聚合物抹灰砂漿試驗

焦楚杰，賴學(xué)全，胡志勇，王 龍，程從密

(1.廣州大學(xué)土木工程學(xué)院，廣東廣州 510006;2.中建三局第一建設(shè)工程有限公司西部公司，貴州貴陽 550023;3.廣州市建筑集團有限公司，廣東廣州 510030)

普通抹灰砂漿黏結(jié)力較低，收縮率大，難以與蒸壓加氣混凝土砌塊墻體結(jié)合密實牢固［1-3］.尤其是外墻，由于環(huán)境溫度、濕度的不斷變化，其抹面層容易產(chǎn)生收縮裂縫［4-5］.很多國內(nèi)外學(xué)者通過添加聚合物、纖維來增強水泥基材料的韌性，提高其抗裂性能.吳中偉院士認為復(fù)合化可以有效提高水泥基材料的工作性能和力學(xué)性能，達到1+2＞3的超疊加效應(yīng).基于此思路，在前期研究基礎(chǔ)上，本課題組制備7組摻聚丙烯纖維、乳膠粉、纖維素醚、木質(zhì)纖維的聚合物砂漿和1組普通水泥砂漿(以下簡稱素砂漿)，研究聚合物砂漿的抗裂性能.

1 試驗

原材料:水泥、中砂、水、聚丙烯纖維、乳膠粉、纖維素醚、木質(zhì)纖維、膨脹劑、減水劑.制備了7組聚合物抹灰砂漿和1組素砂漿.8組抹灰砂漿的配合比如表1所示.對制備的試塊養(yǎng)護成型，然后進行砂漿的稠度、分層度、凝結(jié)時間、抗壓強度、抗折強度及非浸水(浸水)拉伸黏結(jié)強度的測試.

表1 砂漿配合比

2 結(jié)果與分析

2.1 稠度

砂漿稠度值是表征砂漿流動性大小的重要指標(biāo).圖1為砂漿的稠度分布.素砂漿的稠度值為47 mm，聚合物砂漿的稠度值分別為 59，60，53，60，54，56，58 mm.根據(jù) JGJ/T 220—2010《抹灰砂漿技術(shù)規(guī)程》，聚合物水泥抹灰砂漿施工稠度宜為50～60 mm.由圖1可知:素砂漿的稠度值僅為47 mm，小于規(guī)程的要求;7種聚合物砂漿均能較好滿足砂漿的施工性能要求.

圖1 稠度分布圖

纖維素醚加入到砂漿中會形成許多微氣泡，這些氣泡起著如滾珠軸承般的作用，使新拌砂漿和易性得以改善［6-7］.另外，高效減水劑在水泥顆粒表面的吸附，使水泥顆粒表面帶有相同電荷而互斥，造成水泥顆粒在液相中的分散，絮凝結(jié)構(gòu)中，原被水泥顆粒包圍的水得以釋放出來，從而改善了砂漿的和易性與流動性，使砂漿更密實，在一定程度上也有利于聚丙烯纖維的分散均勻［8］.上述因素都有利于使聚合物砂漿稠度增大.

2.2 分層度

砂漿的分層度體現(xiàn)了砂漿的保水性能.分層度太大，容易離析，不便于施工.分層度太小，砂漿硬化后易產(chǎn)生干縮開縫.根據(jù)JGJ/T 220—2010中對抹灰砂漿分層度的要求，抹灰砂漿的分層度宜為10～20 mm.由圖2可知，素砂漿分層度值為8 mm，小于規(guī)范建議性數(shù)值10 mm，砂漿硬化后容易產(chǎn)生干縮裂縫;聚合物砂漿的分層度值分別 10，10，18，12，11，10，12 mm，符合規(guī)范建議性數(shù)值，能使砂漿具有良好的保水性，能夠滿足施工的要求.

圖2 分層度分布圖

在砂漿中加入纖維素醚后，會形成許多微小氣泡.這些氣泡在硬化漿體中形成獨立的孔隙，起到了阻斷毛細孔的作用，提高了砂漿保水性，降低砂漿泌水率;另外，木質(zhì)纖維有良好保水作用，能吸附自重6～8倍的水分［9］，避免水分過快流失，使砂漿中水泥的水化反應(yīng)更加充分，抑制了抹灰砂漿由于砌塊吸水率大而造成的干裂現(xiàn)象.

2.3 凝結(jié)時間

砂漿初凝前，足夠的可操作時間是抹灰施工質(zhì)量的重要保證.圖3為凝結(jié)時間分布圖.根據(jù)GB 50666—2011《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》規(guī)定:普通砂漿和混合砂漿初凝時間分別為2，3 h，溫度高于30℃時為3，4 h.由圖3可知，素砂漿的凝結(jié)時間為136 min，聚合物砂漿的凝結(jié)時間數(shù)值分別為186，192，214，217，182，197，198 min，都大于素砂漿的凝結(jié)時間，符合規(guī)范，滿足施工現(xiàn)場要求.

圖3 凝結(jié)時間分布圖

纖維素醚和木質(zhì)纖維具有良好保水性，能在較長時間里保持砂漿中水分，使水泥水化過程得以持續(xù)，延長砂漿的初凝時間［10］.此外，纖維素醚分子結(jié)構(gòu)中存在脫水葡萄糖環(huán)結(jié)構(gòu)，能與水泥水化水溶液中的鈣離子生成糖鈣分子化合物，降低鈣離子濃度，阻止Ca(OH)2和鈣鹽晶體的生成、析出，從而延緩水泥水化進程，延長砂漿初凝時間［7］.

2.4 壓折比

壓折比是砂漿抗壓強度和抗折強度的比值.壓折比越小，說明砂漿柔韌性越好，其抗裂性能越好.圖4為壓折比分布圖.JG 158—2004《膠粉聚苯顆粒外墻外保溫系統(tǒng)》中要求壓折比≤3.由圖4可知，素砂漿的壓折比為8.44，柔韌性欠佳.聚合物砂漿的壓折比數(shù)值分別為 5.29，4.64，4.60，2.56，4.76，2.52和2.49，因而比素砂漿柔韌性好，抗開裂性能提高.其中第5，7，8組砂漿壓折比≤3，符合規(guī)范要求.

聚合物砂漿柔韌性良好的原因在于:第一，乳膠粉脫水成膜，填補水泥石中的缺陷和孔隙，使水泥水化產(chǎn)物之間及骨料相互膠結(jié);且乳膠粉形成的聚合物膜彈性模量比砂漿低，具有較強變形能力，使砂漿韌性提高［11］.第二，聚丙烯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(yīng)力分散，從而減少砂漿收縮應(yīng)力;當(dāng)砂漿收縮時，收縮能量被分散到抗拉強度較高的纖維上;纖維通過吸收部分收縮能量，提高了砂漿柔韌性，抑制微細裂縫產(chǎn)生［12-13］.第三，纖維素醚在砂漿中生成黏稠凝膠，填充了水泥砂漿空隙，起到柔性加筋的作用.

圖4 壓折比分布圖

2.5 拉伸黏結(jié)強度

砂漿的拉伸黏結(jié)強度是抗裂砂漿性能要求指標(biāo)之一，拉伸黏結(jié)強度越高，砂漿與墻體基層的黏結(jié)越緊密，能有效防止墻體面層脫落現(xiàn)象.根據(jù)JG 158—2004，拉伸黏結(jié)強度分為非浸水拉伸黏結(jié)強度和浸水拉伸黏結(jié)強度.前者按JGJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》要求進行試驗，后者按JG/T 24—2000《合成樹脂乳液砂壁狀建筑涂料》要求進行試驗.

2.5.1 非浸水拉伸黏結(jié)強度

非浸水拉伸黏結(jié)強度表明了砂漿在未遇水侵襲、滲透時與墻體基層黏結(jié)的緊密程度.拉伸黏結(jié)強度越高，砂漿與墻體基層的黏結(jié)越緊密，越能防止墻體面層脫落.圖5為非浸水拉伸黏結(jié)強度分布圖.JG 158—2004要求抗裂砂漿非浸水拉伸黏結(jié)強度≥0.7 MPa.由圖5可知，素砂漿的拉伸黏結(jié)強度為0.97 MPa，略大于規(guī)范數(shù)值.聚合物砂漿拉伸黏結(jié)強度分別為 1.57，1.45，1.66，1.58，1.96，1.51，1.94 MPa，大于素砂漿值，最大數(shù)值比素砂漿值提高102%.

聚合物砂漿拉伸黏結(jié)強度較高，源于以下原因:聚丙烯纖維和乳液形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，對水泥砂漿起到了增韌、增強作用，其抗收縮、抗拉黏結(jié)強度得到提高，使砂漿具有較好溫度穩(wěn)定性［14-15］;添加的纖維素醚具有良好保水性，使足夠水分能保存在砂漿內(nèi)，保證了水泥水化作用的進行及其強度的充分發(fā)展，提高了水泥漿體黏結(jié)強度;纖維素醚的加入提高了砂漿黏聚性，并使砂漿具有良好可塑性和柔韌性，這也使得砂漿能夠很好地適應(yīng)基材收縮變形，從而提高砂漿黏結(jié)強度.

圖5 非浸水拉伸黏結(jié)強度分布圖

2.5.2 浸水拉伸黏結(jié)強度

浸水拉伸黏結(jié)強度表明了砂漿在遇水侵襲、滲透時與墻體基層黏結(jié)的緊密程度.浸水拉伸黏結(jié)強度越高，砂漿與墻體基層的黏結(jié)越緊密，墻體面層越不容易脫落.JG 158—2004要求抗裂砂漿浸水拉伸黏結(jié)強度≥0.5 MPa.砂漿試塊浸水時，其拉伸黏結(jié)強度會降低，但添加了聚丙烯纖維、乳膠粉等聚合物的砂漿，其黏結(jié)強度還是比素砂漿要大很多.圖6為浸水拉伸黏結(jié)強度分布圖.由圖6可知，素砂漿的黏結(jié)強度為0.87 MPa，略高于規(guī)范.而聚合物砂漿的拉伸黏結(jié)強度數(shù)值分別為 1.06，1.39，1.61，1.39，1.56，1.50，1.48 MPa，大于素砂漿值，最大數(shù)值比素砂漿數(shù)值提高85%.

圖6 浸水拉伸黏結(jié)強度分布圖

類似2.5.1，聚丙烯纖維、乳膠粉等聚合物改善了砂漿微觀結(jié)構(gòu)，使砂漿具有良好韌性和抗開裂性能.上述優(yōu)點能阻止水分滲透，防止水分破壞砂漿與基體黏結(jié)處的交界面，使砂漿和墻體基層間保持較高黏結(jié)強度，減少了墻體抹灰層脫落.

3 結(jié)論

1)添加了聚丙烯纖維、乳膠粉、纖維素醚、木質(zhì)纖維、膨脹劑的聚合物砂漿，其稠度值為50～60 mm，分層度值為10～20 mm，具有較好流動性和保水性.

2)砂漿中加入5種添加劑，能有效改變砂漿微觀結(jié)構(gòu)，聚丙烯纖維和聚合物乳液形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對水泥砂漿起到了增韌、增強作用，其抗收縮、抗拉黏結(jié)強度得到提高，使砂漿具有較好抗裂性能.與素砂漿相比，經(jīng)過改性后的聚合物砂漿壓折比變小，黏結(jié)強度提高，凝結(jié)時間延長.

3)7 組聚合物砂漿配合比中，第5，7，8組聚合物砂漿能同時滿足規(guī)范規(guī)定的施工性能和抗裂性能要求，可供工程應(yīng)用參考.3組聚合物砂漿綜合性能如下:稠度分別為60，56，58 mm，分層度分別為12，10，12 mm，凝結(jié)時間分別為 217，197，198 min，壓折比分別為2.56，2.52，2.49，黏結(jié)強度分別為 1.58，1.51，1.94 MPa.

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