≥1.0 MPa的要求

（3）優(yōu)選剪切強(qiáng)度較高的3組,加入外加劑,試配的加水量根據(jù)工作性能控制,優(yōu)選后的3組根據(jù)實(shí)際用水量計(jì)算的水膠比在0.6左右,跟上面理論分析的較高強(qiáng)度的水膠比吻合。同時(shí)通過剪切試驗(yàn)，測(cè)得的粘結(jié)強(qiáng)度比原來均有一定的提高，比規(guī)范規(guī)定的高出了30％～50％。

3.3 機(jī)理分析

在界面劑中加入高效減水劑，減水劑的憎水基團(tuán)定向吸附于水泥顆粒表面，使水泥顆粒表面帶有相同的電荷，在電性斥力作用下，使水泥顆粒分開，從而將絮凝結(jié)構(gòu)內(nèi)的游離水釋放出來，另外，減水劑能在水泥顆粒表面形成一層溶劑水膜，在水泥顆粒間起到很好的潤滑作用，增加了流動(dòng)性[5]。加入的甲基纖維素醚與水結(jié)合后，形成一層潤滑膜，也提高了界面劑的流動(dòng)性[6]。加入可再分散乳膠粉，加水拌和后，聚合物顆粒自行分散，不會(huì)同水泥粘聚，可再分散乳膠粉顆粒之間潤滑效應(yīng)，使砂漿的組分能夠單獨(dú)流動(dòng)，同時(shí)可再分散聚合物乳膠粉對(duì)空氣有誘導(dǎo)效應(yīng)，賦予砂漿可壓縮性，改善了界面劑的施工和易性[7]。

在界面劑中加入甲基纖維素醚，其表面活性保證了膠凝材料在整個(gè)體系中均勻的分布，甲基纖維素醚包裹住固體顆粒，使體系更加穩(wěn)定；其表面活性物質(zhì)與砂漿混合攪拌時(shí)會(huì)產(chǎn)生許多微小氣泡，這些氣泡在砂漿中起滾珠作用，使新拌砂漿的和易性得以改善，并且氣泡還在硬化砂漿體中保留下來，形成了彼此獨(dú)立的孔隙，起著阻斷毛細(xì)孔的作用，防止水分過快蒸發(fā)或被基材過快吸收，從而大大提高了砂漿的保水性[6]。

一方面界面劑中的甲基纖維素醚具有很好的保水效果，使界面劑中的水分不會(huì)蒸發(fā)過快也不會(huì)被加氣混凝土過快吸收，從而可以保證水泥充分水化，提高了界面劑與加氣混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度；另一方面水泥在硬化干燥后，內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生許多孔腔，是水泥基體的薄弱部位。界面劑中的可再分散乳膠粉能立即分散并富集在這些孔腔之中，干燥后在孔腔四周形成一層膜，對(duì)這些薄弱部位具有加強(qiáng)作用，提高了粘結(jié)能力。

3.4 優(yōu)化后界面劑經(jīng)濟(jì)性分析

根據(jù)前面所測(cè)得的界面劑的濕密度對(duì)優(yōu)化后的配合比進(jìn)行調(diào)整，如表6所示。

根據(jù)調(diào)整后的配合比計(jì)算優(yōu)化后界面劑粉料的成本，如表7所示。

目前市面上的一般界面劑的粘結(jié)劑多為有機(jī)化合物，成本較高，在本次試驗(yàn)中選用水泥作為界面劑中的粘結(jié)劑，砂子作為骨料，降低了界面劑的成本，為了提高界面劑的工作性能和硬化后的粘結(jié)強(qiáng)度，在優(yōu)化后的界面劑中加入膨脹劑(膠凝材料質(zhì)量的6％)、高效減水劑(膠凝材料質(zhì)量的0.6％)、甲基纖維素醚(膠凝材料質(zhì)量的0.2％)和可再分散乳膠粉(膠凝材料質(zhì)量的2％)等外加劑。

對(duì)比目前福建市場(chǎng)上常用的加氣混凝土界面劑粉料，一般1100元/噸以上，本試驗(yàn)的優(yōu)化后的界面劑平均成本為960.68元/噸，比市面上的價(jià)格低，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，性價(jià)比較高。

圖4 優(yōu)化后的界面劑保水性試驗(yàn)圖

4 結(jié)論

對(duì)界面劑的初步配合比試驗(yàn)，先是選取粉煤灰與膠凝材料用量比，水膠比、平均漿體厚度APT3個(gè)因素，每個(gè)因素含3個(gè)水平，采用正交表和“最大密實(shí)度”理論配制了9組不同配合比的界面劑，對(duì)其工作性能及力學(xué)性能進(jìn)行了進(jìn)行正交試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，分析了3個(gè)因素對(duì)砂漿性能的影響，認(rèn)為：

(1)水膠比對(duì)界面劑的剪切粘結(jié)強(qiáng)度的影響較大，水膠比過大和過小都會(huì)降低剪切粘結(jié)強(qiáng)度。

(2)粉煤灰對(duì)界面劑的剪切粘結(jié)強(qiáng)度的影響較大，隨著其摻量的增加，剪切粘結(jié)強(qiáng)度減小。

(3)平均漿體厚度APT對(duì)剪切粘結(jié)強(qiáng)度的只有微小的影響。

根據(jù)界面劑初步配合比試驗(yàn)結(jié)果，選擇剪切粘結(jié)強(qiáng)度高的3組進(jìn)行優(yōu)化。摻入膠凝材料質(zhì)量的6％的膨脹劑、膠凝材料質(zhì)量的0.6％的高效減水劑、膠凝材料質(zhì)量的0.2％的甲基纖維素醚和膠凝材料質(zhì)量的2％的可再分散乳膠粉，再進(jìn)行試驗(yàn)。外加劑的摻入改善了界面劑的工作性能和剪切粘結(jié)強(qiáng)度。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，得到界面劑的最優(yōu)配合比(質(zhì)量比)為：水泥∶砂∶膨脹劑∶減水劑∶甲基纖維素醚∶可再分散乳膠粉∶水=426.65∶981.97∶25.60∶2.56∶0.85∶8.53∶293.84。

表6 優(yōu)化后界面劑配合比調(diào)整結(jié)果

表7 優(yōu)化后界面劑粉料的成本

[1]季韜，林挺偉，鄭忠雙.水泥膠流動(dòng)度預(yù)測(cè)方法的研究[J].建筑材料學(xué)報(bào)，2005，8(1)：17-22.

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[4]JC/T907-2002混凝土界面處理劑[S].

[5]陳志源，李啟令.土木工程材料[M].2版.武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2005.

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[7]肖力光，羅興國.可再分散乳膠粉在水泥砂漿中的應(yīng)用[J].混凝土，2003（4）：60-63.

Research on Mix Proportion of Interface Agent for AAC Brick Wall

HUANG Wu-yan
(Zhangzhou Institute of Technology Department of Architural Engineering，Zhangzhou 365000，China)

Based on the local actual situation,an ACC brick exclusive interface agent that can meet the requirement of design was researched in this paper.Three parameters of fly ash-binder ratio,water-cement ratio and average paste thickness were selected,and the influence of the three parameters on workability and mechanical behaviors of interface agent was investigated by a cross experiment.Based on the primary test results,selected three groups,adding modified admixtures in the interface agent was modified.The optimized interface agents have higher bonding strength and high cost performance.

AAC brick；interface agent；mortar

TU522.32

A

1673-4343（2013）02-0066-07

2013-01-15

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助（5107890）；漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研基金資助項(xiàng)目（ZZY0947)

黃烏燕，女，福建漳州市，講師。研究方向：建筑材料。