天然无水石膏自流平砂浆抗裂性的研究

　　摘 要：研究了聚丙烯纤维掺量、纤维长度及减缩剂掺量等对天然无水石膏自流平砂浆塑性收缩开裂性能的影响。结果表明 ：纤维和减缩剂的加入，均能有效提高石膏自流平砂浆的抗裂性能；纤维越长，抗裂对于砂浆抗裂性能的提高效果越显著；减缩剂在砂浆各龄期均能有效减少砂浆硬化过程中的收缩，从而提高砂浆的抗裂性能。
　　关键词：石膏自流平砂浆 抗裂性 聚丙烯纤维 聚丙烯腈纤维 减缩剂
　　中图分类号：TQ17 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2011）10（c）-0000-00
　　
　　天然无水石膏自流平砂浆由于流平性好、早期强度高、易于铺设、施工速度快、工期短等特点，已经成为一种发展前景看好的建材产品。它适用于公共建筑地面以及家庭居室地面等。
　　在使用中，自流平砂浆总是附着在地面混凝土或砂浆材料上，当两种材料产生不一致变形时，就会产生相互作用，这种作用通常是导致硬化砂浆开裂的动力。同时，自流平砂浆通常是以薄层的形式出现这一特点决定了砂浆的行为很容易受环境的影响。例如：在干燥环境下，砂浆很容易产生干燥收缩；在环境温度发生变化时，砂浆也很容易产生温度变形。砂浆层的这种变形通常是与基层不一致的，而这种变形的不一致性是产生内应力的源泉。也就是说，硬化砂浆中存在着引起开裂的因素。由于自流平砂浆使用的特殊性，开裂现象是经常可见的。硬化砂浆的开裂问题成为商品砂浆技术发展的一个殛待解决的问题。
　　引起开裂的因素很多，对于厚度为 l 0 mm的自流平水泥砂浆地面( 以下简称为地面) ， 收缩应力是导致其早期开裂的最重要因素。随着收缩应变的增加，由于地基对地面的约束，使地面不能自由变形，从而形成沿其长度方向分布的收缩应力。当收缩拉应力达到砂浆的抗拉强度时，地面就会开裂。[1]
　　在天然无水石膏水化硬化过程中存在着化学收缩干燥收缩自收缩温度收缩塑性收缩几种类型的体积变化。[2]因此，对地面用自流平砂浆收缩应变进行控制，将有利于降低地面的开裂风险。另外，地面的厚度和长度等几何参数也会不同程度地影响天然无水石膏地面收缩应力的大小。
　　水泥砂浆和混凝土抗裂性能的研究很多，如平板法实验和圆环实验。但是研究石膏基胶凝材料制品抗裂性的文献却尚无报道，本文通过改进的平板法抗裂实验方法研究天然无水石膏自流平沙浆的抗裂性能。
　　目前，改善沙浆开裂的方法主要有加入抗裂纤维和减缩剂。
　　
　　1 实验方法
　　改进的大板法所用试模的尺寸为：长×宽×厚=600mmx600mmx20mrn。模具的四边用20x20等边角钢制成，模具四边与底板通过螺栓固定在一起；在模具每个边上同时用双螺帽固定1排共14个φ10×100mm螺栓（螺纹通长）伸向锚具内侧。当浇筑后的自流平沙浆平板试件发生收缩时，四周将受到这些螺栓的约束。在模具底板的表面铺有低摩阻的聚四氟乙烯片材。模具作为试验装置的一个部分，试验时与试件连在一起。
　　石膏自流平砂浆塑性干缩试验过程如下：用手工拌和料和水约3min，使各成分均匀，将拌和料浇注到平放的试模之中，自然养护至初凝用位于试模边150mm的电风扇以0.5m／s左右的风速吹向试模，同时开启位于试模上方1.5m处的1000W碘钨灯。由于砂浆与钢筋粘结良好，砂浆收缩受到钢筋限制。在产生收缩时试块周边的移动减至最小，因此裂纹只在钢筋架范围内产生约束力，在水泥终凝前观察裂纹的产生。光照4h后关掉碘钨灯，风吹24h后关闭电风扇。试验采用Kraai关于计算开裂指数的方法，把裂缝宽度分为4级，分别有对应的代表值，见表1所示的裂纹宽度权值表。采用读数显微镜测量裂缝宽度，并按裂缝宽度分段测量裂缝长度I-Ji，以列出的裂缝宽度权值Ai，按式(1)计算塑性干缩开裂总权重值w：
　　
　　2 实验结果与讨论
　　2.1 聚合物纤维对于砂浆抗裂性影响
　　
　　
　　试验测得的塑性干缩开裂总权重值w见表2 。图1(a)和 图 1(b)分别为素砂浆和纤维砂浆的裂缝对比图。从图1可以发现，纤维砂浆的试件表面的塑性收缩裂缝分布广而微细，而素砂浆的裂缝比较宽而且较长，说明纤维砂浆的抗裂性能有了明显的改善。
　　纤维在低含量的范围内可有效地控制砂浆塑性裂缝的产生，降低裂缝的宽度。这主要是因为纤维在砂浆中呈三维乱向分布，当砂浆中一旦有裂缝产生时，纤维与裂缝的前端相交，可以削弱甚至消除裂缝引起的拉应力。使裂缝的发展得到有效的控制。
　　从表2中不难看出，长纤维 (12mm)控制砂浆塑性裂缝的效果比短纤维稍好一些 ，这是由于纤维长度的增加提高了纤维与水泥砂浆基体的粘结力，因此增强了砂浆的塑性抗裂能力。
　　2.2 减缩剂对于砂浆抗裂性能的影响
　　
　　从表3中可以看出，裂缝的长宽以及裂缝的条数均明显的减少，在纤维砂浆的基础上加入减缩剂，可更加有效的控制裂缝的产生和分布。从表4中可以看出，由于减缩剂的加入，试块各龄期的收缩值均有明显的减少，尤其是在早期。
　　减缩剂是近年来出现的一种只减少混凝土及砂浆在干燥条件下产生收缩的外加剂，减缩剂不仅能有效延迟砂浆初裂时间，且裂缝宽度及其发展速度都大大降低 ，表明减缩剂具有显著的抗裂效果，同时减缩剂的作用效果不受养护条件与约束条件的限制，可以充分发挥其减缩抗裂功能。减缩剂作为一种减少砂浆孔隙中液相表面张力的有机化合物，其丰要作用机理就是降低砂浆毛细管中液相的表面张力，使毛细管负压下降，减小收缩应力。
　　
　　3 结论
　　(1)在掺量较低的情况下，聚丙烯纤维和聚丙烯腈纤维均可明显改善石膏自流平砂浆的抗裂性能。
　　(2) 纤维越长，对于石膏自流平砂浆抗裂性能的提高作用更加有效。
　　(3)加入减缩剂可以显著减少石膏自流平砂浆的各龄期的收缩，从而降低因为收缩较大而引起的开裂风险。
　　(4)纤维和减缩剂共同加入石膏自流平砂浆，对于提高自流平砂浆的抗裂性，叠加效果显著。
　　
　　参考文献
　　[1] 张君，张明华，郭自力．自流平砂浆地面收缩应力的计算及其影响因素[ J] ．建筑材料学报，2008，（8）：380~385
　　[2] 马丽嫒，姚 燕，田 培，王 玲，尚礼忠，贾祥道．国内外混凝土的收缩性能及抗裂性试验研究方法评述 [ J] ．中国建材科技，2001，（1）：27~31
　　[3] 陈肇元，廉会珍，李克非．混凝土结构耐久性及施工指南[ S] ．中国土木工程学会，CCES 01-2004:62~64