（材料学专业论文）新型墙体“泡沫混凝土”砌块专用砂浆的研究.pdf

西南科技大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 普通砌筑与抹面砂浆施工和易性差、粘结力低、收缩率大，用于泡沫( 加 气) 混凝土砌块墙体上易开裂、脱落。本文通过加入粘结剂、保水剂、有机 纤维、膨胀剂改善普通砂浆的性能，提高砌筑抹面砂浆与泡沫混凝土粘结强 度，降低砂浆自身的收缩率，从而提高砂浆作用于砌体的抗裂和抗脱落的能 力。所研究的砂浆中加入粉煤灰降低砂浆的成本、改善施工性能、提高砂浆 保温性能。 本文通过大量的试验，研究了粘结剂、保水剂、有机纤维、膨胀剂及粉 煤灰对砂浆物理性能和力学性能( 抗压强度、抗折强度、折压比、粘结强度、 收缩率) 的影响；通过试验比较分析，在满足达到所要求的砂浆性能并考虑 原料的经济性的基础上，得到了改性砂浆的合理配比。 本文研究了可再分散乳胶粉( e v a ) 对水泥水化的影响。并对可再分散 乳胶粉在水泥硬化浆体的形貌，以及其对水泥部分物理性能影响进行了研究。 研究表明：e v a 能延缓水泥的水化，在早期的水泥浆体中成球状，在后期的 水泥浆体中成膜。 关键词：泡沫( 加气) 混凝土砌筑与抹面砂浆可再分散乳胶粉( e v a ) 力学性能水化 西南科技大学硕士研究生学位论文第| i 页 a b s t r a c t t h eo r d i n a r ym a s o n r ya n dp l a s t e rm o i r t a rf o ra u t o c l a v e df 0 锄e d ( a e r a t e d ) c o n c r e t ei sw o r s ew o r k a b i l i t y ，l o wb o n d i n gs t r e n g t h ，l a r g es h r i n k a g e 缸dm o r e c r a c k s i nt 1 1 i sp a p e r b i n d e ra d m i x t u r e ，w a t e r r e t e n t i v ea d m i x t u r e ，o 唱a n i cf i b e r e x p 蚰s i v ca d m i x t u r e 锄dn y i n ga s hw e r eu s e dt om o d i f yt h co r d i n a 哆m o r t 筑t h e b o n d i n gs t r e n g t ho fm a s o n r ya n dp l a s t e r sm o n 盯f o r a u t o c l a v e df o a m e d ( a e r a t e d ) c o n c r e t ew 嬲i m p r o v e d ，肌dt h es h r i n k a g eo fi t s e l fw 嬲d e c r e a s e d ，t h e r e f o r et h e c a p a c i t yo fc r k r e s i s t 弛c ea n ds h e d - r e s i s t 趾c ew a si n c r e 弱e d a d d i n gf l y i n g a s hi nm o n a r ，t h em o r t a rc o s tw a sd e c r e a s e d c o n s t m c t i o np e r f o n n a n c ew a s i m p r o v e d ，柚dh e a tp r e s e r v a t i o np e r f o r m a n c ew a si n c r e a s e d i nt h i sp a p e r t h ei n f l u e n c eo fb i n d e ra d m i x t u r e ，w a t e 卜r e t e n t i v ea d m i x t u r e ， o r g a n i cf i b e r e x p a n s i v ea d m i x t u r ea n dn y i n ga s ho nt h ep h y s i c a la n dm e c h a n i c a l p e r f o m a n c e ( i n c l u d i n gc o m p r e s ss t r e n g t h ，t h en e x u r a ls t r e n g t h ，t h er a t i oo f t h e f l e x u r a lt ot h ec o m p r e s ss t r e n g t h ，b o n d i n gs t r e n g t ha n dt h es “n k a g er a t i o ) o f t h em o r t 盯h a sb e e ns t u d i e db yl o t so fe x p e r i m e n t b yt h ec o m p a f i s o na n a l y s i st o t h em o r t a r ，c o n s i d e r i n gt h ep e r f 0 珊a n c eo ft h em o r t a r ，a n dc o n s i d e r i n gt h e e c o n o m yo ft h em a t e r i a l so ft h em o r t a r t h er a t i o n a lr a t eo fm a s o m y 觚dp l a s t e r m o n a rf o r 肌t o c l a v e da e r a t e dc o n c r e t ew a sa c h i e v e d i nt h i sp a p e r ，t h eh y d r a t i o ni n f l u e n c eo ft h ee v at ot h ec e m e n th a sb e e n s t u d i e d ，a n dt h ei n f l u e n c eo nt h ee v a i nt h eh a r d e n e dc e m e n tp a s t ea n dp h y s i c a l p e r f 0 珊a n c et ot h ec e m e n to fe v ah a sb e e ns t u d i e d t h er e s u l ts h o w st h a te v a r e t a r d st h ec e m e n th y d r a t i o nr e a c t i o n s e v a - m o d i f i e dc e m e n tp 淞t e ss h o wt h e f o m a t i o no fp o l y m e r i cs p h e r i c a lb a l li ne a r l yp e r i o d ，锄df o r m a t i o no fp o l y m e r i c f i l mi i ll a t e rp e r i o d k e y - o r d s ：f 0 锄e d ( a e r a t e d ) c o n c r e t e ；m a s o n r y a n dp l a s t e rm o n a r ： e t h y l e n e v i n y la c e t a t e ( e v a ) ：m e c h a j l i c a lp e r f 0 咖a n c e ：h y d r a t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包 含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西南科技大学或其 它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所 做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：日期： 关于论文使用和授权的说明 本人完全了解西南科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留学位论文的复印件，允许该论文被查阅和借阅；学校可以公布该论 文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：导师签名：日期： 西南科技大学硕士研究生学位论文第1 页 1 绪论 1 1 研究的背景和意义 1 1 1 研究背景 推进墙体材料革新和推广节能建筑是保护耕地和节约能源的迫切需要。 我国耕地面积仅占国土面积1 0 强，不到世界平均水平的一半。我国房屋建 筑材料中7 0 是墙体材料，其中粘土砖占据主导地位，生产粘土砖每年耗用 粘土资源达1 0 多亿m 3 ，约相当于毁田5 0 万亩。同时，我国每年生产粘土砖消 耗7 0 0 0 多万吨标准煤。如果实心粘土砖产量继续增长，不仅增加墙体材料的 生产能耗，而且导致新建建筑的采暖和空调能耗大幅度增加，将严重加剧能 源供需矛盾。 我国。十一五一发展目标中，单位国内生产总值能源消耗比。十五一期 末降低2 0 左右，其中建筑节能是一个重要部分。推进墙体材料革新和推广节 能建筑是落实“十一五一发展目标的重要举措，也是改善建筑功能、提高资 源利用效率和保护环境的重要措施。采用优质新型墙体材料建造房屋，建筑 功能将得到有效改善，可以提高建筑的质量和居住条件，满足经济社会发展 和人民生活水平提高的需要。另一方面，我国每年产生各类工业固体废物1 亿多吨，累计堆存量已达几十亿吨，不仅占用了大量土地，其中所含的有害 物质严重污染着周围的土壤、水体和大气环境。加快发展以煤矸石、粉煤灰、 建筑渣土、冶金和化工废渣等固体废物为原料的新型墙体材料，是提高资源 利用率、改善环境、促进循环经济发展的重要途径。 新型墙体材料质量轻、强度高，推广使用具有良好的社会效益和经济效 益。然而新型墙体在推广使用的过程中，如加气混凝土砌块、炉渣砌块及其 它多孔材料等，在其内外抹面施工中，由于基层材料的性质发生了变化，用 普通砂浆进行大面积抹面时，由于普通砂浆的收缩性比较大，保水性较差， 砂浆表面在材料硬化前往往会由于砂浆表面水的蒸发速率超过内部水渗透到 表面的速率，从而引起收缩应力；当砂浆的早期抗拉强度达不到砂浆收缩所 产生的应力，会产生不可恢复的收缩裂缝。实际施工中，抹面砂浆暴露在低 湿度大气中，易出现浅层龟裂，这种龟裂可能从几厘米延伸到几米，而且还 逐渐变深、变宽，造成构筑物在使用前就产生非结构性损坏，严重影响砂浆 的粘结性，严重者导致空鼓脱落。还有普通砂浆与新型墙体砌块导热系数相 差也较大，因此差异引起的热胀冷缩而产生的应力使新型墙体砌块墙面抹灰 西南科技大学硕士研究生学位论文第2 页 层在一两年之后出现大面积开裂及脱落现象，严重影响了工程质量和正常使 用，也严重制约了新型墙体材料的推广应用。 1 1 2 研究的意义 新型墙体材料推广应用的成败与相关的技术配套有关很大的关系_ 一种 新型的墙体材料一泡沫混凝土砌块，它的结构和性能与加气混凝土相似，是 多孔混凝土的一种n ，。将发泡剂产生的泡沫加入到含硅质材料、钙质材料、 水及各种外加剂等组成的料浆中搅拌，硬质颗粒粘附到泡沫外壳，使其变成 互相隔开的单个气泡。由于泡沫混凝土砌块本身特有的多孔结构和吸水特 性，采用普通砂浆砌筑与抹灰，即使按现行泡沫混凝土砌块施工规程中规定 的方法施工，由于实际操作工序复杂、各工序质量难以保证，仍然会有墙体 开裂，抹灰层大面积开裂和局部起鼓、空壳、脱落等现象，这些应用技术问 题的存在，会严重阻碍着泡沫混凝土砌块的进一步应用和推广根据泡沫混 凝土的特点研究开发相应的砌筑、抹面材料，是新型墙体。泡沫混凝土一砌 块推广应用体系的重要环节之一，也是有效地提高体系综合性能的有效手段， 有必要加以系统研究，从而推动新型墙体材料“泡沫混凝土一砌块在我国墙 体材料革新、应用和推广。 1 2 研究现状 1 2 1国内外水泥砂浆研究进展 国外砂浆业的现代化进程相当迅速，现今己实现了品种系列化，配方多 元化，制造工业化，施工简单化，应用综合化。国外的砂浆分为多个系列， 有粘结功能为主的，表面处理为主的，防护作用为主的以及修补功能为主的。 砂浆在配方上也不是传统的几种原料( 胶结材料、砂、水) ，普遍掺入外加剂 及掺和料来改善施工或成品性能，常用的胶结材料除传统的水泥、石灰、石 膏外，聚合物的应用日益重要。为了进一步改善砂浆性能，复合使用各种材 料己成为了一个重要的趋势。如用减水剂和聚合物改性的普通硅酸盐水泥砂 浆，己经分别做过大量的技术工作。 美国是世界上聚合物复合材料开发应用的先行国家，聚合物水泥砂浆在 建筑上应用十分广泛。八十年代常采用的聚合物胶乳是丁苯和丙烯酸酯胶乳。 现在，常用是粉状再分散胶乳、水溶性胶乳和纤维素醚，聚合物水泥砂浆也 被用作新型墙体材料的粘结材料；而砂浆也早以商品砂浆和干粉砂浆的形式 西南科技大学硕士研究生学位论文第3 页 供应。 在日本，聚合物砂浆和混凝土在7 0 年代己成为主要结构材料。原材料主 要为环氧树脂、不饱和聚酯材料、乙烯聚酯树脂、丙烯酸树脂( 以甲基丙烯酸 为基础的树脂) ，聚合物砂浆广泛作装饰、修补用。日本聚合物砂浆研究发展 较快，就其粘结材料，应用了新的液体树脂，如高分子量甲基丙烯酸，低聚 合度丙烯酸单体和尿醛，甲基丙烯酸等，也有将不饱和树脂和乙烯单体组成 的粘结料用于复合材料或复合液体树脂。在配料设计方面，随树脂不同而有 不同的设计体系：如发展了不饱和树脂砂浆的配比设计体系；聚丙基丙烯酸 甲酯砂浆的配合比设计体系：掺轻集料不饱和树脂砂浆的配比设计体系。为 进一步增加聚合物砂浆强度，采用钢纤维、玻璃纤维、碳纤维或玻璃纤维制 成纤维增强聚合物。 美国和日本都制定了聚合物应用于水泥混凝土的标准，例如美国a c l 5 8 4 纤维 膨胀剂。 i i 胶粉掺量增加时，砂浆的抗压强度下降，掺量由1 5 变化到2 时， 砂浆的抗压强度变化比较缓慢；其掺量由2 变化到2 5 时，砂浆的抗压强 度下降比较明显。其原因是：可分散乳胶粉通常使砂浆含气量提高，又对砂 浆的施工起到润滑的作用。因为砂浆含气量提高，所以强度变小。 i i i 膨胀组分的掺量变化，对砂浆的抗压强度作用不明显。随着掺量增 加，砂浆的抗压强度略有上升。由于膨胀剂使砂浆在硬化过程中产生适量膨 西南科技大学硕士研究生学位论文第2 7 页 胀，增强砂浆的密实性，导致抗压强度上升。 i v 保水剂掺量增加时，砂浆的抗压强度缓慢明显下降。一是由于孔隙 和柔性聚合物起不到刚性支撑作用，相对弱化了复合基体，致使砂浆的抗压 强度下降；二是由于保水剂的保水作用，使砂浆试块成型后，水分仍大部分 保留在砂浆中，实际的水灰比要比不掺者大许多，所以砂浆抗压强度降低。 v 纤维掺量增加时，砂浆的抗压强度缓慢下降，掺量由0 1 变化到0 2 时，砂浆的抗压强度下降明显；其掺量由o 2 变化到0 3 时，砂浆的抗压 强度下降缓和。这是纤维的掺入，有一定的引气作用，导致抗压强度下降。 v i 砂浆抗压强度的最优组合条件是a 1 8 3 c l d l 。 以砂浆2 8 d 抗压强度为纵坐标，以胶粉掺量、膨胀剂掺量、保水剂掺量、 纤维掺量为横坐标作图( 见图3 5 ) 。 田 垒 蜊 霞 出 辖 5 2 5 o 1 5 2 2 5 胶粉掺量 0 1 5 o 2 0 2 5 保水剂掺量 矗 厶 盏 趟 醒 目 辐 帕 垒 螂 暖 幽 辖 5 o 4 9 o 5 1 5 2 5 嘭蝴掺量仫 0 1 0 2 o 3 纤维掺量 图3 5四种组分的掺量对抗压强度的影响 f i g 3 5t h ei m p a c tt oc o m p r e s s i v es t r e n g t ho ff o u rc o m p o n e n t si nm o r t a r 西南科技大学硕士研究生学位论文第2 8 页 3 2 4 2 胶粉、膨胀剂、保水剂、纤维对砂浆抗折强度的影响 由表3 8 可以看到，胶粉掺量极差为o 1 7 3 ：膨胀剂掺量极差为0 5 4 0 ； 保水剂掺量极差为0 7 9 4 ；纤维掺量极差为0 1 9 3 。结合图分析可以得出以下 结论： i 四因素对砂浆2 8 d 抗折强度的影响次序：保水剂 膨胀剂 纤维 胶粉。 i i 随着胶粉掺量的增加，砂浆的2 8 d 抗折强度略有下降，由于可分散乳 胶粉使砂浆含气起量提高，从而砂浆的抗折强度也有所下降。 i i i 膨胀剂掺量的变化，对砂浆的抗折强度影响较大，随着掺量增加， 砂浆的抗折强度上升。由于膨胀剂的掺入，增强了砂浆的密实性，补偿后期 的收缩，减少裂缝的产生，所以抗折强度增加。 表3 8 砂浆2 8 d 抗折强度值及分析表 t a b 3 8f i e x u r a is t r e n g t ha n da n a i y s i st a b ieo fm o r t a r2 8d a y s i v 保水剂掺量的变化，对砂浆的抗折强度影响不大，掺量由o 1 5 变化 到0 2 时，砂浆的抗折强度上升较缓和，其掺量从0 2 到0 2 5 时，砂浆的 抗折强度下降非常明显。由于保水剂在砂浆中引入了一定量的气泡，使得砂 西南科技大学硕士研究生学位论文第2 9 页 浆的孔隙率提高，密实度下降，导致砂浆的强度下降 v 纤维掺量的变化，对砂浆的抗折强度作用较明显。随着掺量增加，砂 浆的抗折强度略有上升。由于纤维均匀无序地分散于砂浆基体之中，当砂浆 基体受到外力或内应力变化时，纤维对微裂缝的扩展起到一定的限制和阻碍 作用，大量无序地存在砂浆中，导致抗折强度增加。 v i 砂浆抗折强度的最优组合条件是a 2 8 3 c 2 d 3 。 以砂浆2 8 d 抗折强度为纵坐标，以胶粉掺量、膨胀剂掺量、保水剂掺量、 纤维掺量为横坐标作图( 图3 6 ) 。 2 量2 趟2 嘿 羹2 2 2 星2 7 5 崔 型2 7 0 薰2 6 5 辖2 6 0 1 5 2 2 5 胶粉掺量 0 1 0 2 o 3 纤维鳓 厶 茎 恻 疆 辖 蝠 2 8 5 2 7 0 o _ 皇 遗2 5 5 藿2 4 0 辅 搭2 2 5 o 5 1 5 2 5 膨胀剂掺量慨 0 1 5 0 2 0 2 5 保水剂掺量 图3 6四种组分的掺量对抗折强度的影响 fig 3 6 t h ei m p a c tt ofle x u r ai s t r e n g t ho f f o u rc o m p o n e n t s inm o r t a r 3 2 4 3 胶粉：膨胀剂、保水剂、纤维对砂浆折压比的影响 由表3 9 可以看到，胶粉掺量极差为0 0 4 l ；膨胀剂掺量极差为0 1 8 8 ： 保水剂掺量极差为0 1 3 6 ；纤维掺量极差为0 1 0 3 。结合图分析得出以下结论： 西南科技大学硕士研究生学位论文第3 0 页 表3 9砂浆2 8 折压比值及分析表 t a b 3 9c o m p r e s s i o nr a t i oa n da n a l y s ist a b i eo fm o r t a r2 8d a y s i 四因素对砂浆2 8 d 折压比的影响次序：膨胀剂 保水剂 纤维 胶粉。 i i 随着胶粉掺量的增加，砂浆的2 8 d 折压比略有上升，这是因为：掺入 胶粉，砂浆的抗压强度降低较多，但抗折强度下降较小，从而砂浆的折压比 也有所上升。 i i i 膨胀剂掺量的变化，对砂浆的折压比影响较大，掺量由o 5 变化到 1 5 时，砂浆的折压比上升较明显，其掺量从1 5 到2 5 时，砂浆的折压 比有所下降。由于膨胀剂掺量较大时，其引气作用非常明显，砂浆中存在大 量微小气泡，从而导致折压比有所上升。 i v - 保水剂掺量的变化，对砂浆的折压比影响比较大，掺量由0 1 5 变 化到0 2 时，砂浆的折压比上升较明显，其掺量从0 2 到o 2 5 时，砂浆的 折压比有所下降。砂浆的抗折强度下降幅度较小，而抗压强度的下降幅度较 大，这主要是因为当保水剂加入时，便增加了砂浆中的孔隙和柔性聚合物， 当砂浆试块受折时，孔隙会降低砂浆的抗折强度，而柔性聚合物会增加砂浆 的抗折强度，因此两者的共同影响会使砂浆的抗折强度下降幅度较小。而当 砂浆试块受压时，是由于孔隙和柔性聚合物起不到刚性支撑作用，相对弱化 西南科技大学硕士研究生学位论文第3 1 页 了复合基体，致使砂浆的抗压强度下降；二是由于保水剂的保水作用，使砂 浆试块成型后，水分仍大部分保留在砂浆中，实际的水灰比要比不掺者大许 多，所以砂浆抗压强度会明显降低。 v 纤维掺量的变化，对砂浆的折压比影响较大，随着掺量增加，砂浆的 折压比有所上升。这是由于掺入的纤维，有一定的引气作用，抗压强度降低， 并且大量无序地存在砂浆中，对砂浆的抗折强度有一定的贡献，抗折强度增 加，从而导致折压比上升 v i 砂浆折压比的最优组合条件是a 3 8 2 c 2 d 3 。 以砂浆2 8 d 强度的折压比为纵坐标，以胶粉掺量、膨胀剂掺量、保水剂 掺量、纤维掺量为横坐标作图( 见图3 7 ) 0 0 _ 0 山 挚 0 0 o 5 7 o 5 4 u0 5 1 u 出o 4 8 鞲o 4 5 0 4 2 胶粉掺量伪 o 1 5 0 2 o 2 5 保水剂 筮 出 辖 0 5 4 o 5 l 丑 幽o 4 8 辖o 4 5 0 4 2 o 5 1 5 2 5 膨胀剂掺量似 0 1 o 2 0 3 纤维掺量 图3 7四种组分的掺量对折压比的影响 f i g 3 7 t h ej m p a c tt oc o m p r e s s i o nr a t i oo ff o u rc o m p o n e n t s 西南科技大学硕士研究生学位论文第3 2 页 3 2 4 4 胶粉、膨胀剂、保水剂、纤维对砂浆收缩率的影响 由表3 1 0 可以看到，胶粉掺量极差为1 6 5 3 ：膨胀剂掺量极差为2 2 7 9 ； 保水剂掺量极差为0 7 0 5 ；纤维掺量极差为2 6 6 7 。结合图分析可以得出以下 结论： i 四因素对砂浆2 8 d 收缩率的影响次序：纤维 膨胀剂 胶粉 保水剂。 i i 随着胶粉掺量的增加，砂浆的2 8 d 收缩率有所上升。由于可分散乳胶 粉通常使砂浆含气量提高，导致收缩率有所上升。 i 膨胀剂掺量的变化，对砂浆的收缩率影响较大，掺量由0 5 变化到 1 5 时，砂浆的收缩率下降较明显，其掺量从1 5 到2 5 时。砂浆的收缩 率下降缓慢。膨胀剂掺量较大时，更补偿砂浆硬化过程中的干缩和冷缩，增 强了砂浆的密实性，从而导致收缩率有所下降。 表3 1 0砂浆2 8 收缩率值及分析表 t a b 3 1 0 s h r i n k a g ea n da n a i y s i st a b f oo fm o r t a r2 8d a y s 以砂浆2 8 d 收缩率为纵坐标，以胶粉掺量、膨胀剂掺量、保水剂掺量、 纤维掺量为横坐标作图( 见图3 8 ) 。 西南科技大学硕士研究生学位论文第3 3 页 8 0 7 6 乙7 2 6 8 毽6 4 嚣玎 警6 o 5 6 1 5 2 2 5 胶粉掺量 o 1 5 0 2 0 2 5 保水剂掺量 8 o 7 5 色7 o 孬6 5 嫖6 o 擎5 5 8 0 7 5 r 。7 0 6 5 世6 o 彗5 5 5 o 0 5 1 5 2 姒 膨胀剂掺量础 0 1 o 2 o 3 纤维掺量 图3 8四种组分的掺量对收缩率的影响 fig 3 - 8t h eim p a c tt os h rin k a g eo ff o u rc o m p o n e n t sinm o r t a r i v 保水剂掺量的变化，对砂浆的收缩率影响比较小，随着掺量的增加， 收缩率变化不大，收缩率有所上升由于保水剂在砂浆中有引入一定的气泡， 使得砂浆的孔隙率提高，导致收缩率增加。 v 纤维掺量的变化，对砂浆的收缩率影响较大，掺量由0 1 变化到0 2 时，砂浆的收缩率上升比较明显；其掺量由o 2 变化到0 3 时，砂浆的收 缩率下降较缓和。由于纤维的掺入，大量无序的存在砂浆中，对砂浆的收缩 率有一定的贡献。水泥和纤维相互粘连成为致密的、均匀的、乱向分布的网 状增强系统，同时纤维独特的表面处理工艺使得纤维与水泥基料紧密地结合 在一起，极大地提高了砂浆的整体强度，可以有效地控制砂浆的塑性收缩。 v i 砂浆收缩率的最优组合条件是a 2 8 3 c 1 d 1 。 乃 酏 够 粥 ：2 6 6 6 6 6 6 r o h 褂骠擎 西南科技大学硕士研究生学位论文第3 4 页 3 2 4 6 胶粉、膨胀剂、保水剂、纤维对砂浆粘结强度的影响 由表3 - 1 1 可以看到，胶粉掺量极差为0 1 3 6 ；膨胀剂掺量极差为o 0 0 4 ； 保水剂掺量极差为0 0 5 0 ；纤维掺量极差为0 0 3 0 。结合图分析可以得出以下 结论： i 四因素对砂浆2 8 d 粘结强度的影响次序：胶粉 保水剂 纤维 膨胀剂。 i i 胶粉掺量的变化，对砂浆的粘结强度的影响最大，在胶粉掺量1 5 2 5 范围内，砂浆的粘结强度随胶粉掺量的增加呈线性递增。其原因是由于 胶粉分散后成膜并作为第二种胶粘剂发挥粘结增强作用，成膜的聚合物树脂 作为增强材料分布于整个砂浆体系中，增加了砂浆的内聚力，导致粘结强度 上升 i i i 膨胀剂掺量的变化，对砂浆的粘结强度的影响较小。由于膨胀剂有 效地降低了砂浆的体积变形量，增强了体积稳定性，导致粘结强度变化不大。 表3 1 1砂浆2 8 粘结强度及分析表 t a b 3 11b o n ds t r e n g t ha n da n ai y s ist a bl eo fm o r t a r2 8d a y s 以砂浆2 8 d 粘结强度为纵坐标，以胶粉掺量、膨胀剂掺量、保水剂掺量、 纤维掺量为横坐标作图( 见图3 9 ) 。 西南科技大学硕士研究生学位论文第3 5 页 曼 型 慧 螵 槊 0 0 l 要0 装。 好0 摇0 0 1 5 0 2 0 2 5 保水剂掺量偈 c o 星 蜊 嘿 姆 槊 0 0 a _ 景0 型 鹱0 羹0 0 图3 9四种组分的掺量对粘结强度的影响 f i g 3 9t h e ；m p a c tt o b o n ds t r e n g t ho f f o u rc o m p o n e n t s；nm o r t a r i v 保水剂掺量的变化，对砂浆的粘结强度影响比较大，随着掺量的增 加，粘结强度变化明显上升。当保水剂加入砂浆中，保水剂结构上羟基和醚 键上的氧原子与水分子缔合成氢键，形成空间网状，使游离水变成结合水n ”， 起到很好的保水作用，既可防止砂浆离析泌水，又能在养护初期防止水分过 快蒸发或被基材过快吸收，使水泥能较好的水化，可使砂浆与基材的粘结强 度得到提高。 v 纤维掺量的变化，对砂浆的粘结强度影响较小，由于纤维的掺入，纤 维伸进基体的空隙中，和水泥及胶粉水化产物搅在一起，具有拉应力，能提 高砂浆的粘结强度；但纤维超出一定范围，由于其大量无序的存在砂浆中， 导致砂浆粘结强度有所下降。 v i 砂浆粘结强度的最优组合条件是a 3 8 1 c 3 d 2 。 西南科技大学硕士研究生学位论文第3 6 页 3 3 砂浆的性能优化 3 3 1砂浆最佳配比确定 根据正交试验所得的结果，可以看出： 砂浆抗压强度的最优组合条件是a 1 8 3 c 1 d l 砂浆抗折强度的最优组合条件是a 2 8 3 c 2 d 3 砂浆折压比的最优组合条件是a 3 8 2 c 2 d 3 砂浆收缩率的最优组合条件是a 2 8 3 c 1 d l 砂浆粘结强度的最优组合条件是a 3 8 1 c 3 d 2 从表3 6 可以看出，砂浆的抗压强度、抗折强度的最小值分别为4 3 5 m p a 、 2 2 7 m p a ( 除1 8 5 m p a ) ，对于蒸压加气混凝土用砌筑砂浆和抹面砂浆来讲， 强度已经可以满足施工要求，因此抗压强度和抗折强度可以不作为本试验砂 浆主要指标组合的最佳配合比。 折压比是抹面砂浆的抗裂性能评价的一个重要指标，从图3 1 2 可知，聚 合物胶粉掺量由1 5 变化到2 o 时，砂浆的折压比上升较缓慢，从2 0 到 2 5 时，砂浆的折压比上升较明显。从图中可看出纤维对砂浆的折压比影响 最大，随着纤维掺入量的增加，砂浆的折压比几乎直线上升。考虑到聚合物 和纤维的经济成本及砂浆强度的因素，应该选用组合a 2 d 2 是比较合适的。 收缩率是抹面砂浆的抗裂性能评价的一个最重要的指标，因为对于抹面 砂浆来说，干燥收缩是引起抹面砂浆产生裂缝以致砂浆开裂脱落的最重要因 素，而关于砂浆收缩率的最优组合a 2 8 3 c l d l 。 粘结强度也是评价抹面砂浆的抗裂性能的重要指标之一，砂浆具有良好 的粘结强度，则砂浆和粘接的基体之间粘结好，在砂浆和基体之间不易发生 空鼓，从而减少砂浆的开裂和脱落。正交试验砂浆粘接强度最优组合为 a 3 8 1 c 3 d 2 ，从图3 1 4 中，可以看出可再分散乳胶粉对砂浆的粘结强度其起 要的主用，考虑到可再分散乳胶粉的成本和试验中的粘结强度，都能满足蒸 压加气混凝土用砌筑砂浆和抹面砂浆的行业标准，故针对粘结强度选用 a 2 8 1 c 3 d 2 较为合适。 针对以上分析，统筹提高砂浆各方面的性能，使其满足和超过标准中的 要求；又兼顾减少砂浆外加剂掺量，降低砂浆成本；确定本正交试验的最佳 配合比组合为：a 2b 3c 1d 2 ，即：胶粉2 0 ；膨胀剂2 5 ；保水剂0 1 5 ； 纤维o 2 。 西南科技大学硕士研究生学位论文第3 7 页 3 3 2砂浆最佳配比性能测试 按照a 2 8 3 c l d 2 的组合进行配比试验，配比如表3 1 2 。 表3 1 2砂浆的最佳配合比 t a b 3 1 2b e s tm i xo fm o r t a r 按照试验方法中的规定进行成型、养护、测试。测试结果如表3 1 3 表3 一1 3最优配比砂浆和普通砂浆的性能 t a b 3 12t h ep e r f o r m a n c eo fb e s tm ixm o r t a ra n do r din a r ym o r t a r 从表中数据可知，最优配比组合配制的砂浆的综合性能优于正交试验中 的砂浆，并且其性能远远高于没有掺外加剂的普通砂浆，达到了粘结强度强、 收缩性小的性能要求。 3 4 本章小结 根据上面所做的单因素试验和正交试验，可以得出： ( 1 ) 胶粉的加入，改善了砂浆的流动性能，改进了砂浆的内聚力，增强 抗弯折强度，提高可变形性，并作为第二种粘结剂发挥粘结增强作用，增加 了砂浆的内聚力，增加了砂浆的粘结强度。 ( 2 ) 保水剂的加入，起着保水、改善施工性能等作用。良好的保水性能 确保砂浆不会由于缺水、水泥水化不完全而导致起砂浆强度降低。 ( 3 ) 纤维的加入，水泥和纤维相互粘连成为致密的、均匀的、乱向分布 西南科技大学硕士研究生学位论文第3 8 页 的网状增强系统，同时纤维独特的表面处理工艺使得纤维与水泥基料紧密地 结合在一起，极大地提高了砂浆的整体强度，可以有效地控制砂浆的塑性收 缩，折压比。 ( 4 ) 膨胀剂的加入，补偿了砂浆硬化过程中的干缩，收缩率下降，折压 比上升。 ( 5 ) 通过以上研究，在满足砂浆性能的要求和考虑外加剂成本的基础上 确定出最佳配比：胶粉：2 0 ；膨胀剂：2 5 ：保水剂：o 1 5 ；纤维：0 2 。 即水泥：砂：胶粉：膨胀剂：保水剂：纤维= 1 ：3 ：0 0 8 4 ：0 1 0 5 ：0 0 0 6 ：o 0 0 8 。 西南科技大学硕士研究生学位论文第3 9 页 4 粉煤灰对砂浆性能影响的研究 4 1 粉煤灰掺量对普通砂浆的影响 在普通砂浆中掺入粉煤灰可以改变砂浆的物理性能d 钉m ，本部分通过对 砂浆的粉煤灰单掺试验，对其2 8 天物理性能进行分析。其砂浆配比为： 粉煤灰采用内掺法，其中： 胶凝材料与集料比( 叭) 为1 ：3 ； 水灰比为固定水灰比o 8 2 。 粉煤灰的掺量( 以水泥为1 0 0 ，重量比) ：0 、1 0 、2 0 、3 0 砂浆2 8 天物理性能测试结果如表4 - 1 表4 1粉煤灰掺量对砂浆主要性能的测试结果 t a b 4 1 t o s tr e s u i t so fm a j o rp e r f o r m a n c eo ff iya s hf o rm o r t a r 粉煤灰对砂浆主要性能的关系见图4 1 4 3 。 2 6 2 4 鱼 蘧2 2 疆 墨2 0 1 8 图4 1 f ig 4 1 0 1 0 2 0 3 0 粉煤灰的掺量 粉煤灰的掺量对砂浆抗压强度的影响 c o m p r e s siv es t r e n g t ho ff iya s hf o rm o r t a r 西南科技大学硕士研究生学位论文第4 0 页 2 4 2 2 昌2 0 蓥，8 求1 6 1 4 1 2 0 1 0 2 0 3 0 粉煤灰的掺量 图4 2粉煤灰的掺量对砂浆分层度的影响 f i g 4 2l a y e r e dd e g r e e so ff l ya s hf o rm o r t a r 0 1 0 2 0 3 0 粉煤灰的掺量 图4 3粉煤灰的掺量对砂浆收缩率的影响 f i g 4 3 s h ri n k - g o ff i y a s h f o rm o r t a r 从图4 1 可以看出，粉煤灰掺量增加，砂浆强度降低。因为总的胶凝材料 不变，粉煤灰增加，水泥减少，粉煤灰活性低，基本不参与砂浆韵早期水化， 所以强度下降。掺有粉煤灰的砂浆比没有掺入粉煤灰的砂浆强度下降较多， 粉煤灰掺量从l o 到3 0 。其强度下降不大。 从图4 2 可以看出，在保持砂浆稠度不变的条件下，粉煤灰掺量增加，砂 浆分层度降低。在砂浆中加入粉煤灰可以提高砂浆的保水性能，改善砂浆的 和易性和工作性。从图4 3 可以看出，粉煤灰掺量增加，砂浆收缩率降低。在 砂浆中加入粉煤灰，粉煤灰的微集料效应使得砂浆的收缩率降低。 1 o 9 8 7 6 ， ，甲。h龉婚罄 西南科技大学硕士研究生学位论文第4 1 页 4 2 粉煤灰掺量对掺有外加剂砂浆的影响 通过在加有一定外加剂的砂浆中加入不同比例的粉煤灰，比较分析加气 混凝土( 泡沫混凝土) 砌块保温砌筑抹面砂浆各性能指标删c 。“，确定保温 砂浆中最佳粉煤灰掺量，并得出满足加气混凝土( 泡沫混凝土) 砌块砌筑抹 面砂浆中所要求的最佳性能指标。 试验用的粉煤灰采用内参法，其中： 胶凝材料与集料比( 、j n ) 为1 ：3 水灰比为1 o l 外加剂：再分散乳胶粉2 0 、甲基纤维素醚o 1 5 、u e a 膨胀剂2 5 、 聚丙烯纤维0 2 粉煤灰的掺量( 以水泥为1 0 0 ，重量比) ：o 、1 0 、2 0 、3 0 。 试验设计表和测试结果如表4 2 、表4 3 。 表4 2试验设计表 t a b 4 2 d e s i g nt a b i eo fe x p e r i m e n t 表4 3掺有粉煤灰外和外加剂砂浆试验结果 t a b 3 6t h er e s u i t so ft e s t i n gm o r t a rw i t hf i ya s h a n da d d i t i v e 西南科技大学硕士研究生学位论文第4 2 页 4 2 1 砂浆强度和容重分析 试验中砂浆的强度、容重与粉煤灰掺量的关系见图4 4 。 0 1 0 2 0 3 0 粉煤灰的掺量 1 2 0 1 0 2 0 粉煤灰的掺量 图4 4 粉煤灰的掺量对砂浆强度和容重的影响 f ig 4 4 s t r e n g t ha n db uikd e n sj t yo ff i ya s h f o rm o r t a r 随着粉煤灰用量的增多，砂浆的强度随之下降。因为粉煤灰的用量增多， 水泥的水化产物减少，不能更好地发挥其填充和胶凝作用。因此随着粉煤灰 掺加量的增多，砂浆强度降低。 随着粉煤灰掺量的增加，砂浆的干容重逐渐降低。外加剂中的可再分散 乳胶粉和保水剂可以使砂浆中的含气量增加，使得粉煤灰在砂浆浆体中细微 集料的总量增加；由于浆体中水泥的减少量大于其粉煤灰填充的总量，使得 随着粉煤灰掺量的增加，砂浆干容重降低。 4 2 2 砂浆工作性能分析 试验中砂浆的稠度、分层度与粉煤灰掺量的关系见图4 5 。 在保持砂浆加水量一定时，砂浆稠度与粉煤灰掺量的关系如下图。由图 看出，在粉煤灰掺量1 0 时，掺有粉煤灰的砂浆稠度达到最大值。随着砂浆 中粉煤灰掺量的增加，砂浆的稠度呈递减的趋势；粉煤灰掺入量的增加，导 致砂浆的需水量增加，当这种需水量超过粉煤灰减水效应所减少的水时，砂 浆所表现出总体用水量增加；因此当加水量一定时，随着粉煤灰掺入量的增 加，砂浆的稠度减小。 蝴 湖 | | ； 蛳 | | ； | 1 1 1 1 1 1 善唧肄午 7 4 1 8 5 2 5 5 5 4 4 4 生趟骤坦辗 西南科技大学硕士研究生学位论文第4 3 页 0 1 0 2 0 3 0 粉煤灰的掺量 1 2 1 1 营1 0 、 薏9 求8 7 6 0 1 0 2 0 3 0 粉煤灰的掺量 图4 5粉煤灰的掺量对砂浆工作性能的影响 fig 4 5 - o r k in gp e r f o r m a n c eo f flya s h f o rm o r t a r 砂浆的分层度小，则其具有较好的保水性能，使得砂浆易于施工，在施 工过程中容易刮平，获得平整的表面，可有效地防止砂浆在施工完成后因为 失水而引起空鼓、开裂脱落。从上图中可以看出，掺入一定量的粉煤灰，可 以降低砂浆的分层度，改善砂浆的和易性和工作性能。 4 2 3 砂浆粘结度和收缩率的分析 试验中砂浆的粘结强度、收缩值与粉煤灰掺量的关系见图4 6 。 0 加 母0 3 5 莹 遗。加 要0 2 5 蕖 0 2 0 0 1 5 嗽1 0 2 0 3 0 粉煤灰的掺量 甘 i 。 静 嫖 擎 0 1 0 2 0 3 0 粉煤灰的掺量 图4 6粉煤灰的掺量对砂浆粘结强度和收缩率的影响 fig 4 6b o n ds t