聚乙烯醇对薄层砌筑砂浆物理力学性能的影响
时间：2023-01-23 16:35:05 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
王亚洲
河南人邦科技股份有限公司（450002）
加气混凝土砌块是一种质轻、多孔、保温隔热、防火性能好、可钉、可锯、可刨和具有一定抗震能力的新型建筑材料，相比于普通砖块，多孔的特性使其具有更大的吸水率和施工工艺要求，普通的砌筑砂浆已经不能满足加气混凝土砌块的施工要求，薄层砌筑砂浆主要用于加气混凝土砌块的薄层砌筑，灰缝较小，一般3～5 mm，不仅要求具有较好的保水性和抗垂挂能力，而且28 d 抗压强度和弹性模量不宜过高或过低，应与加气混凝土匹配，并且具有较好的拉伸黏接强度。石明明等[1-2]研究了不同乳胶粉对薄层砌筑砂浆的失水率影响不大，对胶浆湿密度和稠度影响较大，对其抗压、抗折强度和界面强度影响较大，能显著提高拉伸黏结强度，并且掺量越大拉伸黏结强度越高。李要增等[3]研究的乳胶粉能提高水泥基材料的耐久性和体积稳定性，并且合适的掺量能提高修补砂浆的流动性。罗树琼等[4]加气混凝土专用抹灰砂浆掺入乳胶粉进行改性，具有和易性及保水性好、黏结强度高、收缩率小等优点，能够很好地解决了传统抹灰砂浆用于加气混凝土时存在的开裂、空鼓甚至脱落等问题。豆鹏飞[5]聚乙烯醇乳胶粉对水泥浆体的初凝时间影响较小，会缩短终凝时间，随掺量的增加还会提高水泥的标准稠度用水量。目前又很多可再分散乳胶粉对水泥浆体的保水性、流动性和稠度等方面的施工性及硬化浆体的抗压抗折强度、拉伸黏结强度、体积稳定性和耐久性的研究，但对掺入可再分散乳胶粉后的薄层砌筑砂浆的弹性模量研究不多，文章通过对薄层砌筑砂浆掺入聚乙烯醇树脂胶粉后，对其稠度、保水性、28 d 抗压强度、14 d 拉伸黏结强度及28 d 弹性模量的物理力学性能进行了研究。
1.1 原材料
水泥选用天瑞集团郑州水泥有限公司生产的P·O42.5 水泥(下文简称水泥)；
细骨料采用级配合理，细度模数为1.84 的河砂；
聚乙烯醇树脂胶粉采用德国瓦克化工生产的均聚物胶粉，型号为2488（下文简称2488），性能如表1 所示；
保水剂是由广州龙湖科技股份有限公司生产的羟丙基甲基纤维素醚，型号为HPMC20000（下文简称HPMC）；
沸石粉为天然沸石岩通过磨细而，颜色为浅蓝色，粒径为200～300 目；
加气混凝土砌块的性能见表2。
表1 2488 的性能指标
表2 加气混凝土的性能指标
1.2 配合比
固定灰砂比为36∶64，其中HPMC 掺量为wt0.15%，沸石粉掺量为外掺wt7%，水料比固定为0.2，2488 掺入为外掺，掺量为wt0%、0.05%、0.1%、0.15%、0.20%、0.25、0.30%。薄层砌筑砂浆配合比见表3。
表3 薄层砌筑砂浆的配合比
1.3 试验方法
空白试验组用水量按照将砂浆稠度控制在70～90 mm，作为空白组试验组、对照试验组配合比中的水固比，参照JGJ/T 70—2009《建筑砂浆基本性能试验标准》制备试块，制备试块尺寸为70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm，并在塑性阶段测试砂浆稠度、保水率，在砂浆硬化阶段测试其28 d 抗压强度、14 d 拉伸黏结强度和28 d 弹性模量。
由表4 和图1 可知，薄层砌筑砂浆性能变化为:①由图1.1 可知，薄层砌筑砂浆的稠度随选定的2488 掺量范围内的增加，呈现出先增大再减小再增大的趋势，在掺量0.05%时达到最大；
②由图1.2 可知，薄层砌筑砂浆的保水率随选定的2488 掺量范围内的增加，呈现出先增大后趋于稳定的现象，在掺量0.20%时开始最大，并趋于稳定；
③由图1.3 可知，薄层砌筑砂浆的28 d 抗压强度随选定的2488掺量范围内的增加，呈现出先增大后减小的现象，2488 掺量0.2%时达到最大，涨幅达35.40%；
④薄层砌筑砂浆的14 d 拉伸黏结强度随选定的2488 掺量范围内的增加，呈现出持续增长现象；
⑤薄层砌筑砂浆的28 d 弹性模量随选定的2488 掺量范围内的增加，呈现出持续降低现象。
表4 2488 掺量对薄层砌筑砂浆物理力学性能的影响
图1 2488 掺量对薄层砌筑砂浆性能的影响
从机理分析中得出:2488 为聚乙烯醇，是聚醋酸乙烯经醇解、分离、精致后形成的树脂粉末[6]，以粉末形式掺入水泥砂中，在加水拌合后，会再次溶解重新形成乳液并在养护过程中干燥成膜，此外聚合物具有最低成膜温度，其也是聚合物形成连续膜的最低温度，如果薄层砌筑砂浆水化温度低于该值，就不能够成膜，只有在硬化浆体结构中的毛细孔、凝胶孔等孔隙中形成均匀连续的膜，才能够在有应力时起到架桥作用，以吸收和传递应力，抑制裂纹的形成和扩展，并提高硬化浆体的强度和弹性[7-10]。于敬海、孙静等[11-12]研究了加气混凝土的弹性模量为1 000～2 000 MPa，而普通砌筑砂浆的弹性模量往往在3 000 MPa 以上[13]，弹性模量相差越大，膨胀系数差距越大，收缩越不一致，在温差变化较大时会导致加气混凝土与砌筑砂浆接触面产生裂缝直至脱离。薄层砌筑砂浆随2488 掺量的增加:①稠度先增加后降低再增加，是因为掺量在0.05%时树脂胶粉颗粒如滚珠一样能提高了浆体的稠度，掺量大于0.05%时，2488 为外掺，降低了浆体自身的水胶比导致浆体稠度降低，掺量大于0.20%时，浆体会因2488 掺量过大而引气导致稠度增加；
②保水率先增加后趋于平稳，是因为聚乙烯醇树脂胶粉中含有大量的羟基基团，加水后聚乙烯醇树脂胶粉上的亲水集团会吸附少量的水，会轻微提高砂浆的保水性，掺量增加效果就不再显著；
③28 d 抗压强度先增加后减少，是因为浆体硬化干燥后，树脂胶粉在毛细孔、凝胶孔等孔隙中成膜，再应对应力产生应变时，能吸收和传递应力，抑制裂纹的形成和扩展，提高硬化浆体的强度，掺量大于0.2%时，会因引气导致硬化浆体致密性降低，水化产物不能充分填充孔隙，并且会析出大量的片状聚合物薄膜包裹水泥表面，抑制水泥水化[10]，表现为28 d 抗压强度降低；
④14 d 拉伸黏结强度增加，是因为2488 掺量增加，薄层砌筑与基体界面处不仅树脂胶粉干燥再分散成膜提高了界面处硬化浆体的致密性，提高有效接触面积，而且形成的膜也会和基体表面的颗粒、缝隙产生交互，提高黏接力，此外基材吸收砂浆中水份的同时也将部分2488 带入其中，从而提高了砂浆与基材的黏结强度；
⑤28 d 弹性模量降低，是因为树脂胶粉干燥后，聚合物链状结构充斥再硬化浆体孔隙内，在应对应力产生应变时，膜会吸收和传递应力，抑制裂纹的形成和扩展，提高力的作用范围，最终表现为具有一定柔性的刚性材料。
1）2488 掺量对薄层砌筑砂浆的施工性有较大的影响，严格控制2488 掺量可以得到稠度合适的薄层砌筑砂浆，保障其良好的施工性。
2）在一定的范围内，薄层砌筑砂浆提高2488的掺量可以增加14 d 拉伸黏结强度、降低28d 弹性模量，在满足抗压强度、拉伸黏结强度与要求的前提下，选择合适的2488 掺量，保证其弹性模量接近加气混凝土基体，弹性模量过高会与加气混凝土基体收缩不一致而脱落分离，过低会导致承受荷载时发生形变。
3） 薄层砌筑砂浆的抗压强度2488 掺量在0.2%左右时达到最大，在保证需求薄层砌筑砂浆的性能指标的前提下，合理的选择聚乙烯醇胶粉的掺量不仅能得到性能优异的材料，还能避免材料的浪费。
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