影响粘结干粉砂浆性能的因素研究

1 前言
传统砂浆由于其成本的大幅增加, 工地现场存在着原材料质量难于检验, 材料储存环境难于符合要求,混合比例难于精确等问题, 而干粉砂浆由于其良好的施工性能和质量稳定性受到广大消费者的欢迎。作者针对传统粘结砂浆施工和易性差、粘结力低、耐久性差、用于粘贴外墙饰面砖易剥落等问题, 旨在开发出一种性能优良、价格低廉的粘结干粉砂浆, 本文主要研究影响粘结干粉砂浆的因素, 为进一步研究其配制和机理提供可靠依据。

2 试验原材料及试验方法
2.1 原材料
2.1.1 水泥
实验所用水泥为河南焦作坚固水泥厂生产的32.5级普通硅酸盐水泥、42.5 级普通硅酸盐水泥和42.5 级普通硅酸盐水泥。
2.1.2 砂
砂为信阳河砂, 烘干使用, 经测定, 砂的细度模数为2.6, 属中砂。
2.1.3 可再分散乳胶粉
实验用的可再分散乳胶粉为上海尚南贸易有限公司的VINNAPAS RE5044N( 简称RE5044N) ,其规格和性质见表1。

2.1.4 减水剂
实验用减水剂为河南建材研究院研制的JHK- 1高效萘系减水剂。

2.2 试验方法
稠度、分层度、抗压强度及抗折强度试验按照《建筑砂浆基本性能试验方法》( JGJ70- 90)执行。根据国内外文献的介绍, 砂浆的粘结强度有许多种方法, 其中包括正方形试件粘结、“8”字型试件粘结、直接剪切粘结、粘结抗弯等。国内多采用“8”字型试件粘结, 但由于应力集中测试数据不准确, 测出的粘结强度值离散性较大。日本材料科学协会推荐的粘结强度试验方法是:粘结强度由粘结抗折试验给出见图1。用抗折的方法测粘结强度方法简单, 试验所得数据的离散性较小, 所以本次试验用粘结抗折强度来表示。试模采用40 mm×40 mm×160 mm 尺寸。基准砂浆也采用上述尺寸, 配合比为水泥∶砂∶水=1∶2∶0.5, 成型后同胶砂试验, 标准养护后, 将试件用切割机切成两半, 并在砂轮上修整。基准砂浆的粘贴面在浇筑前保持湿润, 把新拌的砂浆浇筑到40 mm×40 mm×80 mm 的基准砂浆断面上, 成型出40 mm×40 mm×160 mm 的砂浆, 喷淋洒水薄膜养护3 d 后脱模, 而后薄膜养护到28 d。28 d 后按抗折强度的方法测定粘结抗折强度。

图1 粘结抗折强度试件
注: 左半部分为新砂浆, 右半部分为老砂浆

3 试验结果与分析
3.1 稠度对砂浆性能的影响
砂浆需要一定的稠度, 这对于熟练工人是很熟悉的。他们加入一定的水以获得合适的稠度。需水量取决于砂浆的组分及它们在配料中的比例。纤维素醚也是影响需水量的主要因素。有经验的建筑工人凭借经验将干粉砂浆与水相混合以达到期望的稠度。水量过高或者过低都将造成砂浆性能不符合要求。需水量用水固比表示(w/s)。在粘结干粉砂浆配制过程中, 应该将w/s 值调节到建筑工地能使用的稠度。如果将具有不同添加剂以及不同添加剂量的配方进行比较, 那么一般说来, 用相同水固比值的配方是没有意义的, 因为几乎所有的添加剂均会稍微改变稠度值。采用坚固42.5 级普通硅酸盐水泥、灰砂比为1∶2、掺量为1%的JHK- 1 高效减水剂进行三组稠度试验,稠度分别为4.5 cm、5.5 cm、6.5 cm, 将这三种稠度的砂浆振动成型为70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm 的试样, 放在空气中自然干燥, 28 d 后观察它们的表面情况。具体见表2。
表2 不同稠度对砂浆结构的影响

当稠度低于5.5 cm 时砂浆干涩, 无法满足施工要求, 且砂浆不能密实成型; 当稠度为6.5 cm 时, 泌水现象严重, 泌水使得浆体孔隙率增大, 导致砂浆结构疏松, 严重影响砂浆的强度。稠度对砂浆的强度有很大的影响。原因分析如下:
当稠度为4.5 cm 时, 因胶凝材料不能正常水化, 导致砂浆结构疏松。而稠度为6.5 cm 时, 由于水分过多, 在早期失水速率过快, 泌水加剧, 硬化浆体产生大量的孔隙造成界面不密实, 所以在施工现场应严格控制砂浆的稠度, 以免影响施工质量。因而, 试验过程中, 砂浆的稠度控制在5.5 cm 左右。

3.2 灰砂比对粘结干粉砂浆性能的影响
不同的灰砂比, 对配制粘结干粉砂浆的性能, 尤其是力学性能会产生较大的影响。配制粘结干粉砂浆, 首先要保证其具有良好的和易性与施工性。要做到这一点, 就要保证砂浆具有足够的水泥浆体。
水泥浆体的需求量取决于砂子间孔隙率的大小和表面积的大小。较小的孔隙率和较小的总表面积可以减少水泥浆量, 那么不但不经济, 而且会因为砂浆中不含细骨料, 水泥用量过高导致砂浆收缩过大, 还可能导致砂浆开裂。所以灰砂比是关系到砂浆技术经济性的一个很重要的指标。施工现场在拌制砂浆过程中是不能随意添加砂子和水的。折压比是反映水泥砂浆的韧性和柔性指标, 拉压比是反映水泥砂浆的塑性指标, 在此我们考察灰砂比对折压比的影响, 也就是考察掺量对韧性和柔性的影响。试验中采用信阳河砂、坚固42.5 级普通硅酸盐水泥, 加入水泥量的1%RE5044N 乳胶粉, 变化灰砂比,固定稠度在5.5 cm 左右, 测定砂浆7 d 折压比、7 d 抗压强度和抗折强度、28 d 粘结强度, 比较它们的分层度, 结果见表3 和图2、图3、图4。


从表3 和图2、图3、图4 可以看出, 并不是灰砂比越大, 粘结强度越高。灰砂比为1∶1 时, 砂浆的粘结强度并不高, 分层度也最大, 但没有超过砂浆离析分层的上限3.0 cm。而砂浆的粘结强度不高是因为砂浆水泥含量高, 早期收缩大, 导致砂浆与基层界面的破坏。
从图表中我们还可以看出, 随着灰砂比的减少, 砂浆的分层度也在减小, 7 d 抗压强度、7 d 抗折强度减小, 7 d 折压比增大。但灰砂比1∶1 和1∶2 相比, 28 d 粘结强度相差不大。灰砂比1∶2 的砂浆柔韧性最好。这说明降低灰砂比, 对改善砂浆的韧性有一定效果。在满足施工条件下, 适当降低灰砂比是降低脆性提高柔性的有效方法之一。由于灰砂比1∶2 的砂浆28 d 粘结强度与灰砂比1∶1 的相差不大, 因此决定在以后的试验中将采用1∶2 的灰砂比。

图4 中表明砂浆的灰砂比不宜低于1∶6, 否则, 瓷砖等材料会因粘结强度不足而出现脱落事故。这是因为随着灰砂比的减小, 用于填充砂子空隙及包裹砂子的胶凝材料不足, 引起粘结强度降低。

3.3 不同等级水泥对粘结干粉砂浆性能的影响
不同等级的水泥对配制粘结砂浆的性能, 尤其是力学性能会产生较大的影响。现采用坚固32.5 级普通硅酸盐水泥、坚固42.5 级普通硅酸盐水泥、坚固52.5级普通硅酸盐水泥进行对比试验, 结果见表4。试验配合比为: 水泥∶砂子∶RE5044N 乳胶粉∶JHK- 1 高效减水剂=1∶2∶0.01∶1, 稠度控制在5.5 cm 左右。从表3 可以看出, 不同等级水泥对砂浆的和易性影响不大, 对砂浆的力学性能影响较大。随着水泥标号的提高, 7 d 折压比由大变小, 表明砂浆的韧性减弱, 28d 粘结强度提高, 分层度降低。坚固42.5 级普通硅酸盐水泥与坚固52.5 级普通硅酸盐水泥相比, 前者的7 d折压比是后者的1.05 倍, 前者28 d 粘结强度略比后者低, 基本上相差不大。所以, 可选用42.5 级普通硅酸盐水泥配制粘结干粉砂浆, 当然也可选用52.5 级普通硅酸盐水泥, 两者用来配制粘结干粉砂浆意义差别不太
大。
表4 不同等级水泥对砂浆基本性能的影响

3.4 养护制度对粘结干粉砂浆性能的影响
在粘结干粉砂浆中, 水泥的水化需要潮湿的环境,而聚合物一般是通过失水凝结成膜的, 需要干燥的环境, 这是一对矛盾。因此, 对粘结干粉砂浆的养护, 必须考虑既让水泥充分水化, 又要保证聚合物能够干燥凝结成膜, 从而提高砂浆的开裂性与耐久性。因此, 我们首先对同一配合比( 水泥∶砂子∶RE5044N 乳胶粉∶JHK- 1 高效减水剂=1∶2∶0.01∶1) 成型的粘结试件进行了四种不同的养护试验: ①标准养护;②薄膜养护, 即前3 d 每天喷淋洒水一次而后薄膜覆盖到28 d; ③先自然养护14 d, 再标准养护14 d; ④自然养护。试验结果见表5。

从试验结果可以清楚地看出, 对于粘结干粉砂浆, 薄膜养护是最好的, 自然养护最差, 标准养护与先自然养护14 d 再标准养护14 d 效果均不好。本次试验薄膜养护是前3 d 每天喷淋洒水一次而后薄膜覆盖。初始喷淋洒水可使水泥充分水化, 而后不补水使得聚合物乳液逐渐干燥成膜, 产生胶结作用。乳液失水聚合过程中, 水泥还可以利用这部分水进一步水化, 从而充分发挥了水泥和聚合物的胶结作用。自然养护为聚合物凝聚成膜提供了一个较干燥的环境, 但缺乏水泥前期水化时所用的水分, 使得粘结强度不高。而标准养护时试件周围湿度一直处于90%以上, 聚合物在这种情况下也无法很好地成膜。先自然养护14 d 再标准养护14 d与标准养护相比, 前者低于后者, 原因是前者缺少水泥水化的水量, 又缺少后期所需的干燥环境, 前者是最不好的养护制度。

综上所述, 薄膜养护最有利于砂浆粘结强度的发展。在实际应用时, 砂浆通常只需早期浇水养护, 后期自然硬化即可。因此, 在后面的试验中采用薄膜养护。

4 结论
a.用相同水固比配制砂浆是没有意义的。根据砂浆的工作性及结构特征, 本试验中控制砂浆的稠度在5.5 cm 左右。
b.采用1∶2 的灰砂比可获得分层度小、柔性大、粘结强度高的砂浆。在满足施工条件下, 适当地降低灰砂比是降低脆性提高柔性的一个有效方法, 当然也降低了单位立方水泥的用量。
c.试验采用不同标号的水泥, 对配制砂浆的抗压强度、抗折强度有一定的影响, 但由于粘结干粉砂浆对抗压强度、抗折强度的要求相对低些, 故从砂浆的折压比和粘结强度的数值来看, 42.5 级普通硅酸盐水泥适宜配制粘结干粉砂浆
d.不同的养护制度将严重影响到粘结干粉砂浆的粘结强度。通过试验发现, 薄膜养护最好, 自然养护最差。先自然养护14 d 再标准养护14 d 与标准养护均不适宜。薄膜养护接近实际施工条件。

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