王鍇，李丹，牛建輝，田鵬剛

（1.陜西建工控股集團未來城市創(chuàng)新科技有限公司，陜西 西安 712000；2.陜西省交通規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司，陜西 西安 710000）

0 前言

國家大力倡導(dǎo)綠色節(jié)能建筑，現(xiàn)階段民用建筑填充墻體砌塊的主體材料為蒸壓加氣混凝土砌塊，具有施工性能優(yōu)良、輕質(zhì)保溫及抗?jié)B隔聲等優(yōu)點[1]。由于材質(zhì)特殊，蒸壓加氣混凝土砌塊的砌筑施工需要專門的粘結(jié)劑來有效粘結(jié)。墻體薄灰縫粘結(jié)劑作為一種新型粘結(jié)劑，主要用于砌體灰縫厚度≤2 mm的施工，是專門為蒸壓加氣混凝土墻體研制的，其粘結(jié)性能、力學(xué)性能較傳統(tǒng)砌筑砂漿有大幅度提升[2-3]。

2021年全國火災(zāi)報案數(shù)達到了74.8萬起，其中高層建筑住宅火災(zāi)超過1萬起。以硅酸鹽水泥為主要建筑材料的建筑物在遇到火災(zāi)時，隨著溫度持續(xù)升高，水泥制品及混凝土的強度會受到影響，尤其是溫度達到800℃以上時，強度會大幅度下降，甚至可能發(fā)生不同程度的開裂或爆炸[4]。無論是砌體塊材還是墻體薄灰縫粘結(jié)劑在發(fā)生火災(zāi)時，其相關(guān)性能到底如何衰減，是否會縮短人員逃生時間，都需要進行研究。目前國內(nèi)外學(xué)者對墻體薄灰縫粘結(jié)劑的高溫性能研究較少，本文對不同溫度下墻體薄灰縫粘結(jié)劑的質(zhì)量損失、力學(xué)性能及微觀形貌變化進行了研究，以期為薄灰縫粘結(jié)劑的抗火災(zāi)能力的研究提供參考。

1 試驗

1.1 原材料及主要儀器設(shè)備

1.1.1 原材料

砂：機制砂，粒徑0.2～0.6 mm；粉煤灰：Ⅱ級；水泥：P·O42.5水泥，堯柏特種水泥集團有限公司；羥丙基甲基纖維素醚（HPMC）：白色粉末，黏度100 000 mPa·s，變色溫度190～200℃，分解溫度200℃，熔點230℃，碳化溫度280～300℃，濟南圣基新材料公司；可再分散乳膠粉：VAE，分解溫度200℃，碳化溫度280～300℃，廊坊飛泰新材料科技公司；引氣劑：α-烯基磺酸鈉（AOS），山東坤博生物科技公司；水：自來水。

1.1.2 主要儀器及設(shè)備

水泥膠砂攪拌機：JJ-5型，河北晟興儀器設(shè)備公司；水泥砂漿抗折抗壓強度試驗機：YAW-300C型，濟南星火試驗機有限公司；附著力測試儀：型號：HC-6000C，河北晟興儀器設(shè)備公司；馬弗爐：SCDX型，河南省國鼎爐業(yè)有限公司；掃描電子顯微鏡：Apreo 2型，F(xiàn)EI公司。

1.2 試件制備與養(yǎng)護

墻體薄灰縫粘結(jié)劑的配比如表1所示，先將稱量好的干料攪拌預(yù)混均勻，再加水攪拌3 min，在40 mm×40 mm×160 mm三聯(lián)模具中澆筑試件并在振動臺上振搗均勻，24 h后脫模，放入（20±2）℃水中養(yǎng)護28 d后取出，常溫晾干后進行性能測試。

表1 墻體薄灰縫粘結(jié)劑的配比 kg/m3

1.3 試驗方法

（1）高溫試驗：將養(yǎng)護齡期28 d且經(jīng)常溫干燥的試件稱取初始質(zhì)量，設(shè)置馬弗爐最高溫度為800℃，將試件放入爐腔中，以5℃/min升溫速率分別升溫到200、400、600、800℃，并在目標溫度下保持60 min，關(guān)閉電爐冷卻至常溫取出，分別稱取高溫作用后試件的質(zhì)量。

（2）抗壓、抗折強度測試：參照JGJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》，分別測試常溫及高溫作用后各試件的抗壓、抗折強度。

（3）拉伸粘結(jié)強度測試：參考JGJ/T 70—2009，分別將薄灰縫粘結(jié)劑粘結(jié)在蒸壓加氣混凝土砌塊和標準混凝土板上，養(yǎng)護到規(guī)定齡期后測試其拉伸粘結(jié)強度和高溫處理后的拉伸粘結(jié)強度。拉伸粘結(jié)強度試驗基面用蒸壓加氣混凝土砌塊的強度等級為GB 11968—2020《蒸壓加氣混凝土砌塊》規(guī)定的A5.0，標準混凝土板符合JGJ/T 70—2009要求。

（4）微觀形貌分析：將高溫作用后的試件破碎后用無水乙醇浸泡終止水化，并在60℃烘箱中烘干，采用掃描電子顯微鏡觀測高溫前后試件微觀形貌的變化。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 試驗現(xiàn)象

在高溫處理過程中，當溫度超過200℃時，能聞到刺鼻氣味，隨著溫度升高，氣味濃度變大；當溫度達到400℃左右時，有肉眼可見的煙霧從爐門縫中散出；在600℃左右時，爐內(nèi)傳出輕微的脆性開裂聲。圖1為試件經(jīng)不同溫度處理前后外觀的變化情況。

從圖1可以看出，經(jīng)200℃處理后的試件與常溫試件外觀差異不明顯，只是表面干燥程度上有明顯變化；400℃時，試件已由青灰色變成了粉灰色；600℃時，粉灰色變淺，表面手觸有輕微掉粉；800℃時，試件呈灰白色，且試件表面有裂紋和缺陷，光澤度變差，手觸掉渣明顯。

圖1 經(jīng)不同溫度處理前后試件外觀的變化

2.2 經(jīng)不同溫度處理后粘結(jié)劑的質(zhì)量損失率

粘結(jié)劑的質(zhì)量損失主要原因有自由水與結(jié)合水蒸發(fā)、有機物成分熔化、碳化、揮發(fā)，氫氧化鈣與碳酸鈣的分解及水化硅酸鈣的脫水等。測試試件質(zhì)量變化。經(jīng)不同溫度處理后試件的質(zhì)量損失率如表2所示。

表2 經(jīng)不同溫度處理后粘結(jié)劑的質(zhì)量損失率

由表2可以看出，經(jīng)200℃處理后，試件內(nèi)一部分的自由水與結(jié)合水蒸發(fā)，試件的質(zhì)量損失率為12.2%；處理溫度從200℃升高到400℃時，試件的質(zhì)量損失速度有所增大，這是由于試件內(nèi)的有機成分開始熔化、碳化，同時自由水、結(jié)合水及層間水進一步蒸發(fā)，且部分水化產(chǎn)物發(fā)生物理化學(xué)變化；溫度從400℃升高到600℃時，水分已損失殆盡，質(zhì)量損失速率增幅有所減?。粶囟葟?00℃升高到800℃時，水泥石與碳酸鈣分解，質(zhì)量損失速度又增大。

2.3 經(jīng)不同溫度處理后粘結(jié)劑的抗壓及抗折強度變化（見表3）

表3 經(jīng)不同溫度處理后粘結(jié)劑的抗壓、抗折強度變化

由表3可以看出：

（1）常溫時，試件的初始抗壓強度為23.9 MPa，經(jīng)200℃處理后，抗壓強度提高了23.0%，達29.4 MPa，這是由于粉煤灰的存在使試塊內(nèi)部相對致密，溫度上升后在試件內(nèi)部形成了蒸養(yǎng)條件，激活未水化物質(zhì)持續(xù)水化，內(nèi)部結(jié)構(gòu)致密程度提升；經(jīng)400、600、800℃處理后，試件的抗壓強度分別較初始降低了8.0%、24.3%、53.1%。這是由于隨著溫度的升高，游離水蒸發(fā)，結(jié)合水排出，有機成分碳化，集料膨脹和水泥水化產(chǎn)物收縮，漿體收縮變化與集料不一致，漿體與集料之間的微裂紋會不斷地增加和延伸，水化產(chǎn)物在高溫下也逐漸發(fā)生分解，綜合因素導(dǎo)致抗壓強度不斷下降。

（2）粘結(jié)劑抗折強度的變化與抗壓強度基本一致，試件的初始抗折強度為4.4 MPa，經(jīng)200℃處理后，抗折強度為6.1 MPa，提高了38.6%；經(jīng)400、600、800℃處理后，抗折強度較初始時分別降低了9.1%、15.9%、45.5%。另外，從常溫到200、400、600、800℃高溫條件處理過程中，壓折比分別為5.4、4.8、5.9、4.9、4.7，其中以400℃條件下脆性最大。

2.4 經(jīng)不同溫度處理后粘結(jié)劑的拉伸粘結(jié)強度變化（見圖2）

圖2 經(jīng)不同溫度處理后粘結(jié)劑的拉伸粘結(jié)強度變化

由圖2可以看出：試件的拉伸粘結(jié)強度隨處理溫度的升高呈降低趨勢。在標準混凝土板上的試件初始（常溫）拉伸粘結(jié)強度為1.35 MPa，經(jīng)200、400、600、800℃處理后的拉伸粘結(jié)強度分別為1.12、0.68、0.12、0.02 MPa，分別較初始時降低了17.0%、49.6%、91.0%、98.5%；在蒸壓加氣混凝土砌塊基體上的初始拉伸粘結(jié)強度為0.52 MPa，經(jīng)200、400、600、800℃處理后的拉伸粘結(jié)強度分別為0.33、0.11、0.03、0 MPa，分別較初始時降低了36.5%、78.8%、94.0%、100%。這是由于，隨著溫度的升高，可分散性乳膠粉粘結(jié)失效，同時水泥水化產(chǎn)物逐步分解，導(dǎo)致材料粘結(jié)性能力驟降。蒸壓加氣混凝土砌塊在800℃處理后會發(fā)生明顯的體積膨脹和大量裂縫出現(xiàn)；另外，粘結(jié)劑的膨脹變形與蒸壓加氣混凝土砌塊不一致，被基體拉裂，失去粘結(jié)能力（見圖3）。

圖3 粘結(jié)劑在蒸壓加氣混凝土砌塊基體上經(jīng)800℃處理60 min后拉伸粘結(jié)試件的外觀

2.5 不同溫度處理后粘結(jié)劑的微觀形貌分析

將經(jīng)不同溫度處理后的粘結(jié)劑試件進行掃描電鏡分析，結(jié)果如圖4所示。

由圖4（a）可以看出，放大5000倍后，常溫試件內(nèi)部的水化產(chǎn)物中可以看到少量的六邊形片狀Ca（OH）2、球型的粉煤灰微珠和致密的C-S-H網(wǎng)狀凝膠；由圖4（b）可以看出，經(jīng)200℃處理后，未水化的物質(zhì)進一步水化，且試件內(nèi)部有機物大量熔化聚團附著于水化產(chǎn)物上，內(nèi)部微觀形貌更加錯綜復(fù)雜；由圖4（c）可以看出，經(jīng)400℃處理后，大量的自由水與結(jié)合水逸散，大部分有機物碳化，產(chǎn)生明顯孔洞，部分Ca（OH）2分解，C-S-H網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)致密程度明顯減弱；由圖4（d）可以看出，經(jīng)600℃處理后，基本已看不到明顯的六片狀Ca（OH）2和針狀的C-S-H，甚至集料自身產(chǎn)生裂縫，內(nèi)部碳化的有機物殘骸依舊存在，試件整體疏松；由圖4（e）可以看出，經(jīng)800℃處理后，試件疏松質(zhì)軟，樣品微觀界面反光能力不足，照片清晰度變差，試件內(nèi)部微觀形貌呈蜂窩狀，水化產(chǎn)物晶體已無法找到，CaCO3有部分分解。

圖4 經(jīng)不同溫度處理前后粘結(jié)劑試件的SEM照片（×5000）

3 結(jié)論

（1）薄灰縫粘結(jié)劑能有效抵抗800℃以下的由高溫導(dǎo)致的破裂，隨著溫度的升高材料本身能保持良好的整體性，未出現(xiàn)明顯缺損、松散及爆裂。

（2）薄灰縫粘結(jié)劑具有良好的抗壓、抗折強度，溫度升至200℃時的抗壓、抗折強度分別為29.4、6.1 MPa；經(jīng)800℃處理后，抗壓強度仍達11.2 MPa，抗折強度仍達2.4 MPa。但拉伸粘結(jié)強度隨溫度的升高持續(xù)降低，經(jīng)800℃處理后其拉伸粘結(jié)強度趨于零。

（3）SEM分析表明，隨著溫度由常溫升高到800℃，薄灰縫粘結(jié)劑內(nèi)部水分逸散，有機物融解、碳化，水化產(chǎn)物晶體顆粒逐漸模糊，試件結(jié)構(gòu)由密實逐漸變成松散，內(nèi)部缺陷持續(xù)增加，導(dǎo)致強度降低。