石灰-水泥建筑抹灰砂浆的配方设计与性能研究.doc

石灰水泥建筑抹灰砂浆的配方设计与性能研究刘晓斌，王栋民，惠飞，范德科，罗小红（中国矿业大学(北京) 混凝土与环境材料研究所，北京 100083）摘要：通过研究石灰水泥体系抹灰砂浆中水泥品种及其用量、石灰的用量，以及引气剂、憎水剂、纤维素醚对其施工性能、强度以及柔韧性的影响规律，制备出了一种性能优良、成本低廉的抹灰砂浆，并介绍了抹灰砂浆在施工过程中应该注意的问题。关键词：抹灰砂浆；强度；柔韧性；憎水性Proportion designing and performance studying of lime-cement building plastering mortarAbstract: Study on the variety of cement and dosage of cement and lime in the lime-cement plastering mortar, and analysis the influence of air-entrained, hydrophobic agent, MC to the mortar on the workability strength and flexility, then achieve a product with high performance and cheap, and introduce the notices in the construction.Key words: plastering mortar; strength; flexility; ability of waterproofing0引言抹灰砂浆在建筑工程中的用量仅次于混凝土，是建筑中重要的组成部分，也是预拌砂浆中占比例最大的部分1。在现今应用广泛的聚苯板外墙外保温系统中，石灰水泥抹灰砂浆应用于整个系统最外层，由于其具有优良的柔韧性和憎水性，因此对外墙外保温体系有较好的保护和装饰功能。目前，国外尤其是欧洲用石灰水泥抹灰预拌砂浆涂料对内外墙进行处理的方法十分普遍，国内市场的潜力很大。1原料与试验方法1.1原材料胶凝材料：（1）拉法基PO 32.5级水泥；（2）32.5级白水泥；（3）PS 32.5矿渣水泥；(4)熟石灰砂：采用2040目，4080目石英砂引气剂：十二烷基硫酸钠憎水剂：瓦克有机硅Powder A粉剂1.2 试验方法强度、密度试验参考中华人民共和国建材行业标准JC 8902001蒸压加气混凝土用砌筑砂浆与抹面砂浆进行测试。2试验结果与分析2.1水泥品种对抹灰砂浆性能的影响本试验基于砂浆的普遍适用性、砂浆的装饰作用以及成本方面考虑，进行了三种相同强度等级（32.5）水泥品种的试验。普通硅酸盐水泥在预拌砂浆中运用普遍，白水泥砂浆可用作装饰作用要求更强的工程，矿渣水泥成本低于前两种水泥品种，而且在石灰水泥砂浆体系的氢氧化钙碱性环境中，矿渣的火山灰活性的激发对砂浆的耐久性有积极的影响。图一为不同品种水泥在相同用量10（熟石灰用量均为20）时14d强度对比图：从图一中可以观察到普通硅酸盐水泥抹灰砂浆的强度高于白水泥和矿渣水泥抹灰砂浆的强度，因此，在保证砂浆施工性能、保水性能等性能要求的下，普通硅酸盐水泥具有更高的强度，在一些强度要求较高的工程中适于使用。由于试验测定的是7d的强度，矿渣水泥的后期强度认为没有发挥出来，但其耐久性能优良。白水泥由于其颜色较淡，易于之后的颜色较浅涂料的涂刷上色。因此可以看出，水泥品种的选用应考虑实际工程的要求，因地制宜。2.2石灰用量对砂浆强度以及压折比的影响本试验对抹灰砂浆中石灰的用量进行了研究，探索其对砂浆强度的影响规律及其水化的特性。并且由于砂浆中加入了引气剂，改善了新拌砂浆的工作性，但是会降低砂浆的强度，但对砂浆的压折比有有利的影响，结果如图二所示：从图二可知，随着抹灰砂浆中石灰用量的增加，14d抗压强度随之增大，用量为6时最低，为0.73MPa，用量为25时最高，为1.27MPa；压折比先是增加，达到约2.5后开始，在石灰用量在20的时候达到最低值1.9，之后又开始增加。综合考虑来讲，强度与压折比在石灰用量为20时达到最佳的性能，即抗压强度比较高同时压折比最低。柔韧性的表征指标很多，例如测量断裂能、抗压模量、极限应变等方法，但是最简单、方便且准确的方法就是压折比。考虑柔韧性是由于抹面砂浆在外墙保温系统应用过程中应该具有保护功能，防止保温体系收到撞击的破坏；另一方面，柔韧性对砂浆的抗裂性能有较强的影响，特别是对抹面砂浆来说，开裂是其最致命的伤害，开裂之后容易造成水的渗入，造成抹面层的脱落，破坏整个抹面层体系。2.3水泥用量对抹灰砂浆性能的影响在抹灰砂浆中，水硬性胶凝材料水泥是砂浆强度的主要来源：水泥用量过少会影响砂浆的强度，但是水泥用量过大会造成砂浆收缩加剧，从而造成砂浆的开裂等不良影响，耐久性变差；同时会加大砂浆的成本，综合考虑来说，应该在保证新拌砂浆工作性能以及后期砂浆强度和耐久性的前提下尽量降低砂浆中水泥的用量。本试验采用了5，10，15，20四种水泥用量（其中石灰的用量均为10）得到的结果如图三所示：从图三中柱形图可以观察到：随着水泥用量的增加，抹灰砂浆的抗压强度呈明显的增加趋势，在水泥用量为20时达到此系列试验的最大的抗压强度，为2.77MPa；在水泥用量为15时抗压强度为1.70MPa。从曲线图可以观察到：砂浆的压折比是随水泥用量的增加增大的，在水泥用量为10，15时趋于平稳，约为2.4左右，在水泥用量为20时，压折比有上升的趋势，达到2.7。3试验机理分析及施工注意事项3.1引气剂、憎水剂、纤维素醚对砂浆性能的影响引气剂主要应用于混凝土，是指在混凝土中形成一些细小的圆形封闭气孔，可进一步提高混凝土的流动性，减少拌合物的离析和泌水，提高混凝土的均匀性，改善混凝土的耐久性（抗渗性、抗冻性）2。引气剂在砂浆中的作用与在混凝土中的作用相似：1、改善砂浆的和易性：在浆体中形成的大量的微小的封闭状气泡，这些微气泡如同滚珠一样，减少集料颗粒之间的摩擦阻力，增加拌合物的流动性；2、减低干拌砂浆的强度：由于浆体中产生更多的气泡，降低浆体的密度，使砂浆的孔隙率增加，从而降低的砂浆的强度，特别是抗压强度。但是由于砂浆中存在大量的气泡，使砂浆弹性变形增大，有利于提高其抗裂性能；3、提高砂浆的抗渗性、抗冻性：由于引气剂引入的是封闭均匀的小孔，阻断了较大的贯穿孔，同时小孔具有缓冲膨胀力的作用，有利于提高砂浆的抗渗性和抗冻性。总之，在抹灰砂浆中加入引气剂能够改善新拌砂浆的和易性，同时对提高砂浆的抗冻、抗渗性能从而提高砂浆的耐久性；但是由于引气剂会使强度的降低，因此要控制其最佳用量。憎水剂的成分是粉末状硅烷，在遇水后能够在砂浆的表面形成膜结构，具有憎水的效果。相关研究已经证实表面防水处理是提高混凝土耐久性的一个有效的措施3,它能在硬化砂浆的表面形成一层具有透气性的膜结构，防止结构外部的水渗入。一方面，由于其有透气性，砂浆内部的水气能够透过此膜，有利于结构内部水分的排出。另一方面，由于这层膜具有憎水性，能够使溅落在砂浆或者砂浆外层涂料上的水滴以更快的速度下落到墙体的根部，减小水分渗入的时间，增强憎水的效果。纤维素醚在砂浆中起着保水、增稠、改善施工性能等作用。良好的保水性能够保证延长砂浆的开放时间，并且减小砂浆由于水化不充分而造成的墙面掉粉、起砂现象。增稠作用能够增加新拌砂浆的湿粘性，改善砂浆与基体的湿粘结性能，提高砂浆的利用率，减少浪费。3.2石灰在砂浆中作用机理分析在建筑业所使用的石灰浆体是通过两个同时进行的过程来完成的，即通过干燥硬化和碳酸化而获得强度：1、干燥硬化，石灰浆体在干燥过程中，由于水分的蒸发形成孔隙网，这时留在孔隙内的自由水，由于水的表面张力，在最窄处具有凹形弯月面，产生毛细管压力，使石灰离子更加紧密而获得附加强度。2、石灰浆体的碳酸化，干燥硬化石灰浆体从空气中吸收二氧化碳，可以生成实际上不溶解的碳酸钙。碳酸钙的晶粒互相共生，由表面逐渐向内部增加。碳酸钙固相体积比氢氧化钙固体体积稍微增大一些，使硬化石灰浆体更加紧密，从而使它坚固起来4。本试验进行的XRD试验结果如图四所示：图四 XRD试验结果从图四中可以观察到：在相同的角度下，表示的Ca（OH）2经过水化后，在空气中与CO2反应生成了CaCO3,表示的峰显示，CaCO3的量是增加的，Ca(OH)2的量在减少，说明石灰与空气中的二氧化碳反应生成了碳酸钙。3.3工程应用中应注意的问题 对基层墙面的要求：基墙必须保持清洁、干燥、无霜冻、无粉尘、无粉化返碱，无墙面松动或涂料剥落现象。同时墙面各处要求吸水率均匀一致，且要求有一定的粗糙度，基面必须无憎水剂处理。砂浆施工：施工前必须将所有设备安装孔及缝隙用合适的材料封口，在安装其它墙体材料或做天花板时必须用抹刀进行一次深至基底的刀切。必要时可润湿墙面，但要求墙面无水膜形成，施工时用不锈钢金属板涂抹。在表面开始硬化时，用不同的工具进行不同的表面抹平处理。此砂浆适用于所有灰浆机进行机械喷涂作业，但不适用喷涂在瓷砖贴面。此外，必须保证此砂浆充分干透才可进行饰面层的施工。等待时间每公分厚度至少10天。注意事项：在施工及养护期间，气候、材料及墙体本身的温度必须高于5。刚上墙的灰浆需保持至少2天的湿环境，如有使用加热设备（尤其是在使用燃气设备）时，要保持良好的通风（考虑到碳化反应），不允许直接对灰浆加热（防止有机添加剂受热而遭到破坏）。4 结论（1）抹灰砂浆中水泥品种的选择应该复合实际工程中的要求，不同情况使用不同种类的水泥；抹灰砂浆由于要保证自身的柔韧性，水泥和石灰的用量要相互配合和适应，经过试验可知，水泥用量为1015，石灰用量为20时，在保证新拌抹灰砂浆工作性能的情况下强度与柔韧性达到较好的结果。（2）抹灰砂浆中添加的引气剂、憎水剂和纤维素醚能够明显的改善新拌砂浆的工作性，提高施工效率以及砂浆的利用率，减少浪费；引气剂的加入能够改善砂浆的柔韧性，提高砂浆