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随着节能环保要求的不断提高,系统的优越性逐渐为人们所重视,外墙外保温技术得到了很大的发展,配套的抹灰抗裂砂浆成为人们研究的重点。
由于环境温湿度变化大,施工方法不当,外墙外保温系统容易造成外抹灰层空鼓、开裂等问题。为此,本文分析了影响外墙外保温抗裂砂浆性能的主要因素和抗裂机理,为高性能外墙外保温抗裂砂浆的制备和改进提供参考。
(1) 水泥:选用干法生产的42.5R水泥级普通硅酸盐水泥,其性能指标满足《硅酸水泥和普通硅酸盐水泥》(GB 175 1999)的要求。
(2) 中砂:按《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》(JGJ 52 1992)规定,含泥量小于3%,含水量小于2%。
将专用水泥抗裂剂与普通42.5R水泥按1:1:3的重量比混合,制成水泥抗裂砂浆混合料。除非另有规定,水泥抗裂砂浆应自然养护28d,并测定其力学性能。
聚合物包括各种乳液、纤维素醚等。为了提高水泥砂浆的性能,必须选择对水泥水化有良好适应性的有机高分子材料,必须满足以下要求:
大约50年前,聚合物被用于改善砂浆和混凝土的工作性和极限强度。根据a.jenni,m.herwegh,r.zurbriggen的“水泥砂浆中聚合物相的形态和复合结构”的报告,利用水泥砂浆中聚合物微观结构的判据,可以区分不同类型的聚合物,并利用砂浆中的晶相选择聚合物。
图1显示了部分水化水泥基质和孔隙。然后,利用所得知识区分添加的所有三种聚合物砂浆配方中的不同聚合物相(见图5)。
乳液形成一层不均匀的薄膜。二次电子(SE)成像可以观察到起伏的表面形貌。通过对高能背散射电子(BSE)图像的观察,可以得到不均匀表面形成的原因。在这些乳胶膜中可以发现许多矿物质(见图2)。Se/BSE结合成像技术可以同时反映组织内部形貌。与乳液相比,纤维素醚在孔隙界面形成了超薄膜(1m)。这些精细的结构对次级电子是部分透明的。由纤维素醚形成的膜也含有矿物质,但比乳胶膜少很多(见图3)。
乳胶膜是典型的不均匀形状,乳胶膜介于两个间隙之间。下面的两张照片显示了另一个乳胶膜,分别用二次电子(左)和后向散射电子(右)成像。
注意两排空隙之间的超薄平膜。下面两张照片显示了另一种纤维素醚,分别用二次电子(左)和后向散射电子(右)成像。
用苯丙乳液胶(SA)和纤维素醚(CE)对砂浆进行改性,得到两张5的照片。对于这种砂浆,纤维素醚不能单独形成微观结构。SA和CE倾向于与矿物形成复杂的结构。结果,微观结构是不透明的(硒和BSE),看起来坚固但易碎。
另一方面,乳液和纤维素醚在下面四张照片中形成非常不同的微观结构(见图5)。此外,底部两个是局部放大)。两种聚合物均可形成复合结构,但局部出现纯CE膜。从硒的透明性质可以清楚地分辨出CE薄膜。
因此,通过对Se/BSE微观结构的研究,选择了乳液和纤维素醚作为抗裂剂。通过多次小型试验和现场抹灰中试,比较了各种聚合物溶液的性能比和价格比。实验选用EVA乳液为主要原料,确定了最佳的生产配方。
左边是反映形态的二次电子像(SE)。注意纤维素醚膜在硒下是部分透明的。右边的列是反映成分的背散射电子图像(BSE)。在BSE图像中,亮点是致密的矿物,而与BSE强度低相对应的暗区是聚合物。
不同纤维的存在可以提高材料的抗裂、抗冲击和抗弯性能。通过纤维的应力传递,可以有效地控制和减少养护过程中裂缝的产生和扩展,提高表层的抗冻性和循环解冻性能,减少和消除表层细裂缝,降低透气性。试验中,砂浆中掺入三种纤维,即纤维1、纤维2和纤维3。按砂浆体积百分比掺入同一配方。自然养护14天后,当三种纤维均为5%时,纤维对砂浆的影响见表1。
从纤维在砂浆中的分散情况看,纤维1较差,纤维2一般,纤维3较好。在抗裂砂浆中掺入同等质量的3号纤维后,抗压强度和抗折强度均有较大提高,说明掺入纤维后抗裂性能有所提高。
采用5mm长的纤维3,研究了纤维含量对砂浆性能的影响。结果表明,抗裂砂浆的稠度随纤维含量的增加而降低,纤维对砂浆的施工性能和工作性能有负面影响,抗压强度和抗折强度迅速提高,表明砂浆的韧性和抗裂性能得到了显著提高。考虑到纤维含量高、抗裂砂浆和易性差、抗裂性改善有限,5号纤维为最佳纤维。纤维能提高砂浆抗裂性能的原因是纤维能显著提高砂浆的塑性收缩抗力,降低砂浆裂尖处的应力集中,防止裂缝的进一步发展。
为了进一步提高抗裂砂浆的柔韧性,试验了不同再生胶粉用量对砂浆的影响,确定了最佳再生胶粉用量。以水泥砂浆强度试验结果为基础数据,采用质量替代法,分别用1%、3%、5%、7%、10%和12%的水泥替代砂浆,设计了不同的再生胶粉。
掺加再生胶粉后,砂浆的抗压强度和抗折强度分别在3D和28d下降,这是因为再生胶粉仅作为骨料掺入,不产生水化作用。同时,作为集料,由于强度不如砂,砂浆的强度肯定会降低。但当用量小于5%时,压缩比改善不明显。7D和28d的压缩比甚至大于水泥浆体的压缩比。当剂量大于7%时,压缩比基本保持在5-6,压缩比没有明显降低。因此,水泥含量为水泥含量的7%。
早强剂又称硬化剂,能提高砂浆的早期强度,对后期强度影响不大。使用早强剂可以达到早脱模、缩短维修周期、加快施工进度的目的。
砂浆成型后,养护体系不同,砂浆性能不同,根据试验条件设计了四种养护体系试验:(1)丁苯养护;(2)聚合物弹性底漆养护;(3)水养护;(4)自然养护。结果表明,丁苯橡胶和聚合物弹性底漆固化的抗裂砂浆强度最好,而水性和自然固化的砂浆强度稍差。
根据以上因素分析,确定最佳配方。通过测试不同组分水泥砂浆的各项性能,分析了其抗裂机理。抗裂剂主要由聚合物乳液、细均相纤维和一定掺量的外加剂组成,各材料组分以自己的方式提高水泥砂浆体系的柔韧性。
(1)活性:聚合物乳液中含有表面活性剂,能减水。同时能分散水泥颗粒,提高砂浆的和易性,降低用水量,从而减少水泥孔隙等有害孔洞,提高砂浆的密实度和抗渗性。
(2) 桥键:聚合物分子中的活性基因在水泥水化过程中与游离Ca2+、Al3+、Fe2+离子交换形成一种特殊的桥键。物理化学吸附发生在水泥颗粒周围,形成连续相,均匀性高,降低了全身弹性模量,改善水泥浆的物理结构和内部结构局部应力状态增加了水泥浆的承载变形能力,减少了水泥浆微裂缝的发生。即使产生微裂纹,由于聚合物的桥键效应,裂纹的发展也会受到限制。
(3)充填效果:聚合物乳液快速凝结,形成坚韧致密的膜,在水泥颗粒间充填,充填水泥水化产物形成连续相,并与外界分离通道。
有机聚合物乳液脱水后形成一层具有粘结性和连续性的弹性薄膜。在失水过程中,它被乳液中的水泥所吸收的水硬化,而柔性聚合物膜和水泥硬化体则牢固地相互渗透。一层坚实而有弹性的防水层,其直接效果是提高水泥砂浆体系的柔韧性,具有相当大的弹性,有效地降低了体系的线收缩。
因此,抗裂剂的活性、桥联和填充功能改善了硬化水泥浆体的物理结构和内应力,降低了整体弹性模量,降低了耗水量,改善了硬化水泥浆体内泸州外墙保温装饰一体板部的气孔等有害孔洞,从而大大提高了粘结性、抗折强度砂浆的裂缝、防渗、防腐性能。
外加剂可以改善水泥石的孔隙结构,水泥石的内应力主要取决于孔隙比、孔隙分布、孔隙级配、孔隙形状等孔隙结构参数。因此,水泥浆体的形成、发展和破坏与孔隙的发生、发展密切相关。然而,孔隙率并不是影响水泥砂浆强度的唯一因素。在相同的孔隙率下,不同孔隙结构的水泥石的性能也不同。通过添加添加剂、活性混合物、聚合物浸渍和限制膨胀等方法,可以达到调整孔结构和提高强度的目的。
外加剂可以改变润湿状态:大部分水优先与集料表面接触形成固液界面,集料被润湿后形成液气界面,基本上消失了固液界面。水泥投入使用后,立即粘附在集料表面的水膜上,强化了水泥的水化过程,使第一次生成的水化铝酸盐覆盖在集料表面,以限制Ca(OH)2晶体的扩散,强化界面层。同时,残余气体比传统工艺少。
弹性乳液的选择应选择对水泥水化有良好适应性的有机高分子材料。抗裂剂的每一组分都以自己的方式提高了水泥砂浆体系的柔韧性。聚合物乳液的功能包括活性、架桥作用和填充作用。(2) 纤维可以大大提高抗裂砂浆的抗裂性能。随着纤维含量的增加,施工性能和工作性变差,适宜含量为5。小纤维增强塑料水泥砂浆的抗拉强度和裂缝的消除反映了现代微加固技术。
(4) 综合抗弯强度、抗压强度和压弯比,早强剂的选择量为5%。添加剂能改善材料的孔结构和润湿性。