大模內置外保溫系統基礎砂漿抗裂性研究

摘要：針對現澆混凝土模板內置保溫板系統的構造特點、技術及成本要求，研制了一種專用抗裂砂漿。試驗結果表明，不同的材料組分對該砂漿的抗裂性能都有不同的影響，通過采用不同集配的集料、不同的外加劑摻加量觀察各自組分對砂漿抗裂性能的影響，并分析其影響機理。關鍵詞：抗裂砂漿 現澆混凝土模板內置保溫板系統有網體系 抗裂性 開裂指數 聚丙烯纖維 纖維素醚 可再分散膠粉Abstract: Crack-resistance mortar is developed for steel mesh polystyrene panel casting exterior thermal system. The test result indicated the different material component had the varying degree influence to the mortar crack resistance.Through uses the different size sand and the amount of additive, we can find there have the different influence to the mortar crack resistance. Key word: Crack-resistance mortar Steel mesh polystyrene panel casting exterior thermal system Crack-resistance Crack indexPolypropylene fiber Re-dispersible powder Cellulose aether 1．概述當前，我國正全面實施建筑節能戰略，國家和各地方政府也已相繼出臺了一系列配套的法令法規。作為重點推廣的外墻外保溫系統，目前正在全國范圍內迅速推廣應用。在外墻外保溫系統中，現澆混凝土模板內置保溫板（簡稱大模內置）系統是一種比較成熟的外保溫體系，該系統特點是墻體和保溫基層之間連接可靠，保溫層施工與結構澆筑同時完成，可大幅度縮短工期、節省粘結劑。因此該體系正得到大力的推廣。該系統保溫板外側的系列砂漿中，基礎找平層砂漿最為關鍵，該層砂漿將起到結構層與飾面層的連接，從柔性的保溫層過渡到相對剛性的飾面層，因此對砂漿的抗裂性、抗滲性和粘接強度具有較高要求。比較而言，由于水分侵入會極大降低保溫層的保溫效果，引起鋼絲網的銹蝕，抗開裂性尤為重要?？v觀大模內置外保溫體系常見的保護砂漿開裂現象，多數由于抗裂砂漿自身問題引起。對砂漿材料自身來講，從拌合到凝結硬化過程是伴隨著化學減縮、干燥收縮、自收縮及碳化收縮的過程。而抗裂砂漿的厚度一般設計為20-30mm，屬厚抹灰構造，因此，對該層砂漿的減縮抗裂將是研究的重點所在。結合實際成本因素，本文主要對現澆混凝土模板內置保溫板體系中找平層抗裂砂漿進行研制，并探討影響砂漿抗裂性能的因素。2. 試驗原材料和試驗方法、試驗方案2.1 原材料水泥: 42.5普通硅酸鹽水泥；集料：天然河砂，采用四種不同級配的砂，具體如表1所示；纖維：聚丙烯纖維，長度6mm，具體參數如表2所示；表1 砂子級配表 編號 篩余百分數（%） 2.5mm 1.18mm 0.60mm 0.30mm 0.15mm 0.08mm 1# 0 0.1 7.4 63.7 25.3 5.0 2# 8.2 6.1 52.4 13.5 6.1 3.8 3# 23.5 32.9 26.2 9.0 4.2 0.3 4# 13.39 17.7 25.8 26.31 11.20 2.12 表2 聚丙烯纖維技術參數 材質 抗拉強度 長度 密度 截面形狀 極限延伸率 改性聚丙烯 ≥500Mpa 6mm 0.91g/cm3 三葉型 15%~20% 纖維素醚：相對粘度為10000mPa.s；膠粉： 德國進口，醋酸乙烯酯-乙烯共聚型可再分散乳膠粉；2.2 試驗方法抗裂性試驗按照《JC/T 951-2005 水泥砂漿抗裂性能試驗方法》進行，其余試驗參照有關標準規定的方法。2.3 試驗方案通過選用不同顆粒級配的集料，以及不同纖維、膠粉和纖維素醚的摻加量進行對比試驗，從而得出集料的選用原則以及纖維、膠粉和纖維素醚的最佳添加量。3. 試驗結果與討論3.1集料的不同顆粒集配對砂漿抗開裂性的影響針對本文的四種級配的天然砂，通過試驗考察了它們對所配制砂漿抗開裂性的影響情況，具體數據見表3。由表3中可以看出：1)采用顆粒過細的1# 砂最易引起砂漿開裂，其總開裂長度最長，但由于生成的裂縫寬度較?。ㄒ妶D1(a)）， 其總開裂指數相對較低；2)采用顆粒過粗的3# 砂所配制的砂漿，其總開裂長度最短，說明采用粗砂有利于砂漿的阻裂性，但因其顆粒尺寸過大，引起的裂縫寬度也較大（見圖1(c)），所以砂漿總開裂指數反而偏高；3) 4# 砂中過粗和過細的砂的比例均較高，所配制砂漿的開裂性集合了砂顆粒過細、過粗兩者的特點，不僅總開裂長度最長（見圖1(d)），而且總開裂指數也是最高；4)相對來說，2# 砂的顆粒級配最好，所配制砂漿表現出良好的抗開裂性能，雖然其總開裂長度居中（見圖1(b)），但由于其良好的顆粒級配，有利于對裂縫發展的抑制，因而砂 編號 砂 裂縫長度/各級開裂指數 總開裂長度 總開裂指數 d<0.5 1>d>0.5 2>d>1 3>d>2 1 1# 666/166.5 268/134 250/250 0/0 1184 550.5 2 2# 728/182 81/40.5 0/0 0/0 809 222.5 3 3# 168/42 137/68.5 232/232 221/442 608 784.5 4 4# 516/129 205/102.5 416/416 187/374 1324 1021.5 表3 集料的級配對砂漿抗開裂性能的影響漿總開裂指數達到最低。因此，就這四種顆粒級配的石英砂來說，選用2 # 砂最有利于提高砂漿的抗開裂性。 (a) 1# 砂(b) 2# 砂(c) 3# 砂(d) 4# 砂 圖1 顆粒級配對砂漿抗裂性能影響的機理分析。顆粒級配主要指集料中不同粒徑顆粒的組合搭配情況，它能較好地反映集料所具有的總表面積和空隙率的大小。集料顆粒越粗，比表面積越小，包裹所需的漿體量減少，但過粗的集料顆粒將引起沉降裂縫，流動性也降低；級配不合理的集料（如圖2（a）所示），堆積密度小，相應的空隙率大，所需填充的漿體量多，砂漿流動性差；合理的集料級配搭配（如圖2(b)所示）能夠降低這種空隙的存在，使得漿體的用量降低，有效減小砂漿的收縮，改善砂漿的抗裂性。 （a）不合理級配的集料(b) 合理級配的集料圖2 [1]3.2 纖維摻量對砂漿抗開裂性的影響聚丙烯纖維在砂漿中摻量分別為0, 0.05%,0.10%, 0.15%(占砂漿質量百分數)時，砂漿中裂縫長度和開裂指數，以及對砂漿的抗裂性的評價，如表4。表4纖維摻量對砂漿抗開裂性的影響 編號 摻量(%) 開裂指數 抗裂性 試板情況 d<0.5 1>d>0.5 2>d>1 K01 0 110 178.5 547 基準 邊框周圍剝離較大, 鋼筋筐二邊角處有細小裂紋 K02 0.5‰ 46 57 246 58.23% 邊框周圍剝離較大, 鋼筋筐四邊角處有細小裂紋 K03 1.0‰ 34.75 0 0 95.84% 邊框周圍剝離較小,鋼筋筐四邊角處有微細裂紋 K04 1.5‰ 0 0 0 100% 邊框周圍僅有些微剝離,鋼筋筐處未發現裂紋 可以看出，1 )摻入聚丙烯纖維后，裂縫長度減小，裂縫寬度變窄，即砂漿抗開裂性得以改善；2 )隨著纖維摻量的增加，其抗裂能力也隨之增強，當纖維摻量從0.1% 提高到0 .15% 時，在砂漿平板上未發現任何裂縫，說明對于這一面積大小的砂漿抹灰層，可以完全防止塑性和干縮裂縫。分析纖維的阻裂機理: 纖維以其優異的分散性能在砂漿中形成一個三維、均勻亂向分布的纖維網結構，在一定摻量下，能使砂漿中分布有數以億計的纖維絲，從而分散內部應力，并能提高砂漿早期抗拉強度，阻止、減少或延緩由于砂漿塑性失水收縮、沉降收縮、溫差收縮等多種因素引起的原生裂隙，并抑制基體中原有微裂縫的擴展。試驗結果發現，砂漿中聚丙烯纖維摻量在0.10%時就能有明顯的抗裂效果。作為一種物理加筋的抗裂材料，纖維的加入對砂漿的物理力學性能不會產生不良的影響，且摻量小時對砂漿的和易性影響也不大，非常適合用來提高砂漿早期的抗裂性。3.3 纖維素醚摻量對砂漿抗開裂性的影響纖維素醚具有良好的增稠保水作用，加入砂漿中能使砂漿獲得適宜的稠度和良好的保水性，有效提高施工時的工作性。同時，纖維素醚的存在可以使砂漿內部水份在一定時間內緩慢釋放，從而既保證了膠凝材料的水化，使其加強與基底的粘結，又使砂漿早期失水干燥速率減慢，有助于降低收縮開裂性。一般摻加砂漿重量的0.1%-0.6% 就能獲得良好的保水率。隨著纖維素醚摻量的增加，砂漿保水率增加。但加入過量的纖維素醚會使砂漿的強度降低，這是由于纖維素醚具有一定的引氣作用，隨著摻量的加大，砂漿中的氣孔率明顯增大，而這會直接影響到砂漿的強度。因此綜合考慮砂漿施工厚度和砂漿本身的經濟性，纖維素醚適宜的添加量應該在0.2%-0.4%之間。3.4 可再分散膠粉摻量對砂漿抗開裂性能的影響實驗中可再分散膠粉的添加量從0%～3%,所測的砂漿的壓折比如圖3所示： 圖3 膠粉摻量對壓折比的影響砂漿壓折比的大小可以直接反映出砂漿柔韌性性能。從實驗數據可以看出，未摻加可再分散膠粉的砂漿其壓折比最高，達到3.6，隨著可再分散膠粉的摻量增加，砂漿的壓折比開始下降，當摻量達到2.5%時，壓折比降到最小。分析可再分散膠粉在砂漿中作用有以下幾點：1）一般來講，普通水泥砂漿固化以后存在著結構上的缺陷，當砂漿受到應力時，應力容易在這些缺陷處聚中而無法分散，最終導致裂紋的產生與發展；2）可再分散膠粉添加到砂漿中以后，大致經歷三個階段：砂漿加水以后，聚合物粉末重新均勻分散到新拌砂漿中而再次乳化。隨著水泥的水化、表面蒸發基層的吸收砂漿內部的自由水不斷消耗，乳膠顆粒的移動受到限制，水與空氣的界面張力促使乳膠顆粒排列在砂漿的毛細孔內或砂漿內部空隙及水泥顆粒上。最后乳膠顆粒之間網絡狀的水分通過毛細管蒸發，由此產生的高毛細張力施加于乳膠顆粒表面引起乳膠球體的變形并使它們融合在一起，此時，大致形成乳膠膜（示意圖如圖4[2]）。3）聚合物砂漿固化以后內部乳膠膜均勻分散在砂漿中且在砂漿孔隙空間形成線性聚合,形成一張連續的膜并與水泥石互為連續相[3]。因此，固化后的砂漿體中存 圖4 可再分散膠粉在聚合物砂漿中成膜過程示意圖在著兩張網絡結構，一是以無機膠凝材料為主的主體結構，該網絡結構的特點是：強度高，脆性大；二是以聚合物為主的聚合物膜輔助網絡結構，該網絡結構的特點是柔韌性大。由于聚合物網絡和無機網絡互為貫穿，且聚合物膜能夠對水泥石中的缺陷和孔隙進行填補，因此，當砂漿處于干縮階段時，在漿體內所產生的收縮應力可以通過這張柔性的網絡得到分散和吸收，砂漿內部的應力得到釋放，因此能夠防止裂紋的產生和發展，起到抗裂的作用。4. 結論1 ) 集料的顆粒級配對砂漿的抗開裂性影響較大，相對單一顆粒粒徑的骨料其抗裂性最差，因此，在抗裂砂漿中應當選用級配較好的集料。2 ) 摻加聚丙烯纖維對提高砂漿塑性抗開裂性的效果明顯，試驗表明，摻加占砂漿體積0 .10% 以上的聚丙烯纖維就可起到良好的抗裂效果。3）纖維素醚對砂漿的抗裂性能及其施工性能也有一定的影響，實驗發現，纖維素醚適宜的添加量應該在0.2%-0.4%之間。4）摻入可再分散膠粉對砂漿的柔性具有明顯的改善，試驗結果表明，當摻量達到2.5%左右時，其柔性達到最佳。但考慮到成本因素，建議抗裂砂漿的可再分散膠粉的摻加量應當在1%～2%之間。4 )針對大模內置外保溫系統有網體系研制開發的專用抗裂砂漿產品，綜合考慮了產品的低成本特性、抗裂性和良好的保水性、施工性，經實際工程應用，取得了良好的技術、經濟和環境效益，值得進一步大力推廣。參考文獻[1]Dr.Dieter Schweizer “外墻外保溫體系抹灰砂漿的應用”，2006第二屆中國國際建筑干混砂漿生產應用技術研討會論文集[2]《干混砂漿技術與應用》[3]喬淵等，“可再分散聚合物乳膠粉對水泥砂漿微結構性能作用的研究”，新型建筑材料，2006.7

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