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砂漿保水性測(cè)試方法的硏究
李偉1張量2，王培銘1
摘要：目前砂漿保水率常用測(cè)試方法有真空抽濾法和濾紙法，但二者的測(cè)試條件均與砂漿的實(shí)際使用環(huán)境和條件有較大差別。介紹一種模擬真實(shí)環(huán)境和砂漿實(shí)際施工狀況的測(cè)試方法一環(huán)境模擬法，應(yīng)用該方法對(duì)砂漿在不同厚度、不同照射溫度、不同風(fēng)速條件下的砂漿保水性進(jìn)行了評(píng)估，結(jié)果表明，該方法可以有效評(píng)價(jià)砂漿處于不同環(huán)境條件下的保水率。
關(guān)鍵詞：砂漿：保水性：環(huán)境模擬法：溫度：風(fēng)速;厚度
干混砂漿以其較高的品質(zhì)保證、定義明確的使用功能、裝卸和運(yùn)輸?shù)谋憬菪砸约笆┕さ母咝屎铜h(huán)保等優(yōu)點(diǎn)在中國(guó)建筑市場(chǎng)上獲得了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。干混砂漿是將膠礙材料、礦物摻合料、細(xì)骨料和多種功能添加劑(如纖維素醚)等組分按不同配方在專(zhuān)業(yè)工廠混合生產(chǎn)的適用于不同用途的產(chǎn)品，在施工現(xiàn)場(chǎng)加水?dāng)嚢韬蠹纯墒褂谩?span style="display:none">rIN膩?zhàn)幽z粉_可再分散乳膠粉_羥丙基甲基纖維素_聚丙烯纖維_木質(zhì)纖維素_北京萬(wàn)圖明科技有限公司
砂漿在實(shí)際應(yīng)用中通常施工厚度較薄，從幾亳米到幾厘米，如抹灰砂漿、瓷磚膠、水泥基自流平、外墻外保溫系統(tǒng)的保護(hù)層砂漿和防水砂漿等。由于砂漿的施工厚度薄，暴露在空氣中的面積大，因此要求砂漿具有良好的保水性以保證無(wú)機(jī)膠凝材料的水化硬化。一旦發(fā)生嚴(yán)重的失水情況，會(huì)造成砂漿本身的密實(shí)度和強(qiáng)度、砂漿與基層的粘結(jié)性和砂漿表面性能的惡化進(jìn)而對(duì)硬化砂漿的使用功能產(chǎn)生不同程度的負(fù)面影響。
在干混砂漿產(chǎn)品配方中，纖維素醚是提高砂漿保水性的主要添加劑。此外，纖維素醚還對(duì)砂漿的可工作性如稠度和抗垂流性具有顯著影響，并會(huì)引入氣泡。由于保水性是纖維素醚在干混砂漿產(chǎn)品配方中的主要功能，因此，釆用合適的測(cè)試方法評(píng)估其在不同實(shí)際應(yīng)用條件下對(duì)砂漿保水性的影響，對(duì)于在砂漿配方中選擇合適的纖維素醚品種和摻量具有重要的指導(dǎo)作用。
目前，砂漿保水性測(cè)試方法有多種，如真空抽濾法、濾紙法、觸摸法和正壓法等，最為常用的是真空抽濾法和濾紙法。然而，由于這2種測(cè)試方法與砂漿在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中的使用條件存在較大的差別，因此，常用于評(píng)價(jià)不同纖維素醚保水性的對(duì)比試驗(yàn)，用于在不同場(chǎng)合下使用的具有不同功能的砂漿保水性測(cè)試時(shí)往往無(wú)法作出準(zhǔn)確評(píng)估，給正確選擇與砂漿具體使用條件相匹配的纖維素醚帶來(lái)了困難。
本文的研究目的是采用一種能夠模擬真實(shí)環(huán)境的測(cè)試方法，對(duì)摻加不同纖維素醚砂漿的保水性進(jìn)行評(píng)估，以期在更接近砂漿實(shí)際應(yīng)用條件的情況下獲得更準(zhǔn)確的保水性測(cè)試結(jié)果，用于干混砂漿配方的研究和評(píng)價(jià)。
1砂漿的保水性及測(cè)試方法
1.1砂漿的失水模式分析
新拌砂漿在基層上施工后，其內(nèi)部的自由水含量會(huì)受到風(fēng)、環(huán)境溫度和濕度、陽(yáng)光、基層及砂漿厚度等多種因素的影響，其實(shí)際失水模式如圖1所示，包括表面區(qū)域、內(nèi)部區(qū)域和基層區(qū)域。表面區(qū)域是指靠近砂漿暴露于環(huán)境表面的部分;內(nèi)部區(qū)域是指砂漿介于表面區(qū)域和基層區(qū)域的部分;基層區(qū)域是指砂漿接觸基層的部分。由于砂漿施工厚度的不同，各區(qū)域的厚度很難有一個(gè)明確的定義，這可能也是將來(lái)需要進(jìn)行研究的內(nèi)容。由于不同失水區(qū)域所處的位置和環(huán)境不同，其主要的影響因索和條件亦各不相同，這里需要說(shuō)明的是，本文中“失水”指的是“失去砂漿中的自由水。
表面失水區(qū)：主要受環(huán)境溫度、濕度、陽(yáng)光照射程度和風(fēng)速的影響，
內(nèi)部失水區(qū)：表面失水的快慢和基層吸水的多少會(huì)影響砂漿內(nèi)部的失水速度，因?yàn)閮?nèi)部區(qū)域的自由水會(huì)同時(shí)向這2個(gè)區(qū)域遷移，在水泥水化的初期，薄層砂漿中水泥水化所引起的“失水”通常遠(yuǎn)低于表面蒸發(fā)和基層吸收所造成的失水。因?yàn)榇藭r(shí)水泥的水化速度非常緩慢。
基層失水區(qū)：主要受基層吸水率的影響。
由以上分析可知，暴露于室外環(huán)境的薄層砂漿的失水主要受風(fēng)速、溫度、基層吸水率和濕度4個(gè)因素的影響，由于砂漿的表面直接暴露在外部環(huán)境下，在很多情況下其失水的程度會(huì)較其它部位更嚴(yán)重些，除非基層采用了吸水率非常高的材料。因此，我們希望可以設(shè)計(jì)這樣一種測(cè)試方法，通過(guò)控制基層吸水率、風(fēng)速、溫度和濕度這幾個(gè)參數(shù)來(lái)達(dá)到在模擬砂漿所處實(shí)際環(huán)境條件下進(jìn)行保水性的瀏試，特別是對(duì)砂漿表面失水性的評(píng)估。
1.2常用保水性測(cè)試方法及存在問(wèn)題
砂漿保水性溯試方法包括真空抽濾法、濾紙法、觸換法和正壓法等，其中鼓為常用的是其空抽濾法和濾紙法，因?yàn)槎呖梢远繙y(cè)試砂漿的失水程度。下面，從對(duì)砂漿實(shí)際失水模式的分析來(lái)討論這2種方法存在的問(wèn)題。
真空抽濾法通常釆用吸足水的中速定性濾紙作為隔離層，在(53.33±0.67)kPa[(400±5)mm汞柱]的負(fù)壓下實(shí)現(xiàn)對(duì)砂漿保水性的快速測(cè)試，從失水模式來(lái)看，這種方法無(wú)法對(duì)表面失水區(qū)影響參數(shù)進(jìn)行控制，無(wú)法模擬環(huán)境的溫度、濕度和風(fēng)速的影響。在測(cè)試過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)負(fù)壓難以穩(wěn)定控制的問(wèn)題，測(cè)試結(jié)果難以在同等測(cè)試條件下進(jìn)行對(duì)比評(píng)估。
濾紙法是將新拌砂漿直接填充在空心試模中，試模下墊有濾膜和高吸水率的中速定性濾紙，它會(huì)快速吸收砂漿中的部分自由水。然后通常稱(chēng)量砂漿的質(zhì)量損失來(lái)定量評(píng)估其保水性。為了避免外界環(huán)境如溫度、濕度和風(fēng)速的影響，測(cè)試時(shí)將表面用薄膜密封，因?yàn)檫@些因素的變化會(huì)使表面失水増加，減少濾紙吸收的水暈，從而無(wú)法獲得準(zhǔn)確的吸水量測(cè)試結(jié)果。砂漿的密度不同也會(huì)使最終的測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生偏差。另外，由于濾紙本身的不均勻性，在使用不同批次的濾紙時(shí)其吸水性能可能會(huì)發(fā)生變化，從而影響最終吸水率的測(cè)試結(jié)果。因此這種方法通常只用于同時(shí)進(jìn)行的同條件對(duì)比試驗(yàn)。
從上述分析可知，釆用這2種方法渕試砂漿的保水性時(shí)，均存在外界環(huán)境因素對(duì)其測(cè)試結(jié)果的影響無(wú)法評(píng)價(jià)和保水性測(cè)試結(jié)果可靠性的問(wèn)題。
另外一個(gè)重要問(wèn)題是砂漿的開(kāi)放時(shí)間與纖維素醚的保水性密切相關(guān)。在實(shí)際應(yīng)用中，常需要砂漿滿足在一定時(shí)間段的保水性要求，以確保硬化砂漿在不同具體應(yīng)用條件下的性能。因此，需要了解砂漿保水性隨時(shí)間的變化，以對(duì)纖維素醚的品種和摻量進(jìn)行必要的調(diào)整。而上述2種方法無(wú)法在這種情況下對(duì)砂漿的保水性能做出正確的評(píng)價(jià)。還有砂漿的厚度對(duì)其保水能力同樣有顯著的影響，當(dāng)砂漿很薄或很厚時(shí)，釆用上述2種方法同樣難以進(jìn)行比較。因此，有必要建立一種可'以模擬自然環(huán)境，同時(shí)可以測(cè)試在不同時(shí)間和不同應(yīng)用場(chǎng)合的砂漿保水性的測(cè)試方法，以期為不同品種干混砂漿配方的調(diào)整提供切實(shí)可靠的技術(shù)依據(jù)。
1.3環(huán)境模擬法
1.3.1試驗(yàn)原理
為了克服目前常用的保水性測(cè)試方法的缺陷，本文建立了可以模擬真實(shí)環(huán)境的砂漿保水性測(cè)試萬(wàn)法，并稱(chēng)之為環(huán)境模擬法。環(huán)境模擬法的試驗(yàn)裝置如圖2所示。
采用碘鈣燈作為熱源模擬陽(yáng)光照射，通過(guò)調(diào)整熱源與砂漿表面的距離來(lái)調(diào)節(jié)砂漿表而的溫度。采用風(fēng)扇模擬室外風(fēng)的影響，通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)扇的風(fēng)速或與砂漿的距離來(lái)調(diào)整吹到砂漿表面的風(fēng)速大小?？蓪⒀b置置于環(huán)境溫度和濕度可控的環(huán)境箱或環(huán)境室來(lái)模擬室外空氣的溫濕度。選取不同基層，可以模擬基層吸水率對(duì)砂漿保水率的影響。本研究中，我們?cè)跇?biāo)準(zhǔn)實(shí)盟室[溫度(23±2℃)，相對(duì)濕度(50±3)%]采用非吸水性基層研究了砂漿處于不同條件時(shí)表面的失水情況。
1.3.2環(huán)境模擬法的測(cè)試過(guò)程
試驗(yàn)在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，非吸水性基層采用內(nèi)徑88mm的塑料皿，測(cè)試流程如下：
打開(kāi)碘鈣燈，將塑料皿放在碘鎢燈垂直下方相應(yīng)位置預(yù)熱1h;如需考慮風(fēng)速影響，可打開(kāi)風(fēng)扇，調(diào)節(jié)至相應(yīng)風(fēng)速;對(duì)塑料皿進(jìn)行稱(chēng)量;將攪拌好的砂漿置于塑料皿中，按要求的厚
度抹平，然后稱(chēng)量;將塑料皿放回原位置進(jìn)行照射，在初始1h內(nèi)每隔5min取出塑料皿稱(chēng)重;1h后每隔0.5h取出塑料皿稱(chēng)重，3h后測(cè)試結(jié)束。
按式(1)計(jì)算對(duì)應(yīng)照射時(shí)間的保水率：
式中：R--砂漿的保水率，%：
W0---塑料皿的質(zhì)量，g;
W1—砂漿未失水時(shí)的初始質(zhì)量(含塑料皿)，g：
W2—漿在不同時(shí)間失水后的質(zhì)量(含塑料皿)，g;
K--砂漿的加水量，%。
2原材料及試驗(yàn)方法
釆用海螺P?O42.5水泥，羥乙基甲基纖維素醚(HEMC)和50-100目的石英砂。
為了觀察試驗(yàn)方法的可行性，避免其它組分的影響，實(shí)驗(yàn)中采用了簡(jiǎn)化的砂漿配方，其中：不添加纖維素醚的砂漿為水泥30%、石英砂70%、加水量為砂漿配方總量的20%;添加纖維素醚的砂漿為水泥30%、纖維素醚0.3%、石英砂69.7%，加水量為砂漿配方總量的20%。配方中的比例均為質(zhì)量比。
3結(jié)果與討論
3.1纖維素醚對(duì)砂漿保水性的影響
添加與不添加纖維素醚砂漿的保水性試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。砂漿厚度為3mm，試驗(yàn)在無(wú)風(fēng)條件下進(jìn)行。
由圖3可見(jiàn)，在23℃下，纖維素醚對(duì)砂漿保水性的提高幅度較小，但在45℃下，約0.5h后未添加纖維素醚的砂漿的保水率下降速度較添加纖維素醚的砂漿加快，2h后幾乎達(dá)到了最低程度(<10%)，而此時(shí)，添加纖維素醚的砂漿保水率仍在20%左右。這一結(jié)果說(shuō)明，隨著環(huán)境溫度的升高，纖維素醚對(duì)提高砂漿的保水性更為顯著。
3.2 照射溫度對(duì)砂槳保水性的影響
由圖3可以看出，在不同照射溫度下，摻加0.3%纖維素醚的砂漿保水率存在明顯差異。3h后，23℃下的砂漿保水率約為65%，而45℃下的砂漿保水率僅為10%。如果砂漿中水泥的集中水化在3h后才開(kāi)始，那么剩余的10%水分有可能無(wú)法保證水泥的正常水化，使硬化砂漿的性能受到嚴(yán)重影響。
3.3厚度對(duì)砂漿保水性的影響
圖4為摻加0.3%纖維素醚不同厚度的砂漿在無(wú)風(fēng)情況下，于45℃照射溫度時(shí)保水率隨時(shí)間的變化。
由圖4可見(jiàn)，厚度對(duì)砂漿的保水率存在顯著的影響。厚度為10mm的砂漿在45℃下照射1h后保水率仍可達(dá)90%左右，而3mm厚砂漿在同樣條件下的保水率僅為60%，照射3h后，10mm厚砂漿的保水率仍可達(dá)70%，5mm厚砂漿保水率降低到30%，而3mm厚砂漿保水率僅為10%。因此，需要調(diào)節(jié)薄層砂漿中纖維素醚的用量以保證其保水性，特別是在溫度較高的情況下。
3.4風(fēng)速對(duì)砂漿保水性的影響
圖5為3mm厚、摻加0.3%纖維素醚的砂漿在不同風(fēng)速情況下、于45℃照射溫度時(shí)保水率隨時(shí)間的變化。
由圖5可見(jiàn)，砂漿保水率隨著風(fēng)速的增大而降低，但風(fēng)速的影響沒(méi)有溫度和厚度的影響顯著，也可能是本試驗(yàn)中風(fēng)速選擇較低的緣故。從圖5還可以看岀，無(wú)風(fēng)情況下，砂漿在45℃下照射1h后的保水率約為60%，而在3.5m/s的風(fēng)速下，1h后的保水率降至約50%。
4結(jié)語(yǔ)
環(huán)境模擬法可以克服目前常用的砂漿保水性測(cè)試方法的缺陷，有效評(píng)估不同厚度的砂漿處于不同溫度和風(fēng)速時(shí)的保水性，為適用于不同用途的干混砂漿產(chǎn)品的配方開(kāi)發(fā)和調(diào)整提供切實(shí)可靠的技術(shù)依據(jù)。今后可以進(jìn)一步將保水性的變化與對(duì)砂漿性能的影響結(jié)合在一起進(jìn)行研究，根據(jù)具體砂漿產(chǎn)品的應(yīng)用條件和特點(diǎn)，對(duì)纖維素醚的品種和摻量做出最佳的選擇。
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