砂漿施工性試驗(yàn)方法的研究與應(yīng)用

王肇嘉，章銀祥，張?jiān)鰤?，蔡魯宏，黃天勇，陳向娟

（1.北京建筑材料科學(xué)研究總院有限公司，北京100041；2.北京金隅砂漿有限公司，北京102402；3.北京市預(yù)拌砂漿工程技術(shù)研究中心，北京100041；4.固廢資源化利用與節(jié)能建材國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100041）

0 引言

建筑砂漿量大面廣，其施工性對施工速度、勞動強(qiáng)度及工程質(zhì)量有顯著影響。絕大多數(shù)建筑砂漿都是非流動性砂漿，如普通抹灰砂漿、薄層抹灰砂漿、普通砌筑砂漿、薄層砌筑砂漿、普通地面砂漿、普通防水砂漿、聚合物水泥防水砂漿、外保溫系統(tǒng)用粘結(jié)與抹面砂漿、瓷磚粘結(jié)砂漿、加氣混凝土用粘結(jié)與抹面砂漿、界面砂漿、膩?zhàn)?、抹灰石膏、飾面砂漿等，這些砂漿的施工性主要包含黏聚性、均勻性（分層度）、觸變性、抹灰阻力等。就實(shí)際工程而言，抹灰阻力大小的影響最為顯著。

我國建工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中，常規(guī)（非流動性）砂漿的施工性試驗(yàn)方法，與歐標(biāo)EN 1015-4：1999《Methods of test for mortar for masonry-Part 4：Determination of consistence of fresh mortar（by plunger penetration）》類似，主要用稠度（落錐法）及其損失率等表示砂漿的施工性，以總質(zhì)量300 g的試錐（EN 1015-4：1999則是總量為90 g的圓柱，距砂漿表面100 mm高處）自由落入新拌砂漿的深度表示稠度值，一般稠度值越大、施工性越好。這種試驗(yàn)方法比較簡單。然而，正如EN 1015-4：1999的簡介中所述，它們只能間接表征砂漿的施工性，不能直接反映砂漿施工性（抹灰阻力）的好壞。

我國建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC/T 958—2005《水泥膠砂流動度測定儀（跳桌）》中，用流動度表示砂漿的施工性，與歐標(biāo)EN 1015-3：1999《Methods of test for mortar for masonry-Part 3：Determination of consistence of fresh mortar（by flow table）》相同，將新拌砂漿灌入跳桌上的截錐圓模（高60 mm，上底直徑70 mm，下底直徑100 mm）中，取走截錐圓模后，讓跳桌上下跳動指定次數(shù)后，以砂漿自由擴(kuò)張后的直徑表示流動度，一般流動度越大、施工性越好。但該方法測出的流動度不能直接反映常規(guī)（非流動性）砂漿施工性（抹灰阻力）的好壞；而且在測試聚合物砂漿時脫模都很困難。

蘇雷[1]、Patural等[2]、Brumaud等[3]、Nguyen等[4]均用流變儀測試?yán)w維素醚對砂漿施工性的影響規(guī)律，用流變儀的剪切值表征砂漿的施工性，一般剪切值越小、施工性越好。但該方法也不能直觀、直接地表征砂漿的施工性（抹灰阻力）。

文獻(xiàn)[5]公開了一種砂漿和膩?zhàn)邮┕ば詸z測裝置，通過滑動板滑動的距離或拉力的大小來量化施工性，使得施工性檢測更準(zhǔn)確。但該方案存在以下問題：一是不同試驗(yàn)裝置（特別是滑動組件）自身的摩擦力等阻力干擾不同，導(dǎo)致不同裝置之間的測量結(jié)果不具有可比性；二是滑動板（相當(dāng)于抹子）在砂漿表面移動時，一方面由于砂漿質(zhì)地不均勻，其彈簧拉力始終處于動態(tài)變化狀態(tài)，另一方面由于滑動板在移動過程中，其前方堆積的砂漿會越來越多，導(dǎo)致彈簧拉力整體上呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢，致使采用彈簧拉力計(jì)無法準(zhǔn)確讀數(shù)，其測量結(jié)果難以準(zhǔn)確。

在實(shí)際工程中，因沒有直接、量化的方法去檢測砂漿的施工性，而不得不憑借施工工人的實(shí)際操作手感去判斷砂漿施工性的好壞；但不同工人以及同一工人不同時間對砂漿施工性的評價不同，使得評價結(jié)果差異很大，導(dǎo)致爭執(zhí)事件屢有發(fā)生。因此，很有必要研發(fā)一種可對砂漿的施工性進(jìn)行直接、量化檢測的方法。

1 施工性測試儀的研究與設(shè)計(jì)

自主研究、設(shè)計(jì)的施工性測試儀包括1臺電子萬能試驗(yàn)機(jī)、1只萬向節(jié)、2只定滑輪（帶軸承）、1個工作臺（上表面中間有4只定位螺釘）、1根鋼絲繩、1只鐵抹灰刀、1根水平主軸、2只滑塊、2根滑軌、若干連接件等，如圖1所示。

圖1 自主研制的施工性測試儀示意

1.1 試驗(yàn)材料準(zhǔn)備

（1）試驗(yàn)材料：普通抹灰砂漿、外保溫系統(tǒng)用抹面砂漿、膩?zhàn)印Ｆ渲校?組普通抹灰砂漿（CD、DS、HD、DD、BH）分別來自于北京金隅砂漿公司的5個生產(chǎn)廠，性能均符合GB/T 25181—2019《預(yù)拌砂漿》的要求；膩?zhàn)訛楸本┙鹩缟皾{公司生產(chǎn)，性能符合JG/T 298—2010《建筑室內(nèi)用膩?zhàn)印分蠳型的要求；外保溫系統(tǒng)用抹面砂漿中，含有0.15%纖維素醚HPMC的樣品為北京金隅砂漿公司生產(chǎn)，性能符合GB/T 29906—2013《模塑聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)材料》的要求，4個樣品的組成中，除HPMC的摻量不同外，其余原料種類及配比均相同。

（2）標(biāo)準(zhǔn)混凝土板：符合JC/T 547—2017《陶瓷磚膠粘劑》的要求，尺寸為400 mm×200 mm×40 mm。

所有試驗(yàn)材料（包含試驗(yàn)用水）均應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件[溫度（23±2）℃、相對濕度（50±5）%]下放置24 h以上。

1.2 試驗(yàn)機(jī)具準(zhǔn)備

（1）施工性測試儀的調(diào)整：工作臺水平布置，將試件（標(biāo)準(zhǔn)混凝土板及其上方的新拌砂漿）置于工作臺上表面中間4只定位螺釘限定的固定位置，使抹灰刀可在試件上方、沿著試件長度方向、與試件上表面平行地抹灰，抹灰刀的短邊與水平面成15°（可調(diào)）。固定好萬能試驗(yàn)機(jī)行程的起點(diǎn)、終點(diǎn)。

（2）輔件準(zhǔn)備：500 mm×45 mm×8 mm鋼板條；500 mm×27 mm×2.5 mm鋼板條；500 mm×27 mm×1 mm鋼板尺。

1.3 試件制備

（1）砂漿制備：在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下，按JGJ/T 70—2009的要求制備普通抹灰砂漿，按JC/T 2559—2020《巖棉外墻外保溫系統(tǒng)用粘結(jié)、抹面砂漿》的要求制備外保溫系統(tǒng)用抹面砂漿、膩?zhàn)印０碕GJ/T 70—2009的要求測試稠度。初始稠度均設(shè)定為（95±5）mm。

（2）成型：每次成型前均用濕抹布擦抹標(biāo)準(zhǔn)混凝土板，使得標(biāo)準(zhǔn)混凝土板的狀態(tài)保持基本一致。

①普通抹灰砂漿：使用500 mm×45 mm×8 mm鋼板條、500 mm×27 mm×2.5 mm鋼板條，在標(biāo)準(zhǔn)混凝土板的上方，對中拼出成型框，向成型框內(nèi)填充砂漿，壓實(shí)、抹平，使得成型后的砂漿尺寸為350 mm×150 mm×10.5 mm，成型后的砂漿表面應(yīng)平整。

②外保溫系統(tǒng)用抹面砂漿：成型后的砂漿尺寸為350 mm×150 mm×8 mm；其余同普通抹灰砂漿。

③膩?zhàn)樱撼尚秃蟮纳皾{尺寸為350 mm×150 mm×5 mm；其余同普通抹灰砂漿。

1.4 測試步驟

（1）普通抹灰砂漿：將成型好的試件置于施工性測試儀工作臺的定位螺釘之間。調(diào)整試件高度，使得混凝土板的上表面與抹灰刀最低邊之間的間隙為8.0 mm。即所有試件測試過程中被抹去的砂漿厚度始終是2.5 mm。將抹灰刀的最低邊置于標(biāo)準(zhǔn)混凝土板之外，將萬能試驗(yàn)機(jī)的拉伸頭置于起始點(diǎn)（低位點(diǎn)）。用鋼絲繩將抹灰刀通過2只定滑輪、萬向節(jié)，與萬能試驗(yàn)機(jī)的拉伸頭連接。將萬能試驗(yàn)機(jī)的拉力、位移全部清零，啟動萬能試驗(yàn)機(jī)，以100 mm/min的速度拉至自動停機(jī)（拉伸頭上行至終點(diǎn)—高位點(diǎn)）。記錄拉力－位移曲線（即瞬時抹灰阻力－位移曲線）。按上述方法，進(jìn)行空載（標(biāo)準(zhǔn)混凝土板上無砂漿）測試。

（2）外保溫系統(tǒng)用抹面砂漿：調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)混凝土板的高度，使其上表面與抹灰刀最低邊之間的間隙為5.5 mm。即所有試件測試過程中被抹去的砂漿厚度始終為2.5 mm。其余同普通抹灰砂漿。

（3）膩?zhàn)樱赫{(diào)整標(biāo)準(zhǔn)混凝土板的高度，使其上表面與抹灰刀最低邊之間的間隙為2.5 mm。即所有試件測試過程中被抹去的膩?zhàn)雍穸仁冀K為2.5 mm。其余同普通抹灰砂漿。

1.5 試驗(yàn)結(jié)果處理

在拉力－位移曲線中，去掉后端20 mm的數(shù)據(jù)，再前推300 mm，以所得中間300 mm的系列數(shù)據(jù)作為計(jì)算數(shù)據(jù)（單次約3000個）。以所得數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值，減去當(dāng)日多次空載實(shí)驗(yàn)所得拉力的算術(shù)平均值，為該試件的平均抹灰阻力，精確至0.1 N。

2 部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 空載拉力

表1為2個不同日期的空載試驗(yàn)結(jié)果，可見，相同日期的空載試驗(yàn)結(jié)果的誤差較小。

表1 不同日期的空載試驗(yàn)結(jié)果

2.2 普通抹灰砂漿

圖2為5個不同廠家的普通水泥基抹灰砂漿DP7.5在初始稠度基本相同時測得的瞬時抹灰阻力。平均抹灰阻力和稠度見表2。

圖2 不同廠家普通抹灰砂漿的瞬時抹灰阻力

表2 不同廠家普通抹灰砂漿的平均抹灰阻力和稠度

由表2可見，不同廠家、相同型號抹灰砂漿DP7.5的初始（10 min）稠度為93～97 mm，90 min稠度為69～78 mm，90 min稠度損失率均小于30%。在稠度基本相同的情況下，抹灰阻力卻相差很大，尤其是90 min時，CD、DS二個廠家樣品的抹灰阻力已超過20 N，基本不能施工了。這與工人師傅的感覺基本相符。

其他原料種類與配比相同時，不摻及摻0.03%HPMC普通抹灰砂漿的抹灰阻力及稠度隨時間的變化見圖3。

圖3 不摻及摻0.03%HPMC普通抹灰砂漿的抹灰阻力及稠度隨時間的變化

由圖3可見，不摻HPMC的普通抹灰砂漿初始抹灰阻力（10 min）就較大（10.8 N）；新拌砂漿存放至60 min時，其抹灰阻力更大（22.7 N），已很難施工了。摻加0.03%HPMC的普通抹灰砂漿，初始（10 min）抹灰阻力僅為3.6 N，60 min時的抹灰阻力也不大（8.3 N），至120 min時，其抹灰阻力（24.1 N）才基本與前者60 min時的抹灰阻力持平。

可見，本文測得的抹灰阻力比稠度更真實(shí)直接地反映了抹灰砂漿的施工性。

2.3 膩?zhàn)?/h3>

石灰基膩?zhàn)拥哪ɑ易枇俺矶入S時間的變化見表3。

表3 膩?zhàn)拥哪ɑ易枇俺矶入S時間的變化

由表3可見，在48 h內(nèi)，該膩?zhàn)拥哪ɑ易枇∮? N，說明該膩?zhàn)拥目刹僮鲿r間較長。隨著陳放時間的延長，膩?zhàn)映矶鹊淖兓?guī)律基本與抹灰阻力的變化規(guī)律相反。

2.4 外保溫系統(tǒng)用抹面砂漿

外保溫系統(tǒng)用抹面砂漿是特種水泥基砂漿的一個典型代表。不同HPMC摻量外保溫系統(tǒng)用抹面砂漿（水泥基）的抹灰阻力和稠度隨時間的變化如圖4、圖5所示。

圖4 HPMC摻量對抹面砂漿抹灰阻力的影響

圖5 HPMC摻量對抹面砂漿稠度的影響

由圖4可見，HPMC摻量分別為0、0.05%、0.15%、0.25%時，初始（0.5 h）抹灰阻力分別為4.0、2.9、2.3、3.2 N，相差不大；但隨著存放時間的延長，抹灰阻力差別越來越大，至8 h時，抹灰阻力分別為21.9、12.1、2.2、3.1 N，其中不摻HPMC的抹面砂漿實(shí)際上人工抹灰很難了；10 h時，不摻HPMC的抹面砂漿已不能成型了，而HPMC摻量分別為0.05%、0.15%、0.25%的抹灰砂漿的抹灰阻力分別為26.4、3.1、4.2 N，其中摻0.05%HPMC的抹面砂漿實(shí)際上人工抹灰也很難了?？梢姡琀PMC對抹面砂漿的施工性影響很大：在一定范圍內(nèi)（≤0.15%），HPMC摻量越大，施工阻力越小、經(jīng)時損失越小，即HPMC摻量越大，施工性越好、可操作時間越長。

由圖5可見，隨著陳放時間的延長，外保溫系統(tǒng)用抹面砂漿的稠度變化規(guī)律基本與抹灰阻力的變化規(guī)律相反。

3 討論

建筑砂漿中量大面廣的非流動性砂漿，其施工性主要包含黏聚性、均勻性（分層度）、觸變性、抹灰阻力等；就實(shí)際工程而言，抹灰阻力大小的影響最顯著（即使是砌筑砂漿、地面砂漿，都需要抹平，其他類似）。

通過自制的試驗(yàn)工作臺，直接模擬非流動性建筑砂漿施工的實(shí)際抹灰過程，并利用電子萬能試驗(yàn)機(jī)直接記錄抹灰拉力，將所測抹灰拉力作為抹灰阻力，以此表征非流動性砂漿的施工性。

（1）空載試驗(yàn)結(jié)果的誤差較小，在一定時間（≤8 h）內(nèi)，石灰基膩?zhàn)拥哪ɑ易枇Σ罹嘁埠苄?。故本試?yàn)方法本身的誤差較小。

（2）隨著陳放時間的延長，特種砂漿抹灰阻力的增大規(guī)律與稠度的減小規(guī)律基本一致。這說明對于某些特種砂漿，稠度與抹灰阻力均可以代表施工性。不過，稠度是間接表征，而本文的方法可直接、精確地測試出抹灰阻力。但由表2可見，不同廠家、相同型號普通抹灰砂漿DP7.5，在稠度基本相同的情況下，抹灰阻力卻相差很大，尤其是90 min時，CD、DS二個廠家樣品的抹灰阻力已超過20 N，基本不能施工了。對于普通水泥基砂漿而言，即使初始稠度基本一致，摻與不摻纖維素醚的砂漿，其初始抹灰阻力、經(jīng)時抹灰阻力也相差較大。上述結(jié)果與工人師傅的手感基本一致?？梢?，本文提出的試驗(yàn)方法，比稠度更真實(shí)、更直接地反映了抹灰砂漿的施工性，更適宜表征砂漿的施工性。

（3）本文研究的施工性試驗(yàn)方法，通過數(shù)字化方式控制抹子移動速度并記錄試驗(yàn)過程中的拉力-位移曲線，能夠整體、客觀、全面地呈現(xiàn)出砂漿的施工性能數(shù)據(jù)；通過對數(shù)據(jù)的處理，可以有效排除掉設(shè)備因摩擦力等產(chǎn)生的外界干擾，不同試驗(yàn)人員間的測試結(jié)果具有可比性；由于砂漿樣品的尺寸固定，抹子通過活動軸與滑塊及滑道固定高度與角度，拉力機(jī)單位時間內(nèi)的位移固定，使得測試樣品的測試面積、測試厚度、測試速度固定，從而使樣品砂漿施工性的測試結(jié)果具有高度可比性；由于可以調(diào)整樣品的厚度、抹子的高度及角度，因此，可精確地測試出不同品種砂漿的施工性差異；由于使用了精加工的滑道與滑塊配合滑動，既有效承載了抹灰過程中的豎向力，又有效降低了抹灰過程中的水平摩擦力，從而提高了測試精度；由于使用了精加工的帶軸承的滑輪，又使用細(xì)鋼絲繩配合，從而大大減小了工作臺與拉力機(jī)之間的配合對測試結(jié)果的影響。

（4）纖維素醚能顯著改善砂漿的施工性，這與文獻(xiàn)[1-4]中的結(jié)果類似；不過相關(guān)文獻(xiàn)均是間接測試、間接表征，而本試驗(yàn)方法則能直接、數(shù)字化地檢測出不同纖維素醚摻量的砂漿，在經(jīng)歷不同時間后的實(shí)際施工阻力。纖維素醚能顯著改善砂漿的初始及經(jīng)時施工性，且在一定范圍內(nèi)（≤0.15%），摻量越大，砂漿的初始及經(jīng)時抹灰阻力越小，即改性作用越顯著。

4 結(jié)論

（1）利用自制的測試臺結(jié)合電子萬能試驗(yàn)機(jī)，可直接、數(shù)字化地測試出新拌砂漿的抹灰阻力，所測試抹灰阻力可更好地表征常規(guī)（非流動性）砂漿的施工性。

（2）稠度相同的新拌砂漿，其施工性不盡相同。

（3）纖維素醚能顯著改善新拌砂漿的初始及經(jīng)時施工性；在一定范圍內(nèi)，其摻量越大，改性作用越顯著。