（材料科学与工程专业论文）干拌抗裂砂浆的配制及性能研究.pdf

重庆大学硕士学位论文 中文摘要 摘要 砂浆是建筑工程中用量巨大的一类建筑材料，传统砂浆在施工现场配制，存 在着计量不准确、搅拌不均匀、砂浆的和易性不易控制、质量难以保证等缺点， 而且污染环境、效率低下，难以满足建筑工程不同部位对砂浆的特殊要求。千拌 砂浆以其品质稳定、工效提高、质量优异、品种齐全、施工性能良好、使用方便 等优点，正被大力推广和使用。另一方面，新型墙体材料在使用过程中经常出现 墙体开裂、渗漏的现象，因此急需一种具有抗开裂性能的砂浆与新型墙材配套使 用。基于此，本论文着重研究了干拌砂浆的抗裂性。 因为重庆本地砂资源主要为细度模数小于1 0 的特细砂，因此工程中9 5 以 上的砂浆为特细砂水泥砂浆。特细砂水泥砂浆收缩大，韧性低，易开裂，所以收 缩率、压折比及裂缝指数是本论文主要的考察指标。本论文主要研究了砂、水泥、 灰钙粉、双飞粉、聚丙烯纤维、胶粉、纤维素醚、木质纤维、膨胀剂对砂浆性能 的影响，研究结果如下：( 1 ) 配制抗裂砂浆采用e 0 4 2 5 r 的水泥，特细砂，1 ：3 的灰砂比。( 2 ) 配制抗裂砂浆不宜掺灰钙粉和双飞粉。( 3 ) 聚丙烯纤维对砂浆的 施工和易性有不利的影响，但能够显著改善砂浆的韧性和抗裂性。( 4 ) 胶粉可以 改善砂浆的韧性，提高砂浆枯结强度。( 5 ) 纤维素醚具有保水增稠作用和引气作 用，能够改善砂浆的柔韧性。( 6 ) 木质纤维具有一定的柔韧性，能够改善砂浆的 组织结构，使砂浆成为具有一定韧性的结构体。( 7 ) 膨胀剂能够有效地抑制砂浆 的收缩。 通过影响胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统抗裂防护层性能的系列因素分析，配 制出了施工和易性好、粘结强度高、抗开裂能力强的干拌抗裂砂浆，其性能指标 满足j c l 5 8 - 2 0 0 4 胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统标准要求。 关键词：干拌砂浆，特细砂，外加剂，抗裂性 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 a b s t r a c t m o r t a ri su s e dl a r g e l ya sak i n do fb u i l d i n gm a t e r i a li nt h ea r c h i t e d r 砌 e n g i n e e r i n g t h et r a d i t i o n a lm o r t a ri sa l w a y sm i x e di nt h ec o n s t r u c t i o np l a c e i te x i s t s i nm a n yd e f e c t s ，f o re x a m p l e , c o m p u t a t i o ni sn o ta c c u r a t e ，m i x i n gu pi sn o tu n i f o r m i t i sn o te a s yt oc o n t r o lw o r k a b i l i t yo fm o r t a r , a n di ti sd i f f i c u l tt oe n s u r eq u a l i t y m o r e o v e r , i tp o l l u t e se n v i r o n m e n t ，i ti sn o te f f i c i e n ta n di ti sh a r dt om e e tt h es p e c i a l r e q u e s to fd i f f e r e n tp a r t si na r c h i t e c t u r ee n g i n e e r i n g d r y - m i x e dm o r t a rh a s8 0m a n y m e r i t sw i t l ls t a b l eq u a l i t y , h i 曲w o r ke f f i c i e n c y , g o o dq u a l i t y , f u l lv a r i e t y , g o o d c o n s t r u c t i o np e r f o r m a n c e ，c o n v e n i e n tu s ee t c ，n o wi ti se n e r g e t i c a l l ys p r e a da n du s e d o nt h eo t h e rh a n d w a l l sh a v ec r a c ka n dl e a k a g ea f t e rt h en e wt y p ew a l lm a t e r i a li s u s e d s oas o r to f m o r t a rw i ma n t i c r a c kp e r f o r m a n c ei su r g e n t l yn e e d e d b eb a s e do n , t h ep a p e re m p h a s i z e so ns t u d y i n gt h ea n t i c r a c ko f d r y - m i x e dm o r t a l t h e r ei se x t r af i n es a n dm o r t a rt h a ti t sf i n ed e g r e em o d u l u si sl e s st h a n1 0i n c h o n g q i n g , t h e r e f o r e , t h ee x t r af m es a n dm o r t a r i sp o s s e s s e do f b e y o n d9 5 i np r o j e c t t h ee x t r af i n es a n dm o r t a rh a sg r e a ts h r i n k a g e ，l o wt o u g h n e s s ，a n di ti se a s yt oc r a c k , 8 0t h ep a p e rf o c u s e so ns h r i n k a g er a t i o ，c r a c ki n d e xa n dt o u g h n e s s i tm a i n l ys t u d i e s s a n d ， c e m e n t ,a s hc a l c i u mp o w d e r , d u a ln i g h tp o w d e r , p o l y p r o p y l e n e丘b r e d i s p e r s i b l ep o l y m e r , c e l l u l o s ee t h e r , w o o d yf m e r , e x p a n s i v ea d m i x t u r eo nm o r t a r p e r f o r m a n c ei n f l u e n c e t h er e s u l t ss h o wt h a t ：( 1 ) t h ea n t i c r a c km o r t a rb s e sp 0 4 2 5 r c e m e n t ，e x t r af i n es a n d ，h3c s ( 2 ) 1 1 l ea s hc a l c i u mp o w d e ra n dt h ed u a lf l i g h t p o w d e ra r en o ts u i t a b l ym i x e di nt h ea n t i c r a c km o r t a r ( 3 ) t h ep o l y p r o p y l e n ef i b e r i n f l u e n c e sp a s s i v e l yt h em o r t a rw o r k a b i l i t y , b u ti tc a nr e m a r k a b l yi m p r o v et h em o r t a r t o u g h n e s sa n dt h ec r a c kr e s i s t a n c e ( 4 ) r e d i s p e r s i b l ep o l y m e rm a yi m p r o v et h em o r t a r t o u g h n e s s ，e n h a n c e sa d h e s i v ei n t e n s i t yo fm o r t a r ( 5 ) c e l l u l o s e e t h e rh a s w a t e r - r e t e n t i v ep e r f o r m a n c e ，a n di tc a ni m p r o v et h et o u g h n e s so fm o r t a r ( 6 ) t h e w o o d yf i b e rh a st h ec e r t a i nf l e x i b i l i t y , i tc a ni m p r o v et h eo r g a n i z a t i o n a ls t r u c t u r eo f m o r t a r , a n dc a u s et h em o r t a rt oh a v et h ec e r t a i nt o u g hs u u c t u r a lb o d y ( 7 ) t h eu e a e x p a n s i v ea d m i x t u r ec a ne f f e c t i v d ys u p p r e s st h ec o n t r a c t i o no f m o r t a r t h r o u g ha n a l y z i n ga n t i c r a c kp r o t e c t i v el a y e rp e r f o r m a n c es e r i e sf a c t o r s ，t h e a n t i c r a c kp r o t e c t i v el a y e rb e l o n gt oe x t e r n a lt h e r m a li n s u l a t i n gr e n d e r i n gs y s t e m s m a d eo fm o r t a rw i t hm i n e r a lb i n d e ra n du s i n ge x p a n d e dp o l y s t y r e n eg r a n u l ea s a g g r e g a t e ( e t i r s ) d r y - m i x e da n da n t i - c r a c km o r t a ri sm i x e d 叩i th a st h eg o o d 重庆大学硕士学位论文英文摘要 w o r k a b i l i t y , t h eh i g ha d h e s i v ei n t e n s i t y , t h es t r o n ga n t i c r a c ka b i l i t y i t sp e r f o r m a n c e i n d e xm e e t sj c l 5 8 - 2 0 0 4 ”e t i r s ”t h es t a n d a r dr e q u e s t k e y w o r d s ：d r y - m i x e dm o r t a r , e x t r af i n es a n d ，a d d i t i o na g e n t ，c r a c kr e s i s t a n c e p e r f o r m a n c e 1 1 1 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，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，也不包含为获得重鏖太堂 或其他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己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：徐小红 签字日期： 加74 e j - 月鸳日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重庆太堂有关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被查阅和借阅。本人授权重宏太堂可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。 保密() ，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密( 、) 。 ( 请只在上述一个括号内打“4 ”) 学位论文作者签名：徐心、红 导师签名印手匀 签字日期：加叼年上月萄日签字日期：莎哆年f 月扣e l 重庆大学硕士学位论文1 绪论 1 绪论 在建筑工程中，砂浆是一种用量巨大、用途广泛的建筑材料。传统砂浆在使 用过程中暴露出许多缺陷，如因墙面空鼓、开裂、脱落等引起墙体渗漏、透风、 剥落等问题，严重影响建筑的美观和安全，已经成为建筑工程中的质量通病。因 此，研究抗裂砂浆具有很大的现实意义。随着建筑业的飞速发展和人们生活水平 的提高，人们对居住环境提出了更高的要求，砂浆的性能有待进一步的提高，而 且传统的砂浆生产工艺已不能够满足现阶段及未来的需求，干拌砂浆应运而生。 干拌抗裂砂浆的研究、开发与应用，是建筑业和建材业的一次新技术革命，是未 来新材料发展的一个主要方向。 1 1 干拌砂浆是砂浆发展的必然趋势 1 1 1 传统砂浆的生产工艺已不能够适应建筑业的需求 我国传统的砂浆是在施工现场配制的，这种生产工艺存在许多的弊端。第一， 在施工现场拌制砂浆时，材料是露天堆放的，容易掺入杂质，含泥量大，配料不 准确；采用人工计量，容易产生误差；搅拌不均匀，砂浆的和易性不易控制，而 且骨料筛分随意性大，导致砂浆空隙率偏高，干缩大，容易造成工程质量隐患， 质量难以保证；第二，砂浆的各种原材料一般存放在施工场地，原材料的运输和 拌制会产生污染和噪音，影响周围的环境；在生产时容易形成粉层，噪音，严重 污染环境；第三，传统砂浆在施工现场临时配制，采用人工拌制，劳动强度大， 时间长，施工效率低，影响工程进度；第四，难以满足建筑工程的不同部位对砂 浆的特殊要求，由于新型墙体材料的应用，对砂浆的性能提出了更高的要求，如 用于砌筑砖、石等砌块的砌筑砂浆，用于粘结瓷砖的粘结砂浆，要求具有防水功 能的防水砂浆等等，而传统的砂浆品种单一，无法满足工程的需求。 1 1 2 干拌砂浆的特点 干拌砂浆【j j 是将水泥、砂、矿物掺合料和功能性添加剂按一定比例，在专业生 产厂于干燥状态下均匀拌制，混合成的一种颗粒状或粉状混合物，然后以干粉包 装或散装的形式运至工地，按规定比例加水拌和后即可直接使用的干拌砂浆材料， 又称为干混砂浆、干粉砂浆、干砂浆。 干拌砂浆属于商品砂浆，商品砂裂2 】是指在工厂将所有的原料按配比混合好用 来作为商品出售的砂浆。根据拌合用水的有无，可分为预拌砂浆( 湿法砂浆) 和 预混砂浆( 干粉砂浆或干拌砂浆) 。预拌砂浆指按照合理的配比在工厂加水拌和， 然后通过专用搅拌车运到施工地点直接使用。它的优越性和预拌( 商品) 混凝土 重庆大学硕士学位论文i 绪论 一样，品质稳定、节约材料、文明施工、有利环保，而且可以配制出适应新型墙 体材料需要的性能。但是预拌砂浆存在一定的局限性，如运输半径较小，使用时 间有限，少量砂浆难以运输，品种较少等等。因此发展干拌砂浆是砂浆发展的必 然趋势，干拌砂浆与传统砂浆相比，存在以下的优点【”】： 第一，品质稳定。施工现场配制的砂浆配比混乱，质量不稳定，强度达不到 要求，甚至质量低劣，导致开裂、渗漏现象严重，已成为建筑质量的通病。而干 拌砂浆是工业化的产品，对原材料和配合比进行了严格的控制，而且干拌砂浆生 产工艺可以对各种原材料进行预处理，例如对砂进行烘干和级配的优化，对水泥 和外加剂品种进行优选，使两者的相容性达到最佳等，为产品品质的稳定提供了 有效保证。 第二，品种齐全。干拌砂浆包括的范围很广，几乎可以满足建筑工程对砂浆 的所有要求。目前国内外已经形成8 大类2 6 0 多个干拌砂浆品种，几乎涵盖了所有 的土建工程项目，而且新产品仍在不断研发。除了普通干拌砂浆( 砌筑砂浆，抹 灰砂浆和地面砂浆) 外，还可通过调整配方，使其成为具有一系列特殊功能的特 种干拌砂浆，如自流平砂浆、防水砂浆、保温砂浆、装饰砂浆等。 第三，工效提高。干拌砂浆是大规模的商品化生产，原材料统一在工厂计量， 配比，机器搅拌，节约了现场拌料的时间，提高了生产效率。干拌砂浆的和易性 好，施工效率也得到了很大的提高。 第四，施工性能优良。干拌砂浆是一种技术含量较高的新型建材，与传统砂 浆相比，具有保水性好、黏结性强、抗冻、抗裂、抗干缩等优点，作为保温砂浆 还有很好的节能效果。 第五，文明施工。干拌砂浆加水搅拌就可直接使用，便于运输与存放，施工 单位可根据需要进行采购，避免了传统砂浆和预拌砂浆必须在较短的时间内用完 的缺点，同时又方便了施工管理。另外，干拌砂浆可以避免现场堆积如山的各种 原材料，减少对周围环境的污染，保证施工现场整洁文明。 第六，绿色环保。干拌砂浆的生产是大规模集中生产，不仅原材料损耗低， 浪费少，可节约水泥、砂石，还可以大量利用矿渣、炉渣、粉煤灰等工业废料。 既减少了对资源的破坏，降低了生产成本，又有利于解决排渣企业的可持续发展 问题。集中生产的干拌砂浆提高了水泥散装率，节约了水泥包装费用以及大量包 装材料，有利于保护森林和能源。 总而言之，干拌砂浆具有品质稳定、工效提高、质量优异、品种齐全、施工 性能良好、使用方便等优点，正被大力推广和使用。但干拌砂浆也存在一些缺点， 那就是造价相对较高，现场需要配备搅拌设备。 2 重庆大学硕士学位论文1 绪论 1 2 干拌砂浆的研究及发展现状 1 2 1 国外干拌砂浆的研究及发展现状 干拌砂浆最早于1 8 9 3 年在欧洲发明，由特里诺瓦( t e 删o 、，a ) 首先申 请矿物质纹理外观的饰面干混砂浆的生产专利【4 】。在2 0 世纪5 0 年代以前，欧洲 绝大部分仍然采用现场搅拌砂浆，5 0 及6 0 年代期间，在西欧和美国，特别是德 国，建筑行业对新型建筑材料和技术的需求增长非常迅速，而且当时熟练工人缺 少，劳动力成本提高，市场要求缩短工期、降低成本和提高质量，产生了预混和 预包装干拌砂浆和聚合物改性砂浆【l 】。 随着发达国家对建筑质量要求的不断提高，对建筑材料的多样化要求，干拌 砂浆取得了飞速的发展。目前，在欧、美、日等发达国家和地区干拌砂浆得到广 泛应用，已基本取代了传统砂浆。在欧洲，1 0 0 万人口的城市差不多就有2 个干 混砂浆生产厂。在发达国家，干拌砂浆的应用非常普遍，发展非常迅速，德国、 奥地利、芬兰等国家早已采用干拌砂浆作为主要的砂浆类建筑材料，俄罗斯、法 国、瑞典、匈牙利、波兰等国家的产量也逐年成倍增长。目前世界上最大的两个 商品砂浆生产国是美国和日本【5 】。但是千混砂浆利用最多、利用情况最好的是德 国，在德国国内有7 0 多个干混砂浆工厂，欧洲最大干粉砂浆生产企业德国 m a x i t 公司在欧洲的年销量达5 0 0 多万吨，年产1 0 万吨以上的工厂有2 0 0 余家【“。 在发展中国家，干拌砂浆也得到了迅猛发展，新加坡、马来西亚等国家起步较晚， 但发展迅速，已经投产了生产线，产品成功投放市场。 国外研究的关键问题 7 - 9 ) 集中在新品种的开发、微量成分的作用机理研究、生 产及旌工机械研究和降低成本上。 1 2 2 国内干拌砂浆的研究及发展现状 干拌砂浆在我国尚处于起步发展阶段，在2 0 世纪8 0 年代才开始关注，发展 速度缓慢，但9 0 年代以来，建筑较为发达的城市，如北京、上海、广州开始了干 拌砂浆的研究工作。目前，在上海、广东等地从国外引进了生产线，部分国外大 型的干拌砂浆企业也在国内投资建厂，例如，上海具有一定规模的干拌砂浆生产 线就有5 条，年生产能力达到1 0 0 多万吨，广东的生产量与上海接近。 我国对于干拌砂浆的研究，还处在生产工艺和应用技术研究阶段，不管是研 究、生产、技术、设备还是服务，都远远落后于国外。我国在推广应用干拌砂浆 的过程中，还存在一些问题【肛1 1 l ： 规范不健全。我国政府支持干拌砂浆发展的现行政策只是宏观调控的l | 缶时 手段，缺少完整的相应规范供给生产、施工时使用，制约了干拌砂浆在工程中的 推广。 建厂投资大。干拌砂浆生产线一次性投资大，对生产设备的要求较高，其 重庆大学硕士学位论文1 绪论 设备不但要将实验室中所做的配方准确无误地、无损失地放大生产出来，并且还 要灵活、可靠和经济，一般企业难以承受，因此生产干拌砂浆的企业相对较少。 其次，干拌砂浆的技术含量高，在利用地方材料上有一定的难度，这也给干拌砂 浆的全面推广带来了困难。 成本较高。干拌砂浆产品成本的抬高，使用过程中在施工方遇到较大的阻 力，受施工方当前经济利益的影响较为突出。但从综合经济效益来看，干拌砂浆 的材料成本可以从节约材料和提高施工效率以及降低维护费用中得到一定的弥 补。 品种不丰富。国外已经开发了逾千种的干拌砂浆品种，而我国还不到百种， 因此在使用中出现砂浆不配套、不满足功能的现象，给砂浆的推广使用带来极为 不利的影响。 当前我国在于拌砂浆的发展主要应集中在以下几点o j o ： 政府加大推广、宣传与监督力度，加快技术标准的制定与完善。 开发自己的生产工艺。目前国内干拌砂浆的生产工艺还不成熟，现有生产 线大多是从国外引进的，投资一条生产线一般在2 0 0 0 3 0 0 0 万元人民币，价格昂 贵。只有开发出符合我国国情的生产线和生产工艺，才能降低投资成本和生产成 本。 降低成本。一方面，利用工业废料和地方材料生产干拌砂浆。我国粉煤灰、 矿渣等工业废弃物的排放量惊人，粉煤灰、矿渣等的利用，不但能够降低干拌砂 浆成本，改善砂浆性能，而且有利于保护环境，节约资源。另一方面，降低生产 设备投资和生产成本。 开发新的品种。只有开发出符合市场需要的砂浆品种，才能使其使用范围 不受局限，为其顺利推广创造有利条件。各种专用砂浆、特种砂浆的应用不仅能 带动于拌砂浆的发展，也可为推动其它产业的发展创造条件。 1 3 砂浆收缩变形的种类 砂浆是一种细粒混凝土，具有和混凝土相同的性质。砂浆的体积稳定性是指 砂浆在抵抗物理、化学作用下产生变形的能力，是砂浆耐久性的重要方面，也是 砂浆达到耐久性要求的前提。体积稳定性不良的直接后果就是引发裂缝，裂缝无 论大小，都能对砂浆的劣化起很大的促进作用。收缩也是引起裂缝最常见的因素， 砂浆的收缩主要包括：干燥收缩、自收缩、化学收缩、温度收缩、塑性收缩及碳 化收缩，每种收缩都有其自身特点，在引起砂浆开裂时表现各不相同。 1 3 1 干燥收缩 干燥收缩是指砂浆置于相对湿度低于1 0 0 的空气中，由于水分散失而引起 4 重庆大学硕士学位论文1 绪论 的体积缩小现象，简称干缩，通常以线性变形表示【1 2 1 。 水泥基材料的干燥收缩机理有三种【1 3 】： 胶体粒子表面的张力作用。一般认为，在相对湿度较低时( 2 4 2 ) ，固 体表面张力变化为主要原因。由于粒子表面张力主要依赖于环境相对湿度的变化， 湿度降低，表面张力增加，从而使固体粒子在压力作用下产生收缩。有研究表明， 当相对湿度在某一值以上时，表面张力不随相对湿度变化。 相邻粒子间吸附水分子的拆开压力作用。当相对湿度高于5 0 时，相邻粒 子间吸附水分子的拆开压力为主要作用机理。在一定状态下的系统中，相邻固体 粒子间吸附有一定厚度的水分子层，当水分子层厚度超过相邻粒子的固有距离时， 则会对相邻粒子产生一定的拆开力。由于吸附水分子层厚度依赖于系统中的相对 湿度，当相对湿度下降时，吸附水分子层厚度减小，相应拆开压力也减小，两固 体粒子的距离变小而产生收缩。f e r r a r i s 研究表明，当相对湿度在1 0 0 8 0 之 间时，拆开压力为常数。 毛细孔由饱和变为不饱和时产生的负压作用。通常我们只考虑5 0 0 , 6 以上的 干燥收缩，因此以毛细管张力学说为基础分析干燥收缩。 水泥浆体硬化时，毛细孔中的水分减少，使得部分毛细孔不能被水饱和，亲 水性的毛细孔壁使得毛细孔内水面呈弯月面，使毛细孔周围的颗粒彼此拉近，因 而浆体产生宏观体积的收缩【1 4 1 。一般认为，砂浆失水越多，其干缩越大。这种由 于水分蒸发产生的干燥收缩应力过大的话，将使受限构件产生开裂，从而降低构 件的力学性能和耐久性。 1 3 2 自收缩 自收缩是指在水泥初凝后，随着水泥水化的延续，水泥基胶凝材料宏观体积 的收缩【l ”。自收缩不包括由于水分损失、温度改变和外力与约束作用产生的体积 变化。影响自收缩的因素主要有水灰比o v c ) 、胶凝材料的种类和数量、水泥矿物 组成及养护条件等。 自收缩作用机理可以通过混凝土的自干燥现象得到很好的解释。所谓白干燥 f 1 6 - l t ，由于混凝土内部结构中的微细孔内自由水量的不足，使水泥石内部供水不 足，相对湿度自发地减少而引起的自干燥，并导致了混凝土的收缩变形，名之为 自收缩。许多试验结果都证实了混凝土内部能够产生自干燥现象【1 8 - 2 2 1 。产生自干 燥现象的结果是使毛细孔中的水由饱和状态变为不饱和状态，于是在毛细孔水中 产生弯月面，造成硬化水泥石受负压的作用而产生收缩。自收缩作用机理类似于 干缩机理，都是靠毛细管应力来说明问题的，但自收缩与干缩在相对湿度降低的 机理上不同。自收缩是当水泥浆体处于一个与外界没有水分交换的情况下，水泥 等胶凝材料的水化将只能消耗毛细孔中的水分。由于水化产物的体积小于参与反 5 重庆大学硕士学位论文1 绪论 应的水泥和水的总体积，因此，水化反应的结果将使得水泥基体中较大的孔隙逐 渐“变空”，毛细孔系统逐渐“变空”的过程将伴随着相对湿度的降低和吸附水层中表 面张力的增加。 自收缩是由于化学收缩引起的，过大的收缩应力将使砂浆的构件失去耐久性。 1 3 3 化学收缩 化学收缩【2 3 】是指水泥水化后，生成物的体积比反应前物质的总体积小而使砂 浆收缩，这类收缩又称为水化收缩。它是所有胶凝材料水化都具有的一种特性， 是由于水化反应前后化合物平均密度不同而造成的。一般其体积减缩总量为水泥 水体系的7 9 【l ”，它是不能够恢复的。水泥水化反应引起的化学收缩会引 起砂浆的体积变化，可能会导致收缩裂缝的产生。 1 3 4 温度收缩 温度收缩1 2 4 1 又称冷缩。温度收缩主要是混凝土内部温度由于水泥水化而升 高，最后又冷却到环境温度时产生的收缩。其大小与混凝土的热膨胀系数、混凝 土内部最高的温度和降温速率等因素有关。在无约束条件下，混凝土温差a t 所 引起的温度收缩变形是t 与混凝土热膨胀系数i f , 的乘积( a a t ) 。混凝土的热膨胀 系数因集料的热膨胀系数的不同而不同，通常为6 x 1 0 4 1 2 x 1 0 6 。 1 3 5 塑性收缩 塑性收缩【卅发生在硬化前的塑性阶段，一般为拌和后约3 1 2 以内，即在终 凝前比较明显。其成因主要是因为混凝土在新拌状态下，拌和物中颗粒间充满着 水，如养护不足，表面失水速率超过内部水向表面迁移的速率时，则会造成毛细 管中产生负压，使浆体产生塑性收缩。 1 3 6 碳化收缩 空气中含c 0 2 约0 0 4 ，在相对湿度合适的条件下，c 0 2 能与混凝土中水泥 水化生成的水化物如c a ( o n ) 2 、c - - s - - h 凝胶等起反应，称为碳化【州。碳化伴随 着体积的收缩，称为碳化收缩，是不可逆的。碳化收缩和干缩的叠加受到内部混 凝土的约束，可能会引起严重的开裂。无论是单纯的碳化，还是在干缩的同时发 生的碳化，或者干燥后碳化产生收缩，都在相对湿度为5 0 左右最大。 1 4 影响收缩的因素 影响砂浆收缩的因素很多1 2 4 1 ，主要有以下几种： 1 4 1 水泥品种 水泥品种的影响主要体现在水泥的矿物组成和细度方面，水泥的组成对砂浆 的收缩影响较大，尤其是化学收缩和自收缩。不同品种水泥因掺合料的差异，砂 浆干燥收缩值也不同。 6 重庆大学硕士学位论文1 绪论 1 4 2 砂浆的配合比 砂浆的配合比对收缩的影响主要体现在单位用水量、水泥用量、水灰比、砂 率等参数上。单位用水量的影响比水泥用量更大，在用水量一定的条件下，砂浆 的收缩随水泥用量的增加而加大，幅度较小；在砂灰比一定条件下，砂浆收缩随 水灰比的增大而明显增大。在配合比相同条件下，砂浆收缩随砂率的增大而增大， 但幅度较小。一般当水胶比大于0 4 0 时，可不考虑砂浆自收缩的影响，但当水胶 比小于o 4 0 时，砂浆自收缩的影响才凸显出来。 1 4 3 外加剂种类的影响 外加剂能够使砂浆收缩不同程度的降低。膨胀剂能够有效的抑制砂浆的收缩； 减缩剂能明显降低砂浆早期自收缩和干燥条件下的总收缩；聚丙烯纤维能在一定 程度上降低早期自收缩。 1 4 4 其它因素的影响 其它因素对砂浆收缩的影响主要包括环境温度和湿度、养护条件、龄期、结 构特征等。周围环境湿度越低收缩越大；周围温度过高过低也会导致收缩的增大， 处于日晒状态的砂浆收缩比阴凉状态下的要大得多；延长初期潮湿养护时间仅能 推迟干缩的开始，但对最终干缩值影响不大。砂浆收缩随龄期的增长而加大，在 9 0 d 龄期以前增长速率很快，9 0 d 龄期以后，收缩增长速率逐渐减小，一年以后， 收缩增长速率就更小。砂浆干缩过程是由表面向内部扩展，但扩展速度较慢，于 缩值在很大程度上随试件外观尺寸和形状而变化。 1 5 抗裂砂浆研究的现状 随着人们对居住环境的要求越来越高，商品砂浆得到了广泛的应用和推广。 商品砂浆的品种丰富，备料方便，施工快捷，性能优越，具有良好的保水性、和 易性、耐久性。商品砂浆分为预拌砂浆和干拌砂浆，干拌砂浆在上世纪9 0 年代末 得到了大力发展。随着建筑节能工作的不断深入，新型墙体材料不断涌现，在新 型墙体材料的使用过程中，墙体开裂渗漏的现象非常严重。为了有效地解决砂浆 的开裂问题，许多科研人员做了大量的研究。 韩春源【2 目研究苯乙烯一丙烯酸丁酯乳液的单体比例及聚灰比( 聚合物与水泥 的比) 对苯乙烯一丙烯酸丁酯乳液改性水泥砂浆性能的影响。通过改变单体比例而 合成的苯一丙乳液所配制的水泥砂浆，抗裂性能得到大大提高，抗弯性能得到很 大改善，密实性也大为增强，该改性水泥砂浆可以作为防渗抗裂护面材料。 梅爱华1 2 6 】研究了低掺量聚丙烯纤维( 重量掺量为o 1 9 ) 对普通砂浆的抗折、抗 压、抗渗、收缩率的影响，探讨和分析了纤维的加入对普通水泥砂浆的影响。在 普通的水泥砂浆中加入一定量的纤维能显著提高砂浆的抗裂抗渗、降低砂浆收缩 重庆大学硕士学位论文l 绪论 率、提高抗压抗折强度等。 朱成志 2 7 1 介绍了防水抗裂砂浆的原材料及其性能、配比、工艺流程、生产技 术、产品的物理力学性能及特点等。 程波【2 8 】等针对目前新型墙体材料应用中产生的裂缝问题，从提高砂浆粘结强 度和减小收缩的角度出发，通过引入聚合物、微膨胀组元和消泡剂，研制成新型 砂浆复合添加剂。掺入砂浆复合添加剂后，抗折强度提高1 0 左右，折压比提高达 到3 0 ，砂浆5 6 天的收缩值比基准砂浆减小1 0 0 1 3 0 1 0 4 m ，m ，能有效提高砌体的 抗裂能力。该砂浆复合添加剂既可用于预拌商品砂浆，其固体粉末形式也可用于 干粉砂浆。 蔡苇 2 9 1 等通过在普通水泥砂浆中掺入聚合物，可以配制出施工和易性好、粘 结强度高、抗裂性优良的聚合物改性砂浆。该文主要分析了聚合物品种和掺量、 养护制度对水泥砂浆性能( 和易性、粘结性、抗裂性1 的影响。 刘远屏【3 0 】等研究了轻质千拌抹灰砂浆，主要用于装修工程中各种类型的基底 找平，施工方便、质量可靠保证性强，可有效的克服抹灰工程空鼓龟裂的质量通 病与弊病。 建筑砂浆的龟裂现象是建筑业界普遍关注的问题【3 ”，微晶砂浆外加剂因其独 特的材料特性，可以提高砂浆的和易性、保水性、增强抗变形性能，从而提高砂 浆的抗裂防渗能力，通过试验研究和应用实例得到了证明。 王春阳【3 2 】通过不同品种保水剂对抗裂抹灰砂浆性能影响的研究，找到了其对 砂浆改性的规律，发现在抗压、抗折强度降低很小的情况下，也能显著改善砂浆 塑性和韧性。 马保国【3 3 l 等研究可再分散乳胶粉掺量对用于墙体薄抹灰的抗裂干粉砂浆的压 折比、耐冻融性、干燥收缩性的影响，系统评价该种砂浆的抗裂性能，同时也从 压覆网格布、刷弹性养护液等施工工艺角度分析提高砂浆抗裂性能的措施。 张义顺 3 4 1 等从降低吸水率，提高抗渗压力着手，克服纤维素醚和v a e 在单独 使用时所造成的缺陷，提高强度和抗裂能力。为优化干粉砂浆的防水抗渗性能， 加入憎水性聚合物、可再分散乳胶粉、减水剂等一系列添加剂，通过抗压、抗折、 抗渗等试验，对试验数据进行分析，阐述了可再分散乳胶粉在干粉砂浆的作用机 理和憎水性聚合物的憎水机理，得出一种综合性能较高又经济的复合添加剂，满 足工程、建筑防水抗渗要求。 1 6 课题的提出及其研究目的和内容 1 6 1 课题的提出 随着对节约能源与保护环境要求的不断提高，外保温系统的优势逐渐被人们 8 重庆大学硕士学位论文1 绪论 所重视，外墙外保温技术得到了长足的发展，与之配套的抹面抗裂砂浆也成为人 们研究的重点。 胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统【 l 简称胶粉聚苯颗粒外保温系统 e x t e r n a l t h e r m a li n s u l a t i n gr - d e r i n gs y s t e m sm a d eo f m o r t a rw i t l lm i n e r a lb i n d e ra n du s i n g e x - p a n d e dp o l y s t y r e n eg r a n u l ea sa g - g r e g a t e ( 英文缩写为e t m s ) ，设置在外墙外侧， 由界面层、胶粉聚苯颗粒保温层、抗裂防护层和饰面层构成，起保温隔热、防护 和装饰作用。用作外墙外保温的砂浆，除应具有良好的施工和易性和热工性能外， 还应具有优良的耐候抗裂性。 从整个体系的长期使用情况来看，粘结层与防护层的性能好坏是影响整个体 系稳定性的关键因素。防护层对系统长期稳定性与机械稳定性起关键作用。对防 护层砂浆的技术要求【3 6 】为：良好的施工性，适合大面积涂抹；与e p s 保温砂浆良好 的粘结性，达到或超过e p s 保温砂浆的本体强度；具有足够的舒张或柔韧性，能够 分散收缩应力，避免开裂；良好的耐冲击性，在外力冲击下不破损；僧水性与透 气性，防止水的侵入而造成对系统的破坏，同时使内部水分及时挥发；长期的耐 久性，起关键作用的聚合物能够在种种气候条件下长期稳定地发挥效能。 抗裂砂浆是由普通硅酸盐水泥、特细砂、多种外加剂按一定比例拌合均匀制 成的具有一定柔韧性的砂浆，是涂敷在e p s 保温砂浆上的面层砂浆，确保自身不开 裂、不空鼓，它具有保护保温层的作用。面层砂浆若出现裂缝和空鼓的情况，不 仅产生安全隐患，还会严重影响e p s 保温砂浆的保温性能，所以面层砂浆的抗裂性 很重要。 外墙外保温系统基本构造【3 5 】是：基层界面处理剂，胶粉聚苯颗粒保温层，抗 裂防护层，饰面层。如表1 1 所示。 表1 1 面砖饰面胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统基本构造 t 抽1 1 t b e f u n d a m e n t a lc o n s t r u c t i o n o f e t i r s ( f a c e t i l e ) 面砖饰面胶粉聚苯颗粒外保温系统基本构造 基层墙体 界面层 保温层抗裂防护层饰面层 第一遍抗裂砂浆 粘结砂浆 混凝土墙及 界面胶粉聚苯颗粒+ 热镀锌钢丝网( 用塑料锚栓 + 面砖 各种砌体墙砂浆保温砂浆 与基层锚固) + 勾缝料 + 第二遍抗裂砂浆 胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统的施工流程为： 基层墙体处理一墙体混凝土基面抹专用界面剂一吊垂直、套方、弹控制线一 9 重庆大学硕士学位论文1 绪论 用保温浆料做灰饼、冲筋一抹保温浆料一抹抗裂砂浆一铺设玻纤网格布或钢丝网 一抹抗裂砂浆一饰面层施工。 胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统抗裂砂浆性能指标如表1 2 所示。 表1 2 胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统抗裂砂浆性能指标 t a b l 2 t h ea n t i - c r a c k m o r t a r p e r f o r m a n c e i n d e x o f e t i r s 可操作时间1 5 h 可使用时间 在可操作时间内拉伸粘结强度：= 0 7 m p a 拉伸粘结强度( 常温2 8 d )兰o 7 m p a 浸水拉伸粘结强度( 常温2 8 d ，浸水7 d )之o 5 m p a 压折比! 多0 1 6 2 课题的研究目的 研究胶粉聚苯颗粒保温系统抗裂防护层抗裂砂浆，具有良好的施工性能和韧 性，具有抗开裂作用，能够指导施工。 1 6 3 课题的研究内容 l 、砂的种类对砂浆性能的影响。 2 、灰砂比对砂浆性能的影响。 3 、水泥标号对砂浆性能的影响。 4 、灰钙粉对砂浆性能的影响。 5 、双飞粉对砂浆性能的影响。 6 、聚丙烯纤维对砂浆性能的影响。 7 、胶粉对砂浆性能的影响。 8 、纤维素醚对砂浆性能的影响。 9 、木质纤维对砂浆性能的影响。 l o 、膨胀剂对砂浆性能的影响。 1 1 、抗裂砂浆的配制。 1 0 重庆大学硕士学位论文2 外加成分对砂浆性能的作用机理分析 2 外加成分对砂浆性能的作用机理分析 2 1 聚丙烯纤维对砂浆性能的作用机理 聚丙烯纤维是以丙烯单体在一定条件下聚合而成的结构规整的结晶型聚合物 3 7 1 ，在合成纤维中具有密度小、湿强度高、延伸率大、耐碱性好、价格低等 3 s 1 特 点。研究表明【3 “，在水泥基材料中加入聚丙烯纤维，能够改善砂浆的脆性破坏 特性，减少砂浆塑性收缩裂缝，提高砂浆的韧性及抗冲击性能，大大提高其抗裂 能力。 下面我们讨论聚丙烯纤维对砂浆的作用机理【2 6 1 讲】。 聚丙烯纤维在控制砂浆的塑性收缩裂缝上的主要作用为：阻滞塑性收缩裂缝的 产生和限制裂缝的发展。在水泥水化过程中，化学收缩、干燥收缩、温度收缩、 塑性收缩、自收缩、本身的脆性等原因引起收缩变形。由于水泥基材料自身的收 缩，引起材料内部存在许多不同尺度的微裂纹。加入聚丙烯纤维后，由于其分布 均匀，起到类似筛网的作用，抑制了水泥基材料中的颗粒下沉，在结构形成的过 程中聚丙烯纤维在水泥基材料内部形成一个三维交错的网络体系，减缓了由于水 泥基材料快速失水所产生的裂缝，延缓了第一条塑性收缩裂缝出现的时间。同时， 由于聚丙烯纤维的直径很细，纤维间距小，因此具有明显的阻裂效应，能够有效 抑制砂浆中裂纹的产生和发展。在砂浆开裂后，聚丙烯纤维的抗拉作用能够阻止 裂缝的进一步发展。 聚丙烯纤维还能够提高砂浆的抗渗性嗍。在砂浆中掺入聚丙烯纤维后，均匀分 布在砂浆中彼此相粘连的大量纤维起了“承托”骨料的作用，降低了砂浆表面的析水 与集料的沉降，从而使砂浆中直径为5 0 1 0 0 纳米和大于1 0 0 纳米的孔隙含量大大 降低，有效提高了砂浆的抗渗能力。此外，由于聚丙烯纤维的存在，减少了砂浆 的收缩裂缝尤其是连通裂缝的产生，因而减少了渗水通道，提高了砂浆的抗渗性 能。 需要指出的是：由于聚丙烯纤维的弹性模量只有砂浆的5 0 左右，根据复合材 料理论，与不掺纤维的普通砂浆比，聚丙烯纤维砂浆的抗压强度将有所降低m ， 而抗折强度却有所提高。原因在于砂浆内部的微裂缝对抗折强度影响远大于对抗 压强度的影响。由于收缩造成砂浆内部存在微裂纹，在结构形成的过程中聚丙烯 纤维阻止了这些裂缝的引发，从而减少了裂缝源的数量，并使裂缝尺度变小，降 低了裂缝尖端应力集中程度，而且在受力过程中纤维的存在又抑制了裂缝的引发 与扩展。 重庆大学硕士学位论文2 外加成分对砂浆性能的作用机理分析 2 2 胶粉对砂浆性能的作用机理 可再分散乳胶粉【l 】是高分子聚合物乳液经喷雾干燥，以及后续处理而成的粉状 热塑性树脂，通常为白色粉状。主要应用于建筑方面特别是千拌砂浆增加内聚力、 粘聚力与柔韧性。 大量的试验研究表明，可分散乳胶粉可以改善砂浆的抗裂性能，提高粘结性、 抗折强度、内聚力、冲击性和耐磨性，提高保水性和良好的施工性【4 7 1 ，因而深受 市场的青睐。在砂浆中采用可再分散乳胶粉可以使砂浆的和易性得到明显改善， 保水性、粘聚性提高，泌水程度下降。可再分散乳胶粉加入砂浆后使砂浆的韧性 有了很大的改善，大大提高砂浆的粘结强度 4 8 - 5 0 】。 可再分散乳胶粉在干拌砂浆中的作用机理【1 , 5 1 卫l 表现在以下几个方面： 第一，可再分散乳胶粉与其他无机胶粘剂以及各种骨料、填料和其他添加剂 进行物理混合制成干拌砂浆。当将干拌砂浆加入水中搅拌时，在亲水性的保护胶 体以及机械剪切力的作用下，胶粉颗粒分散到水中，可再分散乳胶粉通常使砂浆 含气量提高对砂浆的施工起到润滑的作用，以及胶粉尤其是保护胶体分散时对水 的亲和以及随后的黏稠度对施工砂浆的内聚力提高从而提高了和易性。 第二，可再分散乳胶粉在砂浆中润湿后，在砂浆的气孔以及固体的表面互相 融合，最终成为连续的高分子薄膜。随着最终聚合物薄膜的形成，在固化的砂浆 中形成了由无机与有机粘结剂构成的框架体系，即水硬性材料构成的脆硬性骨架， 以及可再分散乳胶粉在间隙与固体表面成膜构成的柔韧性连接，这种连接可以想 象成由很多细小的弹簧连接在刚性的骨架上，由于胶粉形成的高分子树脂薄膜的 拉伸强度通常高于水硬性材料一个数量级以上，使得砂浆自身强度得以增强，即 内聚力得以提高。由于聚合物的柔性，形变能力远高于如水泥等形成的刚性结构， 砂浆的可变形性得以提高，分散应力的作用得到大幅提高，从而提高砂浆的抗裂 能力。 2 3 纤维