泡沫混凝土墻體砌塊專用砂漿研究

都增延，丁華柱，向家龍

（1重慶建工新型建材有限公司，重慶 401122；2重慶筑能建材有限公司，重慶 400713；3成都鐵路局 貴陽建設(shè)指揮部，貴州貴陽 550001）

0 引言

新型墻體材料具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、環(huán)保、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，推廣使用具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[1]。然而新型墻體材料在推廣使用過程中，仍面臨著許多障礙，如泡沫混凝土砌塊、加氣混凝土砌塊、爐渣砌塊及其它多孔墻體材料等，在其砌筑、內(nèi)外抹面施工中，由于基層材料的很多性質(zhì)發(fā)生了變化，用傳統(tǒng)砂漿進(jìn)行大面積抹面時(shí)，傳統(tǒng)砂漿的收縮性比較大，保水性較差，砂漿表面在材料硬化前往往會(huì)由于砂漿表面水的蒸發(fā)速率大于內(nèi)部水的蒸發(fā)速度而滲透到表面，從而使砂漿產(chǎn)生收縮應(yīng)力。當(dāng)砂漿的早期抗拉強(qiáng)度達(dá)不到砂漿收縮所產(chǎn)生的應(yīng)力時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生不可恢復(fù)的收縮裂縫，嚴(yán)重影響了工程質(zhì)量，也嚴(yán)重制約了新型墻體材料的推廣應(yīng)用。

針對(duì)新型墻體材料面臨的問題，國內(nèi)外學(xué)者也相應(yīng)進(jìn)行了專用砂漿的研究。同濟(jì)大學(xué)的王培銘對(duì)灰砂磚專用砌筑砂漿進(jìn)行了深入的研究[2]；徐江萍[3]和楊鼎宜等人[4]對(duì)空心磚和砌塊的專用砂漿進(jìn)行了研究。泡沫混凝土砌體的吸水率大、材料較脆、強(qiáng)度偏低，研制與之匹配的專用砂漿已成為當(dāng)前砂漿研究的重要內(nèi)容。本文在以水泥、砂、礦物摻合料為主的砂漿原料之外，加入一些用量小的化學(xué)外加劑（保水劑）及抗裂、抗?jié)B組分（纖維、膨脹劑）來改善砂漿的各項(xiàng)性能，分析原料各組分性質(zhì)以及在砂漿中的作用，并通過進(jìn)行外加劑及礦物摻合料的單摻和正交試驗(yàn)，并按《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行性能檢測，確定出泡沫混凝土砌體專用砂漿的最適合配合比，制備出適合泡沫混凝土砌塊的專用砂漿，使其具有良好的保水性、粘結(jié)性和抗裂性。

1 試驗(yàn)原材料及試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)原材料

1.1.1 水泥

試驗(yàn)選用重慶拉法基水泥廠生產(chǎn)的拉法基普通42.5R水泥，其化學(xué)成分見表1。

表1 水泥的化學(xué)成分/%

1.1.2 粉煤灰

試驗(yàn)選用貴州習(xí)水電廠的習(xí)水原灰，其化學(xué)成分見表2。

表2 粉煤灰的化學(xué)成分/%

1.1.3 中砂

試驗(yàn)選用岳陽中砂，其各項(xiàng)性能指標(biāo)見表3。

1.1.4 聚丙烯纖維（PP）

采用束狀單絲聚丙烯纖維，長度約9mm，密度為 0.91g/cm3。

表3 中砂的性能指標(biāo)

1.1.5 膨脹劑（JC-UEA）

試驗(yàn)選用H型膨脹劑JC-UEA，自然堆積容重1g/ml，限制膨脹率0.020%～0.040%，自應(yīng)力值0.2～0.8MPa，最佳摻量在8%～12%。

1.1.6 保水劑（MHPC）

試驗(yàn)選用甲基羥丙基纖維素醚（MHPC），其主要指標(biāo)如表4所示。

表4 甲基羥丙基纖維素醚的主要指標(biāo)

1.2 試驗(yàn)方法

先進(jìn)行單摻試驗(yàn)來確定聚丙烯纖維、甲基羥丙基纖維素醚和膨脹劑的最優(yōu)摻量。試件制作成40mm×40mm×160mm的棱形試體，基準(zhǔn)膠砂比為1:4，聚丙烯纖維的摻量分別為膠凝材料總量的0.5%、0.75%、1.0%、1.25%，甲基羥丙基纖維素醚的摻量分別為膠凝材料總量的0.1%、0.15%、0.2%、0.25%，膨脹劑的摻量為水泥用量的8%、10%、12%、14%。具體配合比設(shè)計(jì)如表5～表7。

表5 聚丙烯（PP）摻量配比

表6 甲基羥丙基纖維素醚（MPHC）摻量配比

表7 膨脹劑（JC-UEA）摻量配比

以單摻試驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，從每組試驗(yàn)中選取效果最好的三個(gè)摻量進(jìn)行正交試驗(yàn)，選取的聚丙烯纖維摻量分別為A1：0.5%、A2：0.75%、A3：1.0%，甲基羥丙基纖維素醚的摻量分別為B1：0.1%、B2：0.15%、B3：0.2%，膨脹劑的摻量分別為C1：8%、C2：10%、C3：12%。 具體配比方案見表8。

表8 正交試驗(yàn)配比

2 結(jié)果與分析

根據(jù)表8的試驗(yàn)配合比拌制砂漿，測試砂漿的各個(gè)性能如表9所示。

表9 正交試驗(yàn)所測性能

利用直觀分析法和方差分析法來分析聚丙烯纖維、甲基羥丙基纖維素醚和膨脹劑的摻量對(duì)砂漿抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、收縮率的影響。

表10 砂漿抗壓強(qiáng)度值及分析表

表10為聚丙烯纖維、甲基羥丙基纖維素醚和膨脹劑對(duì)砂漿抗壓強(qiáng)度的極差分析表，由表可知聚丙烯纖維的極差是0.7，甲基羥丙基纖維素醚的極差是1.6，膨脹劑的極差是0.7，三因素對(duì)砂漿28d抗壓強(qiáng)度的影響次序?yàn)楸Ｋ畡?纖維>膨脹劑。膨脹劑摻量的變化對(duì)砂漿的抗壓強(qiáng)度作用不是很明顯，隨著膨脹劑摻量的變化，砂漿的抗壓強(qiáng)度有所波動(dòng)。隨著保水劑摻量的增加，砂漿的抗壓強(qiáng)度有明顯下降，因?yàn)楸Ｋ畡┑募尤雽?dǎo)致漿體中的各種孔隙率有所增加和生成的柔性聚合物起不到剛性支撐作用，相對(duì)弱化了復(fù)合基體，致使砂漿的抗壓強(qiáng)度有明顯的下降，而且由于保水劑的保水作用，使砂漿試塊成型后，水分并未完全揮發(fā)，大部分仍保留在砂漿中，導(dǎo)致實(shí)際的水灰比要比不摻的大許多，所以砂漿抗壓強(qiáng)度有明顯下降。纖維摻量增加時(shí)，砂漿的抗壓強(qiáng)度略有上升。所以砂漿抗壓強(qiáng)度的最優(yōu)組合是A3B2C1（3）。

表11為聚丙烯纖維、甲基羥丙基纖維素醚和膨脹劑對(duì)砂漿抗折強(qiáng)度的極差分析表，由表可知甲基羥丙基纖維素醚的極差是0.9，膨脹劑的極差是0.25，聚丙烯纖維的極差是0.27。三因素對(duì)砂漿28d抗折強(qiáng)度的影響次序?yàn)楸Ｋ畡?膨脹劑>纖維。膨脹劑摻量的變化，對(duì)砂漿的抗折強(qiáng)度影響較較小，隨著膨脹劑摻量遞增，砂漿的抗折強(qiáng)度略有上升趨勢。這是由于膨脹劑的摻入，補(bǔ)償了后期砂漿的自身收縮，減少裂縫的產(chǎn)生，所以抗折強(qiáng)度有所增加。甲基羥丙基纖維素醚摻量的變化，對(duì)砂漿的抗折強(qiáng)度影響較大。隨著摻量的增加，砂漿的抗折強(qiáng)度波動(dòng)非常明顯。這說明了甲基羥丙基纖維素醚對(duì)砂漿內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響存在不規(guī)則性。纖維摻量的變化對(duì)砂漿的抗折強(qiáng)度作用比較小。隨著摻量增加，砂漿的抗折強(qiáng)度略有上升。砂漿抗折強(qiáng)度的最優(yōu)組合條件是A3B2C3。

表 砂漿抗折強(qiáng)度值及分析表

表12 砂漿收縮率及分析表

表12為聚丙烯纖維、甲基羥丙基纖維素醚和膨脹劑對(duì)砂漿收縮率的極差分析表，由表可知聚丙烯纖維的極差是0.1，甲基羥丙基纖維素醚的極差是0.13，膨脹劑的極差是2.47。三因素對(duì)砂漿28d收縮率的影響次序?yàn)榕蛎泟?保水劑>纖維。膨脹劑摻量的變化，對(duì)砂漿的收縮率影響最大，由于膨脹劑的加入在不同時(shí)間段對(duì)砂漿的自收縮進(jìn)行補(bǔ)償，因此收縮率比較小。保水劑摻量的變化，對(duì)砂漿的收縮率影響比較小，隨著摻量的增加收縮率變化并不明顯。纖維摻量的變化對(duì)砂漿的收縮率影響較大，由于纖維大量無序地存在砂漿中，對(duì)砂漿的收縮有一定阻礙，水泥和纖維相互粘連成亂向分布且均勻致密的網(wǎng)狀增強(qiáng)系統(tǒng)，極大地提高了砂漿的整體強(qiáng)度，可以有效地控制砂漿的塑性收縮。砂漿收縮率的最優(yōu)組合條件是A1B3C3。

3 結(jié)論

試驗(yàn)中砂漿的最低抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度分別為3.77MPa和9.69MPa，已經(jīng)能滿足泡沫混凝土砌塊抹面所需要的強(qiáng)度，因此收縮率是評(píng)價(jià)砌筑抹面砂漿抗裂性能好壞的重要指標(biāo)，由此可確定砂漿的最優(yōu)配比應(yīng)為A1B3C3，即水泥∶粉煤灰∶砂∶纖維∶保水劑∶膨脹劑∶水=1∶0.33∶5.3∶0.007∶0.002∶0.12∶0.8。

[1]沈錚，肖力光，趙壯.新型墻體材料發(fā)展現(xiàn)狀[J].吉林建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，27（3）:36-39.

[2]王培銘.灰砂磚專用砌筑砂漿的研究[J].硅酸鹽建筑制品，1995（03）:11-14.

[3]徐江萍.砌筑空心磚用高標(biāo)號(hào)水泥砂漿研究[J].西安公路交通大學(xué)學(xué)報(bào)，1996（03）:30-32.