提高砼小型空心砌塊砌筑砂漿性能的實(shí)驗(yàn)研究

童常榮

(南京和創(chuàng)建材有限公司，江蘇 南京 210000)

1 前言

砼小型空心砌塊砌體結(jié)構(gòu)具有節(jié)土、節(jié)能、利廢、自重輕、施工速度快等特點(diǎn)，是替代粘土砌磚體結(jié)構(gòu)的一種主要結(jié)構(gòu)體系。但因砼小型空心砌塊是薄壁大孔構(gòu)件，空心率在45%左右，水平灰縫結(jié)合面小且呈條狀、砂漿受壓面不到砌塊毛面積的一半，加之豎向灰縫高(190mm)，是磚豎縫的3倍多，易收縮開裂，故砌塊的灰縫砂漿飽滿度及均勻性差，砌體抗拉、抗剪強(qiáng)度低。若采用普通砌筑砂漿砌筑時(shí)，相同砂漿強(qiáng)度等級(jí)下砼小型空心砌塊砌體的抗剪強(qiáng)度僅為磚砌體的50% ～55%，而且普通砌筑砂漿在砌塊端部難以掛灰，不易保證豎向灰縫的飽滿度，很難滿足砼小型空心砌塊對(duì)砌筑砂漿提出的高和易性和高粘結(jié)性的要求，容易導(dǎo)致墻體開裂、滲漏等質(zhì)量問題。要解決砼小型空心砌塊砌體開裂的問題，有必要探討影響砂漿性能的成因，改善砂漿的和易性和與砌塊的粘結(jié)強(qiáng)度，提高砌體的抗裂能力，從而達(dá)到控制裂縫的目的。

2 試驗(yàn)用主要原材料

2.1 膠凝材料

本實(shí)驗(yàn)采用安徽海螺水泥股份有限公司生產(chǎn)的P·O42.5普通硅酸鹽水泥，化學(xué)組成和力學(xué)性能指標(biāo)見表2－1和2－2。

表2－1 P·O42.5水泥的化學(xué)組成(%)

表2－2 P·O42.5水泥的力學(xué)性能(MPa)

2.2 骨料

普通河沙:過2.5mm篩，砂子級(jí)配符合《建筑用砂》(GB/T14684－2001)[1]Ⅱ區(qū)顆粒級(jí)配的要求，細(xì)度模數(shù)Mx=2.4。

2.3 礦物摻合料

本實(shí)驗(yàn)礦物摻合料采用南京熱電廠的Ⅱ級(jí)粉煤灰，細(xì)度為13.8%(45μm方孔篩篩余)，需水量比為98.6%，其化學(xué)成分見表2－3。

表2－3 Ⅱ級(jí)粉煤灰的化學(xué)成分(%)

2.4 外加劑

(1)聚合物膠粉

選用兩種聚合物膠粉，分別是polymer80和polymer60。

(2)纖維素醚

試驗(yàn)選取了國內(nèi)五個(gè)品種規(guī)格的纖維素醚(HPMC)，具體見表2－4。(3)膨脹劑

表2－4 HPMC品種規(guī)格及粘度

選取EA－1和EA－2兩種。

(4)纖維

試驗(yàn)選用PP纖維，這種纖維耐堿耐酸性好，且有較好的使用溫度。

3 試驗(yàn)研究方案及方法

3.1 試驗(yàn)研究方案

根據(jù)文獻(xiàn)資料，按照標(biāo)準(zhǔn)《砌筑砂漿配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》(JGJ98－2000)[2]設(shè)計(jì)可能的配合比試拌砂漿，綜合《混凝土小型空心砌塊和混凝土磚砌筑砂漿》(JC860－2008)[3]和江蘇省標(biāo)準(zhǔn)《預(yù)拌砂漿生產(chǎn)與應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》(DGJ32/J13－2005)[4]的要求，采用實(shí)際使用的原材料和功能性外加劑(保水劑、增稠劑、膨脹劑、分散劑等)，探索在砂漿要求的標(biāo)準(zhǔn)稠度下，能提高砂漿各方面技術(shù)性能指標(biāo)要求(保水率、凝結(jié)時(shí)間、收縮率、抗壓強(qiáng)度、粘結(jié)強(qiáng)度、抗?jié)B性等)的功能外加劑適宜摻量。

3.2 試驗(yàn)研究方法

3.2.1 砂漿基本性能

砂漿的稠度、凝結(jié)時(shí)間和強(qiáng)度均采用《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ/T70－2009)[5]規(guī)定的方法測(cè)試。

3.2.2 保水率

保水率試驗(yàn)按照江蘇省標(biāo)準(zhǔn)《預(yù)拌砂漿生產(chǎn)與應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》(DGJ32/J13－

2005)中的砂漿保水率試驗(yàn)方法進(jìn)行。

3.2.3 收縮和膨脹

(1)早期階段的塑性膨脹

它是用豎向膨脹率表示，實(shí)質(zhì)是體積膨脹百分?jǐn)?shù)，測(cè)定方法用“水泥基灌漿材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范”GB/T50448－2008附錄A 檢驗(yàn)方法 A0.5[6]。

(2)后期的收縮

收縮試驗(yàn)按照《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ/T70－2009)規(guī)定的收縮試驗(yàn)方法進(jìn)行。

3.2.4 粘結(jié)強(qiáng)度

按照江蘇省標(biāo)準(zhǔn)《預(yù)拌砂漿生產(chǎn)與應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》(DGJ32/J13－2005)中規(guī)定的砂漿粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)方法用拉拔法測(cè)量砂漿的28d粘結(jié)強(qiáng)度。

4 結(jié)論及分析

4.1 砂漿強(qiáng)度影響因素分析

4.1.1 膠砂比對(duì)砂漿強(qiáng)度的影響

水泥用量是影響砂漿強(qiáng)度的主要因素，選定膠砂比為1∶2、1∶3、1∶4、1∶5，控制稠度為 90 ～100mm，測(cè)定其28d 強(qiáng)度，試驗(yàn)結(jié)果如表4－1所示。

表4－1 膠砂比對(duì)砂漿強(qiáng)度的影響

由表4－1可以看出，控制稠度在一定的條件下，隨著膠砂比的增加，加水量逐漸增加，從而砂漿的28d強(qiáng)度逐漸減小。

4.1.2 粉煤灰摻量對(duì)砂漿強(qiáng)度的影響

選定粉煤灰對(duì)水泥的取代率為10%、20%、30%，考察膠砂比為1∶4，稠度控制在90～100mm條件下，粉煤灰不同取代率對(duì)砂漿強(qiáng)度的影響。表4－2和圖4－1是不同粉煤灰摻量下砂漿的7d及28d抗壓強(qiáng)度值。

表4－2 粉煤灰摻量對(duì)砂漿強(qiáng)度的影響

由表4－1及圖4－1可知，粉煤灰等量取代摻入法配制砂漿，7d、28d齡期的強(qiáng)度均達(dá)不到基準(zhǔn)砂漿的強(qiáng)度，且7d強(qiáng)度降低更多。比較得出，摻入粉煤灰10%時(shí)，7d強(qiáng)度降低了30.7%，28d強(qiáng)度降低了17.1%，當(dāng)摻量增加時(shí)，7d強(qiáng)度的降低值亦比28d強(qiáng)度的降低值要多。

圖4－1 粉煤灰摻量對(duì)砂漿強(qiáng)度的影響

當(dāng)原材料和環(huán)境條件一定時(shí)，摻粉煤灰砂漿的強(qiáng)度增長主要取決于粉煤灰的火山灰效應(yīng)，即粉煤灰中玻璃態(tài)的活性氧化硅、氧化鋁與水泥漿體中的Ca(OH)2作用生成堿度較小的二次水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣的速度和數(shù)量。粉煤灰在砂漿中，當(dāng)Ca(OH)2薄膜覆蓋在粉煤灰顆粒表面上時(shí)，就開始發(fā)生火山灰效應(yīng)。但由于Ca(OH)2薄膜與粉煤灰顆粒表面之間存在著水解層，鈣離子要通過水解層與粉煤灰的活性組分反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物在層內(nèi)逐級(jí)聚集，水解層未被火山灰反應(yīng)產(chǎn)物充滿到某種程度時(shí)，不會(huì)使強(qiáng)度有較大增長。隨著水解層被反應(yīng)物充滿，粉煤灰顆粒和水泥水化產(chǎn)物之間逐步形成牢固聯(lián)系，從而導(dǎo)致砂漿強(qiáng)度、不透水性和耐磨性的增長，這就是摻粉煤灰砂漿早期強(qiáng)度(28d以前)較低、后期強(qiáng)度增長較高的主要原因。

4.2 HPMC對(duì)砂漿性能的影響

4.2.1 不同品種規(guī)格的HPMC對(duì)砂漿性能的影響

選取膠砂比為1∶4、粉煤灰摻量為30%，控制稠度90～100mm，考察HPMC粘度為50000、摻量為0.3%時(shí)不同品種規(guī)格的HPMC對(duì)砂漿保水率及28d強(qiáng)度的影響。試驗(yàn)結(jié)果如圖4－2、4－3所示。

圖4－2 不同品種規(guī)格HPMC對(duì)砂漿保水率的影響

圖4－3 不同品種規(guī)格HPMC對(duì)砂漿強(qiáng)度的影響

從圖4－2可以看出，在摻量和粘度相同的條件下，不同品種規(guī)格的HPMC對(duì)砂漿的保水率影響差別不大，但與不加HPMC的砂漿相比，其保水率是提高了，從88%提高到了98.1%;由圖4－3可知，不同品種規(guī)格的HPMC對(duì)砂漿的強(qiáng)度均有降低的作用，其降低程度稍有差異。綜合這兩個(gè)圖來看，HPMC－D對(duì)砂漿有較高的保水率并且對(duì)其強(qiáng)度的降低較小。

HPMC由于分子間的作用力(范德華力)，具有良好的保水能力，可以保證膠凝材料水化作用的均勻性和完全性，因?yàn)樗c水有大致相同的蒸發(fā)熱和毛細(xì)管擴(kuò)散作用。同時(shí)，HPMC加入到水泥砂漿中后，會(huì)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。但纖維素醚會(huì)增加砂漿的氣孔率，使砂漿密度降低、強(qiáng)度性能有所下降。

4.2.2 HPMC摻量對(duì)砂漿性能的影響

選取膠砂比為1∶4、粉煤灰摻量為30%，稠度在90～100mm時(shí)，考察HPMC－D不同摻量對(duì)砂漿保水率及28d強(qiáng)度的影響。試驗(yàn)結(jié)果如圖4－4、4－5所示。

圖4－4 HPMC－D摻量對(duì)砂漿保水率的影響

圖4－5 HPMC－D摻量對(duì)砂漿強(qiáng)度的影響

從圖4－4可以看出，隨著HPMC摻量的增加，砂漿的保水率也逐漸增加，當(dāng)保水劑的摻量為6‰時(shí)，砂漿的保水率可達(dá)99%，保水劑的保水效果顯著。但由圖4－5可知，隨著HPMC－D摻量的增加，砂漿的強(qiáng)度逐漸降低，當(dāng)摻量為6‰時(shí)砂漿的強(qiáng)度降低值接近45%。這是因?yàn)镠PMC－D的摻量越多，在砂漿中形成的氣泡會(huì)越多，砂漿的密實(shí)度會(huì)因此而降低，造成了強(qiáng)度的下降。

4.3 EA－1對(duì)砂漿塑性膨脹性能的影響

塑性膨脹是指干粉砂漿加水?dāng)嚢璩蓾{體后到砂漿終凝前的塑性階段，具有一定的膨脹率(一般要0.1% ～3%)。砂漿上墻后，由于基材吸水，水泥水化和向空氣中蒸發(fā)三方面失去砂漿的自由水，體積收縮較大。對(duì)砌筑砂漿的豎縫一定開裂，粘結(jié)強(qiáng)度下降;抹面砂漿如收縮過大亦會(huì)出現(xiàn)塑性開裂。為了抵消這部分塑性收縮，新拌砂漿應(yīng)具有一定膨脹才能保障砌筑豎縫的飽滿。由于EA－1顆粒細(xì)小而分散，在砂漿(或加氣砼)中形成大量細(xì)小而均勻的氣泡，使塑性狀態(tài)的砂漿體積產(chǎn)生膨脹。影響砂漿塑性膨脹效果的因素包括EA－1摻量、顆粒細(xì)度及使用時(shí)的溫度。試驗(yàn)中考察了EA－1不同摻量0.05%、0.1%、0.2%對(duì)砂漿塑性膨脹性能的影響，結(jié)果如圖4－6所示。

從圖4－6可以看出，EA－1摻量越多膨脹率越大。當(dāng)摻量為0.2%時(shí)膨脹率為5.15%，我們對(duì)砂漿的塑性膨脹率要求在1% ～3%，膨脹率過大，會(huì)引起開裂，因此EA－1的摻量控制在0.01～0.05%為宜。

圖4－6 EA－1摻量對(duì)砂漿塑性膨脹性能的影響

4.4 聚合物膠粉對(duì)砂漿粘結(jié)強(qiáng)度的影響

資料表明，膠粉對(duì)無機(jī)和有機(jī)材料都具有較好的粘結(jié)性。在砂漿中摻入膠粉可以明顯改善砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度。我們?cè)囼?yàn)選取了膠砂比為1∶4、粉煤灰摻量為30%的砂漿在聚合物膠粉不同摻量下對(duì)砂漿粘結(jié)強(qiáng)度的影響情況，試驗(yàn)的基體是混凝土板，其結(jié)果如圖4－7所示。

圖4－7 聚合物膠粉摻量對(duì)砂漿粘結(jié)強(qiáng)度的影響

由圖4－7可知，隨著聚合物膠粉摻量的增加，砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度亦逐漸增加，與不加膠粉的砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度值相比，當(dāng)摻量為7%時(shí)，砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度提高了3倍多，其值接近2.0MPa，但聚合物膠粉摻量再增加時(shí)砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度值增加不明顯，曲線趨勢(shì)較平穩(wěn)，這也就說明聚合物膠粉的摻量對(duì)砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度影響有個(gè)最佳值，此外從經(jīng)濟(jì)分析角度出發(fā)膠粉的摻量也不宜過多。本試驗(yàn)中聚合物膠粉的摻量為7%時(shí)可達(dá)到我們的預(yù)期效果。

[1]建筑用砂，GB/T14684－2001，北京，中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002.

[2]砌筑砂漿配合比設(shè)計(jì)規(guī)程，JGJ98－2000，北京，中國建筑工業(yè)出版社，2000.

[3]混凝土小型空心砌塊和混凝土磚砌筑砂漿，JC860－2008，重慶，重慶大學(xué)出版社，2006.

[4]預(yù)拌砂漿生產(chǎn)與應(yīng)用技術(shù)規(guī)程，DGJ32/J13－2005，南京，東南大學(xué)出版社，2005.

[5]建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)，JGJ/T70－2009，北京，中國建筑工業(yè)出版社，2009.

[6]水泥基灌漿材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范，GB/T50448－2008附錄A檢驗(yàn)方法AO.5，北京，中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.