摘要：针对现浇混凝土模板内置保温板系统的构造特点、技术及成本要求，研制了一种专用抗裂砂浆。试验结果表明，不同的材料组分对该砂浆的抗裂性能都有不同的影响，通过采用不同集配的集料、不同的外加剂掺加量观察各自组分对砂浆抗裂性能的影响，并分析其影响机理。
关键词：抗裂砂浆 现浇混凝土模板内置保温板系统有网体系 抗裂性 开裂指数 聚丙烯纤维 纤维素醚 可再分散胶粉
Abstract: Crack-resistance mortar is developed for steel mesh polystyrene panel casting exterior thermal system. The test result indicated the different material component had the varying degree influence to the mortar crack resistance. Through uses the different size sand and the amount of additive, we can find there have the different influence to the mortar crack resistance.
Key word: Crack-resistance mortar Steel mesh polystyrene panel casting exterior thermal system Crack-resistance Crack indexPolypropylene fiber Re-dispersible powder Cellulose aether
1．概述
当前，我国正全面实施建筑节能战略，国家和各地方政府也已相继出台了一系列配套的法令法规。作为重点推广的外墙外保温系统，目前正在全国范围内迅速推广应用。在外墙外保温系统中，现浇混凝土模板内置保温板（简称大模内置）系统是一种比较成熟的外保温体系，该系统特点是墙体和保温基层之间连接可靠，保温层施工与结构浇筑同时完成，可大幅度缩短工期、节省粘结剂。因此该体系正得到大力的推广。
该系统保温板外侧的系列砂浆中，基础找平层砂浆最为关键，该层砂浆将起到结构层与饰面层的连接，从柔性的保温层过渡到相对刚性的饰面层，因此对砂浆的抗裂性、抗渗性和粘接强度具有较高要求。比较而言，由于水分侵入会极大降低保温层的保温效果，引起钢丝网的锈蚀，抗开裂性尤为重要。
纵观大模内置外保温体系常见的保护砂浆开裂现象，多数由于抗裂砂浆自身问题引起。对砂浆材料自身来讲，从拌合到凝结硬化过程是伴随着化学减缩、干燥收缩、自收缩及碳化收缩的过程。而抗裂砂浆的厚度一般设计为20-30mm，属厚抹灰构造，因此，对该层砂浆的减缩抗裂将是研究的重点所在。结合实际成本因素，本文主要对现浇混凝土模板内置保温板体系中找平层抗裂砂浆进行研制，并探讨影响砂浆抗裂性能的因素。
2. 试验原材料和试验方法、试验方案
2.1 原材料
水泥: 42.5普通硅酸盐水泥；
集料：天然河砂，采用四种不同级配的砂，具体如表1所示；
纤维：聚丙烯纤维，长度6mm，具体参数如表2所示；
表1 砂子级配表
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编号
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筛余百分数（%）
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|||||
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2.5mm
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1.18mm
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0.60mm
|
0.30mm
|
0.15mm
|
0.08mm
|
|
|
1#
|
0
|
0.1
|
7.4
|
63.7
|
25.3
|
5.0
|
|
2#
|
8.2
|
6.1
|
52.4
|
13.5
|
6.1
|
3.8
|
|
3#
|
23.5
|
32.9
|
26.2
|
9.0
|
4.2
|
0.3
|
|
4#
|
13.39
|
17.7
|
25.8
|
26.31
|
11.20
|
2.12
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表2 聚丙烯纤维技术参数
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材质
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抗拉强度
|
长度
|
密度
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截面形状
|
极限延伸率
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改性聚丙烯
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≥500Mpa
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6mm
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0.91g/cm3
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三叶型
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15%~20%
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纤维素醚：相对粘度为10000mPa.s；
胶粉： 德国进口，醋酸乙烯酯-乙烯共聚型可再分散乳胶粉；
2.2 试验方法
抗裂性试验按照《JC/T 951-2005 水泥砂浆抗裂性能试验方法》进行，其余试验参照有关标准规定的方法。
2.3 试验方案
通过选用不同颗粒级配的集料，以及不同纤维、胶粉和纤维素醚的掺加量进行对比试验，从而得出集料的选用原则以及纤维、胶粉和纤维素醚的最佳添加量。
3. 试验结果与讨论
3.1集料的不同颗粒集配对砂浆抗开裂性的影响
针对本文的四种级配的天然砂，通过试验考察了它们对所配制砂浆抗开裂性的影响情况，具体数据见表3。
由表3中可以看出：1)采用颗粒过细的1# 砂最易引起砂浆开裂，其总开裂长度最长，但由于生成的裂缝宽度较小（见图1(a)），
其总开裂指数相对较低；2)采用
颗粒过粗的3# 砂所配制的砂
浆，其总开裂长度最短，说明采
用粗砂有利于砂浆的阻裂性，但
因其颗粒尺寸过大，引起的裂缝宽度也较大（见图1(c)），所
以砂浆总开裂指数反而偏高；3)
4# 砂中过粗和过细的砂的比例
均较高，所配制砂浆的开裂性集
合了砂颗粒过细、过粗两者的特点，不仅总开裂长度最长（见图1(d)），而且总开裂指数也是最高；4)相对来说，2# 砂的颗粒级配最好，所配制砂浆表现出良好的抗开裂性能，虽然其总开裂长度居中（见图1(b)），但由于其良好的颗粒级配，有利于对裂缝发展的抑制，因而砂
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编号
|
砂
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裂缝长度/各级开裂指数
|
总开裂长度
|
总开裂指数
|
|||
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d<0.5
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1>d>0.5
|
2>d>1
|
3>d>2
|
||||
|
1
|
1#
|
666/166.5
|
268/134
|
250/250
|
0/0
|
1184
|
550.5
|
|
2
|
2#
|
728/182
|
81/40.5
|
0/0
|
0/0
|
809
|
222.5
|
|
3
|
3#
|
168/42
|
137/68.5
|
232/232
|
221/442
|
608
|
784.5
|
|
4
|
4#
|
516/129
|
205/102.5
|
416/416
|
187/374
|
1324
|
1021.5
|
表3 集料的级配对砂浆抗开裂性能的影响
浆总开裂指数达到最低。因此，就这四种颗粒级配的石英砂来说，选用2 # 砂最有利于提高砂浆的抗开裂性。
(a) 1# 砂
(b) 2# 砂
(c) 3# 砂
(d) 4# 砂
图 1
颗粒级配对砂浆抗裂性能影响的机理分析。颗粒级配主要指集料中不同粒径颗粒的组合搭配情况，它能较好地反映集料所具有的总表面积和空隙率的大小。集料颗粒越粗，比表面积越小，包裹所需的浆体量减少，但过粗的集料颗粒将引起沉降裂缝，流动性也降低；级配不合理的集料（如图2（a）所示），堆积密度小，相应的空隙率大，所需填充的浆体量多，砂浆流动性差；合理的集料级配搭配（如图2(b)所示）能够降低这种空隙的存在，使得浆体的用量降低，有效减小砂浆的收缩，改善砂浆的抗裂性。
（a）不合理级配的集料
(b) 合理级配的集料
图 2 [1]
3.2 纤维掺量对砂浆抗开裂性的影响
聚丙烯纤维在砂浆中掺量分别为0, 0.05%,0.10%, 0.15%(占砂浆质量百分数)时，砂浆中裂缝长度和开裂指数，以及对砂浆的抗裂性的评价，如表4。
表4 纤维掺量对砂浆抗开裂性的影响
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编号
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掺量(%)
|
开裂指数
|
抗裂性
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试板情况
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||
|
d<0.5
|
1>d>0.5
|
2>d>1
|
||||
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K01
|
0
|
110
|
178.5
|
547
|
基准
|
边框周围剥离较大, 钢筋筐二边角处有细小裂纹
|
|
K02
|
0.5‰
|
46
|
57
|
246
|
58.23%
|
边框周围剥离较大, 钢筋筐四边角处有细小裂纹
|
|
K03
|
1.0‰
|
34.75
|
0
|
0
|
95.84%
|
边框周围剥离较小,钢筋筐四边角处有微细裂纹
|
|
K04
|
1.5‰
|
0
|
0
|
0
|
100%
|
边框周围仅有些微剥离,钢筋筐处未发现裂纹
|
可以看出，1 )掺入聚丙烯纤维后，裂缝长度减小，裂缝宽度变窄，即砂浆抗开裂性得以改善；2 )随着纤维掺量的增加，其抗裂能力也随之增强，当纤维掺量从0.1% 提高到0 .15% 时，在砂浆平板上未发现任何裂缝，说明对于这一面积大小的砂浆抹灰层，可以完全防止塑性和干缩裂缝。
分析纤维的阻裂机理: 纤维以其优异的分散性能在砂浆中形成一个三维、均匀乱向分布的纤维网结构，在一定掺量下，能使砂浆中分布有数以亿计的纤维丝，从而分散内部应力，并能提高砂浆早期抗拉强度，阻止、减少或延缓由于砂浆塑性失水收缩、沉降收缩、温差收缩等多种因素引起的原生裂隙，并抑制基体中原有微裂缝的扩展。试验结果发现，砂浆中聚丙烯纤维掺量在0.10%时就能有明显的抗裂效果。作为一种物理加筋的抗裂材料，纤维的加入对砂浆的物理力学性能不会产生不良的影响，且掺量小时对砂浆的和易性影响也不大，非常适合用来提高砂浆早期的抗裂性。
3.3 纤维素醚掺量对砂浆抗开裂性的影响
纤维素醚具有良好的增稠保水作用，加入砂浆中能使砂浆获得适宜的稠度和良好的保水性，有效提高施工时的工作性。同时，纤维素醚的存在可以使砂浆内部水份在一定时间内缓慢释放，从而既保证了胶凝材料的水化，使其加强与基底的粘结，又使砂浆早期失水干燥速率减慢，有助于降低收缩开裂性。一般掺加砂浆重量的0.1%-0.6% 就能获得良好的保水率。随着纤维素醚掺量的增加，砂浆保水率增加。但加入过量的纤维素醚会使砂浆的强度降低，这是由于纤维素醚具有一定的引气作用，随着掺量的加大，砂浆中的气孔率明显增大，而这会直接影响到砂浆的强度。因此综合考虑砂浆施工厚度和砂浆本身的经济性，纤维素醚适宜的添加量应该在0.2%-0.4%之间。
3.4 可再分散胶粉掺量对砂浆抗开裂性能的影响
实验中可再分散胶粉的添加量从0%～3%,所测的砂浆的压折比如图3所示：
图3 胶粉掺量对压折比的影响
砂浆压折比的大小可以直接反映出砂浆柔韧性性能。从实验数据可以看出，未掺加可再分散胶粉的砂浆其压折比最高，达到3.6，随着可再分散胶粉的掺量增加，砂浆的压折比开始下降，当掺量达到2.5%时，压折比降到最小。
分析可再分散胶粉在砂浆中作用有以下几点：1）一般来讲，普通水泥砂浆固化以后存在着结构上的缺陷，当砂浆受到应力时，应力容易在这些缺陷处聚中而无法分散，最终导致裂纹的产生与发展；2）可再分散胶粉添加到砂浆中以后，大致经历三个阶段：砂浆加水以后，聚合物粉末重新均匀分散到新拌砂浆中而再次乳化。随着水泥的水化、表面蒸发基层的吸收砂浆内部的自由水不断消耗，乳胶颗粒的移动受到限制，水与空气的界面张力促使乳胶颗粒排列在砂浆的毛细孔内或砂浆内部空隙及水泥颗粒上。最后乳胶颗粒之间网络状的水分通过毛细管蒸发，由此产生的高毛细张力施加于乳胶颗粒表面引起乳胶球体的变形并使它们融合在一起，此时，大致形成乳胶膜（示意图如图4[2]）。3）聚合物砂浆固化以后内部乳胶膜均匀分散在砂浆中且在砂浆孔隙空间形成线性聚合,形成一张连续的膜并与水泥石互为连续相[3]。因此，固化后的砂浆体中存
图4 可再分散胶粉在聚合物砂浆中成膜过程示意图
在着两张网络结构，一是以无机胶凝材料为主的主体结构，该网络结构的特点是：强度高，脆性大；二是以聚合物为主的聚合物膜辅助网络结构，该网络结构的特点是柔韧性大。由于聚合物网络和无机网络互为贯穿，且聚合物膜能够对水泥石中的缺陷和孔隙进行填补，因此，当砂浆处于干缩阶段时，在浆体内所产生的收缩应力可以通过这张柔性的网络得到分散和吸收，砂浆内部的应力得到释放，因此能够防止裂纹的产生和发展，起到抗裂的作用。
4. 结论
1 ) 集料的颗粒级配对砂浆的抗开裂性影响较大，相对单一颗粒粒径的骨料其抗裂性最差，因此，在抗裂砂浆中应当选用级配较好的集料。
2 ) 掺加聚丙烯纤维对提高砂浆塑性抗开裂性的效果明显，试验表明，掺加占砂浆体积0 .10% 以上的聚丙烯纤维就可起到良好的抗裂效果。
3）纤维素醚对砂浆的抗裂性能及其施工性能也有一定的影响，实验发现，纤维素醚适宜的添加量应该在0.2%-0.4%之间。
4）掺入可再分散胶粉对砂浆的柔性具有明显的改善，试验结果表明，当掺量达到2.5%左右时，其柔性达到最佳。但考虑到成本因素，建议抗裂砂浆的可再分散胶粉的掺加量应当在1%～2%之间。
4 )针对大模内置外保温系统有网体系研制开发的专用抗裂砂浆产品，综合考虑了产品的低成本特性、抗裂性和良好的保水性、施工性，经实际工程应用，取得了良好的技术、经济和环境效益，值得进一步大力推广。
参考文献
[1]Dr.Dieter Schweizer “外墙外保温体系抹灰砂浆的应用”，2006第二届中国国际建筑干混砂浆生产应用技术研讨会论文集
[2]《干混砂浆技术与应用》
[3]乔渊等，“可再分散聚合物乳胶粉对水泥砂浆微结构性能作用的研究”，新型建筑材料，2006.7
