吳丹丹，楊楊，諸曉鋒，方毅強(qiáng)

（1.浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院，浙江杭州 310014；2.浙江中煤新型建材有限公司，浙江杭州 311228）

干混抹灰砂漿干燥收縮特性及圓環(huán)約束的實(shí)驗(yàn)研究

吳丹丹1，楊楊1，諸曉鋒2，方毅強(qiáng)2

（1.浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院，浙江杭州 310014；2.浙江中煤新型建材有限公司，浙江杭州 311228）

為了探究干混抹灰砂漿的干燥收縮特性，以干燥起始時(shí)間為參數(shù)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究分析了干燥過(guò)程中的水分損失規(guī)律及其與干燥收縮之間的關(guān)系，同時(shí)通過(guò)圓環(huán)約束試驗(yàn)評(píng)定砂漿的開裂性能，考察了不同干燥起始時(shí)間對(duì)干混抹灰砂漿抗裂性能的影響。結(jié)果表明：不同干燥起始時(shí)間會(huì)影響干混抹灰砂漿的干燥收縮發(fā)展及水分損失過(guò)程，干燥早期階段單位質(zhì)量水分損失所引起的干燥收縮較小，后期階段較大。圓環(huán)試件開裂時(shí)的單位當(dāng)量應(yīng)力基本相同，與干燥起始時(shí)間無(wú)關(guān)。

干混抹灰砂漿；干燥收縮；圓環(huán)約束試驗(yàn)；干燥起始時(shí)間

0　引言

在抹灰工程中，干混抹灰砂漿經(jīng)常會(huì)發(fā)生開裂，嚴(yán)重影響墻體的外觀和抹灰層的粘結(jié)效果，甚至造成抹灰層剝落引發(fā)安全問(wèn)題[1]。干混抹灰砂漿的抗裂性能受諸多因素的影響和制約，如原材料與配合比、養(yǎng)護(hù)條件、基層種類、砂漿中纖維增強(qiáng)材料、抹面厚度、風(fēng)速與日照情況等，其中早期干燥失水是主要因素。當(dāng)干混抹灰砂漿較早地暴露于干燥環(huán)境時(shí)，砂漿中水分蒸發(fā)加快，從而加速了砂漿的干燥收縮乃至引發(fā)裂縫的形成和擴(kuò)展。為了探究干混抹灰砂漿干燥收縮特性，本文以干燥起始時(shí)間為參數(shù)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究分析了干燥過(guò)程中的水分損失規(guī)律及其與干燥收縮之間的關(guān)系，同時(shí)通過(guò)圓環(huán)約束試驗(yàn)評(píng)定砂漿的開裂性能，考察不同干燥起始時(shí)間對(duì)干混抹灰砂漿抗裂性能的影響。

1　實(shí)驗(yàn)

1.1原材料及配合比

本實(shí)驗(yàn)采用浙江中煤新型建材有限公司提供的M15干混抹灰砂漿作為原材料，其配合比（g/kg）為：m（水泥）∶m（增稠分）∶m（粉煤灰）∶m（砂）=160∶7∶23∶810。其中水泥為P·O 42.5級(jí)；增稠粉為膨潤(rùn)土，由安吉中瑞膨潤(rùn)土化工有限公司提供；摻合料為Ⅱ級(jí)粉煤灰；砂為中砂，細(xì)度模數(shù)2.3；拌合用水為自來(lái)水。根據(jù)GB/T 25181—2010《預(yù)拌砂漿》稠度要求，通過(guò)試拌確定水料比為0.18，干混抹灰砂漿的各項(xiàng)性能均符合GB/T 25181—2010的要求。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1失水率及干燥收縮試驗(yàn)

為了研究砂漿試件的干燥收縮特性及其與水分損失的關(guān)系，本研究采用螺旋測(cè)微儀（精度為0.001 mm）測(cè)量砂漿干燥收縮，同時(shí)用電子天平（精度為0.1 g）測(cè)量試件質(zhì)量。兩者均每天測(cè)試1次。試件成型及養(yǎng)護(hù)條件參照GB/T 17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）》進(jìn)行，干燥收縮試件規(guī)格為40 mm×40 mm×160 mm，兩端預(yù)埋測(cè)頭，每組成型3個(gè)試件。試件在保濕養(yǎng)護(hù)2 d后脫模，繼續(xù)標(biāo)養(yǎng)至規(guī)定起始干燥齡期后，將試件移入干燥環(huán)境進(jìn)行干燥收縮變形及失水率測(cè)試。規(guī)定起始干燥齡期為3 d、5 d。實(shí)驗(yàn)室干燥環(huán)境的溫濕度條件為溫度（20±2）℃、相對(duì)濕度（50±5）%，收縮變形數(shù)據(jù)和失水率測(cè)試均持續(xù)記錄至28 d齡期。

1.2.2圓環(huán)約束試驗(yàn)

圓環(huán)約束試驗(yàn)裝置如圖1所示，高度為60 mm、內(nèi)環(huán)厚度4 mm、內(nèi)環(huán)外徑260 mm、外環(huán)內(nèi)徑300 mm，內(nèi)外環(huán)間的砂漿試件厚度為20 mm。試驗(yàn)?zāi)＞哂蒔VC底板、鋼制內(nèi)外環(huán)組成，底板要求表面光滑、平整、且不吸水。每個(gè)內(nèi)環(huán)內(nèi)側(cè)上粘貼4片應(yīng)變片監(jiān)測(cè)鋼環(huán)的應(yīng)變發(fā)展，應(yīng)變片對(duì)稱貼在環(huán)內(nèi)表面中間高度處，4片應(yīng)變片相互間隔90°。應(yīng)變由數(shù)據(jù)采集儀自動(dòng)記錄，數(shù)據(jù)采集間隔時(shí)間設(shè)定為30 min。圓環(huán)約束試驗(yàn)的環(huán)境條件為溫度（20±2）℃，相對(duì)濕度（50±5）%。

圖1　約束圓環(huán)和成型后的試件

根據(jù)試驗(yàn)所得鋼環(huán)的應(yīng)變值，按照式（1）[2]可計(jì)算出圓環(huán)試件內(nèi)側(cè)、外側(cè)的應(yīng)力。

式中：σ（r）——距離圓環(huán)中心為r處的圓環(huán)試件圓方向的拉應(yīng)力，MPa；

r——試件圓周方向與圓環(huán)中心距離，mm；

εs——約束內(nèi)環(huán)壓縮應(yīng)變；

Es——約束內(nèi)環(huán)彈性模量，本文取2.05×105MPa；

t——約束內(nèi)環(huán)厚度，mm；

r1——約束內(nèi)環(huán)外半徑，mm；

r2——外環(huán)內(nèi)半徑，mm。

同組圓環(huán)約束試驗(yàn)共成型2個(gè)平行試件。試件成型前，首先在底板表面覆蓋2層塑料薄膜，以降低砂漿試件和底板之間的磨擦，然后再放置約束圓環(huán)、調(diào)整內(nèi)外環(huán)位置并擰緊定位螺絲。砂漿分2次澆注，成型后10 min內(nèi)將試件移入測(cè)試環(huán)境，立即松開定位螺絲，并將應(yīng)變片連接到數(shù)據(jù)采集儀上，記錄時(shí)間并測(cè)試應(yīng)變值。養(yǎng)護(hù)時(shí)在試件上表面覆蓋1層濕潤(rùn)的亞麻布并加蓋塑料薄膜防止水分散失，養(yǎng)護(hù)2 d后拆除外環(huán)，繼續(xù)保濕養(yǎng)護(hù)至規(guī)定起始干燥齡期后，用鋁箔膠帶密封圓環(huán)試件上側(cè)面，確保試件只通過(guò)外表面失水，試件在試驗(yàn)環(huán)境條件下開始干燥[3-4]。起始干燥時(shí)間設(shè)定為3 d、5 d。

2　結(jié)果與分析

2.1砂漿失水率及其經(jīng)時(shí)變化

砂漿在不同干燥起始時(shí)間下失水率的經(jīng)時(shí)變化見(jiàn)圖2。

圖2　不同干燥起始時(shí)間下砂漿的失水率變化

由圖2可以看出，無(wú)論從何齡期起始干燥，早期砂漿快速失水，砂漿的失水率不斷增大，隨著干燥時(shí)間的延長(zhǎng)，砂漿的失水率逐漸變緩，之后基本不再變化。砂漿開始干燥的時(shí)間越早，砂漿失水率的早期發(fā)展越快，最終的失水率越大。隨著開始干燥時(shí)間的推遲，砂漿水化反應(yīng)程度越大，砂漿中的水分減少，失水率也隨之減小。由圖2還可以發(fā)現(xiàn)，砂漿失水率的發(fā)展早期較快，之后趨于平緩。其中3d、5d開始暴露于干燥環(huán)境的砂漿，其失水率發(fā)展開始趨于平緩的時(shí)刻分別約在第8d、第12d，砂漿開始干燥時(shí)間越遲，砂漿失水率趨于平緩的時(shí)刻也越遲。

2.2不同干燥起始時(shí)間下砂漿的干燥收縮特性（見(jiàn)圖3）

由圖3可以看出，在早期砂漿的干燥收縮不斷增大，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，干燥收縮發(fā)展逐漸變緩，之后基本不再變化。比較不同干燥起始時(shí)間的砂漿干燥收縮值可以發(fā)現(xiàn)，與失水率經(jīng)時(shí)變化基本相似，但5 d開始干燥的情形下，在干燥經(jīng)時(shí)11 d前表現(xiàn)較小的收縮，其后反超呈現(xiàn)較大的干燥收縮。這可能是由于與3 d開始干燥相比，5 d開始干燥時(shí)的砂漿由于失水較晚，其后期孔隙較為細(xì)化，因而毛細(xì)管作用較強(qiáng)所致。

同一時(shí)間失水率與其對(duì)應(yīng)的干燥收縮的關(guān)系見(jiàn)圖4。

圖3　不同干燥起始時(shí)間下砂漿的干燥收縮變化

圖4　不同干燥起始時(shí)間下砂漿失水率與干燥收縮的關(guān)系

由圖4可見(jiàn)，砂漿失水率發(fā)展與干燥收縮發(fā)展的關(guān)系表現(xiàn)為2個(gè)階段，早期階段單位質(zhì)量水分損失所引起的干燥收縮較小，后期階段較大[5]。這是因?yàn)樯皾{在剛開始暴露于干燥環(huán)境時(shí)，主要是較大孔隙中水分的逸散，引起收縮的毛細(xì)管作用較??；當(dāng)大孔中水分消耗完時(shí)，水分損失發(fā)生在較小的毛細(xì)孔中，從而引起較大的收縮。圖4中砂漿開始干燥的時(shí)間越早，第1階段的單位質(zhì)量損失對(duì)應(yīng)的收縮越小，這也反應(yīng)了圖2中的現(xiàn)象，即砂漿開始干燥的時(shí)間越早，砂漿失水率的早期發(fā)展越快。

2.3不同干燥起始時(shí)間對(duì)圓環(huán)約束試驗(yàn)的影響

圖5、圖6為砂漿在不同干燥起始時(shí)間下的圓環(huán)內(nèi)壁實(shí)測(cè)應(yīng)變和圓環(huán)應(yīng)力發(fā)展情況，應(yīng)變數(shù)值發(fā)生的突變對(duì)應(yīng)著試件發(fā)生開裂。

圖5　圓環(huán)內(nèi)壁實(shí)測(cè)應(yīng)變發(fā)展情況

圖6　圓環(huán)應(yīng)力發(fā)展情況

從圖5可以看出，負(fù)的應(yīng)變值代表鋼環(huán)受到砂漿收縮而產(chǎn)生的壓力，同時(shí)砂漿的收縮也受到來(lái)自鋼環(huán)的約束，從而在砂漿中產(chǎn)生拉應(yīng)力。隨著干燥時(shí)間的延長(zhǎng)，砂漿中的拉應(yīng)力持續(xù)增長(zhǎng)。3 d開始干燥的砂漿環(huán)約在干燥7 d時(shí)發(fā)生開裂，開裂時(shí)應(yīng)變?yōu)?72 με；5 d開始干燥的砂漿環(huán)約在干燥6 d時(shí)發(fā)生開裂，開裂時(shí)應(yīng)變?yōu)?55 με。對(duì)比圖3可見(jiàn)，開裂時(shí)砂漿的干燥收縮仍在發(fā)展中，而且并未達(dá)到收斂。從圖6可見(jiàn)，砂漿環(huán)受約束時(shí)內(nèi)側(cè)應(yīng)力比外側(cè)應(yīng)力大，這是由于內(nèi)側(cè)砂漿受鋼環(huán)的約束程度較大所致。

3 d開始干燥的砂漿環(huán)在干燥7 d時(shí)開裂，對(duì)應(yīng)的干燥收縮值為0.058 mm，是最終干燥收縮值的67%；5 d開始干燥的砂漿環(huán)在干燥6 d時(shí)開裂，對(duì)應(yīng)的干燥收縮值為0.045 mm，是最終干燥收縮值的49%。砂漿開始干燥時(shí)間越早，砂漿環(huán)開裂時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的干燥收縮值越大。

考慮到3 d、5 d開始干燥的砂漿環(huán)開裂時(shí)的內(nèi)側(cè)應(yīng)力值分別為1.58、1.23 MPa，對(duì)應(yīng)的干燥收縮應(yīng)變分別為-336.620 με、-261.165 με，以試件內(nèi)側(cè)應(yīng)力值/干燥收縮應(yīng)變作為開裂時(shí)的單位當(dāng)量應(yīng)力，其值分別為4.69 GPa、4.71 GPa?？梢?jiàn)在本研究所采用的圓環(huán)約束條件下，開裂時(shí)的單位當(dāng)量應(yīng)力基本相同，與干燥起始時(shí)間無(wú)關(guān)。

3　結(jié)論

（1）失水率和干燥收縮發(fā)展先快后慢，最后基本趨于平緩一致。砂漿暴露于干燥環(huán)境越早，其失水率跟收縮值在早期發(fā)展越快，砂漿開始趨于平緩的時(shí)刻也越早。砂漿的失水率發(fā)展與干燥收縮發(fā)展的關(guān)系表現(xiàn)為2個(gè)階段關(guān)系。早期階段單位質(zhì)量水分損失所引起的干燥收縮較小，后期階段較大。

（2）圓環(huán)約束試驗(yàn)的結(jié)果表明，無(wú)論是何時(shí)起始干燥，開裂時(shí)的砂漿處于干燥收縮的發(fā)展階段。在本研究所采用的圓環(huán)約束條件下，開裂時(shí)的單位當(dāng)量應(yīng)力基本相同，與起始干燥時(shí)間無(wú)關(guān)。砂漿試件受約束時(shí)內(nèi)側(cè)應(yīng)力比外側(cè)應(yīng)力大，說(shuō)明砂漿的裂縫發(fā)展應(yīng)該是從內(nèi)到外進(jìn)行。

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Experimental studies on drying shrinkage characteristic and ring restraining of dry-mixed plastering mortar

WU Dandan1，YANG Yang1，ZHU Xiaofeng2，F(xiàn)ANG Yiqiang2
（1.College of Civil Engineering and Architecture，Zhejiang University of Technology，Hangzhou 310014，China；2.Zhejiang China Coal New Building Materials Co.Ltd.，Hangzhou 311228，China）

The water loss is the main factor which leads to drying shrinkage cracking of dry-mixed plastering mortar，in order to explore the drying shrinkage characteristic of dry-mixed plastering mortar，this paper analyzes the water loss in the drying process and the relationship with the drying shrinkage using drying starting time as the parameter through experimental studies，at the same time evaluating the cracking property of the mortar by ring restraining test，discussing the effect of different drying starting time on the anti-cracking property of dry-mixed plastering mortar.Research results show that the different drying starting time will affect the drying shrinkage development and water loss process of dry-mixed plastering mortar.The drying shrinkage caused by the water loss per unit mass is smaller in the initial drying stage and bigger in the later drying stage.When the ring specimens crack the unit equivalent stress is basically the same which is irrelevant to drying starting time.

dry-mixed plastering mortar，drying shrinkage，ring restraining test，drying starting time

TU57.8+1

A

1001-702X（2016）10-0063-03

2016-02-27；

2016-03-31

吳丹丹，女，1991年生，浙江東陽(yáng)人，碩士研究生。