摘 要：本文研究了兩種聚合物對砂漿強度的影響，測試了砂漿的干燥收縮。采用環(huán)形約束裝置測定砂漿的開裂情況，用開裂總權值W表征了砂漿收縮開裂程度情況，應用裂縫控制率K表征了聚合物對砂漿開裂性能改善程度，通過SEM研究了聚合物砂漿的微觀結構。試驗結果表明：砂漿中摻入羥丙基甲基纖維素，其抗壓和抗折強度均下降，但砂漿的折壓比增加。砂漿中摻入可再分散膠粉（2350）和可再分散膠粉，其抗折強度提高較大，折壓比大幅度提高。摻兩種聚合物的砂漿的干燥收縮均比未摻的沙降低。在約束條件下，摻聚合物砂漿的開裂時間較未的砂漿有較大的延長﹑裂縫數(shù)量及裂縫最大寬度﹑開裂總權值均下降，裂縫控制率K明顯提高。本文采用的兩種聚合物具有很好的阻裂作用。
關鍵詞： 砂漿；聚合物；開裂；阻裂
1前言
普通砂漿的干縮變形往往很大，在承受荷載或溫度條件變化時，容易產(chǎn)生變形和裂縫。正是由于這些不利因素，普通砂漿的應用往往只限于建筑物的砌筑、抹面和勾縫等方面。就抹灰砂漿而言，如果使用不當，墻面會在施工三、四個月后發(fā)生空鼓、開裂、脫落等現(xiàn)象，嚴重影響建筑物的質(zhì)量和使用功能，而這一現(xiàn)象的產(chǎn)生與砂漿收縮率過大有著直接的關系[1]。砂漿在凝結硬化過程中會由于失水而出現(xiàn)干燥收縮現(xiàn)象，當這種收縮受到基體約束時，砂漿內(nèi)部就會產(chǎn)生收縮應力，一旦這種收縮應力超過砂漿的抗拉強度，砂漿就會出現(xiàn)裂紋。而砂漿滲水的基本原因，就是砂漿體內(nèi)存在孔隙和裂縫。
砂漿的開裂是建筑工程中非常普遍的現(xiàn)象。裂縫的發(fā)生和擴展，將會引起結構物墻體滲漏和粉刷層脫落，進而導致內(nèi)層混凝土或砌體的碳化侵蝕，使后期結構物的整體強度降低，危害建筑物的使用壽命，嚴重的將會引起建筑物使用功能喪失。裂縫是破壞建筑物的危險先兆。因此，開發(fā)出一種具有明顯阻裂作用的砂漿這項工作在當前的建材研發(fā)領域中顯得尤為重要。
目前建筑領域?qū)τ诰哂械褪湛s、阻裂性強的高性能砂漿材料的需求卻日漸增長，因此，開發(fā)和研究工作就十分的迫切且具深遠的意義。通過聚合物以及纖維等阻裂材料來改善砂漿的物理力學、收縮等性能，以達到防止開裂的目的[2]。本文研究了兩種聚合物對砂漿強度及干燥收縮的影響，采用環(huán)形約束裝置測定砂漿的開裂情況，用開裂總權值W表征砂漿收縮開裂程度情況，采用裂縫控制率K表征阻了裂材料對砂漿開裂性能改善程度，通過SEM研究了聚合物砂漿的微觀結構。這些研究對于提高砂漿的抗裂性具有一定的作用。
2 砂漿開裂性能測試及評價
考察砂漿的抗裂性能，不僅需要考慮收縮的增長，應力的發(fā)展也很重要。因此，試件必須在約束狀態(tài)下進行試驗，才能準確模擬工程中的實際情況。
約束收縮試驗一般觀測給定時間內(nèi)材料的開裂情況，包括平板式、單軸型和環(huán)形約束收縮試驗方法。本研究采用自行設計的環(huán)形約束試驗裝置，通過觀察試件的裂縫情況，來直接評價砂漿的收縮開裂趨勢。試件為圓環(huán)狀，內(nèi)部鋼環(huán)同時給環(huán)形試件提供徑向和切向的約束，使其不能自由收縮，并可以檢測試件在不同條件下的開裂行為。環(huán)形約束收縮試驗可以通過開裂時間反映硬化水泥砂漿的抗裂性能。
試件在成型后24h±2h拆去外模，保留起到約束作用的內(nèi)模，然后用風速為0.6m/s的風扇兩邊對吹，以加速試件開裂。采用25倍讀數(shù)顯微鏡觀察裂縫情況，裂縫出現(xiàn)以前，每隔6h測量一次，其后每隔1d測量一次，直到28d，記錄初始開裂時間，測量并記錄裂縫的長度、寬度發(fā)展情況。開裂性能試驗試件成型方式如圖1所示，試件尺寸如圖2所示。
對于開裂性能的評價，本文采用了Paul P. Kraai等關于水泥砂漿/混凝土塑性收縮裂縫試驗方法[5]，該方法主要采用裂縫面積(裂縫的權值寬度×相應的長度)和最大裂縫寬度作為開裂的評價指標。并輔助以裂縫出現(xiàn)的時間、裂縫的長度等指標進行評定。
對于不同寬度裂縫賦予權值，見表1。按裂縫寬度分段測量裂縫長度l，將開裂面積定義為裂縫寬度與長度的乘積，開裂總權值為各段面積的總和，按下式計算： 
式中 W——開裂總權值；
采用開裂總權值W表征砂漿收縮開裂程度發(fā)展情況，用裂縫控制率K來表征對聚合物砂漿開裂性能改善的程度。
3 原材料及試驗配合比
3.1水泥
本研究采用水泥為哈爾濱水泥廠生產(chǎn)的天鵝牌P•O32.5型普通硅酸鹽水泥。
3.2砂
所用砂為中砂，細度模數(shù)為2.54。
3.3聚合物及消泡劑
聚合物采用羥丙基甲基纖維素(HPMC)，試驗中HPMC摻量為水泥用量的0.05%；可再分散膠粉（2350），摻量為水泥用量的0.05%?？紤]到聚合物的加入可能會在砂漿中引入一定量的氣泡，過多的氣泡會影響到砂漿的強度，因此，摻入選用磷酸三丁酯作為消泡劑，摻量為水泥用量的0.03%。
在試驗中固定灰砂比為1:2，以稠度7cm±0.5cm標準來控制用水量。為加速試件開裂，裂縫試驗中采用粒徑為2.5mm以下的細砂，砂漿的配合比見表2。
4 試驗結果及分析
4.1砂漿的強度
表3結果表明：砂漿中摻入羥丙基甲基纖維素(HPMC) 0.05%后，其各齡期的抗壓強度和抗折強度都降低，但HPMC卻使砂漿的折壓比提高；砂漿中摻入可再分散膠粉（2350）0.05%后，其各齡期抗壓強度和抗折強度均提高，但抗折強度提高幅度較大，3天抗折強度提高了33%，28天提高11%。砂漿中摻入羥丙基甲基纖維素和可再分散膠粉后，砂漿的折壓比均比未摻聚合物的砂漿大，尤其是可再分散膠粉對砂漿折壓比的提高作用更大。
4.2砂漿試件的收縮
本文采用比長儀測定硬化砂漿的收縮值，操作方法及試驗結果處理參照JC/T603─1995《中華人民共和國建材行業(yè)標準水泥膠砂干縮試驗方法》。砂漿試件的收縮見表4。
（1）三種砂漿的收縮都是隨著齡期的增加而增大的，其中普通砂漿增大的速度最快
。
(2) 聚合物砂漿的早期收縮均小于普通砂漿的早期收縮，但差別并不是很大。這是因為砂漿中摻加的聚合物具有一定的保水作用，在水化初期可以減少砂漿的收縮。
(3) 聚合物改性砂漿的后期的收縮值比普通砂漿的收縮值小很多，90天收縮要比普通砂漿的收縮率小19%。聚合物使水泥砂漿的收縮率減小主要原因是由于聚合物中的活性基團和除泡基團的作用。
4.3 砂漿試件開裂情況
基準（普通）砂漿試件開裂情況如圖3所示。各組砂漿開裂性能試驗結果見表5。表5摻加不同組分材料砂漿開裂性能試驗結果
圖3及表5表明，普通砂漿側面出現(xiàn)貫通裂縫，7d時就已開裂，裂縫最大寬度0.11mm，開裂總權值很大；在砂漿摻入聚合物HPMC以后，砂漿的開裂時間延長，裂縫寬度也極為微細，開裂總權值較小，裂縫控制率達到了60%以上。
摻入可再分散膠粉（2350）的砂漿開裂時間延長一倍以上，裂縫寬度降低了45%，開裂總權重僅為26.6，裂縫控制率達到70%以上，可再分散膠粉（2350）很好的改善砂漿的開裂性。
通過實驗觀察及結果分析表明：開裂總權值W表征了砂漿收縮開裂程度發(fā)展情況，裂縫控制率K表征了聚合物對砂漿開裂性能改善的程度。
4.4聚合物在砂漿中作用機理
采用英國產(chǎn)EDΛX─S240掃描電子顯微鏡對砂漿的微觀結構進行觀察，基準砂漿及聚合物砂漿的SEM圖見圖4。
由圖4 可見，基準砂漿中水化產(chǎn)物主要是含有凝膠孔CSH凝膠。而摻聚合物的砂漿中存在一定量的聚合物網(wǎng)絡與CSH凝膠交織在一起，而且凝膠孔的尺寸很小。 
聚合物在水泥漿體中的作用機理主要是：聚合物在水泥漿體的拌合過程中，有一部分會均勻的分散到水泥漿體中，在水泥水化初期，聚合物便附著于未水化的水泥顆粒上。隨著水泥水化的進行，水泥漿體中水分不斷消耗、水化產(chǎn)物增多，聚合物就會逐漸聚積在毛細孔中，并在凝膠表面、未水化水泥顆粒表面形成緊密堆積。這些聚積的聚合物逐漸填充毛細孔。由于水化或干燥使水分進一步減少，在漿體和孔隙中堆積的聚合物便凝聚成膜形成聚合物網(wǎng)絡，這種聚合物網(wǎng)絡的彈性模量較水泥漿體的彈性模量低，能夠使硬化水泥漿體的韌性得到提高，這對改善砂漿的變形協(xié)調(diào)性非常有利。另外，聚合物分子中的活性基團與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生化學作用，形成特殊的橋鍵作用[6]，改善水泥水化產(chǎn)物的物理組織結構，緩解內(nèi)應力，從而減少水泥漿體中微裂紋的產(chǎn)生。
5 結論
(1)摻入羥丙基甲基纖維素，砂漿的抗壓及抗折強度都降低，但砂漿的折壓比提高；可再分散膠粉的摻入，不僅可提高砂漿的抗壓及抗折強度，而且各齡期砂漿的折壓比提高較大。
(2)采用自行設計的環(huán)形約束開裂試驗裝置可以有效地測定砂漿的開裂現(xiàn)象，開裂總權值W可以表征砂漿收縮開裂程度發(fā)展情況，裂縫控制率K可以表征阻裂材料對砂漿開裂性能改善的程度，能有效地評價砂漿的開裂性能。
(3)在砂漿中摻入羥丙基甲基纖維素及可再分散膠粉這兩種聚合物以后，可顯著降低砂漿收縮值。
(4)摻入羥丙基甲基纖維素及可再分散膠粉這兩種聚合物砂漿的開裂時間延長，開裂總權值較小，裂縫控制率也較高，這兩種聚合物具有提高砂漿的抗裂性的作用。
(5)聚合物主要具有填充砂漿毛細孔并與水泥水化產(chǎn)物CSH凝膠形成聚合物網(wǎng)絡的作用，改善砂漿的抗裂性。
