肖力光，邢紋浩

(吉林建筑大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，吉林 長春 130118)

近年來，蒸壓加氣混凝土砌塊因其質(zhì)量輕、強度高，可加工性強、耐火與抗震性好、保溫優(yōu)良等優(yōu)良性能而在我國各地得到廣泛的應(yīng)用。然而，施工現(xiàn)場仍采用普通砌筑砂漿進(jìn)行傳統(tǒng)的濕法砌筑。但蒸壓加氣混凝土砌塊因其表面多孔、吸水性高的特性，會大量吸收普通砂漿中本應(yīng)該用于無機膠凝材料水化的水分，造成砂漿水化不充分、強度不達(dá)標(biāo)的質(zhì)量問題；此外，濕法砌筑工藝會降低蒸壓加氣混凝土砌塊的力學(xué)性能強度以及保溫性能。本文從蒸壓加氣混凝土砌塊與薄灰縫砌筑砂漿的各自的性能特點、結(jié)構(gòu)屬性，以及兩者間相互作用機理等方面展開分析，探究蒸壓加氣混凝土砌塊專用配套薄灰縫砌筑砂漿的研制與應(yīng)用的重要性。

1 蒸壓加氣混凝土砌塊

1.1 蒸壓加氣混凝土砌塊性能

1.1.1 輕質(zhì)性及抗震性 蒸壓加氣混凝土砌塊質(zhì)量為500～700 kg/m3，是普通混凝土質(zhì)量的20%，是粘土磚和灰砂磚質(zhì)量的25%～33%。適用于低層建筑物的承重墻[1]及高層建筑物的隔墻，可使建筑物的重量比普通磚混建筑物的重量減少40%以上。其自重小，地震時慣性力也小，具有一定的抗震性[2]。

1.1.2 保溫隔熱及吸聲性 砌塊內(nèi)部均勻分布著數(shù)量眾多、大小均勻一致的密閉小氣泡，這在砌塊中形成了靜空氣層。其導(dǎo)熱系數(shù)在0.11～0.18 W/(m·K)，是普通磚的20%～25%，是普通混凝土的14%左右。用蒸壓加氣混凝土砌塊砌筑的墻體是目前唯一一種建筑節(jié)能達(dá)到65%的單一墻體[3]，通常情況下，寬度為0.2 m的蒸壓加氣混凝土砌塊墻體的保溫效果與約0.5 m寬的普通磚墻體的效果相同。

1.1.3 可加工性及機械化施工 砌塊具有良好的可加工性：可切、可鋸、可刨。鋼筋[4]所占空間轉(zhuǎn)移到加氣混凝土砌塊中。此外，其單塊體積大，砌筑同等體積的墻體能減少拼接次數(shù)以及灰縫總體積；高精度砌塊可使所砌筑墻體垂直面誤差降低至極小，可省去抹面砂漿“找平”功能，這也為薄抹灰干法施工和免抹灰施工技術(shù)發(fā)展提供了條件。采用該技術(shù)預(yù)制的裝配式大板能減少占地面積，簡化施工流程、提高效率，節(jié)省人、物、力。

1.2 蒸壓加氣混凝土砌塊在應(yīng)用中的問題

因具有表面遍布毛細(xì)孔、內(nèi)部為封閉孔的特殊的孔結(jié)構(gòu)，砌塊有吸水速率快、干燥收縮較大的特性。墻體將遭受凍融循環(huán)、干濕循環(huán)及多種復(fù)雜受力等考驗。含水率過高的砌塊與砂漿將產(chǎn)生較大的不協(xié)調(diào)變形，當(dāng)達(dá)到一定程度，縫隙因此產(chǎn)生；墻體內(nèi)部也會因普通砂漿水蒸氣滲透氣數(shù)低而出現(xiàn)冷凝現(xiàn)象；抹面層與墻體基層間開裂、脫落現(xiàn)象會因冬季凍脹破壞而加劇[5]。傳統(tǒng)工藝依舊在砌筑時大量采用，即：傳統(tǒng)砌筑砂漿和砌塊濕法砌筑。這一定會造成上述問題的產(chǎn)生。墻體質(zhì)量問題和技術(shù)人員認(rèn)知上的缺失會嚴(yán)重限制蒸壓加氣混凝土砌塊技術(shù)進(jìn)一步的實際運用與發(fā)展[6]，配套的保水砂漿的研制與使用是繼續(xù)擴大推廣該技術(shù)并確保工程質(zhì)量的關(guān)鍵和保證[7]。此外，砌塊與砂漿二者的熱工性能相差較大，因灰縫引起的能耗最高可達(dá)到24.5%[8]。為達(dá)到墻體自保溫目的且避免墻體產(chǎn)生“冷橋”效應(yīng)，研制與應(yīng)用薄灰縫砂漿是更好的施展砌塊自身性能并促進(jìn)其發(fā)展的重中之重。

2 薄灰縫砌筑砂漿

2.1 薄灰縫砌筑砂漿特點及技術(shù)要求

薄灰縫砌筑砂漿也稱薄層砌筑砂漿，是以通用硅酸鹽水泥、沙為主要原材料，添加引氣劑等外加劑制成的，專門用于蒸壓加氣混凝土墻體薄層砌筑或粘結(jié)用的干混砂漿。薄灰縫砌筑砂漿分為≤3 mm、≥3 mm且≤5 mm兩種，厚度為2 mm的可稱為超薄灰縫砌筑砂漿。

2.1.1 保水性 薄灰縫砌筑砂漿具有優(yōu)秀的保水性。加氣混凝土砌塊為多孔材料，“口小肚大”特殊的孔結(jié)構(gòu)如同“墨水瓶”，有吸水速度快、吸水量大的特點。傳統(tǒng)砌筑砂漿中的部分水會被砌塊迅速奪取，膠凝顆粒因而得不到充分、完全的水化，使得砂漿達(dá)不到預(yù)期強度。且砌塊吸水膨脹，會導(dǎo)致墻體產(chǎn)生開裂和疏松的工程質(zhì)量問題[9]。薄層抹灰砌筑砂漿的保水率能≥99%。傳統(tǒng)做法便是添加纖維素醚，但僅片面為滿足保水要求而大劑量添加會使砂漿力學(xué)性能大幅下降，且會使砂漿過黏，易發(fā)生“粘鏟”現(xiàn)象而影響施工。在這里提出“硅藻土+纖維素醚”材料雙重保水的思路。硅藻土屬于硅質(zhì)材料，吸水率是自身體積的2～4倍。具有質(zhì)輕、多孔、低密度、較大比表面積和化學(xué)穩(wěn)定性的特點。實驗表明，單獨摻入一定量活性處理的硅藻土，最高能使砂漿的保水率達(dá)到97%，且同時使砂漿的力學(xué)性能得以一定程度的提高；纖維素醚能使游離水變成結(jié)合水，有效控制水分散失，從而達(dá)到高水平的保水性，且其因有機材料特性，會在砂漿拌和過程中引入微小氣泡，待漿體成型之后，產(chǎn)生的氣泡仍將存留在硬化的漿液中，形成了相互獨立的球型洞，這將通過阻斷毛細(xì)孔來提高砂漿的保水性。

2.1.2 力學(xué)性能 薄灰縫砌筑砂漿能較為明顯地提高墻體的抗壓能力和抗剪能力。當(dāng)墻體受外荷載作用時，砌體內(nèi)將產(chǎn)生包括但不限于壓、彎、拉、剪等的受力組合。橫向砌筑砂漿具有改善墻體內(nèi)部復(fù)雜應(yīng)力的功能[10]。Ⅰ類破壞主要發(fā)生在采用傳統(tǒng)砌筑砂漿的墻體，砌塊和漿體的連接界面因砂漿保水性、工作性能較差而被認(rèn)為是薄弱區(qū)。當(dāng)砂漿受到剪力作用時，砌塊自身無受力破壞但界面已先行分離；相比之下，Ⅱ類破壞主要發(fā)生在采用薄灰縫砌筑砂漿的墻體，因薄灰縫砂漿保水率高，水化產(chǎn)物因漿體在毛細(xì)孔應(yīng)力作用下在砌塊表層孔隙中形成，有效地提升粘結(jié)強度與整體性，最終達(dá)到提升墻體承受荷載的目的[11]。

2.1.3 熱工性能 薄灰縫砌筑砂漿具有優(yōu)良的熱工機能。砂漿厚度對墻體保溫有較為明顯的影響：資料顯示，采用傳統(tǒng)砌筑方法厚度在10～15 mm灰縫引起的能量損耗最高可高達(dá)25%；采用5 mm的砂漿引起的能量損失降低到12%，而采用2 mm的砂漿所引起的能量損失約為5%。砌筑砂漿的“冷橋作用”對墻體保溫能力有較大的影響[12]。

2.1.4 其他性能 薄灰縫砌筑砂漿擁有較好的粘稠性、吸附性。采用該技術(shù)能節(jié)約砂漿用量約65%～70%，綜合施工效率提高10%～15%，綜合下降成本20%[13]。

2.2 研究現(xiàn)狀

雖然關(guān)于蒸壓加氣混凝土技術(shù)的研究與應(yīng)用程度與范圍很廣，但是配套的砂漿直到近些年才開始被進(jìn)行系統(tǒng)、科學(xué)的研究。

意大利巴里理工學(xué)院將聚氨酯泡沫添加在灰縫中，并認(rèn)為剪切強度是與砌體抗震性能相關(guān)的主要參數(shù)。提高砌體的抗剪強度主要涉及適當(dāng)?shù)膲|層和端部接縫，因為這為結(jié)構(gòu)提供了剛度。對于這種接頭，聚氨酯泡沫也可用于構(gòu)成墻壁。更具可變形性和延展性，并且比傳統(tǒng)砂漿具有更高的阻尼能力，這方面使得泡沫在地震易發(fā)區(qū)域中更加可行。

昆士蘭科技大學(xué)理工學(xué)院認(rèn)為與常規(guī)砌體相比，薄層砂漿混凝土砌體呈現(xiàn)出各向同性的趨勢，這是明顯的正交各向異性。薄層聚合物水泥砂漿砌體的破壞通過砌塊或接縫發(fā)生，這取決于負(fù)荷的性質(zhì)。垂直于接頭的抗壓強度與其他接頭方向相比表現(xiàn)出最高的容量。

Papaioannou[14]研究聚合物含量對砂漿的機械性能和粘合性能的影響，并將這些性能與砂漿的微觀結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來。生產(chǎn)了具有各種聚合物、水泥、水、骨料比率的一系列砂漿。用簡化的拉伸測試方法測試了砂漿與粘土磚的粘合性能。發(fā)現(xiàn)高聚合物含量會形成大尺寸的硬化顆粒，從而降低了砂漿的抗壓強度。聚合物添加可以增強砂漿和磚之間的附著力。砂漿在界面處的微結(jié)構(gòu)會影響粘合性能和失效模式。

Odera[15]研究了聚合物改性水泥砂漿復(fù)合材料的不同加工參數(shù)與抗壓強度之間的實驗相關(guān)性。開發(fā)了聚合物改性的拉菲纖維(RPF)水泥砂漿。聚酯和聚乙烯醇(PVA)用于生產(chǎn)水泥砂漿。固化天數(shù)是最重要的變量。所開發(fā)的線性方程模型可用于預(yù)測所選實驗條件下復(fù)合材料的抗壓強度。

Thamboo[16]研究了砂漿組成、分散方法和單位表面紋理對薄層砂漿混凝土砌體的撓曲和剪切粘結(jié)特性影響的研究。結(jié)果表明，薄砂漿層狀混凝土砌體與聚合物水泥砂漿的粘結(jié)強度高于常規(guī)砌體；此外，還研究了固化方法和老化時間對含薄層聚合物水泥砂漿的砌體的粘結(jié)強度和變形的影響[17]。結(jié)果表明，與濕固化的標(biāo)本相比，干固化的薄層砂漿砌筑體具有更高的粘結(jié)強度以及楊氏模量和剪切模量。

Nazir[18]提出了一種非線性界面單元建模方法，用于預(yù)測高粘薄層聚合物砂漿砌體的變形和破壞。塑性流動矢量在隱式有限元框架內(nèi)顯式積分，而不是依賴于預(yù)測-校正類方法。該方法通過單軸壓縮、剪切三聯(lián)體和彎曲梁試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)。利用薄層砂漿砌體剪力墻對模型進(jìn)行了驗證，試驗數(shù)據(jù)用于研究薄層砂漿砌體在雙向荷載作用下的性能。

Thamboo[19]研究了TLM粘土磚的拉伸粘結(jié)、剪切粘結(jié)、彎曲和壓縮強度以及變形特性。結(jié)果表明，TLM砌體表現(xiàn)出與常規(guī)砌體不同的破壞模式：在粘結(jié)強度與常規(guī)砂漿相當(dāng)?shù)那闆r下，TLM和常規(guī)砌體之間的區(qū)別消失了。

Schermer[20]介紹了在全尺寸保溫黏土單元砌體墻上進(jìn)行的20次剪切測試的結(jié)果。所使用的單元類型以及經(jīng)過測試的墻體幾何形狀和垂直載荷代表了德國目前在住房中最常用的墻體結(jié)構(gòu)的代表。目的是驗證隔熱粘土單元砌體在實際條件下的抗剪強度，并與規(guī)范和國家技術(shù)許可中的設(shè)計規(guī)則進(jìn)行比較。

Fehling[21]目標(biāo)是把實用的規(guī)則適用于鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)中磚石結(jié)構(gòu)的薄壁結(jié)構(gòu)。本質(zhì)上是參與在抗拉強度的基礎(chǔ)研究中在平面內(nèi)和平面外受剪荷載作用下，鋼筋混凝土框架內(nèi)解耦后的砌體性能并將這些結(jié)果實現(xiàn)到尺寸標(biāo)注軟件MINEA中。

Julian[22]通過試驗和數(shù)值計算，研究了混凝土砌塊高度變化對薄層砂漿砌體抗剪粘結(jié)性能的影響。結(jié)果表明，單元高度的變化會對砌體的抗剪強度產(chǎn)生不利影響。

Zavalis[23]討論基層接縫厚度和砂漿強度對性能的影響，研究了硅酸鈣(CS)在短期靜載荷作用下的阻滯行為。實驗研究表明，當(dāng)砂漿強度較低時，砂漿層縫高度對砌體力學(xué)性能的影響較大。薄層砂漿潤濕(CS)砌塊對砌體力學(xué)性能影響不大。

沈陽建筑大學(xué)對砌塊多種配套砂漿進(jìn)行可行性理論分析。如纖維砂漿、傳統(tǒng)砂漿以及專用砂漿，并研究各種砂漿對墻體抵抗地震性能的影響。沈陽建筑大學(xué)的趙成文指出：若應(yīng)用配套砌筑砂漿，用蒸壓加氣混凝土砌塊砌筑墻體的力學(xué)性能可以被大幅度提高。

天津大學(xué)的李敬明[24]指出：蒸壓加氣混凝土砌塊可使用在低層房屋的承重墻體；趙文斌[25]證明：采用蒸壓加氣混凝土砌塊砌體的抗震性可采用增設(shè)水平拉結(jié)筋和構(gòu)造柱等措施來提高。

浙江大學(xué)的劉華存等[26]通過ANSYS軟件對蒸壓加氣混凝土砌體保溫性能進(jìn)行了三維穩(wěn)態(tài)熱導(dǎo)模擬，研究了不同寬度的灰縫和不同砌塊尺寸條件下，砂漿對墻體體熱流分布以及溫度分布的影響，并據(jù)此計算不同條件下砌體的平均導(dǎo)熱系數(shù)、灰縫影響系數(shù)。

吉林建筑大學(xué)肖力光[27]針對砂漿與砌體兩者熱傳導(dǎo)系數(shù)差別較大，容易使墻體出現(xiàn)“微熱橋”效應(yīng)，研發(fā)了新型配套保溫砌筑砂漿。對乳膠粉、纖維素醚和引氣劑等因素對其性能影響進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析，并成功配制出符合標(biāo)準(zhǔn)要求的新型保溫砌筑砂漿。其中，乳膠粉可改進(jìn)砂漿的和易性，并優(yōu)化粘結(jié)能力，最佳摻量為 2%；纖維素醚能有效改善保水性，最佳摻量為0.1%；灰漿的隔熱性可通過添加引氣劑來提高。

3 結(jié)束語

薄灰縫砌筑砂漿是建筑行業(yè)轉(zhuǎn)型中的一個縮影，這是建筑業(yè)從以前快速、粗放的發(fā)展模式轉(zhuǎn)變?yōu)椤熬ぜ?xì)作”的工匠模式的一種體現(xiàn)。同一墻體的砌筑砂漿的使用種類將會向多元化的方向發(fā)展，我們可根據(jù)計算機有限元分析軟件詳細(xì)分析墻體的熱傳導(dǎo)、熱輻射模型及受力特點[28-29]，更有針對性地加以設(shè)計。例如，橫縫砌筑砂漿與縱縫砌筑砂漿可根據(jù)其受力特性與施工特點采用不同的配合比設(shè)計或不同的砌筑材料來制備；技術(shù)措施研究也應(yīng)予以展開，如：施工原材料、工藝、質(zhì)量、人員等因素的控制。

砌筑砂漿將部分利用工業(yè)廢棄物[30-32]，減少資源消耗；砂漿將增加功能性，把光催化材料、相變儲能、調(diào)濕材料“嫁接”到抹灰砂漿上，有降低能量損失、提高舒適性及自動分解污染物等好處。其次，加氣混凝土行業(yè)將聯(lián)合預(yù)制裝配產(chǎn)業(yè)共同發(fā)展，在裝配式建筑中發(fā)揮其砌塊體積大、整體性好且輕質(zhì)高強的優(yōu)點，而未來的砌筑砂漿研究重點將會從“塊與塊”之間粘結(jié)砌筑砂漿轉(zhuǎn)移到“面與面”之間的砌筑、填縫砂漿。其功能重點將會是防水性、密封性及粘結(jié)強度的研究。