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        砂漿施工性試驗(yàn)方法的研究與應(yīng)用

        2021-11-30 08:47:06王肇嘉章銀祥張?jiān)鰤?/span>蔡魯宏黃天勇陳向娟
        新型建筑材料 2021年11期
        關(guān)鍵詞:抹面膩?zhàn)?/a>外保溫

        王肇嘉,章銀祥,張?jiān)鰤?,蔡魯宏,黃天勇,陳向娟

        (1.北京建筑材料科學(xué)研究總院有限公司,北京100041;2.北京金隅砂漿有限公司,北京102402;3.北京市預(yù)拌砂漿工程技術(shù)研究中心,北京100041;4.固廢資源化利用與節(jié)能建材國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京100041)

        0 引言

        建筑砂漿量大面廣,其施工性對(duì)施工速度、勞動(dòng)強(qiáng)度及工程質(zhì)量有顯著影響。絕大多數(shù)建筑砂漿都是非流動(dòng)性砂漿,如普通抹灰砂漿、薄層抹灰砂漿、普通砌筑砂漿、薄層砌筑砂漿、普通地面砂漿、普通防水砂漿、聚合物水泥防水砂漿、外保溫系統(tǒng)用粘結(jié)與抹面砂漿、瓷磚粘結(jié)砂漿、加氣混凝土用粘結(jié)與抹面砂漿、界面砂漿、膩?zhàn)?、抹灰石膏、飾面砂漿等,這些砂漿的施工性主要包含黏聚性、均勻性(分層度)、觸變性、抹灰阻力等。就實(shí)際工程而言,抹灰阻力大小的影響最為顯著。

        我國建工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中,常規(guī)(非流動(dòng)性)砂漿的施工性試驗(yàn)方法,與歐標(biāo)EN 1015-4:1999《Methods of test for mortar for masonry-Part 4:Determination of consistence of fresh mortar(by plunger penetration)》類似,主要用稠度(落錐法)及其損失率等表示砂漿的施工性,以總質(zhì)量300 g的試錐(EN 1015-4:1999則是總量為90 g的圓柱,距砂漿表面100 mm高處)自由落入新拌砂漿的深度表示稠度值,一般稠度值越大、施工性越好。這種試驗(yàn)方法比較簡(jiǎn)單。然而,正如EN 1015-4:1999的簡(jiǎn)介中所述,它們只能間接表征砂漿的施工性,不能直接反映砂漿施工性(抹灰阻力)的好壞。

        我國建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC/T 958—2005《水泥膠砂流動(dòng)度測(cè)定儀(跳桌)》中,用流動(dòng)度表示砂漿的施工性,與歐標(biāo)EN 1015-3:1999《Methods of test for mortar for masonry-Part 3:Determination of consistence of fresh mortar(by flow table)》相同,將新拌砂漿灌入跳桌上的截錐圓模(高60 mm,上底直徑70 mm,下底直徑100 mm)中,取走截錐圓模后,讓跳桌上下跳動(dòng)指定次數(shù)后,以砂漿自由擴(kuò)張后的直徑表示流動(dòng)度,一般流動(dòng)度越大、施工性越好。但該方法測(cè)出的流動(dòng)度不能直接反映常規(guī)(非流動(dòng)性)砂漿施工性(抹灰阻力)的好壞;而且在測(cè)試聚合物砂漿時(shí)脫模都很困難。

        蘇雷[1]、Patural等[2]、Brumaud等[3]、Nguyen等[4]均用流變儀測(cè)試?yán)w維素醚對(duì)砂漿施工性的影響規(guī)律,用流變儀的剪切值表征砂漿的施工性,一般剪切值越小、施工性越好。但該方法也不能直觀、直接地表征砂漿的施工性(抹灰阻力)。

        文獻(xiàn)[5]公開了一種砂漿和膩?zhàn)邮┕ば詸z測(cè)裝置,通過滑動(dòng)板滑動(dòng)的距離或拉力的大小來量化施工性,使得施工性檢測(cè)更準(zhǔn)確。但該方案存在以下問題:一是不同試驗(yàn)裝置(特別是滑動(dòng)組件)自身的摩擦力等阻力干擾不同,導(dǎo)致不同裝置之間的測(cè)量結(jié)果不具有可比性;二是滑動(dòng)板(相當(dāng)于抹子)在砂漿表面移動(dòng)時(shí),一方面由于砂漿質(zhì)地不均勻,其彈簧拉力始終處于動(dòng)態(tài)變化狀態(tài),另一方面由于滑動(dòng)板在移動(dòng)過程中,其前方堆積的砂漿會(huì)越來越多,導(dǎo)致彈簧拉力整體上呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢(shì),致使采用彈簧拉力計(jì)無法準(zhǔn)確讀數(shù),其測(cè)量結(jié)果難以準(zhǔn)確。

        在實(shí)際工程中,因沒有直接、量化的方法去檢測(cè)砂漿的施工性,而不得不憑借施工工人的實(shí)際操作手感去判斷砂漿施工性的好壞;但不同工人以及同一工人不同時(shí)間對(duì)砂漿施工性的評(píng)價(jià)不同,使得評(píng)價(jià)結(jié)果差異很大,導(dǎo)致爭(zhēng)執(zhí)事件屢有發(fā)生。因此,很有必要研發(fā)一種可對(duì)砂漿的施工性進(jìn)行直接、量化檢測(cè)的方法。

        1 施工性測(cè)試儀的研究與設(shè)計(jì)

        自主研究、設(shè)計(jì)的施工性測(cè)試儀包括1臺(tái)電子萬能試驗(yàn)機(jī)、1只萬向節(jié)、2只定滑輪(帶軸承)、1個(gè)工作臺(tái)(上表面中間有4只定位螺釘)、1根鋼絲繩、1只鐵抹灰刀、1根水平主軸、2只滑塊、2根滑軌、若干連接件等,如圖1所示。

        圖1 自主研制的施工性測(cè)試儀示意

        1.1 試驗(yàn)材料準(zhǔn)備

        (1)試驗(yàn)材料:普通抹灰砂漿、外保溫系統(tǒng)用抹面砂漿、膩?zhàn)?。其中?組普通抹灰砂漿(CD、DS、HD、DD、BH)分別來自于北京金隅砂漿公司的5個(gè)生產(chǎn)廠,性能均符合GB/T 25181—2019《預(yù)拌砂漿》的要求;膩?zhàn)訛楸本┙鹩缟皾{公司生產(chǎn),性能符合JG/T 298—2010《建筑室內(nèi)用膩?zhàn)印分蠳型的要求;外保溫系統(tǒng)用抹面砂漿中,含有0.15%纖維素醚HPMC的樣品為北京金隅砂漿公司生產(chǎn),性能符合GB/T 29906—2013《模塑聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)材料》的要求,4個(gè)樣品的組成中,除HPMC的摻量不同外,其余原料種類及配比均相同。

        (2)標(biāo)準(zhǔn)混凝土板:符合JC/T 547—2017《陶瓷磚膠粘劑》的要求,尺寸為400 mm×200 mm×40 mm。

        所有試驗(yàn)材料(包含試驗(yàn)用水)均應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件[溫度(23±2)℃、相對(duì)濕度(50±5)%]下放置24 h以上。

        1.2 試驗(yàn)機(jī)具準(zhǔn)備

        (1)施工性測(cè)試儀的調(diào)整:工作臺(tái)水平布置,將試件(標(biāo)準(zhǔn)混凝土板及其上方的新拌砂漿)置于工作臺(tái)上表面中間4只定位螺釘限定的固定位置,使抹灰刀可在試件上方、沿著試件長(zhǎng)度方向、與試件上表面平行地抹灰,抹灰刀的短邊與水平面成15°(可調(diào))。固定好萬能試驗(yàn)機(jī)行程的起點(diǎn)、終點(diǎn)。

        (2)輔件準(zhǔn)備:500 mm×45 mm×8 mm鋼板條;500 mm×27 mm×2.5 mm鋼板條;500 mm×27 mm×1 mm鋼板尺。

        1.3 試件制備

        (1)砂漿制備:在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下,按JGJ/T 70—2009的要求制備普通抹灰砂漿,按JC/T 2559—2020《巖棉外墻外保溫系統(tǒng)用粘結(jié)、抹面砂漿》的要求制備外保溫系統(tǒng)用抹面砂漿、膩?zhàn)?。按JGJ/T 70—2009的要求測(cè)試稠度。初始稠度均設(shè)定為(95±5)mm。

        (2)成型:每次成型前均用濕抹布擦抹標(biāo)準(zhǔn)混凝土板,使得標(biāo)準(zhǔn)混凝土板的狀態(tài)保持基本一致。

        ①普通抹灰砂漿:使用500 mm×45 mm×8 mm鋼板條、500 mm×27 mm×2.5 mm鋼板條,在標(biāo)準(zhǔn)混凝土板的上方,對(duì)中拼出成型框,向成型框內(nèi)填充砂漿,壓實(shí)、抹平,使得成型后的砂漿尺寸為350 mm×150 mm×10.5 mm,成型后的砂漿表面應(yīng)平整。

        ②外保溫系統(tǒng)用抹面砂漿:成型后的砂漿尺寸為350 mm×150 mm×8 mm;其余同普通抹灰砂漿。

        ③膩?zhàn)樱撼尚秃蟮纳皾{尺寸為350 mm×150 mm×5 mm;其余同普通抹灰砂漿。

        1.4 測(cè)試步驟

        (1)普通抹灰砂漿:將成型好的試件置于施工性測(cè)試儀工作臺(tái)的定位螺釘之間。調(diào)整試件高度,使得混凝土板的上表面與抹灰刀最低邊之間的間隙為8.0 mm。即所有試件測(cè)試過程中被抹去的砂漿厚度始終是2.5 mm。將抹灰刀的最低邊置于標(biāo)準(zhǔn)混凝土板之外,將萬能試驗(yàn)機(jī)的拉伸頭置于起始點(diǎn)(低位點(diǎn))。用鋼絲繩將抹灰刀通過2只定滑輪、萬向節(jié),與萬能試驗(yàn)機(jī)的拉伸頭連接。將萬能試驗(yàn)機(jī)的拉力、位移全部清零,啟動(dòng)萬能試驗(yàn)機(jī),以100 mm/min的速度拉至自動(dòng)停機(jī)(拉伸頭上行至終點(diǎn)—高位點(diǎn))。記錄拉力-位移曲線(即瞬時(shí)抹灰阻力-位移曲線)。按上述方法,進(jìn)行空載(標(biāo)準(zhǔn)混凝土板上無砂漿)測(cè)試。

        (2)外保溫系統(tǒng)用抹面砂漿:調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)混凝土板的高度,使其上表面與抹灰刀最低邊之間的間隙為5.5 mm。即所有試件測(cè)試過程中被抹去的砂漿厚度始終為2.5 mm。其余同普通抹灰砂漿。

        (3)膩?zhàn)樱赫{(diào)整標(biāo)準(zhǔn)混凝土板的高度,使其上表面與抹灰刀最低邊之間的間隙為2.5 mm。即所有試件測(cè)試過程中被抹去的膩?zhàn)雍穸仁冀K為2.5 mm。其余同普通抹灰砂漿。

        1.5 試驗(yàn)結(jié)果處理

        在拉力-位移曲線中,去掉后端20 mm的數(shù)據(jù),再前推300 mm,以所得中間300 mm的系列數(shù)據(jù)作為計(jì)算數(shù)據(jù)(單次約3000個(gè))。以所得數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值,減去當(dāng)日多次空載實(shí)驗(yàn)所得拉力的算術(shù)平均值,為該試件的平均抹灰阻力,精確至0.1 N。

        2 部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果

        2.1 空載拉力

        表1為2個(gè)不同日期的空載試驗(yàn)結(jié)果,可見,相同日期的空載試驗(yàn)結(jié)果的誤差較小。

        表1 不同日期的空載試驗(yàn)結(jié)果

        2.2 普通抹灰砂漿

        圖2為5個(gè)不同廠家的普通水泥基抹灰砂漿DP7.5在初始稠度基本相同時(shí)測(cè)得的瞬時(shí)抹灰阻力。平均抹灰阻力和稠度見表2。

        圖2 不同廠家普通抹灰砂漿的瞬時(shí)抹灰阻力

        表2 不同廠家普通抹灰砂漿的平均抹灰阻力和稠度

        由表2可見,不同廠家、相同型號(hào)抹灰砂漿DP7.5的初始(10 min)稠度為93~97 mm,90 min稠度為69~78 mm,90 min稠度損失率均小于30%。在稠度基本相同的情況下,抹灰阻力卻相差很大,尤其是90 min時(shí),CD、DS二個(gè)廠家樣品的抹灰阻力已超過20 N,基本不能施工了。這與工人師傅的感覺基本相符。

        其他原料種類與配比相同時(shí),不摻及摻0.03%HPMC普通抹灰砂漿的抹灰阻力及稠度隨時(shí)間的變化見圖3。

        圖3 不摻及摻0.03%HPMC普通抹灰砂漿的抹灰阻力及稠度隨時(shí)間的變化

        由圖3可見,不摻HPMC的普通抹灰砂漿初始抹灰阻力(10 min)就較大(10.8 N);新拌砂漿存放至60 min時(shí),其抹灰阻力更大(22.7 N),已很難施工了。摻加0.03%HPMC的普通抹灰砂漿,初始(10 min)抹灰阻力僅為3.6 N,60 min時(shí)的抹灰阻力也不大(8.3 N),至120 min時(shí),其抹灰阻力(24.1 N)才基本與前者60 min時(shí)的抹灰阻力持平。

        可見,本文測(cè)得的抹灰阻力比稠度更真實(shí)直接地反映了抹灰砂漿的施工性。

        2.3 膩?zhàn)?/h3>

        石灰基膩?zhàn)拥哪ɑ易枇俺矶入S時(shí)間的變化見表3。

        表3 膩?zhàn)拥哪ɑ易枇俺矶入S時(shí)間的變化

        由表3可見,在48 h內(nèi),該膩?zhàn)拥哪ɑ易枇∮? N,說明該膩?zhàn)拥目刹僮鲿r(shí)間較長(zhǎng)。隨著陳放時(shí)間的延長(zhǎng),膩?zhàn)映矶鹊淖兓?guī)律基本與抹灰阻力的變化規(guī)律相反。

        2.4 外保溫系統(tǒng)用抹面砂漿

        外保溫系統(tǒng)用抹面砂漿是特種水泥基砂漿的一個(gè)典型代表。不同HPMC摻量外保溫系統(tǒng)用抹面砂漿(水泥基)的抹灰阻力和稠度隨時(shí)間的變化如圖4、圖5所示。

        圖4 HPMC摻量對(duì)抹面砂漿抹灰阻力的影響

        圖5 HPMC摻量對(duì)抹面砂漿稠度的影響

        由圖4可見,HPMC摻量分別為0、0.05%、0.15%、0.25%時(shí),初始(0.5 h)抹灰阻力分別為4.0、2.9、2.3、3.2 N,相差不大;但隨著存放時(shí)間的延長(zhǎng),抹灰阻力差別越來越大,至8 h時(shí),抹灰阻力分別為21.9、12.1、2.2、3.1 N,其中不摻HPMC的抹面砂漿實(shí)際上人工抹灰很難了;10 h時(shí),不摻HPMC的抹面砂漿已不能成型了,而HPMC摻量分別為0.05%、0.15%、0.25%的抹灰砂漿的抹灰阻力分別為26.4、3.1、4.2 N,其中摻0.05%HPMC的抹面砂漿實(shí)際上人工抹灰也很難了??梢?,HPMC對(duì)抹面砂漿的施工性影響很大:在一定范圍內(nèi)(≤0.15%),HPMC摻量越大,施工阻力越小、經(jīng)時(shí)損失越小,即HPMC摻量越大,施工性越好、可操作時(shí)間越長(zhǎng)。

        由圖5可見,隨著陳放時(shí)間的延長(zhǎng),外保溫系統(tǒng)用抹面砂漿的稠度變化規(guī)律基本與抹灰阻力的變化規(guī)律相反。

        3 討論

        建筑砂漿中量大面廣的非流動(dòng)性砂漿,其施工性主要包含黏聚性、均勻性(分層度)、觸變性、抹灰阻力等;就實(shí)際工程而言,抹灰阻力大小的影響最顯著(即使是砌筑砂漿、地面砂漿,都需要抹平,其他類似)。

        通過自制的試驗(yàn)工作臺(tái),直接模擬非流動(dòng)性建筑砂漿施工的實(shí)際抹灰過程,并利用電子萬能試驗(yàn)機(jī)直接記錄抹灰拉力,將所測(cè)抹灰拉力作為抹灰阻力,以此表征非流動(dòng)性砂漿的施工性。

        (1)空載試驗(yàn)結(jié)果的誤差較小,在一定時(shí)間(≤8 h)內(nèi),石灰基膩?zhàn)拥哪ɑ易枇Σ罹嘁埠苄?。故本試?yàn)方法本身的誤差較小。

        (2)隨著陳放時(shí)間的延長(zhǎng),特種砂漿抹灰阻力的增大規(guī)律與稠度的減小規(guī)律基本一致。這說明對(duì)于某些特種砂漿,稠度與抹灰阻力均可以代表施工性。不過,稠度是間接表征,而本文的方法可直接、精確地測(cè)試出抹灰阻力。但由表2可見,不同廠家、相同型號(hào)普通抹灰砂漿DP7.5,在稠度基本相同的情況下,抹灰阻力卻相差很大,尤其是90 min時(shí),CD、DS二個(gè)廠家樣品的抹灰阻力已超過20 N,基本不能施工了。對(duì)于普通水泥基砂漿而言,即使初始稠度基本一致,摻與不摻纖維素醚的砂漿,其初始抹灰阻力、經(jīng)時(shí)抹灰阻力也相差較大。上述結(jié)果與工人師傅的手感基本一致??梢?,本文提出的試驗(yàn)方法,比稠度更真實(shí)、更直接地反映了抹灰砂漿的施工性,更適宜表征砂漿的施工性。

        (3)本文研究的施工性試驗(yàn)方法,通過數(shù)字化方式控制抹子移動(dòng)速度并記錄試驗(yàn)過程中的拉力-位移曲線,能夠整體、客觀、全面地呈現(xiàn)出砂漿的施工性能數(shù)據(jù);通過對(duì)數(shù)據(jù)的處理,可以有效排除掉設(shè)備因摩擦力等產(chǎn)生的外界干擾,不同試驗(yàn)人員間的測(cè)試結(jié)果具有可比性;由于砂漿樣品的尺寸固定,抹子通過活動(dòng)軸與滑塊及滑道固定高度與角度,拉力機(jī)單位時(shí)間內(nèi)的位移固定,使得測(cè)試樣品的測(cè)試面積、測(cè)試厚度、測(cè)試速度固定,從而使樣品砂漿施工性的測(cè)試結(jié)果具有高度可比性;由于可以調(diào)整樣品的厚度、抹子的高度及角度,因此,可精確地測(cè)試出不同品種砂漿的施工性差異;由于使用了精加工的滑道與滑塊配合滑動(dòng),既有效承載了抹灰過程中的豎向力,又有效降低了抹灰過程中的水平摩擦力,從而提高了測(cè)試精度;由于使用了精加工的帶軸承的滑輪,又使用細(xì)鋼絲繩配合,從而大大減小了工作臺(tái)與拉力機(jī)之間的配合對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。

        (4)纖維素醚能顯著改善砂漿的施工性,這與文獻(xiàn)[1-4]中的結(jié)果類似;不過相關(guān)文獻(xiàn)均是間接測(cè)試、間接表征,而本試驗(yàn)方法則能直接、數(shù)字化地檢測(cè)出不同纖維素醚摻量的砂漿,在經(jīng)歷不同時(shí)間后的實(shí)際施工阻力。纖維素醚能顯著改善砂漿的初始及經(jīng)時(shí)施工性,且在一定范圍內(nèi)(≤0.15%),摻量越大,砂漿的初始及經(jīng)時(shí)抹灰阻力越小,即改性作用越顯著。

        4 結(jié)論

        (1)利用自制的測(cè)試臺(tái)結(jié)合電子萬能試驗(yàn)機(jī),可直接、數(shù)字化地測(cè)試出新拌砂漿的抹灰阻力,所測(cè)試抹灰阻力可更好地表征常規(guī)(非流動(dòng)性)砂漿的施工性。

        (2)稠度相同的新拌砂漿,其施工性不盡相同。

        (3)纖維素醚能顯著改善新拌砂漿的初始及經(jīng)時(shí)施工性;在一定范圍內(nèi),其摻量越大,改性作用越顯著。

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