摻稠化粉砂漿對砌體基本性能的影響研究

張 杰

(徐州市土木建筑工程質(zhì)量監(jiān)督站，江蘇 徐州 221009)

摻稠化粉砂漿對砌體基本性能的影響研究

張 杰

(徐州市土木建筑工程質(zhì)量監(jiān)督站，江蘇 徐州 221009)

砂漿與砌塊的共同作用影響墻體系統(tǒng)的性能，砌筑砂漿是砌塊之間的粘結(jié)材料，其質(zhì)量的好壞對結(jié)構(gòu)的受力性能和保溫性能影響很大。通過摻入稠化粉的普通干混砂漿應(yīng)用于砌體中，研究砌體的力學性能及砂漿的熱工性能。試驗結(jié)果表明，稠化粉的摻入改善了砌體的基本性能。通過研究為商品砂漿的推廣建立一些理論基礎(chǔ)。

稠化粉；干混砂漿；力學性能；熱工性能

隨著建筑業(yè)的發(fā)展，建筑材料也向著質(zhì)量優(yōu)、節(jié)能環(huán)保的方向發(fā)展。干混砂漿取代現(xiàn)場攪拌砂漿是必然的趨勢。研究成果顯示，干混砂漿的工廠化生產(chǎn)、精確的計量、專業(yè)的實驗設(shè)備為干混砂漿的質(zhì)量提供了可靠的保證，稠化粉等外加劑的摻入使干混砂漿相對于現(xiàn)場攪拌砂漿的工作性能和力學性能有了質(zhì)的改善[1-3]。本文主要研究摻稠化粉砂漿對砌體基本性能的影響。

本文選用的稠化粉配方為羥丙基甲基纖維素醚(100 000 MPa·s)∶淀粉醚∶木鈣=1∶0.67∶6.67(質(zhì)量比)。通過試驗測得新拌普通干混砌筑砂漿的基本性能：用水量為18%，稠度為70 mm，保水率為90%，凝結(jié)時間為5.5 h，28 d抗壓強度為12.3 MPa，均能很好滿足規(guī)范要求。本試驗選取干混砂漿、現(xiàn)場攪拌水泥砂漿及不摻稠化粉的粉煤灰—水泥砂漿，分別砌筑6組砌體試件，依據(jù)《砌體基本力學性能試驗方法標準》(GB/T 50129-2011)[4]進行砌體抗壓強度試驗和砌體沿通縫截面抗剪強度試驗,研究稠化粉的摻入對砌體力學性能的影響規(guī)律，并研究3種砂漿的熱工性能，為商品砂漿的推廣奠定一些理論基礎(chǔ)。

1 試驗目的

選用普通粘土磚，依據(jù)《砌體基本力學性能試驗方法標準》(GB/T 50129-2011)[4]，研究普通干混砂漿與普通粘土磚的組合砌體的抗壓強度及砌體沿通縫截面抗剪強度。通過熱工性能試驗比較干混砂漿與傳統(tǒng)水泥砂漿的熱工性能。對比普通干混砌筑砂漿和傳統(tǒng)水泥砂漿砌筑的砌體力學性能，對比分析普通干混砌筑砂漿和傳統(tǒng)水泥砂漿的熱工性能。

2 試驗方案

試驗所用材料：力學性能試驗選用外形尺寸為240 mm×115 mm×53 mm普通粘土磚，熱工性能采用標準砂漿試塊,所用砌筑砂漿強度等級為M7.5。

砌體力學性能、砂漿熱工性能試驗選用3種不同的砂漿配方，以進行對比試驗。試件樣品1為不摻入稠化粉的粉煤灰—水泥砂漿配方，編號為DB；試件樣品2為干混砂漿配方，編號為BZ；試件樣品3為傳統(tǒng)水泥砂漿配方，編號為CT。

3 力學性能

3.1 砌體抗壓強度試驗

3.1.1 試驗現(xiàn)象及砌體破壞形態(tài)

試件開裂后位移采集儀顯示數(shù)據(jù)增長加快，特別是加載后期走速相當快，數(shù)據(jù)增長很大。裂縫最先出現(xiàn)在砂漿層，裂縫出現(xiàn)的位置及發(fā)展現(xiàn)象是非常類似的，表現(xiàn)在砌體窄面單磚首先開裂，一般是第二塊單磚，位于中間豎縫附近。隨著加載的進行，裂縫也在不斷地延伸和發(fā)展，單磚內(nèi)的裂縫發(fā)展成為貫通幾皮磚的豎向裂縫，此時寬面上角出現(xiàn)裂縫，并迅速沿灰縫向下發(fā)展形成主裂縫，最后各側(cè)的主裂縫貫通，聽到“砰”的一聲，宣告試件破壞(圖1～圖3)。

圖1 DB破壞形態(tài)Fig.1 Failure pattern of DB

圖2 BZ破壞形態(tài)Fig.2 Failure pattern of BZ

圖3 CT破壞形態(tài)Fig.3 Failure pattern of CT

3.1.2 抗壓強度試驗結(jié)果

單個試件的抗壓強度按下式計算：

式中fc,m為試件的抗壓強度，MPa;N為破壞荷載，kN;A為試件的截面面積,mm2。

砌體軸心抗壓強度平均值的計算公式為：

式中fm為砌體軸心抗壓強度平均值，f1、f2為砂漿及砌塊的抗壓強度平均值，試驗結(jié)果見表1、表2。

試驗結(jié)果顯示，DB的開裂荷載約為極限荷載的41.86%～53.66%，BZ的開裂荷載約為極限荷載的41.51%～55.32%，CT的開裂荷載約為極限荷載的40.00%～66.67%。DB砌體的開裂荷載平均值為213.3 kN，極限荷載平均值為463.8

表1 砌體抗壓強度試驗結(jié)果Table 1 Masonry compressive strength test results

表2 砌塊強度利用率Table 2 Block strength utilization

kN,極限強度平均值為5.6 MPa，大于按規(guī)范計算強度平均值4.76 MPa，大于率為17.65%；BZ砌體的開裂荷載平均值為252.5 kN，極限荷載平均值為500 kN，極限強度為6.21 MPa，大于按規(guī)范計算強度平均值4.75 MPa，大于率為30.74%；CT砌體的開裂荷載平均值為203.2 kN，極限荷載平均值為371.7 kN，極限強度為4.49 MPa，小于按規(guī)范計算強度平均值4.79 MPa，小于率為6.26%。DB、BZ和CT中磚強度利用率分別為35.4%、39.3%和28.4%，即磚的強度利用率BZ>DB>CT。

干混砂漿與砌塊的粘結(jié)強度高于傳統(tǒng)砂漿，同時由于干混砂漿的保水性能優(yōu)于傳統(tǒng)水泥砂漿，所以在后期干混砂漿的強度損失率低于傳統(tǒng)水泥砂漿，故利用干混砂漿砌筑的砌體初裂荷載大于傳統(tǒng)砂漿砌筑的砌體，極限抗壓強度高于傳統(tǒng)水泥砂漿砌筑的砌體。

由于加入稠化粉后干混砂漿的和易性好，其優(yōu)良的保水性和粘結(jié)性使得砂漿和砌塊的組合作用效果更好、整體性更強，所以隨著稠化粉的加入，利用不同砂漿砌筑的砌體中磚的強度利用率也隨之增大。

3.1.3 砌體應(yīng)力—應(yīng)變曲線的繪制

砌體加載時采用每30 kN為一級的分級加載，直到試件破壞。記錄位移計上每一級載荷的縱向位移讀數(shù)，用每級載荷的縱向位移除以標距，得到砌體的縱向位移，繪制成的砌體應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖4～圖6 所示。

圖4 DB應(yīng)力—應(yīng)變曲線Fig.4 Stress-strain curve of DB

圖5 BZ應(yīng)力—應(yīng)變曲線 Fig.5 Stress-strain curve of BZ

圖6 CT應(yīng)力—應(yīng)變曲線Fig.6 Stress-strain curve of CT

由圖4～圖6可以看出，應(yīng)力—應(yīng)變曲線開始階段呈線性增長，屬于彈性階段；當砌體一旦出現(xiàn)裂縫，曲線就出現(xiàn)彎折，變形劇增，曲線表現(xiàn)為緩慢上升直至水平；裂縫增大到后期，位移計讀數(shù)呈倍數(shù)的快速增大。

3.2 砌體沿通縫截面抗剪強度試驗

3.2.1 破壞形態(tài)

圖7為砌體沿通縫截面抗剪的破壞形態(tài)。利用3種不同的砂漿進行砌筑的砌體，其破壞形態(tài)大體一致，都是在受壓過程中，抗剪試件從加載至破壞沒有明顯的預兆，試件表面也未見明顯的裂縫開展，當試件加壓至受剪承載力極限時，沿受剪面發(fā)生突然的破壞，即當壓力達到一定程度時，聽到啪的一聲，試件破壞。破壞發(fā)生在砂漿層與塊體的粘結(jié)面，基本都是單剪面破壞，破壞呈明顯的脆性特征。破壞面基本是平整的，個別砌體的砂漿出現(xiàn)和砌塊連接，此種情況的砌體沿通縫截面抗剪強度一般比較高。

3.2.2 試驗結(jié)果及分析

依據(jù)《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》，砌體沿通縫截面抗剪強度平均值采用下列公式計算：

fvm=0.125f21/2

其中f2為砂漿平均抗壓強度。

圖7 砌體沿通縫截面抗剪破壞形態(tài)Fig.7 Masonry along the seam section of shear failure pattern

試件編號受剪面積/mm2抗剪破壞荷載/kN抗剪強度平均值/MPa抗剪強度/MPaDB平均值2×345×22054.140.360.36BZ平均值2×340×22058.450.360.38CT平均值2×345×22551.500.360.34

表3為砌體沿通縫截面抗剪強度試驗結(jié)果。由表3可知，不摻入稠化粉的粉煤灰—水泥砂漿砌筑的砌塊沿通縫截面抗剪強度實測值等于按規(guī)范計算值；摻入稠化粉的普通干混砂漿砌筑的砌體沿通縫截面抗剪強度實測值大于按規(guī)范計算值；傳統(tǒng)水泥砂漿砌筑砌體沿通縫截面抗剪強度實測值小于按規(guī)范計算值。

磚砌體沿通縫截面的抗剪強度，取決于磚與砂漿之間的切向粘結(jié)力，因而，影響磚砌體抗剪強度的因素，關(guān)鍵是砌筑砂漿的種類、強度及其變異，其次是磚的標號、含水率、表面特征(包括清潔程度)等。通過砌體小試件的試驗證明，當砂漿強度相同時，采用摻入稠化粉的干混砂漿的試件，抗剪強度最高，其次是不摻入稠化粉的粉煤灰—水泥砂漿，最后是傳統(tǒng)水泥砂漿。

試驗的剪切破壞沿砌體灰縫截面，屬于剪摩破壞，破壞沒有出現(xiàn)因塊體破壞而喪失承載力的現(xiàn)象。單純受剪砌體的抗剪破壞主要取決于水平灰縫中砂漿與塊體的粘結(jié)強度，因此砂漿的強度影響較大，塊體的強度影響較小。本次試驗數(shù)據(jù)表明，因砂漿抗壓強度相同，抗剪強度實測值基本相同，但也略有偏差，即抗剪強度實測值BZ>DB>CT，說明摻入稠化粉的干混砂漿與塊體的粘結(jié)強度最大。

4 熱工性能

一般而言，在材料成分、表觀密度、平均溫度、含水率完全相同的條件下，均質(zhì)多孔材料的單位體積中氣孔數(shù)量越多，導熱系數(shù)越?。辉诳紫堵氏嗤臈l件下，孔隙尺寸愈大，導熱系數(shù)就愈大；孔隙相互連通比封閉而不連通的導熱系數(shù)要高[5]。一般水泥砂漿的導熱系數(shù)為0.93 W/(m·k)[6]，試驗測得傳統(tǒng)水泥砂漿穩(wěn)定導熱系數(shù)為1.00 W/(m·k)，粉煤灰的導熱系數(shù)為0.23 W/(m·k)。

不同配方砂漿導熱系數(shù)隨時間變化規(guī)律曲線見圖8。由圖8可知，砂漿的導熱系數(shù)在20 d左右開始趨于穩(wěn)定狀態(tài)，摻入稠化粉的干混砂漿導熱系數(shù)最小，為0.772 7 W/(m·k)，不摻入稠化粉的粉煤灰—水泥砂漿的導熱系數(shù)為0.939 3 W/(m·k)。即由于摻入粉煤灰的影響，粉煤灰—水泥砂漿的導熱系數(shù)小于水泥砂漿，亦即粉煤灰—水泥砂漿保溫效果優(yōu)于傳統(tǒng)水泥砂漿。摻入稠化粉后干混砂漿的引氣作用，使砂漿孔隙率增大，導致?lián)饺氤砘酆蟮母苫焐皾{的導熱系數(shù)明顯小于粉煤灰—水泥砂漿，即摻入稠化粉后干混砂漿保溫效果優(yōu)于粉煤灰—水泥砂漿。

5 結(jié)論

(1)摻入稠化粉的干混砂漿砌筑的砌體，其抗壓強度最大，其次是不摻稠化粉的粉煤灰—水泥砂漿砌筑的砌體，傳統(tǒng)水泥砂漿砌筑的砌體抗壓強度最小。

圖8 不同配方砂漿導熱系數(shù)隨時間變化規(guī)律曲線Fig.8 Different time variation curve formula of thermal conductivity of the mortar

(2)摻入稠化粉的干混砂漿砌筑的試件，抗剪強度最高，其次是不摻入稠化粉的粉煤灰—水泥砂漿，傳統(tǒng)水泥砂漿抗剪強度最低。

(3)摻入稠化粉干混砂漿保溫效果優(yōu)于粉煤灰—水泥砂漿，粉煤灰—水泥砂漿保溫效果優(yōu)于傳統(tǒng)水泥砂漿，即摻入稠化粉干混砂漿的保溫效果最佳。

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[2] 于利剛，黃宏偉.新型干拌砂漿稠化粉的研究[J].混凝土,2009(12)：95-97.

[3] 孫振平，于龍，龐敏，等.商品砂漿增稠保水材料的研制及其應(yīng)用性能[J].商品混凝土,2009(4)：15-19.

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[5] 王武祥，曹蓓月，廖禮平.節(jié)能復合砌塊專用保溫砌筑砂漿的研究[J].混凝土砌塊生產(chǎn)與應(yīng)用，2009(4)：3-6.

[6] 中國建筑科學研究院.GB50176-1993.民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，1993.

(責任編輯：張英健)

The Research on the Influence of Mortar Mixing Thickening Powder on the Basic Performance of Masonry

ZHANG Jie

(Xuzhou Construction Engineering Quality Supervision Station, Xuzhou Jiangsu 221009, China)

The interaction of mortar and block influences the performances of the wall system. The quality of the masonry mortar which is the adhesive material of blocks have great influence on mechanical properties and thermal insulation performance of structure. This paper studies mechanical properties of masonry and thermal performance of mortar through applying dry-mixed mortar mixed with thickening powder to masonry. The test results indicated that the basic performance of the masonry was improved. Through the research, theoretical basis for the popularization of mortar will be established.

thickening powder; dry-mixed mortar; mechanical properties; thermal performance

2014-03-04

張杰(1987-),男,安徽宿州人，碩士，主要研究方向為建筑材料。

TU528.0

A

1671-5322(2014)03-0062-05