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砂漿保水性測試方法的硏究
李偉1張量2，王培銘1
摘要：目前砂漿保水率常用測試方法有真空抽濾法和濾紙法，但二者的測試條件均與砂漿的實際使用環(huán)境和條件有較大差別。介紹一種模擬真實環(huán)境和砂漿實際施工狀況的測試方法一環(huán)境模擬法，應(yīng)用該方法對砂漿在不同厚度、不同照射溫度、不同風速條件下的砂漿保水性進行了評估，結(jié)果表明，該方法可以有效評價砂漿處于不同環(huán)境條件下的保水率。
關(guān)鍵詞：砂漿：保水性：環(huán)境模擬法：溫度：風速;厚度
干混砂漿以其較高的品質(zhì)保證、定義明確的使用功能、裝卸和運輸?shù)谋憬菪砸约笆┕さ母咝屎铜h(huán)保等優(yōu)點在中國建筑市場上獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。干混砂漿是將膠礙材料、礦物摻合料、細骨料和多種功能添加劑(如纖維素醚)等組分按不同配方在專業(yè)工廠混合生產(chǎn)的適用于不同用途的產(chǎn)品，在施工現(xiàn)場加水攪拌后即可使用。
砂漿在實際應(yīng)用中通常施工厚度較薄，從幾亳米到幾厘米，如抹灰砂漿、瓷磚膠、水泥基自流平、外墻外保溫系統(tǒng)的保護層砂漿和防水砂漿等。由于砂漿的施工厚度薄，暴露在空氣中的面積大，因此要求砂漿具有良好的保水性以保證無機膠凝材料的水化硬化。一旦發(fā)生嚴重的失水情況，會造成砂漿本身的密實度和強度、砂漿與基層的粘結(jié)性和砂漿表面性能的惡化進而對硬化砂漿的使用功能產(chǎn)生不同程度的負面影響。
在干混砂漿產(chǎn)品配方中，纖維素醚是提高砂漿保水性的主要添加劑。此外，纖維素醚還對砂漿的可工作性如稠度和抗垂流性具有顯著影響，并會引入氣泡。由于保水性是纖維素醚在干混砂漿產(chǎn)品配方中的主要功能，因此，釆用合適的測試方法評估其在不同實際應(yīng)用條件下對砂漿保水性的影響，對于在砂漿配方中選擇合適的纖維素醚品種和摻量具有重要的指導(dǎo)作用。
目前，砂漿保水性測試方法有多種，如真空抽濾法、濾紙法、觸摸法和正壓法等，最為常用的是真空抽濾法和濾紙法。然而，由于這2種測試方法與砂漿在實際應(yīng)用過程中的使用條件存在較大的差別，因此，常用于評價不同纖維素醚保水性的對比試驗，用于在不同場合下使用的具有不同功能的砂漿保水性測試時往往無法作出準確評估，給正確選擇與砂漿具體使用條件相匹配的纖維素醚帶來了困難。
本文的研究目的是采用一種能夠模擬真實環(huán)境的測試方法，對摻加不同纖維素醚砂漿的保水性進行評估，以期在更接近砂漿實際應(yīng)用條件的情況下獲得更準確的保水性測試結(jié)果，用于干混砂漿配方的研究和評價。
1砂漿的保水性及測試方法
1.1砂漿的失水模式分析
新拌砂漿在基層上施工后，其內(nèi)部的自由水含量會受到風、環(huán)境溫度和濕度、陽光、基層及砂漿厚度等多種因素的影響，其實際失水模式如圖1所示，包括表面區(qū)域、內(nèi)部區(qū)域和基層區(qū)域。表面區(qū)域是指靠近砂漿暴露于環(huán)境表面的部分;內(nèi)部區(qū)域是指砂漿介于表面區(qū)域和基層區(qū)域的部分;基層區(qū)域是指砂漿接觸基層的部分。由于砂漿施工厚度的不同，各區(qū)域的厚度很難有一個明確的定義，這可能也是將來需要進行研究的內(nèi)容。由于不同失水區(qū)域所處的位置和環(huán)境不同，其主要的影響因索和條件亦各不相同，這里需要說明的是，本文中“失水”指的是“失去砂漿中的自由水。
表面失水區(qū)：主要受環(huán)境溫度、濕度、陽光照射程度和風速的影響，
內(nèi)部失水區(qū)：表面失水的快慢和基層吸水的多少會影響砂漿內(nèi)部的失水速度，因為內(nèi)部區(qū)域的自由水會同時向這2個區(qū)域遷移，在水泥水化的初期，薄層砂漿中水泥水化所引起的“失水”通常遠低于表面蒸發(fā)和基層吸收所造成的失水。因為此時水泥的水化速度非常緩慢。
基層失水區(qū)：主要受基層吸水率的影響。
由以上分析可知，暴露于室外環(huán)境的薄層砂漿的失水主要受風速、溫度、基層吸水率和濕度4個因素的影響，由于砂漿的表面直接暴露在外部環(huán)境下，在很多情況下其失水的程度會較其它部位更嚴重些，除非基層采用了吸水率非常高的材料。因此，我們希望可以設(shè)計這樣一種測試方法，通過控制基層吸水率、風速、溫度和濕度這幾個參數(shù)來達到在模擬砂漿所處實際環(huán)境條件下進行保水性的瀏試，特別是對砂漿表面失水性的評估。
1.2常用保水性測試方法及存在問題
砂漿保水性溯試方法包括真空抽濾法、濾紙法、觸換法和正壓法等，其中鼓為常用的是其空抽濾法和濾紙法，因為二者可以定量測試砂漿的失水程度。下面，從對砂漿實際失水模式的分析來討論這2種方法存在的問題。
真空抽濾法通常釆用吸足水的中速定性濾紙作為隔離層，在(53.33±0.67)kPa[(400±5)mm汞柱]的負壓下實現(xiàn)對砂漿保水性的快速測試，從失水模式來看，這種方法無法對表面失水區(qū)影響參數(shù)進行控制，無法模擬環(huán)境的溫度、濕度和風速的影響。在測試過程中，經(jīng)常出現(xiàn)負壓難以穩(wěn)定控制的問題，測試結(jié)果難以在同等測試條件下進行對比評估。
濾紙法是將新拌砂漿直接填充在空心試模中，試模下墊有濾膜和高吸水率的中速定性濾紙，它會快速吸收砂漿中的部分自由水。然后通常稱量砂漿的質(zhì)量損失來定量評估其保水性。為了避免外界環(huán)境如溫度、濕度和風速的影響，測試時將表面用薄膜密封，因為這些因素的變化會使表面失水増加，減少濾紙吸收的水暈，從而無法獲得準確的吸水量測試結(jié)果。砂漿的密度不同也會使最終的測試結(jié)果產(chǎn)生偏差。另外，由于濾紙本身的不均勻性，在使用不同批次的濾紙時其吸水性能可能會發(fā)生變化，從而影響最終吸水率的測試結(jié)果。因此這種方法通常只用于同時進行的同條件對比試驗。
從上述分析可知，釆用這2種方法渕試砂漿的保水性時，均存在外界環(huán)境因素對其測試結(jié)果的影響無法評價和保水性測試結(jié)果可靠性的問題。
另外一個重要問題是砂漿的開放時間與纖維素醚的保水性密切相關(guān)。在實際應(yīng)用中，常需要砂漿滿足在一定時間段的保水性要求，以確保硬化砂漿在不同具體應(yīng)用條件下的性能。因此，需要了解砂漿保水性隨時間的變化，以對纖維素醚的品種和摻量進行必要的調(diào)整。而上述2種方法無法在這種情況下對砂漿的保水性能做出正確的評價。還有砂漿的厚度對其保水能力同樣有顯著的影響，當砂漿很薄或很厚時，釆用上述2種方法同樣難以進行比較。因此，有必要建立一種可'以模擬自然環(huán)境，同時可以測試在不同時間和不同應(yīng)用場合的砂漿保水性的測試方法，以期為不同品種干混砂漿配方的調(diào)整提供切實可靠的技術(shù)依據(jù)。
1.3環(huán)境模擬法
1.3.1試驗原理
為了克服目前常用的保水性測試方法的缺陷，本文建立了可以模擬真實環(huán)境的砂漿保水性測試萬法，并稱之為環(huán)境模擬法。環(huán)境模擬法的試驗裝置如圖2所示。
采用碘鈣燈作為熱源模擬陽光照射，通過調(diào)整熱源與砂漿表面的距離來調(diào)節(jié)砂漿表而的溫度。采用風扇模擬室外風的影響，通過調(diào)節(jié)風扇的風速或與砂漿的距離來調(diào)整吹到砂漿表面的風速大小?？蓪⒀b置置于環(huán)境溫度和濕度可控的環(huán)境箱或環(huán)境室來模擬室外空氣的溫濕度。選取不同基層，可以模擬基層吸水率對砂漿保水率的影響。本研究中，我們在標準實盟室[溫度(23±2℃)，相對濕度(50±3)%]采用非吸水性基層研究了砂漿處于不同條件時表面的失水情況。
1.3.2環(huán)境模擬法的測試過程
試驗在標準實驗室進行，非吸水性基層采用內(nèi)徑88mm的塑料皿，測試流程如下：
打開碘鈣燈，將塑料皿放在碘鎢燈垂直下方相應(yīng)位置預(yù)熱1h;如需考慮風速影響，可打開風扇，調(diào)節(jié)至相應(yīng)風速;對塑料皿進行稱量;將攪拌好的砂漿置于塑料皿中，按要求的厚
度抹平，然后稱量;將塑料皿放回原位置進行照射，在初始1h內(nèi)每隔5min取出塑料皿稱重;1h后每隔0.5h取出塑料皿稱重，3h后測試結(jié)束。
按式(1)計算對應(yīng)照射時間的保水率：
式中：R--砂漿的保水率，%：
W0---塑料皿的質(zhì)量，g;
W1—砂漿未失水時的初始質(zhì)量(含塑料皿)，g：
W2—漿在不同時間失水后的質(zhì)量(含塑料皿)，g;
K--砂漿的加水量，%。
2原材料及試驗方法
釆用海螺P?O42.5水泥，羥乙基甲基纖維素醚(HEMC)和50-100目的石英砂。
為了觀察試驗方法的可行性，避免其它組分的影響，實驗中采用了簡化的砂漿配方，其中：不添加纖維素醚的砂漿為水泥30%、石英砂70%、加水量為砂漿配方總量的20%;添加纖維素醚的砂漿為水泥30%、纖維素醚0.3%、石英砂69.7%，加水量為砂漿配方總量的20%。配方中的比例均為質(zhì)量比。
3結(jié)果與討論
3.1纖維素醚對砂漿保水性的影響
添加與不添加纖維素醚砂漿的保水性試驗結(jié)果見圖3。砂漿厚度為3mm，試驗在無風條件下進行。
由圖3可見，在23℃下，纖維素醚對砂漿保水性的提高幅度較小，但在45℃下，約0.5h后未添加纖維素醚的砂漿的保水率下降速度較添加纖維素醚的砂漿加快，2h后幾乎達到了最低程度(<10%)，而此時，添加纖維素醚的砂漿保水率仍在20%左右。這一結(jié)果說明，隨著環(huán)境溫度的升高，纖維素醚對提高砂漿的保水性更為顯著。
3.2 照射溫度對砂槳保水性的影響
由圖3可以看出，在不同照射溫度下，摻加0.3%纖維素醚的砂漿保水率存在明顯差異。3h后，23℃下的砂漿保水率約為65%，而45℃下的砂漿保水率僅為10%。如果砂漿中水泥的集中水化在3h后才開始，那么剩余的10%水分有可能無法保證水泥的正常水化，使硬化砂漿的性能受到嚴重影響。
3.3厚度對砂漿保水性的影響
圖4為摻加0.3%纖維素醚不同厚度的砂漿在無風情況下，于45℃照射溫度時保水率隨時間的變化。
由圖4可見，厚度對砂漿的保水率存在顯著的影響。厚度為10mm的砂漿在45℃下照射1h后保水率仍可達90%左右，而3mm厚砂漿在同樣條件下的保水率僅為60%，照射3h后，10mm厚砂漿的保水率仍可達70%，5mm厚砂漿保水率降低到30%，而3mm厚砂漿保水率僅為10%。因此，需要調(diào)節(jié)薄層砂漿中纖維素醚的用量以保證其保水性，特別是在溫度較高的情況下。
3.4風速對砂漿保水性的影響
圖5為3mm厚、摻加0.3%纖維素醚的砂漿在不同風速情況下、于45℃照射溫度時保水率隨時間的變化。
由圖5可見，砂漿保水率隨著風速的增大而降低，但風速的影響沒有溫度和厚度的影響顯著，也可能是本試驗中風速選擇較低的緣故。從圖5還可以看岀，無風情況下，砂漿在45℃下照射1h后的保水率約為60%，而在3.5m/s的風速下，1h后的保水率降至約50%。
4結(jié)語
環(huán)境模擬法可以克服目前常用的砂漿保水性測試方法的缺陷，有效評估不同厚度的砂漿處于不同溫度和風速時的保水性，為適用于不同用途的干混砂漿產(chǎn)品的配方開發(fā)和調(diào)整提供切實可靠的技術(shù)依據(jù)。今后可以進一步將保水性的變化與對砂漿性能的影響結(jié)合在一起進行研究，根據(jù)具體砂漿產(chǎn)品的應(yīng)用條件和特點，對纖維素醚的品種和摻量做出最佳的選擇。
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