干混抹灰砂浆干燥收缩特性及圆环约束的实验研究

吴丹丹，杨杨，诸晓锋，方毅强

（1.浙江工业大学建筑工程学院，浙江杭州 310014；2.浙江中煤新型建材有限公司，浙江杭州 311228）

干混抹灰砂浆干燥收缩特性及圆环约束的实验研究

吴丹丹1，杨杨1，诸晓锋2，方毅强2

（1.浙江工业大学建筑工程学院，浙江杭州 310014；2.浙江中煤新型建材有限公司，浙江杭州 311228）

为了探究干混抹灰砂浆的干燥收缩特性，以干燥起始时间为参数，通过实验研究分析了干燥过程中的水分损失规律及其与干燥收缩之间的关系，同时通过圆环约束试验评定砂浆的开裂性能，考察了不同干燥起始时间对干混抹灰砂浆抗裂性能的影响。结果表明：不同干燥起始时间会影响干混抹灰砂浆的干燥收缩发展及水分损失过程，干燥早期阶段单位质量水分损失所引起的干燥收缩较小，后期阶段较大。圆环试件开裂时的单位当量应力基本相同，与干燥起始时间无关。

干混抹灰砂浆；干燥收缩；圆环约束试验；干燥起始时间

0　引言

在抹灰工程中，干混抹灰砂浆经常会发生开裂，严重影响墙体的外观和抹灰层的粘结效果，甚至造成抹灰层剥落引发安全问题[1]。干混抹灰砂浆的抗裂性能受诸多因素的影响和制约，如原材料与配合比、养护条件、基层种类、砂浆中纤维增强材料、抹面厚度、风速与日照情况等，其中早期干燥失水是主要因素。当干混抹灰砂浆较早地暴露于干燥环境时，砂浆中水分蒸发加快，从而加速了砂浆的干燥收缩乃至引发裂缝的形成和扩展。为了探究干混抹灰砂浆干燥收缩特性，本文以干燥起始时间为参数，通过实验研究分析了干燥过程中的水分损失规律及其与干燥收缩之间的关系，同时通过圆环约束试验评定砂浆的开裂性能，考察不同干燥起始时间对干混抹灰砂浆抗裂性能的影响。

1　实验

1.1原材料及配合比

本实验采用浙江中煤新型建材有限公司提供的M15干混抹灰砂浆作为原材料，其配合比（g/kg）为：m（水泥）∶m（增稠分）∶m（粉煤灰）∶m（砂）=160∶7∶23∶810。其中水泥为P·O 42.5级；增稠粉为膨润土，由安吉中瑞膨润土化工有限公司提供；掺合料为Ⅱ级粉煤灰；砂为中砂，细度模数2.3；拌合用水为自来水。根据GB/T 25181—2010《预拌砂浆》稠度要求，通过试拌确定水料比为0.18，干混抹灰砂浆的各项性能均符合GB/T 25181—2010的要求。

1.2试验方法

1.2.1失水率及干燥收缩试验

为了研究砂浆试件的干燥收缩特性及其与水分损失的关系，本研究采用螺旋测微仪（精度为0.001 mm）测量砂浆干燥收缩，同时用电子天平（精度为0.1 g）测量试件质量。两者均每天测试1次。试件成型及养护条件参照GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》进行，干燥收缩试件规格为40 mm×40 mm×160 mm，两端预埋测头，每组成型3个试件。试件在保湿养护2 d后脱模，继续标养至规定起始干燥龄期后，将试件移入干燥环境进行干燥收缩变形及失水率测试。规定起始干燥龄期为3 d、5 d。实验室干燥环境的温湿度条件为温度（20±2）℃、相对湿度（50±5）%，收缩变形数据和失水率测试均持续记录至28 d龄期。

1.2.2圆环约束试验

圆环约束试验装置如图1所示，高度为60 mm、内环厚度4 mm、内环外径260 mm、外环内径300 mm，内外环间的砂浆试件厚度为20 mm。试验模具由PVC底板、钢制内外环组成，底板要求表面光滑、平整、且不吸水。每个内环内侧上粘贴4片应变片监测钢环的应变发展，应变片对称贴在环内表面中间高度处，4片应变片相互间隔90°。应变由数据采集仪自动记录，数据采集间隔时间设定为30 min。圆环约束试验的环境条件为温度（20±2）℃，相对湿度（50±5）%。

图1　约束圆环和成型后的试件

根据试验所得钢环的应变值，按照式（1）[2]可计算出圆环试件内侧、外侧的应力。

式中：σ（r）——距离圆环中心为r处的圆环试件圆方向的拉应力，MPa；

r——试件圆周方向与圆环中心距离，mm；

εs——约束内环压缩应变；

Es——约束内环弹性模量，本文取2.05×105MPa；

t——约束内环厚度，mm；

r1——约束内环外半径，mm；

r2——外环内半径，mm。

同组圆环约束试验共成型2个平行试件。试件成型前，首先在底板表面覆盖2层塑料薄膜，以降低砂浆试件和底板之间的磨擦，然后再放置约束圆环、调整内外环位置并拧紧定位螺丝。砂浆分2次浇注，成型后10 min内将试件移入测试环境，立即松开定位螺丝，并将应变片连接到数据采集仪上，记录时间并测试应变值。养护时在试件上表面覆盖1层湿润的亚麻布并加盖塑料薄膜防止水分散失，养护2 d后拆除外环，继续保湿养护至规定起始干燥龄期后，用铝箔胶带密封圆环试件上侧面，确保试件只通过外表面失水，试件在试验环境条件下开始干燥[3-4]。起始干燥时间设定为3 d、5 d。

2　结果与分析

2.1砂浆失水率及其经时变化

砂浆在不同干燥起始时间下失水率的经时变化见图2。

图2　不同干燥起始时间下砂浆的失水率变化

由图2可以看出，无论从何龄期起始干燥，早期砂浆快速失水，砂浆的失水率不断增大，随着干燥时间的延长，砂浆的失水率逐渐变缓，之后基本不再变化。砂浆开始干燥的时间越早，砂浆失水率的早期发展越快，最终的失水率越大。随着开始干燥时间的推迟，砂浆水化反应程度越大，砂浆中的水分减少，失水率也随之减小。由图2还可以发现，砂浆失水率的发展早期较快，之后趋于平缓。其中3d、5d开始暴露于干燥环境的砂浆，其失水率发展开始趋于平缓的时刻分别约在第8d、第12d，砂浆开始干燥时间越迟，砂浆失水率趋于平缓的时刻也越迟。

2.2不同干燥起始时间下砂浆的干燥收缩特性（见图3）

由图3可以看出，在早期砂浆的干燥收缩不断增大，随着时间的延长，干燥收缩发展逐渐变缓，之后基本不再变化。比较不同干燥起始时间的砂浆干燥收缩值可以发现，与失水率经时变化基本相似，但5 d开始干燥的情形下，在干燥经时11 d前表现较小的收缩，其后反超呈现较大的干燥收缩。这可能是由于与3 d开始干燥相比，5 d开始干燥时的砂浆由于失水较晚，其后期孔隙较为细化，因而毛细管作用较强所致。

同一时间失水率与其对应的干燥收缩的关系见图4。

图3　不同干燥起始时间下砂浆的干燥收缩变化

图4　不同干燥起始时间下砂浆失水率与干燥收缩的关系

由图4可见，砂浆失水率发展与干燥收缩发展的关系表现为2个阶段，早期阶段单位质量水分损失所引起的干燥收缩较小，后期阶段较大[5]。这是因为砂浆在刚开始暴露于干燥环境时，主要是较大孔隙中水分的逸散，引起收缩的毛细管作用较小；当大孔中水分消耗完时，水分损失发生在较小的毛细孔中，从而引起较大的收缩。图4中砂浆开始干燥的时间越早，第1阶段的单位质量损失对应的收缩越小，这也反应了图2中的现象，即砂浆开始干燥的时间越早，砂浆失水率的早期发展越快。

2.3不同干燥起始时间对圆环约束试验的影响

图5、图6为砂浆在不同干燥起始时间下的圆环内壁实测应变和圆环应力发展情况，应变数值发生的突变对应着试件发生开裂。

图5　圆环内壁实测应变发展情况

图6　圆环应力发展情况

从图5可以看出，负的应变值代表钢环受到砂浆收缩而产生的压力，同时砂浆的收缩也受到来自钢环的约束，从而在砂浆中产生拉应力。随着干燥时间的延长，砂浆中的拉应力持续增长。3 d开始干燥的砂浆环约在干燥7 d时发生开裂，开裂时应变为-72 με；5 d开始干燥的砂浆环约在干燥6 d时发生开裂，开裂时应变为-55 με。对比图3可见，开裂时砂浆的干燥收缩仍在发展中，而且并未达到收敛。从图6可见，砂浆环受约束时内侧应力比外侧应力大，这是由于内侧砂浆受钢环的约束程度较大所致。

3 d开始干燥的砂浆环在干燥7 d时开裂，对应的干燥收缩值为0.058 mm，是最终干燥收缩值的67%；5 d开始干燥的砂浆环在干燥6 d时开裂，对应的干燥收缩值为0.045 mm，是最终干燥收缩值的49%。砂浆开始干燥时间越早，砂浆环开裂时刻所对应的干燥收缩值越大。

考虑到3 d、5 d开始干燥的砂浆环开裂时的内侧应力值分别为1.58、1.23 MPa，对应的干燥收缩应变分别为-336.620 με、-261.165 με，以试件内侧应力值/干燥收缩应变作为开裂时的单位当量应力，其值分别为4.69 GPa、4.71 GPa。可见在本研究所采用的圆环约束条件下，开裂时的单位当量应力基本相同，与干燥起始时间无关。

3　结论

（1）失水率和干燥收缩发展先快后慢，最后基本趋于平缓一致。砂浆暴露于干燥环境越早，其失水率跟收缩值在早期发展越快，砂浆开始趋于平缓的时刻也越早。砂浆的失水率发展与干燥收缩发展的关系表现为2个阶段关系。早期阶段单位质量水分损失所引起的干燥收缩较小，后期阶段较大。

（2）圆环约束试验的结果表明，无论是何时起始干燥，开裂时的砂浆处于干燥收缩的发展阶段。在本研究所采用的圆环约束条件下，开裂时的单位当量应力基本相同，与起始干燥时间无关。砂浆试件受约束时内侧应力比外侧应力大，说明砂浆的裂缝发展应该是从内到外进行。

[1]肖群芳，李岩凌，苟洪珊，等.干混普通砂浆关键技术研究[J].新型建筑材料，2014（5）：33-36.

[2]赵波，杨杨，曾洪波，等.干混抹灰砂浆基本性能及圆环约束的试验研究[J].建筑砌块与砌块建筑，2015（1）：38-40.

[3]Akhter B Hossain，Jason Weiss.Assessing residual stress development and stress relaxation in restrained concrete ring specimens[J].Cement&Concrete Composites，2004，26（5）：531-540.

[4]ASTM-C1581，Standard Test Method for Determining Age at Cracking and Induced Tensile Stress Characteristics of Mortar and Concrete under Restrained Shrinkage[S].

[5]Kovler K，Bentur A.Cracking sensitivity of normal-and highstrength concretes[J].ACI Materials Journal，2009，106（6）：537-542.

Experimental studies on drying shrinkage characteristic and ring restraining of dry-mixed plastering mortar

WU Dandan1，YANG Yang1，ZHU Xiaofeng2，FANG Yiqiang2
（1.College of Civil Engineering and Architecture，Zhejiang University of Technology，Hangzhou 310014，China；2.Zhejiang China Coal New Building Materials Co.Ltd.，Hangzhou 311228，China）

The water loss is the main factor which leads to drying shrinkage cracking of dry-mixed plastering mortar，in order to explore the drying shrinkage characteristic of dry-mixed plastering mortar，this paper analyzes the water loss in the drying process and the relationship with the drying shrinkage using drying starting time as the parameter through experimental studies，at the same time evaluating the cracking property of the mortar by ring restraining test，discussing the effect of different drying starting time on the anti-cracking property of dry-mixed plastering mortar.Research results show that the different drying starting time will affect the drying shrinkage development and water loss process of dry-mixed plastering mortar.The drying shrinkage caused by the water loss per unit mass is smaller in the initial drying stage and bigger in the later drying stage.When the ring specimens crack the unit equivalent stress is basically the same which is irrelevant to drying starting time.

dry-mixed plastering mortar，drying shrinkage，ring restraining test，drying starting time

TU57.8+1

A

1001-702X（2016）10-0063-03

2016-02-27；

2016-03-31

吴丹丹，女，1991年生，浙江东阳人，硕士研究生。