淺議輕質復合墻板接縫砂漿中水泥基的作用

輕質復合墻板是近年來發展起來的一種低收縮、高性能的墻體材料，但在工程應力應用中同樣出現了開裂現象。經工程實踐分析，引起開裂的主要部位是板縫處，尤其是門窗洞、轉角、板與結構結合處的板縫，而這些部位也是墻體因溫、濕度變化、外來荷載、結構徐變等產生應力易集中的部位。解決開裂問題有兩條路徑：一是消除、分散、分解這些部位的應力；二是提高這些部位抵抗應力應變的能力。前者受氣候、結構特性及材料本身特性等影響難以實現。我們通過配制具有黏結強度高、收縮性小、高強度、高韌性的接縫砂漿，提高墻體的整體性和抗應力應變的能力，從而有效地抑制了墻體開裂。
1 主要原材料的選擇
1.1 水泥
水泥是主要的膠凝材料，同時也是影響砂漿性能的關鍵材料之一。接縫砂漿用的水泥宜選用收縮較低、強度尤其是早期強度較高的水泥，市場上可供選擇的水泥有硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥等。根據生產、施工經驗和實驗室檢驗，我們選擇42.5級南華牌普通硅酸鹽水泥。
1.2 砂
用于接縫砂漿的砂為細度模數Mx=1.6～2.1之間的細砂，相關指標滿足GB/T14684-2001標準要求，并篩除3.0mm以上的顆粒。
1.3 礦物摻和料
試驗中，礦物摻和料主要用于調整砂漿的和易性、增加黏聚性和降低干縮，選用S95級磨細礦渣粉和Ⅱ級粉煤灰復合，等量取代25%（基準水泥），不降低同齡期強度而砂漿的工作性得到明顯改善。
1.4 外加劑
1.4.1 水泥改性劑：是一種遇水可分散的乳膠，摻入砂漿時具有一定的塑化、潤滑作用，從而達到一定的減水效果。試驗表明，改性劑能提高砂漿的早期強度20%-30%，增加韌性，降低脆性，但砂漿的粘聚性不理想，可操作性較差。與聚醋酸乙烯復合使用能達到較理想的效果。
1.4.2 聚醋酸乙烯：摻入砂漿中能增加砂漿的黏聚性，提高黏結強度，增加韌性，但對砂漿的抗壓強度基本沒有增強作用。試驗發現，聚醋酸乙烯對水泥的凝結時間有一定的影響，一般初凝時間延長1～3h，終凝時間延長2～3h。
1.4.3 108膠：是一種常用的建筑膠黏劑，對砂漿的工作性有一定的改善，能增加砂漿的黏聚性，但效果不如聚醋酸乙烯。
1.5 水
水質滿足JGJ63-89《混凝土拌合用水》標準要求。
2 主要試驗過程
2.1 接縫砂漿的配制
根據工程施工經驗和試驗條件，試驗設計側重兩方面的數據采集：一是測試砂漿的1d、3d強度，同時觀察試塊的早期收縮（從配制到終凝）情況。由于砂漿早期收縮的試驗方法存在爭議和實施難度，試驗數據誤差較大，試驗中我們只根據試塊入模后與模邊界的收縮情況來粗略地判定砂漿的早期收縮性能，以便選擇早期強度發展快而收縮相對較小、可操作性好的理想配比，具體試驗方案和結果見表2。
2.2 接縫試件制作
先將墻板切成150mm×100mm×75mm（板厚），其中一種帶接縫槽，一種取剖切面，每組每規格3塊計36塊。按表2的配比配制砂漿進行接縫。3d后測試試件的接縫性能。
3 結果分析與討論
3.1 礦物摻和料的作用機理
由表2可知，礦物摻和料能改善水泥砂漿性能而不降低砂漿強度。粉煤灰是煤粉燃燒后的產物，是一種由具有一定潛在活性的玻璃態物質和非活性固體粉末組成的混合物，具有體積穩定、質量輕的特點，摻入到砂漿中能改變混合料的等級配比，改善和易性，增加保水性、保濕性，但單獨摻入時砂漿強度下降，特別是早期強度下降明顯。磨細礦渣具有較高的的活性系數，在一定摻量范圍內能取代水泥而不降低砂漿強度，但礦渣的摻入會引起砂漿收縮面的增大。粉煤灰和礦渣合摻入能改善砂漿的工作性能，同時能提高砂漿的體積穩定性，減少收縮。其作用機理主要表現為：（1）改善力學性能。不同種類、特性的摻和料進入水泥系統中，水化過程中相互誘導，水泥水化產生的Ca（OH）2及CaSO4等激發摻和料中活性組分參與水化，使得系統中的Ca（OH）2濃度降低，從而加速了水化速度。新增的水化物使得系統中的C-S-H、C-A-H、Al（OH）3膠體等組分更加豐富、密實，同時未參與反應的部分細集料可起到填充水泥顆粒之間空隙和部分毛細孔，使得砂漿更密實，強度提高而收縮性降低。（2）改善工作性能。復合摻和料具有球形或光滑的表面，摻入砂漿中具有一定的塑化、潤滑作用，部分細集料與水尼顆粒相互包裹，使得砂漿稠度經時損失小，水泥漿屈服應力降低，黏度增大，表現出具有保水性能好、黏聚性好、不流掛、可操作性好等良好的工作性。
3.2 外加劑的作用
在試驗中采用了3種聚合物外加劑，均為有機膠黏劑，具有一定的黏結力、黏聚力和彈性，與砂漿復合后能發揮各自優勢，既保持了砂漿的強度，又有較高的黏結力和韌性。試驗中發現三種聚合物作用效果各有不同，復合使用能獲得到優勢互補，提高和改善砂漿性能。作用機理是：（1）聚合物均勻地分散在砂漿體系中，當水泥凝膠結料開始水化時，系統中的水分減少，水化物增加，聚合物聚集在水化物、集料、未參與反應的水泥顆粒表面、砂漿與墻板界面及集料顆粒之間、水化產物與集料之間、水化物與水化物之間的毛細孔中。隨著水化的進行，砂漿中的水分進一步減少，聚合物凝結成膜，形成網狀結構。這種網狀結構聚合物的彈性模量比砂漿硬化體的彈性模量低，使得砂漿的韌性增強，砂漿與墻板界面的黏結強度增加，從而提高了接縫效果。（2）由于均勻地分散在砂漿中的聚合物對水具有一定的吸附作用，同時均勻分散的聚合物膜能封閉砂漿中的種類毛細孔，抑制砂漿中水分的散失，降低干縮，增加砂漿的體積穩定性。（3）聚合物中的極性基團與凝膠結料水化物凝膠極性離子能發生化學鍵作用，從而改善砂漿水化物的結構，有利于吸收因砂漿干縮、外界作用等引起的內外應力，提高砂漿的物理性能。
3.3 企口接縫界面效果比剖切面好
這是因為企口界面的接觸面大，因而黏結力、界面嚙合力大，界面抗破壞能力強。接縫試件測試結果見表3。第6組試件的接縫效果相對較好，試件斷裂均出現在接縫界面以外的位置，說明接縫砂漿及接縫界面處的強度超過了墻板基體強度（主要是抗拉強度和抗沖擊強度）。
3.4 關于施工工藝與技術
3.4.1 界面問題。由于新型墻體材料的生產過程與黏土磚不同，因而界面情況也不同，水泥基輕質復合墻板是用模具澆注而成的，接縫企口光潔，接縫砂漿與界面的黏結力差，易形成薄弱環節，因此，施工抹灰前應對界面進行處理。試驗中采用的是在界面上涂刷一層水泥改性劑凈漿，以增強接縫砂漿與界面的黏結力，提高界面的黏結強度。
3.4.2 接縫寬度問題。由于砂漿的收縮普遍比墻板大，施工接縫的寬度必然井浪終影響絕對收縮量，即累計施工縫越寬，產生的收縮（收縮應變）越大。因此，施工中應采取擠漿措施，盡可能減小施工縫，并保證接縫處砂漿飽滿。一般工程中施工縫控制在5mm-8mm為宜。當墻體累計長度大于6m時，宜設置構造柱，以減少累計收縮應力，增加墻體的穩定性。
3.4.3 墻板安裝時，往往因生產時間短或運輸、存儲過程中淋濕等造成墻板含水率偏高的現象，墻體安裝后仍有一部分水分散發而逐漸趨于與大氣中水分平衡，這個過程中，墻板會因失水而收縮。因此，施工過程中應針對具體情況，預留部分板縫，等墻板水分平衡后再填入接縫砂漿。