摘 要：本文研究了兩種聚合物對(duì)砂漿強(qiáng)度的影響，測(cè)試了砂漿的干燥收縮。采用環(huán)形約束裝置測(cè)定砂漿的開(kāi)裂情況，用開(kāi)裂總權(quán)值W表征了砂漿收縮開(kāi)裂程度情況，應(yīng)用裂縫控制率K表征了聚合物對(duì)砂漿開(kāi)裂性能改善程度，通過(guò)SEM研究了聚合物砂漿的微觀結(jié)構(gòu)。試驗(yàn)結(jié)果表明：砂漿中摻入羥丙基甲基纖維素，其抗壓和抗折強(qiáng)度均下降，但砂漿的折壓比增加。砂漿中摻入可再分散膠粉（2350）和可再分散膠粉，其抗折強(qiáng)度提高較大，折壓比大幅度提高。摻兩種聚合物的砂漿的干燥收縮均比未摻的沙降低。在約束條件下，摻聚合物砂漿的開(kāi)裂時(shí)間較未的砂漿有較大的延長(zhǎng)﹑裂縫數(shù)量及裂縫最大寬度﹑開(kāi)裂總權(quán)值均下降，裂縫控制率K明顯提高。本文采用的兩種聚合物具有很好的阻裂作用。
關(guān)鍵詞： 砂漿；聚合物；開(kāi)裂；阻裂
1前言
普通砂漿的干縮變形往往很大，在承受荷載或溫度條件變化時(shí)，容易產(chǎn)生變形和裂縫。正是由于這些不利因素，普通砂漿的應(yīng)用往往只限于建筑物的砌筑、抹面和勾縫等方面。就抹灰砂漿而言，如果使用不當(dāng)，墻面會(huì)在施工三、四個(gè)月后發(fā)生空鼓、開(kāi)裂、脫落等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響建筑物的質(zhì)量和使用功能，而這一現(xiàn)象的產(chǎn)生與砂漿收縮率過(guò)大有著直接的關(guān)系[1]。砂漿在凝結(jié)硬化過(guò)程中會(huì)由于失水而出現(xiàn)干燥收縮現(xiàn)象，當(dāng)這種收縮受到基體約束時(shí)，砂漿內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生收縮應(yīng)力，一旦這種收縮應(yīng)力超過(guò)砂漿的抗拉強(qiáng)度，砂漿就會(huì)出現(xiàn)裂紋。而砂漿滲水的基本原因，就是砂漿體內(nèi)存在孔隙和裂縫。
砂漿的開(kāi)裂是建筑工程中非常普遍的現(xiàn)象。裂縫的發(fā)生和擴(kuò)展，將會(huì)引起結(jié)構(gòu)物墻體滲漏和粉刷層脫落，進(jìn)而導(dǎo)致內(nèi)層混凝土或砌體的碳化侵蝕，使后期結(jié)構(gòu)物的整體強(qiáng)度降低，危害建筑物的使用壽命，嚴(yán)重的將會(huì)引起建筑物使用功能喪失。裂縫是破壞建筑物的危險(xiǎn)先兆。因此，開(kāi)發(fā)出一種具有明顯阻裂作用的砂漿這項(xiàng)工作在當(dāng)前的建材研發(fā)領(lǐng)域中顯得尤為重要。
目前建筑領(lǐng)域?qū)τ诰哂械褪湛s、阻裂性強(qiáng)的高性能砂漿材料的需求卻日漸增長(zhǎng)，因此，開(kāi)發(fā)和研究工作就十分的迫切且具深遠(yuǎn)的意義。通過(guò)聚合物以及纖維等阻裂材料來(lái)改善砂漿的物理力學(xué)、收縮等性能，以達(dá)到防止開(kāi)裂的目的[2]。本文研究了兩種聚合物對(duì)砂漿強(qiáng)度及干燥收縮的影響，采用環(huán)形約束裝置測(cè)定砂漿的開(kāi)裂情況，用開(kāi)裂總權(quán)值W表征砂漿收縮開(kāi)裂程度情況，采用裂縫控制率K表征阻了裂材料對(duì)砂漿開(kāi)裂性能改善程度，通過(guò)SEM研究了聚合物砂漿的微觀結(jié)構(gòu)。這些研究對(duì)于提高砂漿的抗裂性具有一定的作用。
2 砂漿開(kāi)裂性能測(cè)試及評(píng)價(jià)
考察砂漿的抗裂性能，不僅需要考慮收縮的增長(zhǎng)，應(yīng)力的發(fā)展也很重要。因此，試件必須在約束狀態(tài)下進(jìn)行試驗(yàn)，才能準(zhǔn)確模擬工程中的實(shí)際情況。
約束收縮試驗(yàn)一般觀測(cè)給定時(shí)間內(nèi)材料的開(kāi)裂情況，包括平板式、單軸型和環(huán)形約束收縮試驗(yàn)方法。本研究采用自行設(shè)計(jì)的環(huán)形約束試驗(yàn)裝置，通過(guò)觀察試件的裂縫情況，來(lái)直接評(píng)價(jià)砂漿的收縮開(kāi)裂趨勢(shì)。試件為圓環(huán)狀，內(nèi)部鋼環(huán)同時(shí)給環(huán)形試件提供徑向和切向的約束，使其不能自由收縮，并可以檢測(cè)試件在不同條件下的開(kāi)裂行為。環(huán)形約束收縮試驗(yàn)可以通過(guò)開(kāi)裂時(shí)間反映硬化水泥砂漿的抗裂性能。
試件在成型后24h±2h拆去外模，保留起到約束作用的內(nèi)模，然后用風(fēng)速為0.6m/s的風(fēng)扇兩邊對(duì)吹，以加速試件開(kāi)裂。采用25倍讀數(shù)顯微鏡觀察裂縫情況，裂縫出現(xiàn)以前，每隔6h測(cè)量一次，其后每隔1d測(cè)量一次，直到28d，記錄初始開(kāi)裂時(shí)間，測(cè)量并記錄裂縫的長(zhǎng)度、寬度發(fā)展情況。開(kāi)裂性能試驗(yàn)試件成型方式如圖1所示，試件尺寸如圖2所示。
對(duì)于開(kāi)裂性能的評(píng)價(jià)，本文采用了Paul P. Kraai等關(guān)于水泥砂漿/混凝土塑性收縮裂縫試驗(yàn)方法[5]，該方法主要采用裂縫面積(裂縫的權(quán)值寬度×相應(yīng)的長(zhǎng)度)和最大裂縫寬度作為開(kāi)裂的評(píng)價(jià)指標(biāo)。并輔助以裂縫出現(xiàn)的時(shí)間、裂縫的長(zhǎng)度等指標(biāo)進(jìn)行評(píng)定。
對(duì)于不同寬度裂縫賦予權(quán)值，見(jiàn)表1。按裂縫寬度分段測(cè)量裂縫長(zhǎng)度l，將開(kāi)裂面積定義為裂縫寬度與長(zhǎng)度的乘積，開(kāi)裂總權(quán)值為各段面積的總和，按下式計(jì)算： 
式中 W——開(kāi)裂總權(quán)值；
采用開(kāi)裂總權(quán)值W表征砂漿收縮開(kāi)裂程度發(fā)展情況，用裂縫控制率K來(lái)表征對(duì)聚合物砂漿開(kāi)裂性能改善的程度。
3 原材料及試驗(yàn)配合比
3.1水泥
本研究采用水泥為哈爾濱水泥廠生產(chǎn)的天鵝牌P•O32.5型普通硅酸鹽水泥。
3.2砂
所用砂為中砂，細(xì)度模數(shù)為2.54。
3.3聚合物及消泡劑
聚合物采用羥丙基甲基纖維素(HPMC)，試驗(yàn)中HPMC摻量為水泥用量的0.05%；可再分散膠粉（2350），摻量為水泥用量的0.05%?？紤]到聚合物的加入可能會(huì)在砂漿中引入一定量的氣泡，過(guò)多的氣泡會(huì)影響到砂漿的強(qiáng)度，因此，摻入選用磷酸三丁酯作為消泡劑，摻量為水泥用量的0.03%。
在試驗(yàn)中固定灰砂比為1:2，以稠度7cm±0.5cm標(biāo)準(zhǔn)來(lái)控制用水量。為加速試件開(kāi)裂，裂縫試驗(yàn)中采用粒徑為2.5mm以下的細(xì)砂，砂漿的配合比見(jiàn)表2。
4 試驗(yàn)結(jié)果及分析
4.1砂漿的強(qiáng)度
表3結(jié)果表明：砂漿中摻入羥丙基甲基纖維素(HPMC) 0.05%后，其各齡期的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度都降低，但HPMC卻使砂漿的折壓比提高；砂漿中摻入可再分散膠粉（2350）0.05%后，其各齡期抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度均提高，但抗折強(qiáng)度提高幅度較大，3天抗折強(qiáng)度提高了33%，28天提高11%。砂漿中摻入羥丙基甲基纖維素和可再分散膠粉后，砂漿的折壓比均比未摻聚合物的砂漿大，尤其是可再分散膠粉對(duì)砂漿折壓比的提高作用更大。
4.2砂漿試件的收縮
本文采用比長(zhǎng)儀測(cè)定硬化砂漿的收縮值，操作方法及試驗(yàn)結(jié)果處理參照J(rèn)C/T603─1995《中華人民共和國(guó)建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)水泥膠砂干縮試驗(yàn)方法》。砂漿試件的收縮見(jiàn)表4。
（1）三種砂漿的收縮都是隨著齡期的增加而增大的，其中普通砂漿增大的速度最快
。
(2) 聚合物砂漿的早期收縮均小于普通砂漿的早期收縮，但差別并不是很大。這是因?yàn)樯皾{中摻加的聚合物具有一定的保水作用，在水化初期可以減少砂漿的收縮。
(3) 聚合物改性砂漿的后期的收縮值比普通砂漿的收縮值小很多，90天收縮要比普通砂漿的收縮率小19%。聚合物使水泥砂漿的收縮率減小主要原因是由于聚合物中的活性基團(tuán)和除泡基團(tuán)的作用。
4.3 砂漿試件開(kāi)裂情況
基準(zhǔn)（普通）砂漿試件開(kāi)裂情況如圖3所示。各組砂漿開(kāi)裂性能試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。表5摻加不同組分材料砂漿開(kāi)裂性能試驗(yàn)結(jié)果
圖3及表5表明，普通砂漿側(cè)面出現(xiàn)貫通裂縫，7d時(shí)就已開(kāi)裂，裂縫最大寬度0.11mm，開(kāi)裂總權(quán)值很大；在砂漿摻入聚合物HPMC以后，砂漿的開(kāi)裂時(shí)間延長(zhǎng)，裂縫寬度也極為微細(xì)，開(kāi)裂總權(quán)值較小，裂縫控制率達(dá)到了60%以上。
摻入可再分散膠粉（2350）的砂漿開(kāi)裂時(shí)間延長(zhǎng)一倍以上，裂縫寬度降低了45%，開(kāi)裂總權(quán)重僅為26.6，裂縫控制率達(dá)到70%以上，可再分散膠粉（2350）很好的改善砂漿的開(kāi)裂性。
通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察及結(jié)果分析表明：開(kāi)裂總權(quán)值W表征了砂漿收縮開(kāi)裂程度發(fā)展情況，裂縫控制率K表征了聚合物對(duì)砂漿開(kāi)裂性能改善的程度。
4.4聚合物在砂漿中作用機(jī)理
采用英國(guó)產(chǎn)EDΛX─S240掃描電子顯微鏡對(duì)砂漿的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，基準(zhǔn)砂漿及聚合物砂漿的SEM圖見(jiàn)圖4。
由圖4 可見(jiàn)，基準(zhǔn)砂漿中水化產(chǎn)物主要是含有凝膠孔CSH凝膠。而摻聚合物的砂漿中存在一定量的聚合物網(wǎng)絡(luò)與CSH凝膠交織在一起，而且凝膠孔的尺寸很小。 
聚合物在水泥漿體中的作用機(jī)理主要是：聚合物在水泥漿體的拌合過(guò)程中，有一部分會(huì)均勻的分散到水泥漿體中，在水泥水化初期，聚合物便附著于未水化的水泥顆粒上。隨著水泥水化的進(jìn)行，水泥漿體中水分不斷消耗、水化產(chǎn)物增多，聚合物就會(huì)逐漸聚積在毛細(xì)孔中，并在凝膠表面、未水化水泥顆粒表面形成緊密堆積。這些聚積的聚合物逐漸填充毛細(xì)孔。由于水化或干燥使水分進(jìn)一步減少，在漿體和孔隙中堆積的聚合物便凝聚成膜形成聚合物網(wǎng)絡(luò)，這種聚合物網(wǎng)絡(luò)的彈性模量較水泥漿體的彈性模量低，能夠使硬化水泥漿體的韌性得到提高，這對(duì)改善砂漿的變形協(xié)調(diào)性非常有利。另外，聚合物分子中的活性基團(tuán)與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生化學(xué)作用，形成特殊的橋鍵作用[6]，改善水泥水化產(chǎn)物的物理組織結(jié)構(gòu)，緩解內(nèi)應(yīng)力，從而減少水泥漿體中微裂紋的產(chǎn)生。
5 結(jié)論
(1)摻入羥丙基甲基纖維素，砂漿的抗壓及抗折強(qiáng)度都降低，但砂漿的折壓比提高；可再分散膠粉的摻入，不僅可提高砂漿的抗壓及抗折強(qiáng)度，而且各齡期砂漿的折壓比提高較大。
(2)采用自行設(shè)計(jì)的環(huán)形約束開(kāi)裂試驗(yàn)裝置可以有效地測(cè)定砂漿的開(kāi)裂現(xiàn)象，開(kāi)裂總權(quán)值W可以表征砂漿收縮開(kāi)裂程度發(fā)展情況，裂縫控制率K可以表征阻裂材料對(duì)砂漿開(kāi)裂性能改善的程度，能有效地評(píng)價(jià)砂漿的開(kāi)裂性能。
(3)在砂漿中摻入羥丙基甲基纖維素及可再分散膠粉這兩種聚合物以后，可顯著降低砂漿收縮值。
(4)摻入羥丙基甲基纖維素及可再分散膠粉這兩種聚合物砂漿的開(kāi)裂時(shí)間延長(zhǎng)，開(kāi)裂總權(quán)值較小，裂縫控制率也較高，這兩種聚合物具有提高砂漿的抗裂性的作用。
(5)聚合物主要具有填充砂漿毛細(xì)孔并與水泥水化產(chǎn)物CSH凝膠形成聚合物網(wǎng)絡(luò)的作用，改善砂漿的抗裂性。
