機制砂濕拌抹灰砂漿力學(xué)性能關(guān)鍵影響因素研究

陳景，劉永道，蘭聰

（中建西部建設(shè)西南有限公司，四川 成都 610052）

機制砂濕拌抹灰砂漿力學(xué)性能關(guān)鍵影響因素研究

陳景，劉永道，蘭聰

（中建西部建設(shè)西南有限公司，四川 成都 610052）

為闡明影響濕拌砂漿力學(xué)性能關(guān)鍵因素，研究了用水量、外加劑摻量、水泥用量及養(yǎng)護條件等對濕拌砂漿抗壓強度和粘結(jié)拉伸強度的影響。結(jié)果表明：濕拌砂漿抗壓強度和拉伸粘結(jié)強度對用水量并不十分敏感，存在最佳用水量范圍 240～260m3/kg；保水增稠組分外加劑是提高濕拌砂漿施工性能的關(guān)鍵因素，但會顯著降低濕拌砂漿的抗壓強度，其摻量需綜合考慮濕拌砂漿的施工性能和力學(xué)性能來確定；提高水泥用量可顯著提高濕拌砂漿的力學(xué)性能，但較高的水泥摻量下其需水量增大，實際強度提高并不明顯；養(yǎng)護方式顯著影響濕拌砂漿力學(xué)性能的發(fā)展，施工后需做好養(yǎng)護措施以保證砂漿的施工質(zhì)量。

濕拌砂漿；力學(xué)性能；水灰比；養(yǎng)護條件

0 前言

濕拌砂漿是將細集料、水泥、礦物摻合料、外加劑、水等組分，按配方比例，通過準確計量、強制攪拌所生產(chǎn)的漿狀混合物，是一種新型建筑材料。其在節(jié)約資源、保護環(huán)境、提高工程質(zhì)量等方面發(fā)揮著顯著的作用，推廣程度越來越大[1-3]。

然而，濕拌砂漿生產(chǎn)和施工過程中更多關(guān)注的是砂漿的施工性能和其施工性能可維持時間，以及施工質(zhì)量驗收時抹灰面層平整度和空鼓開裂情況。整個生產(chǎn)和施工驗收過程弱化了濕拌砂漿抗壓強度、粘結(jié)強度等力學(xué)性能，實際上不利于砂漿的質(zhì)量控制。因此，本文為闡明影響機制砂濕拌砂漿力學(xué)性能的主要因素，研究了水灰比、外加劑摻量、水泥用量及養(yǎng)護條件等對濕拌砂漿抗壓強度和粘結(jié)拉伸強度等力學(xué)性能的影響，為機制砂濕拌砂漿生產(chǎn)質(zhì)量綜合控制提供依據(jù)。

1 原材料及試驗方法

1.1 主要原材料

P·O42.5R 水泥，基本性能見表 1.Ⅱ 級粉煤灰，細度13.9%，燒失量 4.6%，需水量比 98%.機制砂 1，細度模數(shù)2.6，石粉含量 10.2%；機制砂 2，細度模數(shù) 1.6，石粉含量8.7%，所有機制砂最大粒徑均小于 4.75mm。市售塑化劑 G1和調(diào)節(jié)劑 G2。

表1　水泥基本性能

1.2 試驗方法

濕拌抹灰砂漿基準配合比如表2所示，性能測試主要包括保水性、稠度、容重、抗壓強度、拉伸粘結(jié)強度等，要求符合 GB/T 2518—2010《預(yù)拌砂漿》及 JGJ/T 220—2010《抹灰砂漿技術(shù)規(guī)程》，具體測試方法按照 JGJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能測試方法》標準執(zhí)行。不同影響因素的濕拌抹灰砂漿工作性能如表3所示。

表2　濕拌抹灰砂漿基準配合比 kg/m3

表3　濕拌抹灰砂漿工作性能試驗結(jié)果

2 試驗結(jié)果

2.1 用水量對濕拌抹灰砂漿力學(xué)性能的影響

圖 1 為不同用水量下濕拌抹灰砂漿抗壓強度和拉伸粘結(jié)強度變化曲線。由圖可知，當用水量在 220～260kg/m3時，砂漿的抗壓強度變化并不明顯，但隨著用水量進一步增大而呈降低趨勢。其原因可能與濕拌砂漿具有較好的保水性有關(guān)，砂漿中均添加了具有高分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的保水增稠組分，水分子進入高分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)后與極性基團以氫鍵鍵合而被吸附在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，由于網(wǎng)絡(luò)具有彈性，因而可容納大量水分子，其在一定用水量范圍內(nèi)，砂漿抗壓強度變化并不明顯。當用水量超過高分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可容納的最大水量時，砂漿出現(xiàn)泌水、離析，抗壓強度下降。

濕拌抹灰砂漿的粘結(jié)強度變化為：砂漿的粘結(jié)強度雖然均超過標準要求值 0.2MPa，但隨著用水量增加呈先增大后減小趨勢，峰值用水量為 240～260kg/m3。值得注意的是，在用水量為 220kg/m3時，砂漿稠度為 54mm，保水率為 99%，容重高達 2100kg/m3，砂漿工作性難以滿足施工要求。說明在其它條件不變情況下，濕拌砂漿的拉伸粘結(jié)強度不僅與用水量有關(guān)，還取決于砂漿的工作性能，最佳用水量范圍為240～260kg/m3，此時濕拌砂漿各項性能良好。

2.2 外加劑摻量對濕拌抹灰砂漿力學(xué)性能的影響

圖 2 為不同保水增稠組分外加劑摻量下濕拌抹灰砂漿抗壓強度和拉伸粘結(jié)強度變化曲線。從圖中可知，濕拌抹灰砂漿抗壓強度隨著保水增稠組分外加劑摻量增加而顯著降低。一般認為，砂漿抗壓強度與體系的密實程度有關(guān)，然而為提高濕拌抹灰砂漿保水性，改善施工性能，其保水增稠外加劑中大多含有引氣組分，在制備砂漿過程中會引入大量氣泡，隨著養(yǎng)護齡期延長，水分蒸發(fā)，在砂漿內(nèi)部形成大量氣孔缺陷，從而降低濕拌砂漿的抗壓強度[4]。試驗過程中也發(fā)現(xiàn)，當外加劑摻量從 5kg/m3提高至 9kg/m3，砂漿容重由 1950kg/m3降低至 1630kg/m3，容重降低極為明顯，說明砂漿體系中含氣量隨著外加劑摻量增大而劇增，進而影響砂漿抗壓強度。

圖2　外加劑對濕拌砂漿力學(xué)性能的影響

與之差異明顯的是，濕拌抹灰砂漿拉伸粘結(jié)強度隨著保水增稠外加劑摻量增加，先顯著增大，當外加劑摻量增大到一定程度后，拉伸粘結(jié)強度急劇降低。濕拌抹灰砂漿拉伸強度主要取決于砂漿與基底試塊的界面粘著力。在其它條件不變的前提下，在一定范圍內(nèi)提高外加劑摻量會顯著增大砂漿與基底的界面粘著力，提高拉伸粘結(jié)強度。進一步增大外加劑摻量，砂漿中含氣量增大，大量氣泡聚集在砂漿與基底界面處，這些氣泡干燥后形成大量氣孔，降低了砂漿與基底的粘結(jié)力?？傊?，濕拌砂漿外加劑是保證濕拌砂漿施工性能和粘結(jié)強度的重要因素，但其摻量較小卻對濕拌砂漿性能影響較大，在進行濕拌砂漿配合比設(shè)計和生產(chǎn)時，應(yīng)嚴格控制濕拌砂漿外加劑的摻量，否則會對濕拌砂漿造成不利影響。

2.3 水泥用量對濕拌抹灰砂漿力學(xué)性能的影響

從圖 3 可知，在一定水泥摻量范圍內(nèi)，增加水泥用量可顯著提高濕拌砂漿的抗壓強度和拉伸粘結(jié)強度。當水泥用量從 150kg/m3增至 270kg/m3時，濕拌抹灰砂漿 28d 抗壓強度由8.7MPa 提高至 20.3MPa，抗壓強度值增長了 132.2%，隨著水泥用量的進一步提高，濕拌砂漿的強度增加并不明顯，也就是說在配制高強度等級（M20 以上）的濕拌砂漿時，若單一提高水泥用量，并不能明顯提高砂漿的抗壓強度。

圖3　水泥用量對濕拌砂漿力學(xué)性能的影響

一般認為，水泥基材料的抗壓強度受水灰比控制，隨著水灰比降低，其抗壓強度提高[5,6]。然而，在濕拌砂漿中，其用水量一定時，在一定范圍內(nèi)提高水泥用量，其抗壓強度顯著提高，但為了保證濕拌砂漿的工作性能和施工性能，較高的水泥摻量下其需水量增大，因此實際強度提高并不明顯。此外，為了維持濕拌砂漿柔順的施工性能，大多會摻入濕拌砂漿外加劑，在保水增稠的同時引入大量氣泡，當氣泡中的水分蒸發(fā)后會形成許多尺寸較大的氣孔，從而帶來有害效應(yīng)。這種有害效應(yīng)在低強度濕拌砂漿中影響效果并不明顯，但在高強度等級的砂漿中，將被放大，即使提高水泥摻量也難以消除，砂漿的抗壓強度難以顯著提高。

與濕拌砂漿抗壓強度類似，在一定水泥摻量范圍內(nèi)，濕拌砂漿的拉伸粘結(jié)強度隨著水泥用量增大而顯著提高。當水泥用量為 150kg/m3時，濕拌砂漿的粘結(jié)強度為 0.53MPa，提高水泥用量至 250kg/m3時，濕拌砂漿的粘結(jié)強度 0.68MPa，拉伸粘結(jié)強度值增長了 28.3%。在濕拌砂漿中，基體砂漿與新拌濕拌砂漿的界面是最薄弱的區(qū)域，氣孔和水分最容易富集在兩種材料相接處的界面，直接影響濕拌砂漿的粘度強度。因此，在用水量一定的情況下，隨著水泥用量增加，在濕拌砂漿與基體界面會形成一層富漿層，水泥的水化在界面處可形成更多的水化產(chǎn)物以填充孔隙，從而提高界面粘結(jié)力，進而提高濕拌砂漿與基體的粘結(jié)強度。然而，從圖中可知，當水泥用量增大到 270kg/m3以上時，濕拌砂漿的粘結(jié)強度呈下降趨勢，這還需進一步證實。

2.4 養(yǎng)護方式對濕拌抹灰砂漿力學(xué)性能的影響

JGJT 70—2009《建筑砂漿基本性能測試方法》標準中規(guī)定，砂漿試件拆模后應(yīng)立即放入溫度為 (20±2)℃、相對濕度為 90% 以上的標準養(yǎng)護室中養(yǎng)護。養(yǎng)護期間，試件彼此間隔不小于 10mm，混合砂漿試件上面應(yīng)覆蓋，以防有水滴在試件上。然而，從實際生產(chǎn)和施工過程中發(fā)現(xiàn)，采用標準養(yǎng)護的砂漿試件抗壓強度有時略低于標準中規(guī)定的同強度等級砂漿的抗壓強度，遠低于已施工的砂漿墻面砂漿層的抗壓強度。例如 M5 抹灰砂漿，其抗壓強度標準規(guī)定值為 5MPa，但實際養(yǎng)護過程中采用標準養(yǎng)護方式養(yǎng)護的試件抗壓強度為 4.6MPa，而采用回彈法測定的砂漿抹灰層抗壓強度高達10.5MPa，完全達到 M10 濕拌砂漿強度等級要求（具體測試結(jié)果如表3所示）。也就是說，養(yǎng)護方式可能對濕拌砂漿力學(xué)性能具有較大影響，標準規(guī)定的養(yǎng)護條件并不一定具有普遍性適應(yīng)性。

表3　濕拌砂漿抗壓強度 MPa

因此，為闡明養(yǎng)護方式對濕拌砂漿力學(xué)性能的影響程度，研究了四種不同養(yǎng)護方式對濕拌砂漿抗壓強度可拉伸粘結(jié)強度的影響，養(yǎng)護條件如表4所示，其結(jié)果見圖 4。

表4　養(yǎng)護條件

圖4　養(yǎng)護方式對濕拌砂漿力學(xué)性能的影響

從圖 4(a) 中可知，不同養(yǎng)護方式下濕拌砂漿的抗壓強度差異很大。采用標準養(yǎng)護 21d 后置于室內(nèi)養(yǎng)護 7d 的濕拌砂漿試塊抗壓強度最高為 11.2MPa，其次為標準條件養(yǎng)護的試件抗壓強度 9.5MPa，兩中養(yǎng)護 14d 并置于室內(nèi)養(yǎng)護 14d 和室內(nèi)養(yǎng)護 28d 的試件抗壓強度最低，分別為 8.2MPa 和 7.3MPa，遠低于標準規(guī)定的 M10 抗壓強度要求。也就是說，在測定濕拌砂漿抗壓強度時宜采用標準養(yǎng)護 21d 后置于室內(nèi)養(yǎng)護 7d 的養(yǎng)護方式。

圖 4(b) 為不同養(yǎng)護方式下濕拌砂漿的粘結(jié)強度變化。顯而易見的是，室內(nèi)養(yǎng)護 13d 的時間粘結(jié)強度僅為 0.1MPa，遠低于標準規(guī)定值 0.2MPa，說明室內(nèi)養(yǎng)護不適合用于檢測濕拌砂漿的粘結(jié)強度。采用標準養(yǎng)護 13d 的試件拉伸粘結(jié)強度與采用標準養(yǎng)護 10d 后置于室內(nèi)養(yǎng)護 3d 的試件的拉伸粘結(jié)強度相當，均在 0.4MPa 左右，遠大于標準規(guī)定值。此外，與標準養(yǎng)護 13d 相比，將試塊置于室內(nèi)并延長養(yǎng)護齡期，一定程度上有利于濕拌砂漿粘結(jié)強度的增長。

綜合以上研究，養(yǎng)護方式顯著影響著濕拌砂漿抗壓強度和拉伸粘結(jié)強度的發(fā)展，因此在濕拌砂漿施工過程中應(yīng)及時做好養(yǎng)護措施以保證其施工質(zhì)量。

3 結(jié)論

（1）濕拌砂漿抗壓強度和拉伸粘結(jié)強度雖不僅受控于水灰比，而且還與砂漿的工作性能相關(guān)，表現(xiàn)出其性能對用水量并不十分敏感，存在一個最佳用水量范圍，最佳用水量宜為 240～260m3/kg。

（2）保水增稠組分外加劑會顯著降低濕拌砂漿的抗壓強度，但一定程度上提高了其施工性能和粘結(jié)拉伸強度，在選擇濕拌砂漿外加劑摻量時，應(yīng)綜合考慮濕拌砂漿的力學(xué)性能和施工性能以制備出綜合性能良好的濕拌砂漿。

（3）提高水泥用量，濕拌砂漿抗壓強度和拉伸粘結(jié)強度顯著提高，但為了保證濕拌砂漿的工作性能和施工性能，較高的水泥摻量下其需水量增大，實際強度提高并不明顯。

（4）養(yǎng)護方式顯著影響濕拌砂漿力學(xué)性能的發(fā)展，力學(xué)性能檢測時，標準養(yǎng)護 21d 后置于室內(nèi)養(yǎng)護 7d 的養(yǎng)護方式有利于濕拌砂漿抗壓強度的提高，而施工過程中應(yīng)及時做好養(yǎng)護措施以保證其施工質(zhì)量。

[1] 尤大晉．預(yù)拌砂漿使用技術(shù)[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010, 12．

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［通訊地址］成都市高新區(qū)益州大道北段 255 號 星辰國際 1棟 9 樓技術(shù)質(zhì)量部（610000）

Research of key influence factors on mechanical properties of wet-mixed plastering mortar with artificial-sand

Chen Jing, Liu Yongdao, Lan Cong
(China West Construction Southwest Co., Ltd., Chengdu 610052)

In order to elucidate the key influence factors on mechanical properties of wet-mixed plastering mortar, the influence of water consumption, mixing amount of admixture, cement consumption and maintenance measures on compressive strength and feltstrength of wet-mixed plastering mortar were studied. The results showed that the water consumption was insensitive to the compressive strength and feltstrength but exist optimum water content 240-260 m3/kg. Water retentive and thickening admixture was the key factor to improve wetmixed plastering mortar’s workability but it would decrease the compressive strength. The mixing amount of admixture was determined by workability and mechanical properties of wet-mixed plastering mortar. The mechanical properties were improved with the amount of cement increased. The practical strength did not increase obviously because of the higher amount of cement need more water in wetmixed plastering mortar to keep workability. Maintenance measures had significant effect on the strength development of wet-mixed plastering mortar. It must be adopt relevant maintenance measures after construction.

wet-mixed plastering mortar; mechanical properties; water cement ratio; maintenance measures

陳景（1981—），男，工程師，主要從事預(yù)拌混凝土及水泥砂漿生產(chǎn)應(yīng)用技術(shù)方面的研究。