聚合物抹灰砂浆试验

焦楚杰，赖学全，胡志勇，王 龙，程从密

(1.广州大学土木工程学院，广东广州 510006;2.中建三局第一建设工程有限公司西部公司，贵州贵阳 550023;3.广州市建筑集团有限公司，广东广州 510030)

普通抹灰砂浆黏结力较低，收缩率大，难以与蒸压加气混凝土砌块墙体结合密实牢固［1-3］.尤其是外墙，由于环境温度、湿度的不断变化，其抹面层容易产生收缩裂缝［4-5］.很多国内外学者通过添加聚合物、纤维来增强水泥基材料的韧性，提高其抗裂性能.吴中伟院士认为复合化可以有效提高水泥基材料的工作性能和力学性能，达到1+2＞3的超叠加效应.基于此思路，在前期研究基础上，本课题组制备7组掺聚丙烯纤维、乳胶粉、纤维素醚、木质纤维的聚合物砂浆和1组普通水泥砂浆(以下简称素砂浆)，研究聚合物砂浆的抗裂性能.

1 试验

原材料:水泥、中砂、水、聚丙烯纤维、乳胶粉、纤维素醚、木质纤维、膨胀剂、减水剂.制备了7组聚合物抹灰砂浆和1组素砂浆.8组抹灰砂浆的配合比如表1所示.对制备的试块养护成型，然后进行砂浆的稠度、分层度、凝结时间、抗压强度、抗折强度及非浸水(浸水)拉伸黏结强度的测试.

表1 砂浆配合比

2 结果与分析

2.1 稠度

砂浆稠度值是表征砂浆流动性大小的重要指标.图1为砂浆的稠度分布.素砂浆的稠度值为47 mm，聚合物砂浆的稠度值分别为 59，60，53，60，54，56，58 mm.根据 JGJ/T 220—2010《抹灰砂浆技术规程》，聚合物水泥抹灰砂浆施工稠度宜为50～60 mm.由图1可知:素砂浆的稠度值仅为47 mm，小于规程的要求;7种聚合物砂浆均能较好满足砂浆的施工性能要求.

图1 稠度分布图

纤维素醚加入到砂浆中会形成许多微气泡，这些气泡起着如滚珠轴承般的作用，使新拌砂浆和易性得以改善［6-7］.另外，高效减水剂在水泥颗粒表面的吸附，使水泥颗粒表面带有相同电荷而互斥，造成水泥颗粒在液相中的分散，絮凝结构中，原被水泥颗粒包围的水得以释放出来，从而改善了砂浆的和易性与流动性，使砂浆更密实，在一定程度上也有利于聚丙烯纤维的分散均匀［8］.上述因素都有利于使聚合物砂浆稠度增大.

2.2 分层度

砂浆的分层度体现了砂浆的保水性能.分层度太大，容易离析，不便于施工.分层度太小，砂浆硬化后易产生干缩开缝.根据JGJ/T 220—2010中对抹灰砂浆分层度的要求，抹灰砂浆的分层度宜为10～20 mm.由图2可知，素砂浆分层度值为8 mm，小于规范建议性数值10 mm，砂浆硬化后容易产生干缩裂缝;聚合物砂浆的分层度值分别 10，10，18，12，11，10，12 mm，符合规范建议性数值，能使砂浆具有良好的保水性，能够满足施工的要求.

图2 分层度分布图

在砂浆中加入纤维素醚后，会形成许多微小气泡.这些气泡在硬化浆体中形成独立的孔隙，起到了阻断毛细孔的作用，提高了砂浆保水性，降低砂浆泌水率;另外，木质纤维有良好保水作用，能吸附自重6～8倍的水分［9］，避免水分过快流失，使砂浆中水泥的水化反应更加充分，抑制了抹灰砂浆由于砌块吸水率大而造成的干裂现象.

2.3 凝结时间

砂浆初凝前，足够的可操作时间是抹灰施工质量的重要保证.图3为凝结时间分布图.根据GB 50666—2011《混凝土结构工程施工规范》规定:普通砂浆和混合砂浆初凝时间分别为2，3 h，温度高于30℃时为3，4 h.由图3可知，素砂浆的凝结时间为136 min，聚合物砂浆的凝结时间数值分别为186，192，214，217，182，197，198 min，都大于素砂浆的凝结时间，符合规范，满足施工现场要求.

图3 凝结时间分布图

纤维素醚和木质纤维具有良好保水性，能在较长时间里保持砂浆中水分，使水泥水化过程得以持续，延长砂浆的初凝时间［10］.此外，纤维素醚分子结构中存在脱水葡萄糖环结构，能与水泥水化水溶液中的钙离子生成糖钙分子化合物，降低钙离子浓度，阻止Ca(OH)2和钙盐晶体的生成、析出，从而延缓水泥水化进程，延长砂浆初凝时间［7］.

2.4 压折比

压折比是砂浆抗压强度和抗折强度的比值.压折比越小，说明砂浆柔韧性越好，其抗裂性能越好.图4为压折比分布图.JG 158—2004《胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统》中要求压折比≤3.由图4可知，素砂浆的压折比为8.44，柔韧性欠佳.聚合物砂浆的压折比数值分别为 5.29，4.64，4.60，2.56，4.76，2.52和2.49，因而比素砂浆柔韧性好，抗开裂性能提高.其中第5，7，8组砂浆压折比≤3，符合规范要求.

聚合物砂浆柔韧性良好的原因在于:第一，乳胶粉脱水成膜，填补水泥石中的缺陷和孔隙，使水泥水化产物之间及骨料相互胶结;且乳胶粉形成的聚合物膜弹性模量比砂浆低，具有较强变形能力，使砂浆韧性提高［11］.第二，聚丙烯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，从而减少砂浆收缩应力;当砂浆收缩时，收缩能量被分散到抗拉强度较高的纤维上;纤维通过吸收部分收缩能量，提高了砂浆柔韧性，抑制微细裂缝产生［12-13］.第三，纤维素醚在砂浆中生成黏稠凝胶，填充了水泥砂浆空隙，起到柔性加筋的作用.

图4 压折比分布图

2.5 拉伸黏结强度

砂浆的拉伸黏结强度是抗裂砂浆性能要求指标之一，拉伸黏结强度越高，砂浆与墙体基层的黏结越紧密，能有效防止墙体面层脱落现象.根据JG 158—2004，拉伸黏结强度分为非浸水拉伸黏结强度和浸水拉伸黏结强度.前者按JGJ/T 70—2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》要求进行试验，后者按JG/T 24—2000《合成树脂乳液砂壁状建筑涂料》要求进行试验.

2.5.1 非浸水拉伸黏结强度

非浸水拉伸黏结强度表明了砂浆在未遇水侵袭、渗透时与墙体基层黏结的紧密程度.拉伸黏结强度越高，砂浆与墙体基层的黏结越紧密，越能防止墙体面层脱落.图5为非浸水拉伸黏结强度分布图.JG 158—2004要求抗裂砂浆非浸水拉伸黏结强度≥0.7 MPa.由图5可知，素砂浆的拉伸黏结强度为0.97 MPa，略大于规范数值.聚合物砂浆拉伸黏结强度分别为 1.57，1.45，1.66，1.58，1.96，1.51，1.94 MPa，大于素砂浆值，最大数值比素砂浆值提高102%.

聚合物砂浆拉伸黏结强度较高，源于以下原因:聚丙烯纤维和乳液形成的网络结构，对水泥砂浆起到了增韧、增强作用，其抗收缩、抗拉黏结强度得到提高，使砂浆具有较好温度稳定性［14-15］;添加的纤维素醚具有良好保水性，使足够水分能保存在砂浆内，保证了水泥水化作用的进行及其强度的充分发展，提高了水泥浆体黏结强度;纤维素醚的加入提高了砂浆黏聚性，并使砂浆具有良好可塑性和柔韧性，这也使得砂浆能够很好地适应基材收缩变形，从而提高砂浆黏结强度.

图5 非浸水拉伸黏结强度分布图

2.5.2 浸水拉伸黏结强度

浸水拉伸黏结强度表明了砂浆在遇水侵袭、渗透时与墙体基层黏结的紧密程度.浸水拉伸黏结强度越高，砂浆与墙体基层的黏结越紧密，墙体面层越不容易脱落.JG 158—2004要求抗裂砂浆浸水拉伸黏结强度≥0.5 MPa.砂浆试块浸水时，其拉伸黏结强度会降低，但添加了聚丙烯纤维、乳胶粉等聚合物的砂浆，其黏结强度还是比素砂浆要大很多.图6为浸水拉伸黏结强度分布图.由图6可知，素砂浆的黏结强度为0.87 MPa，略高于规范.而聚合物砂浆的拉伸黏结强度数值分别为 1.06，1.39，1.61，1.39，1.56，1.50，1.48 MPa，大于素砂浆值，最大数值比素砂浆数值提高85%.

图6 浸水拉伸黏结强度分布图

类似2.5.1，聚丙烯纤维、乳胶粉等聚合物改善了砂浆微观结构，使砂浆具有良好韧性和抗开裂性能.上述优点能阻止水分渗透，防止水分破坏砂浆与基体黏结处的交界面，使砂浆和墙体基层间保持较高黏结强度，减少了墙体抹灰层脱落.

3 结论

1)添加了聚丙烯纤维、乳胶粉、纤维素醚、木质纤维、膨胀剂的聚合物砂浆，其稠度值为50～60 mm，分层度值为10～20 mm，具有较好流动性和保水性.

2)砂浆中加入5种添加剂，能有效改变砂浆微观结构，聚丙烯纤维和聚合物乳液形成的网络结构对水泥砂浆起到了增韧、增强作用，其抗收缩、抗拉黏结强度得到提高，使砂浆具有较好抗裂性能.与素砂浆相比，经过改性后的聚合物砂浆压折比变小，黏结强度提高，凝结时间延长.

3)7 组聚合物砂浆配合比中，第5，7，8组聚合物砂浆能同时满足规范规定的施工性能和抗裂性能要求，可供工程应用参考.3组聚合物砂浆综合性能如下:稠度分别为60，56，58 mm，分层度分别为12，10，12 mm，凝结时间分别为 217，197，198 min，压折比分别为2.56，2.52，2.49，黏结强度分别为 1.58，1.51，1.94 MPa.

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