加气混凝土砌块墙体界面剂配合比试验研究

黄乌燕

（漳州职业技术学院建筑工程系，福建漳州，363000）

加气混凝土砌块墙体界面剂配合比试验研究

黄乌燕

（漳州职业技术学院建筑工程系，福建漳州，363000）

结合本地区的实际情况，研究一种能满足设计要求的加气混凝土砌块墙体专用界面剂。试验通过选取了粉煤灰与胶凝材料用量比、水胶比、平均浆体厚度这3个因素，通过正交试验，测定界面剂的工作性能和力学性能。通过初步试验的结果，选出3组较优的配合比，掺入外加剂对界面剂进行改性。优化后的界面剂的剪切粘结强度比原来有了大幅度的提高，性价比高。

加气混凝土砌块；界面剂；砂浆

随着建筑业的迅速发展和墙体材料改革的进行，加气混凝土砌块作为一种替代粘土砖的新型建材，以节能、环保、施工方便等优点渐渐地被广泛地应用在建筑工程上。国内外许多科技工作人员己根据加气混凝土砌块材料特性，做了许多加气混凝土砌块墙体专用的流动性、保水性、附着性能好、粘结力强、制作使用方便的砂浆和配套的界面剂，也从施工角度采取多种探索，如加入107胶等增强其粘结力等，经过了多种试验和工程施工实践检验。现在国内己开发研制出了多种加气混凝土砌块外墙专用砂浆和界面剂，如福州大学研究的加气混凝土砌块墙体的防水界面剂。除了研究粘结性能，还注重了防水性能，部分研究成果应用到了实际工程中，效果良好。还有如常青树建材（福建）开发有限公司开发的专用界面剂，以水泥为作为主要的胶结材料，加入矿渣粉和添加剂，用以生产粘结性和保水性好的界面剂等，也已经投入了生产。文章主要针对福建省地区特点，研究加气混凝土砌块墙体配套的界面剂。目前市面上的一般界面剂的粘结剂多为有机化合物，成本较高，在本次试验中选用水泥作为界面剂中的粘结剂，砂子作为骨料，可以降低界面剂的成本。

1 试验方案设计思路及配比计算方法

1.1 试验方案设计思路

从与砂浆和砌块的相容性出发，首先选取粉煤灰与胶凝材料用量比(βF)、水胶比(mw/mb）、平均浆体厚度(APT)3个因素，每个因素含3个水平，采用正交表进行正交试验，通过实验室试验，选出其中较好的配合比；然后根据选出的较好配合比，掺入高分子聚合物(甲基纤维素醚和可再生分散乳胶粉)、高效减水剂和膨胀剂，研究其工作性能和对剪切粘结强度的影响。

1.2 配比计算方法

根据因素水平表，用正交表的组合，按最大密实度理论进行配合比设计。最大密实度是指使砂之间的孔隙率最少，砂浆的容重最大，浆体量最少，体积稳定性最好，收缩变形最小。为此引入了两个新的概念"特征直径"和"特征密实度"[1]。"特征直径"将砂假定为由单一直径的球形颗粒群体，然而实际的砂形状各异(片状、针状等)，直径有大有小，为了消除理论与实际的误差，引入"特征密实度" ΦST的概念，ΦST是"特征密度"ρst与视密度ρs的比值，即ΦST=ρst/ρs。采用"最大密实度"理论对砂浆进行设计可以减少砂浆开裂的风险。

2 界面剂初步配合比研究

2.1 主要原材料

(1)砂:(闽江河砂，细度模数2.00).

(2)粉煤灰:(长乐华能电厂二级灰).

(3)水泥:(P.O42.5，炼石牌).

各参数的试验结果如下：砂的视密度ρs=2630 kg/m3、砂的特征密度ρst=1645 kg/m3、水泥的视密度ρc=1965 kg/m3、粉煤灰的视密度ρF=2070 kg/m3。

2.2 规律性研究

2.2.1 正交实验设计

通过正交实验进行实验研究，参数水平表如表1所示。

查询正交实验表型并选取，得出下面的配合比的设计方案，如表2所示。

表1 参数水平表

表2 正交实验设计表

2.2.2 试验内容及方法

试验内容及试验方法所采用的规程如下：

(1)剪切粘结强度(JC/T 907-2002《混凝土界面处理剂》[3])。

(2)湿密度(JGJ/T70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法》[4])。

2.2.3 试验过程

(1)主要仪器设备.

剪切试验夹具、压力机、陶制无釉砖。

(2)试件的制备.

采用符合GB/T4100.5要求的陶制无釉砖，尺寸108mm×108mm，至少6 mm厚，表面平整。取两块试验用瓷砖，在每块瓷砖的正面，距砖边10 mm处划一条与砖边平行的参照线。将拌和好的界面剂分别均匀地涂抹在两块瓷砖正面，应保证界面剂完全覆盖。按划好的参照线将两块瓷砖粘贴压合在一起，以确保两块瓷砖错开10 mm，刮去边上多余的界面剂。将粘合好的试件水平放置，在试件上加7kg±15g的重物，保持3 min。每一龄期的剪切粘结强度各制备至少10个试件。每次试验至少准备2 kg拌好的界面剂[4]。

(3)试件养护.

将试件在标准试验条件下养护7 d和14 d。标准试验条件为温度(23±2)℃，相对湿度45％～75％，本次试验养护14 d，测其14 d粘结强度[4]。

(4)剪切试验.

到养护龄期后，将试件放入材料试验机的夹具中，以5 mm/min的速度施加剪切力[4]，如图1所示。

(5)初步配合比试验界面剂的保水性图片如图2所示。

2.2.4 试验结果

界面剂的试验结果见表3。

图1 剪切试件在压力机上的照片

表3 界面剂初步配合比及试验结果

从试验过程及表4可以得到以下结论：

(1)界面剂的工作性较差，保水性差，水分很容易被吸收。

图2 界面剂初步配合比试验保水性试验图

(2)界面剂的强度随着粉煤灰掺入量的增多呈下降趋势。

(3)水胶比越大，强度越小。这是因为水泥是粘结力的主要来源，随着水泥用量的增加砂浆的强度增大，水主要作用是保证和易性。

2.2.5 界面剂初步配合比的正交分析

界面剂初步配合比试验结果与计算分析见表4，界面剂的剪切粘结强度的正交分析图见图3。

表4 界面剂初步配合比试验结果与计算分析

图3 界面剂剪切粘结强度的正交分析图

从表4和图3可以看出：

（1）水胶比对界面剂剪切粘结强度的影响较大，水胶比过大和过小都会降低剪切粘结强度。这是因为水胶比太大会使水化产物减少，浆体变得疏松，会使粘结变差；同时水胶比太小流动性差，且加气混凝土砌块吸水性强，水分被砌块吸走，导致水泥水化不充分，也会影响粘结强度。

（2）粉煤灰对界面剂剪切粘结强度的影响较大，随着其掺量的增加，剪切粘结强度减小。

（3）平均浆体厚度对剪切粘结强度只有微小的影响。

3 优化后界面剂配合比研究

通过试验分析，优选3组剪切强度较高的组,加入外加剂,试配的加水量根据工作性能控制,水胶比在0.6左右，配合比见表5。

表5 优化后界面剂配合比及试验结果

3.1 主要原材料

(1)砂：(闽江河砂，细度模数2.00).

(2)粉煤灰：(长乐华能电厂二级灰).

(3)水泥：(P.O42.5，炼石牌).

(4)膨胀剂：(科榕牌UEA—Ⅲ型)(胶凝材料质量的6％).

(5)高效减水剂：(KR系列；胶凝材料质量的0.6％).

(6)甲基纤维素醚：(胶凝材料质量的0.2％).

(7)可再分散乳胶粉：(胶凝材料质量的2％).

3.2 规律性研究

界面剂的配合比试验结果见表5，优化后的界面剂保水性图片见图4。

从试验过程的观察和表5可以得到以下结论：

（1）加入膨胀剂、高效减水剂、甲基纤维素醚和可再分散乳胶粉提高了界面剂的保水性、施工性和剪切粘结强度。

（2）试验结果均能满足规范《混凝土界面处理剂》(JC/T907-2002)规定的≥1.0 MPa的要求

（3）优选剪切强度较高的3组,加入外加剂,试配的加水量根据工作性能控制,优选后的3组根据实际用水量计算的水胶比在0.6左右,跟上面理论分析的较高强度的水胶比吻合。同时通过剪切试验，测得的粘结强度比原来均有一定的提高，比规范规定的高出了30％～50％。

3.3 机理分析

在界面剂中加入高效减水剂，减水剂的憎水基团定向吸附于水泥颗粒表面，使水泥颗粒表面带有相同的电荷，在电性斥力作用下，使水泥颗粒分开，从而将絮凝结构内的游离水释放出来，另外，减水剂能在水泥颗粒表面形成一层溶剂水膜，在水泥颗粒间起到很好的润滑作用，增加了流动性[5]。加入的甲基纤维素醚与水结合后，形成一层润滑膜，也提高了界面剂的流动性[6]。加入可再分散乳胶粉，加水拌和后，聚合物颗粒自行分散，不会同水泥粘聚，可再分散乳胶粉颗粒之间润滑效应，使砂浆的组分能够单独流动，同时可再分散聚合物乳胶粉对空气有诱导效应，赋予砂浆可压缩性，改善了界面剂的施工和易性[7]。

在界面剂中加入甲基纤维素醚，其表面活性保证了胶凝材料在整个体系中均匀的分布，甲基纤维素醚包裹住固体颗粒，使体系更加稳定；其表面活性物质与砂浆混合搅拌时会产生许多微小气泡，这些气泡在砂浆中起滚珠作用，使新拌砂浆的和易性得以改善，并且气泡还在硬化砂浆体中保留下来，形成了彼此独立的孔隙，起着阻断毛细孔的作用，防止水分过快蒸发或被基材过快吸收，从而大大提高了砂浆的保水性[6]。

一方面界面剂中的甲基纤维素醚具有很好的保水效果，使界面剂中的水分不会蒸发过快也不会被加气混凝土过快吸收，从而可以保证水泥充分水化，提高了界面剂与加气混凝土的粘结强度；另一方面水泥在硬化干燥后，内部会产生许多孔腔，是水泥基体的薄弱部位。界面剂中的可再分散乳胶粉能立即分散并富集在这些孔腔之中，干燥后在孔腔四周形成一层膜，对这些薄弱部位具有加强作用，提高了粘结能力。

3.4 优化后界面剂经济性分析

根据前面所测得的界面剂的湿密度对优化后的配合比进行调整，如表6所示。

根据调整后的配合比计算优化后界面剂粉料的成本，如表7所示。

目前市面上的一般界面剂的粘结剂多为有机化合物，成本较高，在本次试验中选用水泥作为界面剂中的粘结剂，砂子作为骨料，降低了界面剂的成本，为了提高界面剂的工作性能和硬化后的粘结强度，在优化后的界面剂中加入膨胀剂(胶凝材料质量的6％)、高效减水剂(胶凝材料质量的0.6％)、甲基纤维素醚(胶凝材料质量的0.2％)和可再分散乳胶粉(胶凝材料质量的2％)等外加剂。

对比目前福建市场上常用的加气混凝土界面剂粉料，一般1100元/吨以上，本试验的优化后的界面剂平均成本为960.68元/吨，比市面上的价格低，具有良好的经济效益，性价比较高。

图4 优化后的界面剂保水性试验图

4 结论

对界面剂的初步配合比试验，先是选取粉煤灰与胶凝材料用量比，水胶比、平均浆体厚度APT3个因素，每个因素含3个水平，采用正交表和“最大密实度”理论配制了9组不同配合比的界面剂，对其工作性能及力学性能进行了进行正交试验。根据试验结果，分析了3个因素对砂浆性能的影响，认为：

(1)水胶比对界面剂的剪切粘结强度的影响较大，水胶比过大和过小都会降低剪切粘结强度。

(2)粉煤灰对界面剂的剪切粘结强度的影响较大，随着其掺量的增加，剪切粘结强度减小。

(3)平均浆体厚度APT对剪切粘结强度的只有微小的影响。

根据界面剂初步配合比试验结果，选择剪切粘结强度高的3组进行优化。掺入胶凝材料质量的6％的膨胀剂、胶凝材料质量的0.6％的高效减水剂、胶凝材料质量的0.2％的甲基纤维素醚和胶凝材料质量的2％的可再分散乳胶粉，再进行试验。外加剂的掺入改善了界面剂的工作性能和剪切粘结强度。根据试验结果，得到界面剂的最优配合比(质量比)为：水泥∶砂∶膨胀剂∶减水剂∶甲基纤维素醚∶可再分散乳胶粉∶水=426.65∶981.97∶25.60∶2.56∶0.85∶8.53∶293.84。

表6 优化后界面剂配合比调整结果

表7 优化后界面剂粉料的成本

[1]季韬，林挺伟，郑忠双.水泥胶流动度预测方法的研究[J].建筑材料学报，2005，8(1)：17-22.

[2]闫国胜.加气砌块墙体裂缝治理中的砂浆性能研究[D].武汉：武汉理工大学，2003.

[3]JGJ/T70-2009建筑砂浆基本性能试验方法[S].

[4]JC/T907-2002混凝土界面处理剂[S].

[5]陈志源，李启令.土木工程材料[M].2版.武汉：武汉理工大学出版社，2005.

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[7]肖力光，罗兴国.可再分散乳胶粉在水泥砂浆中的应用[J].混凝土，2003（4）：60-63.

Research on Mix Proportion of Interface Agent for AAC Brick Wall

HUANG Wu-yan
(Zhangzhou Institute of Technology Department of Architural Engineering，Zhangzhou 365000，China)

Based on the local actual situation,an ACC brick exclusive interface agent that can meet the requirement of design was researched in this paper.Three parameters of fly ash-binder ratio,water-cement ratio and average paste thickness were selected,and the influence of the three parameters on workability and mechanical behaviors of interface agent was investigated by a cross experiment.Based on the primary test results,selected three groups,adding modified admixtures in the interface agent was modified.The optimized interface agents have higher bonding strength and high cost performance.

AAC brick；interface agent；mortar

TU522.32

A

1673-4343（2013）02-0066-07

2013-01-15

国家自然科学基金项目资助（5107890）；漳州职业技术学院科研基金资助项目（ZZY0947)

黄乌燕，女，福建漳州市，讲师。研究方向：建筑材料。