掺稠化粉砂浆对砌体基本性能的影响研究

张 杰

(徐州市土木建筑工程质量监督站，江苏 徐州 221009)

掺稠化粉砂浆对砌体基本性能的影响研究

张 杰

(徐州市土木建筑工程质量监督站，江苏 徐州 221009)

砂浆与砌块的共同作用影响墙体系统的性能，砌筑砂浆是砌块之间的粘结材料，其质量的好坏对结构的受力性能和保温性能影响很大。通过掺入稠化粉的普通干混砂浆应用于砌体中，研究砌体的力学性能及砂浆的热工性能。试验结果表明，稠化粉的掺入改善了砌体的基本性能。通过研究为商品砂浆的推广建立一些理论基础。

稠化粉；干混砂浆；力学性能；热工性能

随着建筑业的发展，建筑材料也向着质量优、节能环保的方向发展。干混砂浆取代现场搅拌砂浆是必然的趋势。研究成果显示，干混砂浆的工厂化生产、精确的计量、专业的实验设备为干混砂浆的质量提供了可靠的保证，稠化粉等外加剂的掺入使干混砂浆相对于现场搅拌砂浆的工作性能和力学性能有了质的改善[1-3]。本文主要研究掺稠化粉砂浆对砌体基本性能的影响。

本文选用的稠化粉配方为羟丙基甲基纤维素醚(100 000 MPa·s)∶淀粉醚∶木钙=1∶0.67∶6.67(质量比)。通过试验测得新拌普通干混砌筑砂浆的基本性能：用水量为18%，稠度为70 mm，保水率为90%，凝结时间为5.5 h，28 d抗压强度为12.3 MPa，均能很好满足规范要求。本试验选取干混砂浆、现场搅拌水泥砂浆及不掺稠化粉的粉煤灰—水泥砂浆，分别砌筑6组砌体试件，依据《砌体基本力学性能试验方法标准》(GB/T 50129-2011)[4]进行砌体抗压强度试验和砌体沿通缝截面抗剪强度试验,研究稠化粉的掺入对砌体力学性能的影响规律，并研究3种砂浆的热工性能，为商品砂浆的推广奠定一些理论基础。

1 试验目的

选用普通粘土砖，依据《砌体基本力学性能试验方法标准》(GB/T 50129-2011)[4]，研究普通干混砂浆与普通粘土砖的组合砌体的抗压强度及砌体沿通缝截面抗剪强度。通过热工性能试验比较干混砂浆与传统水泥砂浆的热工性能。对比普通干混砌筑砂浆和传统水泥砂浆砌筑的砌体力学性能，对比分析普通干混砌筑砂浆和传统水泥砂浆的热工性能。

2 试验方案

试验所用材料：力学性能试验选用外形尺寸为240 mm×115 mm×53 mm普通粘土砖，热工性能采用标准砂浆试块,所用砌筑砂浆强度等级为M7.5。

砌体力学性能、砂浆热工性能试验选用3种不同的砂浆配方，以进行对比试验。试件样品1为不掺入稠化粉的粉煤灰—水泥砂浆配方，编号为DB；试件样品2为干混砂浆配方，编号为BZ；试件样品3为传统水泥砂浆配方，编号为CT。

3 力学性能

3.1 砌体抗压强度试验

3.1.1 试验现象及砌体破坏形态

试件开裂后位移采集仪显示数据增长加快，特别是加载后期走速相当快，数据增长很大。裂缝最先出现在砂浆层，裂缝出现的位置及发展现象是非常类似的，表现在砌体窄面单砖首先开裂，一般是第二块单砖，位于中间竖缝附近。随着加载的进行，裂缝也在不断地延伸和发展，单砖内的裂缝发展成为贯通几皮砖的竖向裂缝，此时宽面上角出现裂缝，并迅速沿灰缝向下发展形成主裂缝，最后各侧的主裂缝贯通，听到“砰”的一声，宣告试件破坏(图1～图3)。

图1 DB破坏形态Fig.1 Failure pattern of DB

图2 BZ破坏形态Fig.2 Failure pattern of BZ

图3 CT破坏形态Fig.3 Failure pattern of CT

3.1.2 抗压强度试验结果

单个试件的抗压强度按下式计算：

式中fc,m为试件的抗压强度，MPa;N为破坏荷载，kN;A为试件的截面面积,mm2。

砌体轴心抗压强度平均值的计算公式为：

式中fm为砌体轴心抗压强度平均值，f1、f2为砂浆及砌块的抗压强度平均值，试验结果见表1、表2。

试验结果显示，DB的开裂荷载约为极限荷载的41.86%～53.66%，BZ的开裂荷载约为极限荷载的41.51%～55.32%，CT的开裂荷载约为极限荷载的40.00%～66.67%。DB砌体的开裂荷载平均值为213.3 kN，极限荷载平均值为463.8

表1 砌体抗压强度试验结果Table 1 Masonry compressive strength test results

表2 砌块强度利用率Table 2 Block strength utilization

kN,极限强度平均值为5.6 MPa，大于按规范计算强度平均值4.76 MPa，大于率为17.65%；BZ砌体的开裂荷载平均值为252.5 kN，极限荷载平均值为500 kN，极限强度为6.21 MPa，大于按规范计算强度平均值4.75 MPa，大于率为30.74%；CT砌体的开裂荷载平均值为203.2 kN，极限荷载平均值为371.7 kN，极限强度为4.49 MPa，小于按规范计算强度平均值4.79 MPa，小于率为6.26%。DB、BZ和CT中砖强度利用率分别为35.4%、39.3%和28.4%，即砖的强度利用率BZ>DB>CT。

干混砂浆与砌块的粘结强度高于传统砂浆，同时由于干混砂浆的保水性能优于传统水泥砂浆，所以在后期干混砂浆的强度损失率低于传统水泥砂浆，故利用干混砂浆砌筑的砌体初裂荷载大于传统砂浆砌筑的砌体，极限抗压强度高于传统水泥砂浆砌筑的砌体。

由于加入稠化粉后干混砂浆的和易性好，其优良的保水性和粘结性使得砂浆和砌块的组合作用效果更好、整体性更强，所以随着稠化粉的加入，利用不同砂浆砌筑的砌体中砖的强度利用率也随之增大。

3.1.3 砌体应力—应变曲线的绘制

砌体加载时采用每30 kN为一级的分级加载，直到试件破坏。记录位移计上每一级载荷的纵向位移读数，用每级载荷的纵向位移除以标距，得到砌体的纵向位移，绘制成的砌体应力-应变曲线如图4～图6 所示。

图4 DB应力—应变曲线Fig.4 Stress-strain curve of DB

图5 BZ应力—应变曲线 Fig.5 Stress-strain curve of BZ

图6 CT应力—应变曲线Fig.6 Stress-strain curve of CT

由图4～图6可以看出，应力—应变曲线开始阶段呈线性增长，属于弹性阶段；当砌体一旦出现裂缝，曲线就出现弯折，变形剧增，曲线表现为缓慢上升直至水平；裂缝增大到后期，位移计读数呈倍数的快速增大。

3.2 砌体沿通缝截面抗剪强度试验

3.2.1 破坏形态

图7为砌体沿通缝截面抗剪的破坏形态。利用3种不同的砂浆进行砌筑的砌体，其破坏形态大体一致，都是在受压过程中，抗剪试件从加载至破坏没有明显的预兆，试件表面也未见明显的裂缝开展，当试件加压至受剪承载力极限时，沿受剪面发生突然的破坏，即当压力达到一定程度时，听到啪的一声，试件破坏。破坏发生在砂浆层与块体的粘结面，基本都是单剪面破坏，破坏呈明显的脆性特征。破坏面基本是平整的，个别砌体的砂浆出现和砌块连接，此种情况的砌体沿通缝截面抗剪强度一般比较高。

3.2.2 试验结果及分析

依据《砌体结构设计规范》，砌体沿通缝截面抗剪强度平均值采用下列公式计算：

fvm=0.125f21/2

其中f2为砂浆平均抗压强度。

图7 砌体沿通缝截面抗剪破坏形态Fig.7 Masonry along the seam section of shear failure pattern

试件编号受剪面积/mm2抗剪破坏荷载/kN抗剪强度平均值/MPa抗剪强度/MPaDB平均值2×345×22054.140.360.36BZ平均值2×340×22058.450.360.38CT平均值2×345×22551.500.360.34

表3为砌体沿通缝截面抗剪强度试验结果。由表3可知，不掺入稠化粉的粉煤灰—水泥砂浆砌筑的砌块沿通缝截面抗剪强度实测值等于按规范计算值；掺入稠化粉的普通干混砂浆砌筑的砌体沿通缝截面抗剪强度实测值大于按规范计算值；传统水泥砂浆砌筑砌体沿通缝截面抗剪强度实测值小于按规范计算值。

砖砌体沿通缝截面的抗剪强度，取决于砖与砂浆之间的切向粘结力，因而，影响砖砌体抗剪强度的因素，关键是砌筑砂浆的种类、强度及其变异，其次是砖的标号、含水率、表面特征(包括清洁程度)等。通过砌体小试件的试验证明，当砂浆强度相同时，采用掺入稠化粉的干混砂浆的试件，抗剪强度最高，其次是不掺入稠化粉的粉煤灰—水泥砂浆，最后是传统水泥砂浆。

试验的剪切破坏沿砌体灰缝截面，属于剪摩破坏，破坏没有出现因块体破坏而丧失承载力的现象。单纯受剪砌体的抗剪破坏主要取决于水平灰缝中砂浆与块体的粘结强度，因此砂浆的强度影响较大，块体的强度影响较小。本次试验数据表明，因砂浆抗压强度相同，抗剪强度实测值基本相同，但也略有偏差，即抗剪强度实测值BZ>DB>CT，说明掺入稠化粉的干混砂浆与块体的粘结强度最大。

4 热工性能

一般而言，在材料成分、表观密度、平均温度、含水率完全相同的条件下，均质多孔材料的单位体积中气孔数量越多，导热系数越小；在孔隙率相同的条件下，孔隙尺寸愈大，导热系数就愈大；孔隙相互连通比封闭而不连通的导热系数要高[5]。一般水泥砂浆的导热系数为0.93 W/(m·k)[6]，试验测得传统水泥砂浆稳定导热系数为1.00 W/(m·k)，粉煤灰的导热系数为0.23 W/(m·k)。

不同配方砂浆导热系数随时间变化规律曲线见图8。由图8可知，砂浆的导热系数在20 d左右开始趋于稳定状态，掺入稠化粉的干混砂浆导热系数最小，为0.772 7 W/(m·k)，不掺入稠化粉的粉煤灰—水泥砂浆的导热系数为0.939 3 W/(m·k)。即由于掺入粉煤灰的影响，粉煤灰—水泥砂浆的导热系数小于水泥砂浆，亦即粉煤灰—水泥砂浆保温效果优于传统水泥砂浆。掺入稠化粉后干混砂浆的引气作用，使砂浆孔隙率增大，导致掺入稠化粉后的干混砂浆的导热系数明显小于粉煤灰—水泥砂浆，即掺入稠化粉后干混砂浆保温效果优于粉煤灰—水泥砂浆。

5 结论

(1)掺入稠化粉的干混砂浆砌筑的砌体，其抗压强度最大，其次是不掺稠化粉的粉煤灰—水泥砂浆砌筑的砌体，传统水泥砂浆砌筑的砌体抗压强度最小。

图8 不同配方砂浆导热系数随时间变化规律曲线Fig.8 Different time variation curve formula of thermal conductivity of the mortar

(2)掺入稠化粉的干混砂浆砌筑的试件，抗剪强度最高，其次是不掺入稠化粉的粉煤灰—水泥砂浆，传统水泥砂浆抗剪强度最低。

(3)掺入稠化粉干混砂浆保温效果优于粉煤灰—水泥砂浆，粉煤灰—水泥砂浆保温效果优于传统水泥砂浆，即掺入稠化粉干混砂浆的保温效果最佳。

[1] 鞠丽艳，张雄.建筑砂浆保水增稠剂的性能及作用机理[J].建筑材料学报,2003(3)：14-16.

[2] 于利刚，黄宏伟.新型干拌砂浆稠化粉的研究[J].混凝土,2009(12)：95-97.

[3] 孙振平，于龙，庞敏，等.商品砂浆增稠保水材料的研制及其应用性能[J].商品混凝土,2009(4)：15-19.

[4] 四川省建筑科学研究院,山西四建集团有限公司.GB/T 50129-2011,砌体基本力学性能试验方法标准[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[5] 王武祥，曹蓓月，廖礼平.节能复合砌块专用保温砌筑砂浆的研究[J].混凝土砌块生产与应用，2009(4)：3-6.

[6] 中国建筑科学研究院.GB50176-1993.民用建筑热工设计规范[S].北京：中国计划出版社，1993.

(责任编辑：张英健)

The Research on the Influence of Mortar Mixing Thickening Powder on the Basic Performance of Masonry

ZHANG Jie

(Xuzhou Construction Engineering Quality Supervision Station, Xuzhou Jiangsu 221009, China)

The interaction of mortar and block influences the performances of the wall system. The quality of the masonry mortar which is the adhesive material of blocks have great influence on mechanical properties and thermal insulation performance of structure. This paper studies mechanical properties of masonry and thermal performance of mortar through applying dry-mixed mortar mixed with thickening powder to masonry. The test results indicated that the basic performance of the masonry was improved. Through the research, theoretical basis for the popularization of mortar will be established.

thickening powder; dry-mixed mortar; mechanical properties; thermal performance

2014-03-04

张杰(1987-),男,安徽宿州人，硕士，主要研究方向为建筑材料。

TU528.0

A

1671-5322(2014)03-0062-05