保溫墻體系統(tǒng)體積穩(wěn)定性影響因素研究*

婁建永，張立明，鄭林軍

(1.杭州永翔建設(shè)集團有限公司，杭州，311000;2.浙江明杰建設(shè)有限公司，杭州，311000;3.浙江申盛建筑工程有限公司，杭州，311000)

在推廣使用新型墻體材料的過程中，出現(xiàn)了普遍的墻體開裂問題，制約了新型墻體材料的推廣使用。裂縫的存在降低了砌體結(jié)構(gòu)的強度，降低了墻體的質(zhì)量，如整體性、耐久性和抗震性能，同時墻體的裂縫也給居民在視覺上和心理上造成不良影響。特別是隨著我國墻體材料改革、住房商品化的發(fā)展，人們對居住環(huán)境和建筑質(zhì)量的要求不斷提高，這就要求對建筑物墻體裂縫的控制更為嚴格[1][2]。為了解決新型墻體材料開裂這個問題，一是要從設(shè)計和構(gòu)造上加以考慮;二是采用與新型墻體材料相配套的砂漿。從目前現(xiàn)狀看，僅采用前一種方法會增加施工難度和成本;本文綜合考慮不同種類輔料對抗裂砂漿體積穩(wěn)定性的影響，研制新型特種抗裂砂漿，改善砌筑砂漿的粘結(jié)性能，提高墻體的抗裂能力[3][4]。

1 原材料與試驗方法

1.1 原材料

水泥:武漢亞東水泥有限公司生產(chǎn)的P.O42.5水泥，其化學組成見表1，水泥作為外墻保溫用保溫砂漿、抗裂抹面砂漿和粘接砂漿的主要膠凝材料使用。粉煤灰:武漢陽邏熱電廠的Ⅱ級粉煤灰。礦渣微粉:武漢鋼鐵公司產(chǎn)高爐礦渣。硅粉:武漢鋼鐵集團森泰冶金有限責任公司產(chǎn)中密質(zhì)硅灰。

表1 P.O42.5水泥的化學組成 /%

表2 礦物摻合料的化學組成

1.2 試驗方法

膠砂干燥收縮測試方法:按照標準 JC/T603－1995《水泥膠砂干縮試驗方法》，采用尺寸為25mm×25mm×280mm的試件來測量收縮。試件兩端預埋測頭，脫模后測量其長度作為初始讀數(shù)，并轉(zhuǎn)移至干燥環(huán)境下，溫度(23±2)℃，相對濕度(50±10)%，繼續(xù)養(yǎng)護分別測量其相應齡期的長度值。

膠砂自收縮變形按照JC/T603－1995《水泥膠砂干縮試驗方法》，成型25mm×25mm×280mm試樣，養(yǎng)護12h后拆模，用鋁箔膠帶密封試件，置于(23±2)℃的環(huán)境模擬箱0.5h后測定初始長度后，分別在相應齡期時測試件長度，直到收縮值穩(wěn)定。

2 試驗結(jié)果

2.1 保稠劑因素研究

選用有機膨潤土(K1)和纖維素醚(K2)，其中有機膨潤土化學成分為Al2O3·4SiO2·3H2O，其吸水量為其重量的20倍;纖維素醚的吸水量為其自身重量的500～700倍。

如圖1所示，圖例是保稠劑對水泥漿體化學減縮的影響規(guī)律。從圖中可以看出，摻入釋水劑1h、1d水泥漿體的化學收縮明顯降低，作用程度:K2+K1＞K2＞K1。由于釋水劑的摻入，增加了體系的實際水量并束縛了漿體的運動，減慢了漿體結(jié)構(gòu)的發(fā)展，使水泥水化的化學減縮明顯減小。

圖1 K1/K2對化學收縮的影響

2.2 纖維因素研究

在抗裂砂漿中加入耐堿纖維，可以使抗裂砂漿的應力分散均勻，從而避免因應力集中引起的開裂。纖維改善砂漿性能主要是通過物理改性使其內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。本身與其他原料不發(fā)生反應，故與砂漿有良好的親和性，可以迅速與其他原料混合，分布極其均勻、徹底。纖維在砂漿中形成一種均勻亂向分布的網(wǎng)絡(luò)體系，使結(jié)構(gòu)應力分散，從而產(chǎn)生有效的二級加強效果。本研究采用了改性聚丙烯纖維，通過對纖維表面進行處理，增強砂漿與纖維表面的結(jié)合，從而提高纖維的使用效率，增強砂漿的抗裂能力[5]。

采用不同摻量纖維與不同尺度纖維對收縮變形的影響的試驗方案。從圖2可以看出，體積摻量總量為2‰纖維的摻入對試件收縮率的影響非常明顯。纖維的摻入，減小了收縮率。

而纖維的混雜存在兩個臨界摻量，即:最佳混雜比例和最差混雜比例，如圖2所示，當體積摻量總量為2‰，3mm和10mm纖維5:5混雜時，其收縮值明顯大于其他混雜比例，而當纖維以3mm和10mm纖維7:3混雜時，其收縮值最小。

由于纖維的摻入存在正效應和負效應，適當?shù)睦w維量和不同尺寸纖維按適當?shù)谋壤祀s，能夠使砂漿的失水面積減小，水分遷移困難，從而使毛細管失水收縮形成的毛細張力有所降低，減小干燥收縮變形，而摻量過大，混雜比例不合適則增大了纖維與水泥石的界面，使水分遷移更加容易，導致收縮增大。因此體積摻量總量為2‰，3mm和10mm纖維7:3混雜時，從不同層次上使得砂漿更加致密，更有效的減小了干燥收縮，而5:5混雜時反而使界面增加，失水增大，導致收縮增大。

圖2 纖維對收縮的影響

此外與基準樣相比，改性纖維的摻入明顯延長了砂漿的初始開裂時間(如:體積摻量總量為0.2‰，10mm纖維的摻入使開裂時間從32h延長到48h)，降低了該體系的開裂敏感性，而不同尺度纖維的混雜優(yōu)于單摻纖維，且纖維混雜效應并不是簡單以兩種纖維的簡單加和，體現(xiàn)出疊加效應，長短纖維混摻比例為適于5:5～3:7之間，但不同混雜比例對開裂時間影響不大由于砂漿本身是多相、多組分、多尺度層次的非均質(zhì)結(jié)構(gòu)特性，單一纖維增強作用是有限的，而不同尺度和不同性質(zhì)的纖維混雜，使其在砂漿中不同結(jié)構(gòu)和不同性能層次上逐級阻裂與強化，充分發(fā)揮各個纖維的尺度和性能效應，并在不同尺度和性能層次上相互補充，產(chǎn)生混雜效應，因此兩種不同尺度的纖維混雜性能優(yōu)于單一尺度纖維。

2.3 膠粉因素研究

傳統(tǒng)砂漿泌水量大、保水性差，容易分層離析，涂抹在保溫隔熱墻體表面上時，由于保溫隔熱墻體的吸水率高、外界蒸發(fā)失水，砂漿將發(fā)生嚴重的失水現(xiàn)象，不但會影響砂漿的正常硬化，而且還會減弱砂漿與保溫層的粘結(jié)力，降低強度及抗裂性，導致墻面空鼓、開裂、脫落等現(xiàn)象。

在水泥砂漿中摻入聚合物后，會引起水泥砂漿的性質(zhì)起一系列的變化，諸如，抗折強度提高、抗壓強度降低、彈性模量降低、剛性降低、柔性增加、變形能力提高、耐磨性增加、粘結(jié)強度提高、耐久性提高等。

可再分散聚合物粉料是具有很好干流動性的粉末，它對水泥砂漿的改性機理與聚合物乳液相同，只不過它先與水泥和骨料進行干混，加水濕拌后重新乳化成乳液。在加入到水泥砂漿和砂漿中后，聚合物與水泥形成兩相互穿的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，因乳液中表面活性劑對水泥顆粒的分散作用而提高新拌砂漿的流動度，另外由于乳液本身親水的膠體特性以及減水性而減小砂漿的泌水和離析現(xiàn)象，同時還能增強砂漿的保水性，延長其凝結(jié)時間。一般來說，經(jīng)聚合物改性后的砂漿的抗拉強度和抗折強度有明顯提高，而抗壓強度則沒有明顯改善，甚至有所降低，吸水性也降低，但不透水性增強，抗碳化能力大大提高，同時還有很好的耐油脂性，但不耐有機溶劑。由于聚合物改性的砂漿吸水率大大降低，孔隙率降低(聚合物的填充作用)以及一定的引氣作用，它的抗凍性比普通砂漿要好得多。

考察不同膠粉摻量對砂漿體系的收縮影響，第14、28，35，42d 的自然干燥收縮值可見圖 3、4。圖 3、4為不同膠粉摻量試件在14d、28d后收縮率的對比圖。由圖可知，在砂漿中摻入膠粉整體的收縮呈明顯降低的趨勢，在膠粉摻量為1.5%時，水泥砂漿的收縮值降低幅度大。當膠粉的摻量大于2.0%時砂漿的收縮值趨于平穩(wěn)，即當砂漿中膠粉的摻量在1.0% ～2.0%時，對砂漿的收縮值有明顯改善。當膠粉的摻量大于2.0%時，雖然也明顯改善了砂漿的收縮值，但是效果和小于2.0%的近似。

圖3 砂漿14d干燥收縮值

圖4 砂漿28d干燥收縮值

3 結(jié)語

(1)利用有機膨潤土和纖維素制成的保稠劑摻入到抗裂砂漿中抑制水泥水化，而延緩結(jié)構(gòu)形成，使水泥漿體的溶解平衡期更為延長，水泥漿體可以較長時期處于塑性狀態(tài)，并使水泥水化的化學減縮明顯減小。

(2)在抗裂砂漿引入纖維，可以使抗裂砂漿的應力分散均勻，減低開裂幾率。與基準樣相比，纖維的摻入明顯延長了砂漿的初始開裂時間(如:體積摻量總量為0.2‰，10mm纖維的摻入使開裂時間從32h延長到48h)，降低了該體系的開裂敏感性。

(3)膠粉摻量控制在1.5%即可有效改善砂漿的柔韌性，增加砂漿抗開裂性能;膠粉通過在水泥漿與骨料間形成具有較高粘結(jié)力的膜，并堵塞砂漿內(nèi)的孔隙以改善水泥性能，水泥水化和聚合物成膜同時進行，最后形成水泥漿與聚合物膜相互交織的互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

[1]富麗.我國建材工業(yè)的能源形勢分析[J].江蘇建材.2007.4:59～60.

[2]李德英.建筑節(jié)能技術(shù)[M].機械工業(yè)出版社，2006.

[3]建設(shè)部科技發(fā)展促進中心.外墻保溫應用技術(shù)[M].北京中國建筑工業(yè)出版社，2005.

[4]Ahmet Sart.Form －stable paraffin/high density polyethylene composites an solid－liquid phase change material for thermal energy storage:preparation and thermal properties.Energy Conversion＆ Management，2004.45:2033 ～2042.

[5]黃繼紅，呂子義，鄭衛(wèi)鋒.建筑中應用保溫砂漿的性能分析[J].工業(yè)建筑，2005.35(1):724 ～726.