保温墙体系统体积稳定性影响因素研究*

娄建永，张立明，郑林军

(1.杭州永翔建设集团有限公司，杭州，311000;2.浙江明杰建设有限公司，杭州，311000;3.浙江申盛建筑工程有限公司，杭州，311000)

在推广使用新型墙体材料的过程中，出现了普遍的墙体开裂问题，制约了新型墙体材料的推广使用。裂缝的存在降低了砌体结构的强度，降低了墙体的质量，如整体性、耐久性和抗震性能，同时墙体的裂缝也给居民在视觉上和心理上造成不良影响。特别是随着我国墙体材料改革、住房商品化的发展，人们对居住环境和建筑质量的要求不断提高，这就要求对建筑物墙体裂缝的控制更为严格[1][2]。为了解决新型墙体材料开裂这个问题，一是要从设计和构造上加以考虑;二是采用与新型墙体材料相配套的砂浆。从目前现状看，仅采用前一种方法会增加施工难度和成本;本文综合考虑不同种类辅料对抗裂砂浆体积稳定性的影响，研制新型特种抗裂砂浆，改善砌筑砂浆的粘结性能，提高墙体的抗裂能力[3][4]。

1 原材料与试验方法

1.1 原材料

水泥:武汉亚东水泥有限公司生产的P.O42.5水泥，其化学组成见表1，水泥作为外墙保温用保温砂浆、抗裂抹面砂浆和粘接砂浆的主要胶凝材料使用。粉煤灰:武汉阳逻热电厂的Ⅱ级粉煤灰。矿渣微粉:武汉钢铁公司产高炉矿渣。硅粉:武汉钢铁集团森泰冶金有限责任公司产中密质硅灰。

表1 P.O42.5水泥的化学组成 /%

表2 矿物掺合料的化学组成

1.2 试验方法

胶砂干燥收缩测试方法:按照标准 JC/T603－1995《水泥胶砂干缩试验方法》，采用尺寸为25mm×25mm×280mm的试件来测量收缩。试件两端预埋测头，脱模后测量其长度作为初始读数，并转移至干燥环境下，温度(23±2)℃，相对湿度(50±10)%，继续养护分别测量其相应龄期的长度值。

胶砂自收缩变形按照JC/T603－1995《水泥胶砂干缩试验方法》，成型25mm×25mm×280mm试样，养护12h后拆模，用铝箔胶带密封试件，置于(23±2)℃的环境模拟箱0.5h后测定初始长度后，分别在相应龄期时测试件长度，直到收缩值稳定。

2 试验结果

2.1 保稠剂因素研究

选用有机膨润土(K1)和纤维素醚(K2)，其中有机膨润土化学成分为Al2O3·4SiO2·3H2O，其吸水量为其重量的20倍;纤维素醚的吸水量为其自身重量的500～700倍。

如图1所示，图例是保稠剂对水泥浆体化学减缩的影响规律。从图中可以看出，掺入释水剂1h、1d水泥浆体的化学收缩明显降低，作用程度:K2+K1＞K2＞K1。由于释水剂的掺入，增加了体系的实际水量并束缚了浆体的运动，减慢了浆体结构的发展，使水泥水化的化学减缩明显减小。

图1 K1/K2对化学收缩的影响

2.2 纤维因素研究

在抗裂砂浆中加入耐碱纤维，可以使抗裂砂浆的应力分散均匀，从而避免因应力集中引起的开裂。纤维改善砂浆性能主要是通过物理改性使其内部结构发生变化。本身与其他原料不发生反应，故与砂浆有良好的亲和性，可以迅速与其他原料混合，分布极其均匀、彻底。纤维在砂浆中形成一种均匀乱向分布的网络体系，使结构应力分散，从而产生有效的二级加强效果。本研究采用了改性聚丙烯纤维，通过对纤维表面进行处理，增强砂浆与纤维表面的结合，从而提高纤维的使用效率，增强砂浆的抗裂能力[5]。

采用不同掺量纤维与不同尺度纤维对收缩变形的影响的试验方案。从图2可以看出，体积掺量总量为2‰纤维的掺入对试件收缩率的影响非常明显。纤维的掺入，减小了收缩率。

而纤维的混杂存在两个临界掺量，即:最佳混杂比例和最差混杂比例，如图2所示，当体积掺量总量为2‰，3mm和10mm纤维5:5混杂时，其收缩值明显大于其他混杂比例，而当纤维以3mm和10mm纤维7:3混杂时，其收缩值最小。

由于纤维的掺入存在正效应和负效应，适当的纤维量和不同尺寸纤维按适当的比例混杂，能够使砂浆的失水面积减小，水分迁移困难，从而使毛细管失水收缩形成的毛细张力有所降低，减小干燥收缩变形，而掺量过大，混杂比例不合适则增大了纤维与水泥石的界面，使水分迁移更加容易，导致收缩增大。因此体积掺量总量为2‰，3mm和10mm纤维7:3混杂时，从不同层次上使得砂浆更加致密，更有效的减小了干燥收缩，而5:5混杂时反而使界面增加，失水增大，导致收缩增大。

图2 纤维对收缩的影响

此外与基准样相比，改性纤维的掺入明显延长了砂浆的初始开裂时间(如:体积掺量总量为0.2‰，10mm纤维的掺入使开裂时间从32h延长到48h)，降低了该体系的开裂敏感性，而不同尺度纤维的混杂优于单掺纤维，且纤维混杂效应并不是简单以两种纤维的简单加和，体现出叠加效应，长短纤维混掺比例为适于5:5～3:7之间，但不同混杂比例对开裂时间影响不大由于砂浆本身是多相、多组分、多尺度层次的非均质结构特性，单一纤维增强作用是有限的，而不同尺度和不同性质的纤维混杂，使其在砂浆中不同结构和不同性能层次上逐级阻裂与强化，充分发挥各个纤维的尺度和性能效应，并在不同尺度和性能层次上相互补充，产生混杂效应，因此两种不同尺度的纤维混杂性能优于单一尺度纤维。

2.3 胶粉因素研究

传统砂浆泌水量大、保水性差，容易分层离析，涂抹在保温隔热墙体表面上时，由于保温隔热墙体的吸水率高、外界蒸发失水，砂浆将发生严重的失水现象，不但会影响砂浆的正常硬化，而且还会减弱砂浆与保温层的粘结力，降低强度及抗裂性，导致墙面空鼓、开裂、脱落等现象。

在水泥砂浆中掺入聚合物后，会引起水泥砂浆的性质起一系列的变化，诸如，抗折强度提高、抗压强度降低、弹性模量降低、刚性降低、柔性增加、变形能力提高、耐磨性增加、粘结强度提高、耐久性提高等。

可再分散聚合物粉料是具有很好干流动性的粉末，它对水泥砂浆的改性机理与聚合物乳液相同，只不过它先与水泥和骨料进行干混，加水湿拌后重新乳化成乳液。在加入到水泥砂浆和砂浆中后，聚合物与水泥形成两相互穿的网络结构，因乳液中表面活性剂对水泥颗粒的分散作用而提高新拌砂浆的流动度，另外由于乳液本身亲水的胶体特性以及减水性而减小砂浆的泌水和离析现象，同时还能增强砂浆的保水性，延长其凝结时间。一般来说，经聚合物改性后的砂浆的抗拉强度和抗折强度有明显提高，而抗压强度则没有明显改善，甚至有所降低，吸水性也降低，但不透水性增强，抗碳化能力大大提高，同时还有很好的耐油脂性，但不耐有机溶剂。由于聚合物改性的砂浆吸水率大大降低，孔隙率降低(聚合物的填充作用)以及一定的引气作用，它的抗冻性比普通砂浆要好得多。

考察不同胶粉掺量对砂浆体系的收缩影响，第14、28，35，42d 的自然干燥收缩值可见图 3、4。图 3、4为不同胶粉掺量试件在14d、28d后收缩率的对比图。由图可知，在砂浆中掺入胶粉整体的收缩呈明显降低的趋势，在胶粉掺量为1.5%时，水泥砂浆的收缩值降低幅度大。当胶粉的掺量大于2.0%时砂浆的收缩值趋于平稳，即当砂浆中胶粉的掺量在1.0% ～2.0%时，对砂浆的收缩值有明显改善。当胶粉的掺量大于2.0%时，虽然也明显改善了砂浆的收缩值，但是效果和小于2.0%的近似。

图3 砂浆14d干燥收缩值

图4 砂浆28d干燥收缩值

3 结语

(1)利用有机膨润土和纤维素制成的保稠剂掺入到抗裂砂浆中抑制水泥水化，而延缓结构形成，使水泥浆体的溶解平衡期更为延长，水泥浆体可以较长时期处于塑性状态，并使水泥水化的化学减缩明显减小。

(2)在抗裂砂浆引入纤维，可以使抗裂砂浆的应力分散均匀，减低开裂几率。与基准样相比，纤维的掺入明显延长了砂浆的初始开裂时间(如:体积掺量总量为0.2‰，10mm纤维的掺入使开裂时间从32h延长到48h)，降低了该体系的开裂敏感性。

(3)胶粉掺量控制在1.5%即可有效改善砂浆的柔韧性，增加砂浆抗开裂性能;胶粉通过在水泥浆与骨料间形成具有较高粘结力的膜，并堵塞砂浆内的孔隙以改善水泥性能，水泥水化和聚合物成膜同时进行，最后形成水泥浆与聚合物膜相互交织的互穿网络结构。

[1]富丽.我国建材工业的能源形势分析[J].江苏建材.2007.4:59～60.

[2]李德英.建筑节能技术[M].机械工业出版社，2006.

[3]建设部科技发展促进中心.外墙保温应用技术[M].北京中国建筑工业出版社，2005.

[4]Ahmet Sart.Form －stable paraffin/high density polyethylene composites an solid－liquid phase change material for thermal energy storage:preparation and thermal properties.Energy Conversion＆ Management，2004.45:2033 ～2042.

[5]黄继红，吕子义，郑卫锋.建筑中应用保温砂浆的性能分析[J].工业建筑，2005.35(1):724 ～726.