浅议轻质复合墙板接缝砂浆中水泥基的作用

轻质复合墙板是近年来发展起来的一种低收缩、高性能的墙体材料，但在工程应力应用中同样出现了开裂现象。经工程实践分析，引起开裂的主要部位是板缝处，尤其是门窗洞、转角、板与结构结合处的板缝，而这些部位也是墙体因温、湿度变化、外来荷载、结构徐变等产生应力易集中的部位。解决开裂问题有两条路径：一是消除、分散、分解这些部位的应力；二是提高这些部位抵抗应力应变的能力。前者受气候、结构特性及材料本身特性等影响难以实现。我们通过配制具有黏结强度高、收缩性小、高强度、高韧性的接缝砂浆，提高墙体的整体性和抗应力应变的能力，从而有效地抑制了墙体开裂。
1 主要原材料的选择
1.1 水泥
水泥是主要的胶凝材料，同时也是影响砂浆性能的关键材料之一。接缝砂浆用的水泥宜选用收缩较低、强度尤其是早期强度较高的水泥，市场上可供选择的水泥有硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥等。根据生产、施工经验和实验室检验，我们选择42.5级南华牌普通硅酸盐水泥。
1.2 砂
用于接缝砂浆的砂为细度模数Mx=1.6～2.1之间的细砂，相关指标满足GB/T14684-2001标准要求，并筛除3.0mm以上的颗粒。
1.3 矿物掺和料
试验中，矿物掺和料主要用于调整砂浆的和易性、增加黏聚性和降低干缩，选用S95级磨细矿渣粉和Ⅱ级粉煤灰复合，等量取代25%（基准水泥），不降低同龄期强度而砂浆的工作性得到明显改善。
1.4 外加剂
1.4.1 水泥改性剂：是一种遇水可分散的乳胶，掺入砂浆时具有一定的塑化、润滑作用，从而达到一定的减水效果。试验表明，改性剂能提高砂浆的早期强度20%-30%，增加韧性，降低脆性，但砂浆的粘聚性不理想，可操作性较差。与聚醋酸乙烯复合使用能达到较理想的效果。
1.4.2 聚醋酸乙烯：掺入砂浆中能增加砂浆的黏聚性，提高黏结强度，增加韧性，但对砂浆的抗压强度基本没有增强作用。试验发现，聚醋酸乙烯对水泥的凝结时间有一定的影响，一般初凝时间延长1～3h，终凝时间延长2～3h。
1.4.3 108胶：是一种常用的建筑胶黏剂，对砂浆的工作性有一定的改善，能增加砂浆的黏聚性，但效果不如聚醋酸乙烯。
1.5 水
水质满足JGJ63-89《混凝土拌合用水》标准要求。
2 主要试验过程
2.1 接缝砂浆的配制
根据工程施工经验和试验条件，试验设计侧重两方面的数据采集：一是测试砂浆的1d、3d强度，同时观察试块的早期收缩（从配制到终凝）情况。由于砂浆早期收缩的试验方法存在争议和实施难度，试验数据误差较大，试验中我们只根据试块入模后与模边界的收缩情况来粗略地判定砂浆的早期收缩性能，以便选择早期强度发展快而收缩相对较小、可操作性好的理想配比，具体试验方案和结果见表2。
2.2 接缝试件制作
先将墙板切成150mm×100mm×75mm（板厚），其中一种带接缝槽，一种取剖切面，每组每规格3块计36块。按表2的配比配制砂浆进行接缝。3d后测试试件的接缝性能。
3 结果分析与讨论
3.1 矿物掺和料的作用机理
由表2可知，矿物掺和料能改善水泥砂浆性能而不降低砂浆强度。粉煤灰是煤粉燃烧后的产物，是一种由具有一定潜在活性的玻璃态物质和非活性固体粉末组成的混合物，具有体积稳定、质量轻的特点，掺入到砂浆中能改变混合料的等级配比，改善和易性，增加保水性、保湿性，但单独掺入时砂浆强度下降，特别是早期强度下降明显。磨细矿渣具有较高的的活性系数，在一定掺量范围内能取代水泥而不降低砂浆强度，但矿渣的掺入会引起砂浆收缩面的增大。粉煤灰和矿渣合掺入能改善砂浆的工作性能，同时能提高砂浆的体积稳定性，减少收缩。其作用机理主要表现为：（1）改善力学性能。不同种类、特性的掺和料进入水泥系统中，水化过程中相互诱导，水泥水化产生的Ca（OH）2及CaSO4等激发掺和料中活性组分参与水化，使得系统中的Ca（OH）2浓度降低，从而加速了水化速度。新增的水化物使得系统中的C-S-H、C-A-H、Al（OH）3胶体等组分更加丰富、密实，同时未参与反应的部分细集料可起到填充水泥颗粒之间空隙和部分毛细孔，使得砂浆更密实，强度提高而收缩性降低。（2）改善工作性能。复合掺和料具有球形或光滑的表面，掺入砂浆中具有一定的塑化、润滑作用，部分细集料与水尼颗粒相互包裹，使得砂浆稠度经时损失小，水泥浆屈服应力降低，黏度增大，表现出具有保水性能好、黏聚性好、不流挂、可操作性好等良好的工作性。
3.2 外加剂的作用
在试验中采用了3种聚合物外加剂，均为有机胶黏剂，具有一定的黏结力、黏聚力和弹性，与砂浆复合后能发挥各自优势，既保持了砂浆的强度，又有较高的黏结力和韧性。试验中发现三种聚合物作用效果各有不同，复合使用能获得到优势互补，提高和改善砂浆性能。作用机理是：（1）聚合物均匀地分散在砂浆体系中，当水泥凝胶结料开始水化时，系统中的水分减少，水化物增加，聚合物聚集在水化物、集料、未参与反应的水泥颗粒表面、砂浆与墙板界面及集料颗粒之间、水化产物与集料之间、水化物与水化物之间的毛细孔中。随着水化的进行，砂浆中的水分进一步减少，聚合物凝结成膜，形成网状结构。这种网状结构聚合物的弹性模量比砂浆硬化体的弹性模量低，使得砂浆的韧性增强，砂浆与墙板界面的黏结强度增加，从而提高了接缝效果。（2）由于均匀地分散在砂浆中的聚合物对水具有一定的吸附作用，同时均匀分散的聚合物膜能封闭砂浆中的种类毛细孔，抑制砂浆中水分的散失，降低干缩，增加砂浆的体积稳定性。（3）聚合物中的极性基团与凝胶结料水化物凝胶极性离子能发生化学键作用，从而改善砂浆水化物的结构，有利于吸收因砂浆干缩、外界作用等引起的内外应力，提高砂浆的物理性能。
3.3 企口接缝界面效果比剖切面好
这是因为企口界面的接触面大，因而黏结力、界面啮合力大，界面抗破坏能力强。接缝试件测试结果见表3。第6组试件的接缝效果相对较好，试件断裂均出现在接缝界面以外的位置，说明接缝砂浆及接缝界面处的强度超过了墙板基体强度（主要是抗拉强度和抗冲击强度）。
3.4 关于施工工艺与技术
3.4.1 界面问题。由于新型墙体材料的生产过程与黏土砖不同，因而界面情况也不同，水泥基轻质复合墙板是用模具浇注而成的，接缝企口光洁，接缝砂浆与界面的黏结力差，易形成薄弱环节，因此，施工抹灰前应对界面进行处理。试验中采用的是在界面上涂刷一层水泥改性剂净浆，以增强接缝砂浆与界面的黏结力，提高界面的黏结强度。
3.4.2 接缝宽度问题。由于砂浆的收缩普遍比墙板大，施工接缝的宽度必然井浪终影响绝对收缩量，即累计施工缝越宽，产生的收缩（收缩应变）越大。因此，施工中应采取挤浆措施，尽可能减小施工缝，并保证接缝处砂浆饱满。一般工程中施工缝控制在5mm-8mm为宜。当墙体累计长度大于6m时，宜设置构造柱，以减少累计收缩应力，增加墙体的稳定性。
3.4.3 墙板安装时，往往因生产时间短或运输、存储过程中淋湿等造成墙板含水率偏高的现象，墙体安装后仍有一部分水分散发而逐渐趋于与大气中水分平衡，这个过程中，墙板会因失水而收缩。因此，施工过程中应针对具体情况，预留部分板缝，等墙板水分平衡后再填入接缝砂浆。