由保温抗裂砂浆性能分析其影响因素及原理
近年来,随着我国对节约能源与保护环境要求的不断提高,而外保温系统的优势逐渐被人们所重视,外墙外保温技术得到了长足的发展,与之配套的抹面抗裂砂浆也成为人们研究的重点。外墙外保温系统由于所处的环境温度和湿度变化较大,及施工方法不当,易造成外抹灰层空鼓、开裂等问题,因此,本文对一些主要的影响因素及抗裂机理进行分析,为配制、改进高性能外墙外保温抗裂砂浆提供参考。
原材料和配制方法2.1 原材料(1) 水泥:选用干法生产的 42.5R 水泥级普通硅酸盐水泥,其性能指标符合《硅酸水泥、普通硅酸盐水泥》( GB 175 — 1999 )的要求。(2) 中砂:符合《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》( JGJ 52 — 1992 )的规定,含泥量小于 3% 、含水量小于 2% 。(3) 乳液、纤维、防腐剂、消泡剂、早强剂、填料等均为市售。2.2 配制方法将特制水泥抗裂剂与普通 42.5R 水泥,按 1 ∶ 1 ∶ 3 重量比搅拌后使用,即得水泥抗裂砂浆拌合料。将水泥抗裂砂浆成型,除特别注明外,自然养护 28d ,测其力学性能。3 结果与方法3.1 聚合物对抗裂砂浆性能的影响抗裂剂的主要组成为聚合物、纤维和少量其他物质 ( 如外加剂和颗粒状物质 ) 。聚合物包括:多种乳液、纤维素醚等。
为了取得改善水泥砂浆性能的良好效果,必须选择与水泥水化适应性好的有机高分子材料,选择聚合物必须具备如下几点要求:(1) 对水泥凝结硬化和胶接性能无不良影响;(2) 在水泥碱性介质中不被水解或破坏;(3) 当纤维温度≤
再生胶粉对砂浆性能的影响为进一步提高抗裂砂浆柔韧性,随着再生胶粉掺量增大,砂浆稠度变小,和易性变差。这是因为再生胶粉容重轻,为
早强剂对抗裂砂浆早期强度的影响早强剂,又称促硬剂,是能提高砂浆早期强度并对后期强度无显著影响的外加剂。早强剂的使用能达到提早脱模、缩短养护周期、加速施工进度的目的。
养护制度对抗裂砂浆性能的影响在砂浆成型后,养护制度不同,砂浆性能不同,因而依试验条件设计出四种养护制度试验: (1) 丁苯养护; (2) 高分子弹性底涂养护; (3) 浇水养护; (4) 自然养护。通过实验证明:抗裂砂浆在丁苯养护、高分子弹性底漆养护得到的强度最好,浇水养护、自然养护稍差。
应用与分析根据以上因素分析,确定最佳配方。以在水泥砂浆中空加各成分进行各种性能测试分析抗裂机理。抗裂剂主要有聚合物乳液、细小均匀纤维和一定量的外加剂组成,而每种物质成分都以自身的方式改善了水泥砂浆体系的柔韧性。
聚合物乳液的抗裂机理聚合物乳液在抗裂剂中有以下几个作用。(1) 活性作用:聚合物乳液中有表面活性剂,能够起减水作用。同时对水泥颗粒有分散作用,改善砂浆和易性,降低用水量,从而减少水泥的毛细孔等有害孔,提高砂浆的密实性和抗渗透能力。(2) 桥键作用:聚合物分子中的活性基因与水泥水化中游离的 Ca 2+ 、 Al 3+ 、 Fe 2+ 等离子进行交换,形成特殊的桥键,在水泥颗料周围发生物理、化学吸附,成连续相,具有高度均一性,降低了整体的弹性模量,改善了水泥浆物理的组织结构及内部应力状态,使得承受变形能力增加,产生微裂缝的可能性大大减少。即使产生微裂缝,由于聚合物的桥键作用,也可限制裂缝的发展。(3) 充填作用:聚合物乳液迅速凝结,形成坚韧、致密的薄膜,填充于水泥颗粒之间,与水泥水化产物形成连续相填充空隙,隔断了与外界联系的通道。有机聚合物乳液失水而成为具有粘结性和连续性的弹性膜层,失水过程中靠水泥吸收乳液中的水而硬化,而柔性的聚合物膜层与水泥硬化体相互贯穿牢固地粘结成一个坚固有弹性的防水层,其直接结果使水泥砂浆体系的柔韧性得到改善,具备相当的弹性,并有效降低系统的线性收缩率。所以,抗裂剂的活性作用、桥键作用和充填作用改善了硬化水泥浆体的物理结构及内应力,降低了整体的弹性模量、减少用水量、改善了硬化水泥浆体内部毛细孔等有害孔,从而大大提高了砂浆的粘结、抗裂、抗渗及抗腐蚀等性能。
纤维的抗裂机理在水泥砂浆中加入合成材料纤维丝,以增强塑性水泥砂浆的抗拉能力,显著降低其塑性流动和收缩微裂纹。这种减少或消除塑性裂纹使水泥砂浆获得其最佳的长期整体性。这些纤维呈各向均匀分布于整个水泥砂浆,使其得到辅助的加强,以防止收缩裂缝。在随处都有纤维的水泥砂浆中,亦可最大限度减小在有强度状态下水泥砂浆可能出现裂缝的宽度和长度,体现了微观补强的现代技术。
外加剂抗裂机理分析外加剂可以改善孔隙结构,水泥石内应力主要取决于水泥石基材的空隙率、孔分布、孔级配、孔形状等孔结构参数。所以,水泥石从形成、发展直到破坏均与孔的发生和发展密切相关。但孔隙率不是影响水泥砂浆强度的唯一因素,在孔隙率相同情况下,不同孔结构水泥石性能也不同。掺入外加剂、活性混合物,聚合物浸渍以及限制膨胀等工艺措施,均能达到调整孔结构,提高强度的办法。外加剂可以改变湿润状况:大部分水优先与骨料表面接触形成固 / 液界面,骨料湿润后形成液 / 气界面,基本上消失了固 / 气界面。当水泥投入时,立即粘附在骨料表面的水膜层上,强化了水泥的水化历程,使首先生成的水化铝酸盐覆盖在骨料表面限制 Ca(OH) 2 晶体扩散而强化了界面层。同时,残留的气体也必然少于传统工艺。
结 论(1) 弹性乳液的选用,应选与水泥水化适应性好的有机高分子材料,综合考虑选用耐候性强的合成乳液为主体材料。抗裂剂的每种物质成分都以自身的方式改善了水泥砂浆体系的柔韧性,聚合物乳液的作用包含活性作用、桥键作用和充填作用。(2) 纤维能大幅提高抗裂砂浆的抗裂性。纤维掺量增加,施工和易性变差,其适宜掺量为 5 ‰。细小纤维增强塑性水泥砂浆的抗拉能力,消除裂纹,体现了微观补强的现代技术。(3) 再生胶粉提高抗裂砂浆柔韧性,随掺量增加和易性变差,综合考虑,掺量为 7% 。(4) 综合抗折、抗压强度、压折比,早强剂选用量为 5% 。外加剂可以改善孔隙结构和润湿状况。(5) 抗裂砂浆养护制度以丁苯养护、高分子弹性底涂养护得到的强度最好,浇水养护、自然养护最差。显示了含有毛细孔的部分水化的水泥基体。由此获得的知识再用于区分添加了所有三种聚合物砂浆配方中的不同聚合物相。乳胶形成不平整的膜。这种起伏的表面形貌可以通过二次电子 (SE) 成像观察到。形成不平整表面的原因可以通过观察高能背散射电子 (BSE) 像获得,从这些乳胶膜中可以发现许多矿物质包含在内。 SE/BSE 结合成像技术可以同时反映出形貌的内部微结构。与乳液相比,纤维素醚在孔隙的交界面处形成超薄膜 ( < 1 μ m) 。这些纤弱的结构对二次电子是部分透明的。纤维素醚形成的膜也会含有矿物,但要比乳液膜少得多。
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