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    【陜西博宇節能建材】分享:抗裂纖維對抗裂砂漿性能的影響

    2024-03-18

    抗裂砂漿概述

    抗裂砂漿是將由聚合物乳液和外加劑制成的抗裂劑、水泥和砂按**比例加水攪拌制成的能滿足**變形而保持不開裂的砂漿。在建筑墻體結構中應用抗裂砂漿,旨在提升墻體的保溫性能,其在建筑墻體結構中具有**重要的作用,尤其是在保溫層方面的優勢**明顯。


    常見的墻體結構材料通常采用的是混凝土,但隨著工程實踐的深入和自身經驗水平的提升,會發現混凝土作為墻體結構材料時,在質心、形心、偏心率、剛度均勻性、剛重比、剪重比、位移、經濟指標等數據電算后,容易出現經濟性不達標,抗震、結構安全性不達標的狀況,

    為達到設計標準和業主的要求,需要不斷優化墻體結構的整體指標。因此,筆者在日常項目實踐中應用了一種抗裂砂漿,并對抗裂砂漿進行了試驗,發現這一抗裂砂漿的性能能夠滿足建筑墻體結構抗裂、保溫和抗震等方面的需要。

    試驗材料具體性能

    為滿足建筑結構抗裂、保溫和抗震的需要,在結構設計中采用了抗裂砂漿,并對抗裂砂漿的配比進行了科學確定,以確保墻體結構安全。本試驗中采用的材料主要有以下幾種。

    水泥采用42.5的普通硅酸鹽水泥。比表面積為345m2/kg;抗壓強度為3d為28.2MPa,28d為51.3MPa;抗折強度中3d為5.1MPa,28d為8.5MPa;總堿量為0.54%;三氧化硫含量為2.34%;氧化鎂含量為2.82%;鋁酸三鈣含量為7.90%;氯離子含量為0.02%。

    砂的細度模數是2.6,含泥量是0.89%,經過晾曬和烘干后所有水分蒸發為干砂。


    乳膠粉采用可再分散乳膠粉,為白色粉末,粒徑為80μm,抗皂化性能和防水性能較強。此外,其抗水性、隔熱性、施工性等黏結能力較強,對于提升砂漿柔性有著**重要的作用。在增強砂漿耐堿性能,保障砂漿的抗折強度、黏附性、黏合性、防水性、可塑性、施工性、耐磨性的基礎上,增強了抗裂砂漿的柔韌性。

    纖維素采用HPMC,即羥丙基甲基纖維素,為白色粉末,能溶于水,黏稠溶液透明,旨在起到增稠、分散、黏合、乳化、懸浮、成膜、膠凝、吸附、保水、保護膠體和增強表面活性等作用,使得新拌砂漿在硬化階段的和易性更強。

    抗裂纖維長9mm,直徑45μm,成分是聚丙烯纖維。在砂漿中添加抗裂纖維,不僅抗拉強度獨特,而且熔點、燃點、耐酸堿性、分散性較強,能有效避免砂漿裂縫出現。

    淀粉醚采用的是白色粉末狀的哲丙基淀粉酸,溶解于水中,溶液透明,對于提升干混砂漿的保水性有著**重要的作用,尤其是在增稠方面的能力較強,使得砂漿黏度得以提升,且很少用量就能提升材料的抗垂掛能力。重鈣采用的是重質碳酸鈣,旨在增強砂漿韌性與抗沖擊性。


    粉煤灰采用多孔型蜂窩狀顆粒組織,不僅表面積大,而且吸附活性較強,粒徑為0.5~300μm,具有較強的吸水性能。通過添加粉煤灰,可節約水泥與細骨料,降低用水量,使得砼拌合物和易性得到強化,可泵性得到增強,降低砼徐變,減少水化熱引發的膨脹,使得混凝土抗滲性與修飾性更強。

    配合比

    在本設計中計算了1m3的混凝土中的材料用量,按照質量計算,水泥、砂子、乳膠粉、HPMC、抗裂纖維、淀粉醚、重鈣、粉煤灰、水的用量分別為325、625、12、5、2、1、25、25、255kg,水膠比為0.659。

    試驗中纖維素采取內摻的方式,分別按照0%、0.16%、0.32%、0.40%、0.55%的比例,纖維體積摻量按照0kg/m3和2kg/m3,對抗裂砂漿的力學性能變化規律進行分析。

    為確保試驗材料的用量充足,本試驗中的實際材料用量是理論值的2倍,富余系數為2.0,水泥和乳膠粉以及重鈣和粉煤灰的膠凝材料為387kg/m3,而纖維素取代膠凝材料0.16%時為2kg/m3,0.32%時為4kg/m3,0.40%時為5kg/m3,0.55%時為7kg/m3。

    抗裂纖維摻入的纖維體積率0kg/m3和2kg/m3分別為0%和0.16%。試驗時把所有材料干拌均勻后加水攪3min,試驗共10組,得到的具體結果詳見表1。

    表1試驗配比


    試驗內容

    進行抗拉試驗時主要是通過抗拉試驗數據獲取纖維素與抗裂纖維**的摻量,在獲得**摻量數據后分析28d齡期變化規律,再對抗裂砂漿進行24h抗裂性能試驗,具體的試驗設計試件指標詳見表2。

    表2試驗設計試件的指標


    試驗儀器

    本試驗中采用的有壓力試驗機、單臥軸強制式砼攪拌機與振動臺、平板試驗模具。

    劈裂抗拉試驗

    就力學視角而言,裂縫形成是因為砂漿拉應力強度大于極限抗拉強度,因此本研究通過研究抗拉強度分析砂漿抗拉性能。本試驗的抗拉強度試件為150mm的立方體標準試件,加載速度在0.05~0.08MPa/s,并按照式(1)計算砂漿的劈裂抗拉強度。

    (1)


    式中,fts代表砂漿劈裂抗拉強度,單位為MPa;A代表劈裂面面積,單位為mm2;F代表破壞荷載,單位為N。

    在試驗時,隨著壓力機施加的荷載不斷加大,試件從最初無變化逐漸變為極限荷載之后,產生了細小的裂縫,且裂縫隨著荷載不斷擴大,使得試塊迅速斷裂為兩塊。試塊在實驗時斷裂程度不同,部分呈現整體斷開的情況,而有的則是部分出現一條裂縫,有的則沒有明顯變化。不同配比的羥丙基甲基纖維素(0%、0.16%、0.32%、0.40%、0.55%)與聚丙烯纖維(0%、0.16%)的劈裂抗拉強度試驗數據如表3和圖1所示。

    表3劈裂抗拉強度試驗數據(MPa)


    從圖1可以看出,若在砂漿中不添加HPMC時,劈裂抗拉的強度只有1.1MPa。若在砂漿中添加0.16%的HPMC時,發現比不添加HPMC時的抗拉強度反而下降了5.45%。

    若在砂漿中添加0.32%的HPMC時,劈裂抗拉強度達到了0.78MPa,比添加0.16%的HPMC時的抗拉強度少25%,說明這時的抗拉強度快速下降,達到**值,即0.78MPa。

    在此基礎上,劈裂抗拉強度緩慢上升,當添加0.40%的HPMC時,抗拉強度為0.97MPa,比**時多24.4%。當添加0.55%的HPMC時,抗拉強度提升到1.01MPa,比添加0.40%的HPMC時的抗拉強度多4.12%。由于添加聚丙烯纖維,對砂漿早期硬化的和易性帶來了影響,因此需要在砂漿中添加HPMC達到緩解的目的。

    從圖1中看出,當添加HPMC后,劈裂強度從最初的1.1下降到0.78MPa,到**后開始升高到0.97MPa;隨后在增加HPMC后,抗拉強度的增加相對緩慢且逐漸變得平穩。


    添加0.16%的聚丙烯纖維旨在提升抗裂性能,若砂漿中不添加HPMC,此時的劈裂抗拉強度是1.32MPa,而添加HPMC比例為0.16%時,抗拉強度是1.12MPa,比不添加HPMC降低15.15%。

    當添加HPMC比例為0.32%時,抗拉強度是0.78MPa,抗拉強度處于**點,比添加HPMC比例為0.16%時的抗拉強度降低了30.36%,隨后,抗拉強度逐漸升高。當添加HPMC比例為0.40%時,劈裂抗拉強度是1.08MPa,比添加HPMC比例為0.32%時高出38.46%。

    當添加HPMC比例為0.55%時,抗拉強度為1.11MPa,比添加HPMC比例為0.40%時高出2.78%。由此可見,添加HPMC有助于改善早期和易性影響。隨著HPMC的添加,劈裂抗拉強度從1.32降低到0.78MPa,隨著HPMC添加量加大,抗拉強度也快速提升,

    在0.40%的添加量時,強度達到了1.08MPa,繼續添加HPMC時,抗拉強度的上升放緩。因此基于試驗結果與經濟性的考慮,聚丙烯纖維和HPMC的添加量為0.16%和0.40%時的抗拉效果**。

    結果與分析

    在本試驗中主要是對結構設計中采用的抗裂砂漿這一新型建筑材料的性能進行檢測,以確保整個墻體結構設計中的材料滿足墻體抗裂、保溫和抗震的需要。

    因此,在早期抗裂性能試驗中制作了2個砼板,模具尺寸是600mm×600mm×63mm(平面鋼薄板),模具邊框尺寸是63mm×40mm×63mm(槽鋼),邊框內徑6mm,雙排栓釘作為間距,寬度60mm。

    對試件按照“澆筑—振搗—抹平—砂漿上層覆蓋塑料薄膜”的流程處理,靜置120min后,取下塑料薄膜,并利用吹風裝置對砂漿板試件表面吹風,風速為0.5m/s,風向與試件表面平行,并在18~22益且相對濕度≤60%的環境下,將試件靜置24h后,對裂縫數量、長度、寬度進行觀察。

    在此基礎上,采用裂縫寬度儀測裂縫,若被測裂縫的寬度基本一致時,選取**寬度的中點寬度。若被測裂縫寬度存在較大差別,則采取分段測量方式,將每段裂縫的寬度的平均值作為該裂縫寬度值。

    所測裂縫以肉眼看見為標準,采用鋼尺對裂縫長度進行測量,若裂縫較直,其長度是將裂縫兩端去除后的直線距離,而如果被測裂縫有明顯的彎折現象,就采取折現距離和作為該裂縫總長度。裂縫寬度采用讀數顯微鏡(分度值0.01mm),將裂縫中點周邊的寬度作為這一裂縫的**寬度。裂縫總面積按照式(2)計算。

    (2)


    式中,Acr代表試件裂縫的名義總面積,單位為mm2;砂漿試件、抗裂砂漿、基準試件分別記錄為Afcr、Acfcr、Amcr;ωi,max代表第i條裂縫的名義**寬度,單位為mm;li代表第i條裂縫的寬度,單位為mm。

    在計算的基礎上,按照式3對裂縫降低系數進行計算。

    (3)


    式中,當η≥70%時,說明限裂效能等級為**;當η<70%時,說明限裂效能等級為二級;當40%≤η≤55%時,說明限裂效能等級為三級??砂凑沾藰藴蕦α芽p降低系數進行評級。

    剛成型砂漿板采用專業的裂縫測寬儀,在24h后,測量裂縫長度與寬度,同時記錄好其數量、長度與寬度,用鉛筆加粗處理,便于現場觀察。在此基礎上,再對抗裂砂漿板與AM板(即沒有聚丙烯纖維和HPMC的砂漿)進行對比,發現AM板的裂縫部分分散,有多條肉眼可見的裂縫,且四周伴隨細小裂縫,裂縫的長度長、寬度大,所以抗裂性能較差。

    而采用本設計中的**配比所制作的抗裂砂漿板,用肉眼無法明顯看到裂縫,因此借助裂縫測寬儀進行了細致排查,所找到裂縫較短,不存在板面貫穿裂縫,裂縫寬度窄,抗裂性能更高。

    其中,AM板的**裂縫寬度為0.2mm,裂縫長度最長為260mm,而本設計中的**配比制作的抗裂砂漿板的裂縫寬度為0.02mm,長度最長為26mm,因此本設計中的**配比制作的抗裂砂漿板的早期抗裂性能**。

    按照式2和3分別計算后,得到表4所示的抗裂試驗結果。從表4可知,AM最長裂縫有1條,長度和寬度分別為260mm和0.2mm,裂縫面積為52mm2,**寬度為0.02mm。

    而抗裂砂漿的裂縫**寬度只有0.02mm,最長裂縫只有26mm,遠比AM板的最長裂縫要短,且裂縫總面積只有0.84mm2。因此,經過劈裂抗拉試驗得到**配比的抗裂砂漿的早期抗裂性能遠比AM板要高,能有效地促進外墻的保溫性能,且其抗裂砂漿系數為98.88%,說明抗裂砂漿限裂屬于**,遠比70%的要求要高,因此在抗滲抗裂方面有著良好的效果。

    本工程在外墻保溫中應用這一新型建筑材料,使得建筑的保溫性能得到提升,也契合了經濟性需求。

    表4抗裂試驗結果一覽表


    結論

    **,通過劈裂抗拉數據強度試驗發現,添加聚丙烯纖維的抗裂砂漿的抗拉值比未添加聚丙烯纖維的抗裂砂漿的抗拉值大,當HPMC加量增加后,其抗拉強度先低后高,**逐漸穩定。

    第二,抗裂砂漿**配比為0.16%的聚丙烯纖維與0.40%的HPMC。添加聚丙烯纖維有助于增強砂漿抗裂性能,提升抗拉強度,添加HPMC有助于優化早期和易性影響。

    第三,抗裂砂漿中添加聚丙烯纖維與HPMC后,比未添加的板的裂縫少,且寬度更窄,**配比下的板的抗裂等級為1級,且抗裂降低系數高達98.88%。


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