水工混凝土抑制碱骨料反应的材料试验研究(常用版)

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水工混凝土抑制碱骨料反应的材料试验研究水工混凝土抑制碱骨料反应的材料试验研究（常用版）(可以直接使用，可编辑完整版资料，欢迎下载）水电站设计DHPS第24卷第3期2021年9月水工混凝土抑制碱骨料反应的材料试验研究周麒雯,杨轶(中国水电顾问集团成都勘测设计研究院,四川成都610072)摘要:对水工混凝土常用混合材中的粉煤灰,磷渣,硅粉以及锂盐渣进行了抑制ASR的试验研究.试验研究结果表明:在水工混凝土中掺用一定量的混合材可以有效地抑制ASR膨胀变形.相比而言,硅粉抑制ASR的能力要优于粉煤灰,而磷渣与锂盐渣抑制ASR的效果则逊于粉煤灰.关键词:水工砼;混合材料;抑制;碱骨料反应;砼试验中图法分类号:TV43;TV42文献标识码:B文章编号:1003—9805(2021)03一OO4O一061前言防止混凝土碱骨料反应(AAR)是当今混凝土工程所面临的重要课题之一,对其防治措施的研究已引起世界上许多国家的高度重视.一般来说,AAR是一个较缓慢的过程,混凝土有时需要几十年时间才会出现裂缝,特别是对于一些慢膨胀型的活性骨料,时间将会更长.水利水电工程较长的使用寿命要求和水工混凝土所处的潮湿环境为AAR提供了充分的时间和环境条件.这表明在AAR方面,水工混凝土比普通混凝土具有更大的危险性.AAR按参与反应的骨料类型分为碱硅酸反应(ASR)和碱碳酸盐反应(ACR)两种.因在水工混凝土中ASR较ACR普遍,故本文主要针对抑制ASR进行探讨.使用非活性骨料对防止水工混凝土ASR而言是最安全可靠的措施.但由于活性骨料特别是硅质活性骨料分布广泛,以及受工程造价的影响,水工混凝土骨料的选择余地愈来愈受到限制.另外,目前对评定骨料的碱活性特别是慢膨胀骨料的潜在碱活性尚无绝对可靠的方法,正确评定骨料的碱活性也并非易事.大量的试验研究表明,在水工混凝土中使用某些混合材置换部分水泥,不仅能延缓或抑制ASR,而且对水工混凝土的其它性能也有一定的改善作用,同时对节约资源,保护环境也有重要意义.本文结合水电工程的实际,对水工混凝土常用的粉煤灰,磷渣,锂盐渣及硅粉等混合材抑制ASR进行试验研究.2试验原材料及试验方法试验采用的水泥品种为峨嵋中热水泥,双马中热水泥及攀枝花中热水泥,水泥的化学成分见表1;粉煤灰采用内江I级粉煤灰以及攀钢504厂的Ⅱ级粉煤灰;磷渣采用川投电冶公司黄磷厂的磷渣;硅粉采用成都东蓝星科技发展的硅粉;锂盐渣采用射洪明珠集团锂业公司生产的锂盐渣.混合材的化学成分见表2.试验采用砂浆棒快速法.其中粉煤灰,磷渣以及锂盐渣为等量取代,硅粉为外掺.胶凝材料的碱含量则通过添加纯度为10%的NaOH试剂调整,养护条件为8OoC,lmol/LNaOH溶液.分别测量试件不同龄期的膨胀率,并计算混合材对ASR膨胀的抑制率.表1水泥的化学成分%收稿日期12021—04—0l作者简介:周麒雯(1962一),女,四川成都人,高级工程师,主要从事水工混凝土碱骨料反应及混凝土性能试验研究.表2混合材的化学成分%3粉煤灰抑制ASR的试验研究粉煤灰的化学成分以Sio2和Al2o3为主,其活性来源于火山灰作用,与所含的SiO2,Al2o3及玻璃质的球形颗粒有关.现结合锦屏一级水电站实际,对粉煤灰抑制ASR作用进行试验研究.骨料为当地具有活性的变质石英砂岩,按DL/T5151—2001中规定的砂浆棒快速法和混凝土棱柱体法对变质石英砂岩的碱活性进行检验的结果(见图1)表明,该变,当,静当遵质石英砂岩为活性骨料.3.1粉煤灰掺量对ASR膨胀率的影响不同粉煤灰掺量下的砂浆膨胀率曲线见图2.由试验研究结果可以看出,当粉煤灰掺量分别为10%,20%,30%和35%时,其14d砂浆膨胀率值分别为不掺粉煤灰对比试样的54.5%,18.6%,11.3%和9.6%,表明掺一定量的粉煤灰对于活性骨料的ASR膨胀有着明显的抑制作用,并随着粉煤灰的掺量增加ASR膨胀率减小的幅度越大.,当龄期,d龄期,d(a)砂浆棒快速法检验结果(b)混凝土棱柱体法检验结果图l变质石英砂岩碱活性检验结果图2粉煤灰掺量对砂浆膨胀率的影响3.2粉煤灰掺量对ASR膨胀抑制率的影响粉煤灰掺量对砂浆14d膨胀抑制率的影响见图3.试验结果表明,随着粉煤灰掺量的增加,粉煤灰对活性骨料ASR膨胀的抑制率也增大.当粉煤灰的掺量大于20%时,粉煤灰对活性骨料ASR膨胀的抑制率趋于平缓.3.3胶凝材料中的碱含量对抑制ASR膨胀效果的影响为了进一步探讨粉煤灰的抑制效果,在不同胶凝材料碱含量条件下进行了砂浆膨胀率试验.胶凝材料中碱含量分别为0.6%,0.9%,1.25%和2.0%时的砂浆膨胀率试验结果见图4.由试验结果可以,磊曩当!粉煤灰掺量/%图3粉煤灰掺量对膨胀抑制率的影响看出,胶凝材料中的碱含量越高,活性骨料的ASR膨胀率越大.3.4与非活性骨料的砂浆膨胀率比较掺20%粉煤灰时活性骨料的砂浆膨胀率与非活性骨料砂浆膨胀率的比较见图5.试验结果表明,掺20%的粉煤灰时,其活性骨料的砂浆膨胀率低于在相同水泥含碱量(不掺粉煤灰)时非活性骨料的砂浆膨胀率.3.5粉煤灰抑制ASR效果评价活性骨料的ASR膨胀率随着粉煤灰掺量的增加而逐渐减小,表明掺一定量的粉煤灰对于活性骨料的ASR有着明显的抑制作用.当粉煤灰掺量达41到20%时,其14d膨胀率小于0.1%,测试时间延长至28d,其膨胀率也未超过0.1%.从砂浆膨胀抑制率来看,当粉煤灰的掺量超过20%时,砂浆膨胀抑制率的变化趋于平缓.这表明粉煤灰掺量在20%及以上时,其抑制活性骨料ASR膨胀的效果明显.当粉煤灰掺量不低于20%时,活性骨料砂浆膨胀率均小于同龄期的非活性骨料的砂浆膨胀率.这表明在掺20%粉煤灰时,将活性骨料应用于实际工程中具有一定的安全性.4磷渣抑制ASR的试验研究磷渣的组成主要为硅酸盐和铝酸盐,同时还存在部分小颗粒的晶体.粒化电炉磷渣具有较高的活性,但在一般条件下,磷渣并不具有水硬性,只有在激发剂存在的情况下才能发生水化反应,形成胶凝42,瓣当,瓣当图4碱含量对砂浆膨胀率的影响O-40_3桀0.2O.1OO5l0152O2530龄期/d(a)砂浆棒快速法检验结果物质并具有水硬活性.结合官地水电站对磷渣抑制ASR进行试验研究.骨料为当地的角砾熔岩,采用砂浆棒快速法和混凝土棱柱体法对岩石的碱活性检验的结果(见图6)表明:该角砾熔岩为活性骨料.4.1磷渣掺量对ASR膨胀的影响不同磷渣掺量下砂浆膨胀率曲线见图7.由试验结果可以看出,在水泥中掺入30%的磷渣时,活性骨料的14d砂浆膨胀率由0.178%降为0.062%;掺人50%的磷渣时,活性骨料的14d砂浆膨胀率降为0.031%.这表明随着磷渣掺量的增加,活性骨料的ASR膨胀率将减小.4.2磷渣掺量对ASR膨胀抑制率的影响磷渣掺量对砂浆14d膨胀率的影响见图8.由试验结果可以看出,当水泥中的磷渣掺量由30%增加到40%时,其对活性骨料14d砂浆膨胀的抑制率将提高13.3%;掺量由30%增JJnNso%时,其对活,瓣当越图5与非活性骨料砂浆膨胀率的比较图6角砾熔岩碱活性检验结果图7磷渣掺量对砂浆膨胀率的影响,辱曩当毽龄期,d(b)混凝土棱柱体法检验结果图8磷渣掺量对砂浆膨胀抑制率的影响性骨料14d砂浆膨胀抑制率将提高20.8%.这表明随着磷渣掺量的增加,磷渣对活性骨料ASR膨胀的抑制率将提高.4.3胶凝材料碱含量与抑制效果不同胶凝材料碱含量条件下磷渣抑制骨料ASR膨胀的试验结果见图9.由试验结果可以看出,当碱含量从0.9%增加到2.0%时,掺40%磷渣的14d的砂浆膨胀率将增加7.0%;掺50%磷渣的14d的砂浆膨胀率将增加8.0%.这表明胶凝材料中碱含,簪拦趋量对骨料ASR的膨胀有着一定的影响,碱含量越高,磷渣抑制骨料ASR膨胀的效果越差.4.4磷渣与粉煤灰抑制ASR效果的比较在水泥中碱含量为0.9%的条件下,进行了单掺磷渣和粉煤灰的抑制ASR的对比试验,试验结果见图10.由试验结果可以看出,单掺30%的磷渣14d的抑制率比单掺30%的粉煤灰的抑制率要低36.1%,28d要低38.2%.这表明在同等条件下磷渣抑制骨料ASR膨胀效果逊于粉煤灰.,艇龄期,d龄期,d(a)磷渣掺量为40%(b)磷渣掺量为50%图9水泥碱含量与抑制效果的试验结果,祷磊拦避龄期,d(a)膨胀率(h)膨胀抑制率图l0磷渣与粉煤灰抑制效果的比较试验结果5硅粉抑制ASR的试验研究硅粉含高量的无定形二氧化硅(含量为90%～96%),二氧化硅的含量越高,其活性越大.由于硅粉颗粒极细,因此硅粉微粒可以填充到混凝土的微孔隙中,使混凝土更密实;且硅粉与水泥水化时析出的CaO产生水化反应生成硅酸钙,提高了混凝土的力学性能.结合两河口水电站对硅粉抑制ASR进行试验研究.骨料为当地的泥质砂岩,采用砂浆棒快速法和混凝土棱柱体法对岩石的碱活性进行检验的结果(图11)表明,该泥质砂岩为活性骨料.5.1硅粉掺量对ASR膨胀的影响不同硅粉掺量下砂浆膨胀率曲线见图12.由试验结果可以看出,在水泥中掺入6%的硅粉时,活性骨料的14d砂浆膨胀率由0.239%降为0.014%;掺入10%的硅粉时,活性骨料的14d砂浆膨胀率降为0.003%.这表明随着硅粉掺量的增加,活性骨料ASR的14d膨胀率减小.5.2硅粉掺量对ASR膨胀抑制率的影响硅粉掺量对砂浆14d膨胀抑制率的影响见图13.由试验结果可以看出,当水泥中的硅粉掺量由6%增加到8%时,其对活性骨料14d砂浆膨胀的抑制率提高4.2%;掺量由6%增加到10%时,其对活性骨料14d砂浆膨胀抑制率提高4.6%.这表明随着硅粉掺量的增加,硅粉对活性骨料ASR膨胀的抑制率将提高.5.3硅粉与粉煤灰抑制ASR效果的比较在水泥中碱含量为0.9%的条件下,进行了单掺硅粉和粉煤灰的抑制ASR的对比试验,试验结果见图14.从试验结果可以看出:单掺8%硅粉时的膨胀抑制率与单掺30%的粉煤灰时的膨胀抑制率43瓣当渣,静当遴龄期/d龄期/d(a)砂浆棒快速法检验结果(b)混凝土棱柱体法检验结果图l1泥质砂岩碱活性检验结果硅粉掺量图l2硅粉掺量对砂浆膨胀率的影响,静当0.o_o出o_0Jo尊0.005O,婷蓐嚣当寻硅粉掺量图13硅粉掺量对砂浆膨胀抑制率的影响粉煤灰30%硅粉6%硅粉8%硅粉lO%粉煤灰20%硅粉6%硅粉8%硅粉lO%(a)与粉煤灰掺量为30%比较(b)与粉煤灰掺量为20%比较图14硅粉与粉煤灰抑制效果的比较试验结果相当,表明在同等条件下硅粉抑制骨料ASR膨胀效果要优于粉煤灰.6锂盐渣抑制ASR的试验研究锂盐渣是用锂辉石经1200oC煅烧后生产碳酸锂的副产品,其主要成分为氧化硅,氧化铝,氧化钙等.由于锂盐渣含有较多的无定形二氧化硅,三氧化铝,具有较高的活性可以作为水工大体积混凝土的掺合料.现结合锦屏一级水电站的实际,对锂盐渣抑制ASR进行试验研究,骨料采用当地的变质石英砂岩.6.1锂盐渣掺量对ASR膨胀率的影响不同锂盐渣掺量下砂浆膨胀率曲线见图15.由试验结果可以看出,当锂盐渣的掺量分别为10%,20%,30%,35%,40%及50%时,其14d砂浆膨胀率分别为不掺锂盐渣对比试样的81.6%,19.7%,13.6%,11.6%,7.5%和4.8%.这表明在水泥中掺入一定量的锂盐渣可以减少砂浆试件的ASR膨胀值,并随着锂盐渣掺量的增加,活性骨料的ASR的膨胀率将减小.6.2锂盐渣掺量对ASR膨胀抑制率的影响锂盐渣掺量对砂浆14d膨胀抑制率的影响见图16.试验结果表明,随着锂盐渣掺量的增加,锂盐渣对活性骨料ASR膨胀的抑制率也增大.当锂盐渣的掺量大于20%时,锂盐渣对活性骨料ASR膨胀的抑制率趋于平缓.6.3锂盐渣与粉煤灰抑制ASR效果的对比在水泥中碱含量为0.9%的条件下,进行了单掺锂盐渣和粉煤灰的抑制ASR的对比试验,试验结果见图17.从试验结果可以看出:单掺30%的锂盐渣时,其砂浆膨胀率略高于单掺30%的粉煤灰的砂浆膨胀率,其14d砂浆膨胀率增加5%左右;单掺40%的锂盐渣时,其砂浆膨胀率高于单掺40%的粉加m:gOOOOQn谢念寻一,渣饕若锂盐渣掺量,%图15锂盐渣掺量对ASR膨胀率的影响淤龄期,d瓣漤模}磊霉越_.!锂盐渣掺量,%图16锂盐渣掺量对ASR膨胀抑制率的影响龄期,d(a)混合材掺量为30%时(b)混合材掺量为4o%时图17锂盐渣与粉煤灰抑制ASR的比较煤灰的砂浆膨胀率,其14d砂浆膨胀率增加22%左右.这表明在同等条件下锂盐渣抑制骨料ASR膨胀效果要逊于粉煤灰.7结语在水工大体积混凝土中掺用混合材的主要作用有:一是节约水泥,降低工程造价;二是降低大体积混凝土的绝热温升,改善温控条件;三是提高水工混凝土的抗裂能力.通过对水工混凝土常用的混合材粉煤灰,磷渣,硅粉以及锂盐渣进行的ASR抑制试验研究结果表明,在水工混凝土中掺用一定量的混合材,对活性骨料ASR的膨胀也具有一定的抑制作用.相比粉煤灰而言,在同等条件下硅粉抑制ASR的能力要优于粉煤灰,而磷渣和锂盐渣的抑制ASR效果则逊于粉煤灰.参考文献:[1]姚燕.新型高性能混凝土耐久性的研究与工程应用[M].北京:中国建材工业出版社,2004.[2]王伶俐,姚燕.重点工程混凝土耐久性的研究与工程应用[M].北京:中国建材工业出版社,200o.[3]李光伟,等.粉煤灰抑制集料ASR有效性的评估[J].水力发电,2Oo7(5).[4]周麒雯,等.磷渣抑制集料碱硅酸反应的试验研究[J].水利水电科技进展,2oo8(2).[5]周麒雯,等.锦屏一级水电站石英砂岩碱活性及碱活性抑制试验研究[A].混凝土工程耐久性研究和应用[C].成都:西南交通大学出版社,2006,(上接第36页)3结语水工混凝土的自生体积变形对水工混凝土的抗裂性有着不容忽视的影响.影响水工混凝土自生体积变形的因素主要为水泥品种,粉煤灰品种,以及骨料种类和含量等.在水工混凝土配合比设计中应考虑影响混凝土自生体积变形的主要因素,从而通过控制和利用混凝土的自生体积变形来改善和提高水工混凝土的抗裂性能.参考文献:[1]李光伟.从自生体积变形看MgO微膨胀混凝土的应力补偿[J].水电工程研究,1995(1):l一6.[2]李光伟.混凝土抗裂能力的评价[J].水利水电科技进展,2001(2):33—36.[3]杨华全,等.水工混凝土研究与应用[M].北京:中国水利水电出版社,2005:193—197.[4]李光伟.某水电站大坝混凝土自生体积变形试验研究[J].水电工程研究,2001(3):27—33.45湿拌砂浆的试验研究及应用湿拌砂浆的试验研究及应用丁健美李光中胡晓(南京普迪混凝土,南京210015)【摘要】研究各种普通预拌砂浆配合比的设计,试配及应用机理.通过掺入不同品种保水增稠材料和外加剂对预拌砂浆性能影响的试验.并根据各种普通预拌砂浆的技术性能要求,确定不同品种各标号预拌砂浆的生产配合比.【关键词】预拌砂浆;稠度;分层度;凝结时间;保水率;强度预拌砂浆在现场使用时.需保证一定的凝结时间及存放时间,本文通过试验,研究如何从原材料方面人手,满足砂浆在稠度,分层度(保水率),凝结时间和强度等方面的要求.这是配制预拌砂浆的技术关键.1原材料和试验方法1.1原材料水泥:42.5级普通硅酸盐水泥(中国海螺).黄砂:长江河砂,密度2450kg/m3,堆积密度1420kg/m3.含泥量1.O%,最大粒径≤5.0mm.粉煤灰:华能电厂I/II级灰.保水增稠材料:主要采用上海某公司稠化粉A1,上海某公司稠化粉A2.南京某公司稠化粉A3等.外加剂:主要采用上海某公司外加剂B1.上海某公司预拌砂浆缓凝塑化剂B2.南京某公司缓凝减水剂B3和南京某公司复合型塑化剂S等.拌和水:自来水.1.2试验方法采用机械拌和.首先将干物料加入搅拌机中干拌2min.然后加入水剂外加剂和拌和水搅拌2min后出料.砂浆性能试验按JGJ70—1990《建筑砂浆基本性能试验方法》,DGJ32/J13—2005《预拌砂浆技术规程》,DG/TJ08—502—2ooo((预拌砂浆生产与应用技术规程》方法和规程进行2试验结果2.1预拌砂浆基本性能的研究前期进行部分空白试验,例如:拌和水,水泥,砂三种物料.拌和水,水泥,砂,粉煤灰四种物料以及拌和水,水泥,砂,粉煤灰,混凝土外加剂五种物料的试验.无论选用何种品牌的水泥来试验.最后做出的空白预拌砂浆的可操作性都很差.尤其是掺加了混凝土外加剂的砂浆泌水率非常高.几乎无法使用.更谈不上能够保持一定的缓凝时间.所以.砂浆的保水增稠材料和砂浆专用外加剂在预拌砂浆中缺一不可.经过前期策划,我们进行了三个系列的预拌砂浆级配试验和对比试验2.2上海某公司稠化粉A1和外加剂B1系列砂浆稠化粉A1的主要作用是改善砂浆的和易性.减少水泥用量.在增加配砂量的同时保证砂浆的工作性能及强度.起保水增稠的作用.外加剂B1属于改性木质素璜酸盐类缓凝剂.主要作用是延长预拌砂浆的凝结时间.同时增强砂浆的塑性.在减少稠度损失的同时降低泌水率.掺加了砂浆专用稠化粉A1和外加剂B1的预拌砂浆性能明显优于传统自拌砂浆.表现为表面不泌水,砂浆变得轻柔,细腻,黏性大,操作手感佳,稠度,分层度等性能指标均满足规范要求.见表1.表1稠化粉A1和外加剂B1系列(一)初始试验配合IZ(kg/m~)砂浆性能序标稠外稠度分层度容重R28号号水泥砂化F(I)加粉剂(mil1)(mm)(kg/m~)(MPa)1M5.3.1909196o6.42M7.52oo146040l1O3.3102719707.63M1O220214045903.4937194011.04M1529o14oO50903.9989196515.25M2O3oo125050904.28516194018.26M25330132060804.5915197522.7注:水泥品种选用京I~P042.5R,用水量均为2ook咖左右,砂的含水率5%左右.?42?2007年12期通过实验可得.这一系列配合比的砂浆可操作性能较好,3h内基本无泌水.操作手感佳.5h,-,6h后仍可操作.但试块强度却不令人满意.考虑到试验环境条件,原材料品种及数量,试验方法和操作过程等多方面因素.我们进行了同养和标养试块对比.适当增加或减少某一原材料品种.增加配合比中胶凝材料含量等试验.以确定影响试块强度的原因.表2为增加胶黏材料试验结果.表2稠化粉A1和外加剂B1系列(--】增加胶凝材料配合比(km砂浆性能序标号稠外号水泥砂化F(I)加稠度分层度容重R28(mm)(mm)(kg/m3)fMPa)粉剂1M5.O190146040l153.6951O19956.62M7.52101440401203.8901420218.O3M1O230140045803.489121965l1.14M1531O138050904.38310196015.65M2O325133050905.38811518.56M25350132060905.884102oo523.1通过实验得知.虽然增加了胶凝材料.但强度增加并不明显砂浆的其他操作性能虽能达到要求.但由于稠化粉Al和外加剂Bl用量很大.相互适应性较好.砂浆的凝结时间过长.有的3d都不能拆模.28d强度显然受到了影响由此最终确定试块强度较低的主要原因是:(1)当时环境温度较低.(2)所用试块是有底的而不是无底的,强度会有一定的下浮.(3)砂浆外加剂中的引气成分含量太多,减少了用水量,在满足砂浆黏性和塑性的同时,降低了砂浆的容重.从而降低了试块的抗压强度.通过以上分析.我们适当减少了外加剂Bl的用量.试验结果见表3.表3稠化粉A1和外加剂B1系列(三)减少缓凝剂用量配合~(kg/m3)砂浆性能序标号水泥稠外稠度分层度容重R28号砂化F(I)加(京阳)粉剂(mm)(mn1)(kg/m3)(MPa)1M5.O19O1460401153.6951019956.62M7.521O1440401202.589l12O658.13M1O2351415451oo2.880135l1.O4M153oo139050903.481132oo515.95M2O325133550903.87913518.76M2535013206090447M1O31O144045601.88310216015.18M1O31O144045609313222518.1从增加胶凝材料和减少缓凝剂用量两组实验可知.单一减少砂浆外加剂Bl用量.对试块强度的增强效果并不明显.只是稍微缩短了凝结时间.为27h(试验环境温度为I(YC,环境湿度6O%).表3中7和8相比较.未掺外加剂Bl的砂浆开放时间为4hh.凝结时间在6h左右.掺加05%的外加剂Bl可以有效调节凝结时间.但减水效果不明显.而且7和8的用水量都有所提高.在233kg/m3250kg/m,.此配合比可以为生产配合比提供参考.为了全面把握Al—Bl组合砂浆的技术性能.我们做了添加两种组合型稠化粉,外加剂与添加复合型塑化剂的对比试验.见表4.表4稠化粉A1和外加剂B1系列(四)与S复合型塑化剂对比试验配合比(km々砂浆性能序标号水泥稠外稠度分层度容重R28号砂化F(I)加(中国)(mm)(蚴)(kg/m~)(MPa)粉剂1—1M5.O260142040502.574819758.72—1M7.5280142040502.769918859.53—1M1O3oo140040502.9901O18701O.94—1M15330140050703.3717192021.15—1M2O360135050703.68113192521.26—1M25390132060703.9859197027.11—2M5.O26o1420503.491818707.82—2M7.52801420503.687618258.33—2M1O3oo1400503.89010181O10.O4—2M153301400704.483l1181O14.95—2M2O3601350704.8907182520.76—2M253901320705.2951O190526.3表4中一1系列试验为稠化粉Al和外加剂Bl组合,一2为S复合型塑化剂.S的凝结时间为15h40min,可操作时间8h左右.Al—Bl的凝结时间为20h,可操作时间为12h左右:S塑化剂(掺量1.2%1和Al—B1(掺量0.9%1相比.前者和易性略好,更细腻,塑性更好,后者上墙后比前者失水快.2.3上海某公司缓凝塑化剂A2和B2系列为了寻求品种更多,性能更全面的稠化粉和外加剂.我们又对上海某公司稠化粉A2和外加剂B2进行了系列试验.见表5.表5中一1系列为预拌砌筑砂浆.其中外加剂B2掺量为0.7%左右:一2系列为预拌抹灰砂浆,其中外加剂B2掺量为0.8%:一3系列为预拌砌筑砂浆,其中外加剂B2掺量为0.9%左右:-4系列为预拌地面砂浆,其中外加剂B2掺量为0.4%左右.砌筑和抹灰砂浆的凝结时间和可操作时间均能达到预期效果.保水性较好,强度较高.但砂浆容重大,操作手感偏重.有一定量的泌水,尤其是高标号的砂浆,结底时间明显提前.2007年12期?43?表5上海某公司稠化粉A2和缓凝塑化剂B2系列表6南京某公司A3砂浆稠化粉和B3型缓凝减水剂系列配合~(kg,/m3)砂浆性能稠外加稠度分层容重R7R28序号标号水泥砂化F(I)剂(mm)(mm)(kg,/m3)(MPa)(中国)粉1—1RM5.O1851395451302-3111O1221254.11O.12-1RM7.52oo1385451302.4831321555.412.O3-1RM1O21O1370451302.51071121657.714.54-1RM1526o135545l1O2.7781O216513_318_35-1RM2O3301320451053.1979216520.924.86-1RM2536o131O401oo3_3981O214024.527.51—2RP5.O1951370451603.O1o6321758.715.92-2RP7.52O51350451703.1296421609.317.O3—2RP1O2301350451353.04986215511.819.24-2R1403.4955217017_323.25-2RP2O34013oo45l1O3.721oo6214523.629.O1—3RM5.O1951450451303.O692921703.79.42-3RM7.52051435451303.1588721855.711.73-3RM1O2301420451253_3398321657.713.74-3R153.551oo6215512.817.95-3RM2O335133040l1O4.551026216520.723.66-3RM2536o1315401oo4.7955217024.125-31-4RS1531O15oo40701.566512222517_325.12—4RS2O36o145540601_32658220524.729.93-4R$2536515oo4060O.877513224525.532.9图1为外加剂B2掺量与凝结时间/可操作时间的关系.~t,JJu剂B2的一个显着特点是,其本身的有效性随存放时间的增加而衰退.且变化明显.其优越性是掺量较小,性价比相对较高.35扈30曾252015lO50掺量(%)图1外加剂132掺量与凝结时间/可操作时间的关系2.4南京某公司砂浆稠化粉A3和缓凝减水剂B3系列我们还对南京某公司砂浆稠化粉A3和缓凝减水剂B3进行了系列试验.见表6从表6可知.此系列的新拌砂浆状态较软.黏性较好,保水性也好,但砂浆的气泡增多;单方砂浆的掺量较高.而28d抗压强度不够高.图2为外加剂B3的掺量与凝结时间/可操作时间的关系图.从图中可以看出.B3的掺量不是越高越配合tt(kgCm~)砂浆性能稠外稠度分层度容重R28序号标号水泥砂化F(I)加(中国)粉剂(mm)(mm)(kgCm~)(MPa)1—1M5.O19514504513O2.729213216o9.72-1M7.52O514354513O2.88914215512.93—1M1O23014JDO451252.96939219514.64-1M15265139o45l153.69410220514.55-1M2O350133540l1O3.769013221521.16-1M253701315401053.889511220520.91-2RP7.5205134o451703.91oo1O215515.42-2RP1O23013354516O4.O919215512.63—2RP152701330451405.1967216515.94—2RP2O34512oo451205.761oo11218023.65-2RP25370133040l1O5.881oo1O221528.1—35釜00翟25201510501l_52掺量(%)图2外加剂B3的掺量与凝结时间/可操作时间的关系好,每个操作时间段都有一个最佳掺量.而且随季节变化需适当调整3分析与讨论不同生产厂家,不同品种的水泥,其自身技术指标的稳定性不一.且与稠化粉和缓凝剂的适应性存在很大区别.粉煤灰的品种和级别对砂浆的性能有一定影响,但不是级别越高越好,II级灰即可.粉煤灰的掺量与强度增长有一定关联,掺量在30%～50%比较适宜.黄砂的细度对砂浆会有影响,过粗不便于施工.过细则增大用水量,影响砂浆性能.不同环境下.室内和室外砂浆稠度经时损失很复杂,稠度损失与外加剂掺量,温度,湿度,太阳直射系数及盛放砂浆的容器规格都有一定的关系,砂浆的稠度保持不变的时间段是砂浆最佳施工期间.砂浆试块成型时的环境对检测数据的影响也很大,主要表现在标养和自养,有底和无底及试块和试条的强度等的差异性.另外.对砂浆稠度经时损失重塑后的强度损失也要引起重视保水率指标和分层度类似.是衡量砂浆稠度经时损失的重要参数,它和所使用的保水增稠材料有很大关系.同时与?44?2007年12期外加剂,粉煤灰的质量也有关.在选择原材料的时候应从这些方面慎重考虑通过以上三个系列的多元化试验,分析砂浆配合比中P042.5水泥的用量和7d/28d抗压强度的关系.如图3.实际应用中并非绝对遵循图中的变化规律.还应考虑其他原材料的区别,特别是粉煤灰的质量,砂子的级配,保水增稠材料和外加剂的适应性3O2520邑15蓍o50水泥用量(kg)图3水泥用量和7d/28d抗压强度的关系4实际生产应用情况为检验上述配合比.现用生产预拌混凝土的自动化秤量,搅拌,卸料系统生产RP10砂浆,配合比及砂浆性能见表7.表7生产砂浆中试配合比及砂浆性能配合~t(kg/m3)砂浆性能序标号水泥稠外稠度分层度容重R28号砂化FfI1加中国fnlm1(mm)(kg/m)(MPa)粉剂1RPIO2301350451353421093213015.7从中试结果看.除了由于机械方面所造成的搅拌不均匀,夹有部分水泥团和黄砂团,砂子中有大颗粒,不便于抹灰施工外.砂浆的分层度,凝结时间和强度都达到了预期效果与混凝土的坍落度指标类似.施工过程中砂浆的稠度是一个非常关键的技术指标.它反映的是砂浆拌和物在外力作用下变形大小的一个物理量.砂浆的稠度越大.流动性越好.施工强度越低.砂浆的存放时间直接影响到施工的可操作性和工程的工期.所以我们做了一组对比试验.图4为某种砂浆稠度经时损失在室内外环境中的对比11释时间(h)图4砂浆稠度室内,室外经时损失和凝结时间的关系由图4可见:(1)砂浆在拌和成型后4h~6h内稠度变化不显着,而后稠度损失较快.同时.砂浆的抗压强度降低,力学性能变差.(2)在室外环境中砂浆稠度损失大.所以在施工现场需要重视砂浆的存放环境.尤其需加强盛放容器的密闭和保湿.避免因稠度损失过大而造成强度降低.砂浆重塑后的强度甚至会降低20%以上.并且加水量越多.抗压强度损失越大5结语配制预拌砂浆的技术关键在于采取有效措施降低砂浆的分层度,提高砂浆的保水率.并解决掺加外加剂和其他物质后砂浆分层度与其强度之间的矛盾预拌砂浆主要是对凝结时间和保水性要求较高.对强度要求不是太高.但也不可忽视砂浆的强度.在进行砂浆配合比设计时要考虑到工地的恶劣环境和稠度损失.适当提高1～2个标号进行实际应用大多数情况下.不能简单判断某一种稠化粉或外加剂的好坏.要结合其他原材料品种性能进行综合分析可以根据砂浆要求的高低.选择不同性价比的原材料.材料品种和适宜掺量须同时考虑.以降低砂浆的综合成本.参考文献:【1】王培铭商品砂浆的研究与应用机械工业出版社,20061【2]GJ32/J13—2005预拌砂浆技术规程长春散装水泥预拌砂浆管理出新政本刊讯《长春市散装水泥管理办法》于今年12月3日起正式施行该办法将散装水泥及预拌混凝土,预拌砂浆.均纳入管理范围.办法规定:水泥生产企业应当按照散装水泥发展规划的要求.达到70%以上的散装水泥发放能力;水泥使用总量在300t以上的工程建设项目和本市城市规划区内交通,能源,水利,市政工程建设项目,散装水泥使用量应当达到水泥使用总量的70%以上:长春城市规划区域内.禁止现场搅拌混凝土;自2021年7月1日起.禁止现场搅拌砂浆.如预拌混凝土及预拌砂浆,水泥制品生产企业未能全部使用散装水泥,将被处以每立方米混凝土l00元或者每吨袋装水泥300元.总额不超过3万元的罚款.未能达到7OZ散装水泥使用要求的.处以5000元以上1万元以下罚款.现场搅拌混凝土可被处以1万元以上5万元以下罚款2007年12期?45?外墙外保温体系粘结强度的试验的研究青岛理工大学工学硕士学位论文摘要外墙外保温技术是一种最早诞生于世纪欧洲的建筑节能技术,在上世纪年代石油危机后逐渐得到人们的重视,最近经过几十年的发展愈加成熟。随着我国建筑节能工作的深入推进,我国引进并改进了这项技术。目前,外墙外保温技术在全国各地得到越来越广泛的应用。本文介绍了粘贴聚苯板外墙外保温体系的粘结机理,并对原有的拉伸粘结试验方法作了两点改进:一是用带弯钩的钢棒勾住钢顶板,以此消除偏心和扭矩;二是在试块下面粘结钢底板,避免不均匀受力。试验证明,改进的试验方法更符合实际情况。本文对该体系中胶粘剂与聚苯板的粘结强度随试块尺寸、养护机制、恢复机制及粘贴面积比的变化趋势进行了试验研究。试验表明:胶粘剂拉伸粘结强度试验试块尺寸可取为,且试块粘结力与粘贴面积比成正比;经浸水及冻融循环后,试块胶粘剂与聚苯板的粘结强度均降低,且恢复时间越短,粘结强度越低。本文还介绍了现浇混凝土复合无网聚苯板外保温体系中平面聚苯板及齿槽聚苯板与混凝土的粘结机理,并对该体系中齿槽聚苯板与混凝土的粘结强度随齿槽倾角、齿槽宽度和聚苯板抗折强度的变化趋势进行了试验研究。分析试验结果后可知,对于工程中常用的密度为/~/的聚苯板,应取齿槽聚苯板的齿倾角口。~。;在聚苯板抗折强度、齿倾角一定的情况下,聚苯板与水泥砂浆的粘结强度随齿顶宽度的增大而增大;在聚苯板齿倾角、齿宽一定的情况下,聚苯板与水泥砂浆的粘结强度随聚苯板密度的增大而增大。试验还验证了界面砂浆在外墙外保温体系中的重要作用。本文最后论述了外墙外保温体系耐久性的概念,介绍了外墙外保温体系常见的质量问题及产生原因。另外,对保温体系主要构件的耐久性进行了分析,并对正常维护条件下结构体系的耐久寿命做了推测。关键词节能;外墙外保温;聚苯板;胶粘剂;燕尾槽;界面砂浆;粘结强度;耐久性;青岛理工大学工学硕士学位论文.,.’.,.,.:;,.,.,,.’.?;...;..,。~.口。//;,.;童星些三奎耋三耋堡圭耋堡鎏圣..,.;.:;;;;;;;青岛理工大学工学硕士学位论文第章绪论.外墙外保温技术的发展背景随着我国经济的持续高速发展,我国的能源消耗量越来越大,但我国的一次能源生产量增长率却远远低于国民经济的增长率,发展经济所需的能源应更多地依靠节能来解决。节能,是指加强用能管理,采取技术上可行、经济上合理以及环境和社会可以承受的措施,减少从能源生产到消费各个环节中的损失和浪费,更加有效、合理地利用能源。这既是《中华人民共和国节约能源法》对“节能”。的法律规定,也是国际能源委员会的节能概念建筑能耗是指建筑在使用过程中的能耗,主要包括采暖、通风、空调、照明、炊事燃料、家用电器和热水供应等能耗,其中以采暖和空调能耗为主。建筑能耗在社会总能耗中占有很大的比例,而且社会经济越发达,生活水平越高,这个比例就越大。西方发达国家,建筑能耗占社会总能耗的%~%。美国一次能源消耗量,年达到.亿标准煤,其中建筑能耗占.%,工业能耗占.%,交通能耗占.%。法国建筑能耗占社会总能耗的%。我国尽管社会经济发展水平和生活水平都还不高,但建筑能耗已占社会总能耗的%~%,正逐步上升到%。在一些大城市,夏季空调已成为电力高峰负荷的主要组成部分。年,上海住宅空调安装率超过%,空调用电负荷高达×以上,占高峰用电负荷的/,造成.的供电缺口。在香港,电力的%,燃气的%被建筑所消槲‘。我国建筑规模巨大,据有关部门统计,从年至年底,我国城乡共建住宅建筑亿,其中,城镇.亿,农村.亿【】。年以来,全国每年新建房屋都超过了亿,年达到了.亿。城镇民用建筑保有量每年净增~亿,其中住宅保有量每年净增亿【。目前我国单位建筑面积采暖能耗相当于气候条件相近发达国家的~倍【。随着民用建筑保有量的增加和人民生活质量的进一步改善,建筑能耗还会持续上升。按照发达国家的经验,我国建筑能耗在社会总能耗中所占比例最终将达到%左右。不论西方发达国家还是我国,建筑能耗状况都是牵动社会经济发展全局的大问题。青岛理工大学工学硕士学位论文当前和今后相当长的一段时间,将是中国建筑节能大发展的历史机遇期,也是外墙外保温大发展的历史机遇期。..外墙外保温技术发展的外在机遇多年来,建筑节能在北京、天津、唐山等地发展情况十分良好;在上海、武汉、山东、江苏等一些地方也正在快速发展,但在不少地区仍然步履艰难,有建筑节能标准不依、有建筑节能管理规定却不执行的现象相当普遍。其根本原因,是一些地方政府有关管理部门对建筑节能关心不够,没有把这项工作提到议事日程上来。如今这种情况必将发生根本变化,主要原因是,我们国家正面临能源长期紧张的形势,而建筑节能是消耗大、增长快、能源浪费最严重的。在能源形势越来越紧张的情况下,国家不可能容许建筑用能极其落后的状况长期存在下去。当前,高层人士对建筑节能重要性的认识越来越深入,“必须重视建筑节能”的呼声己日益高涨,建筑节能将有很大的发展。发展的大体脉络是【:.严寒和寒冷地区各地居住建筑认真执行节能%的标准,一些过去执行标准缓慢的地区将较快赶上;北京、天津等大城市则率先编制并执行节能%的标准;.夏热冬冷和夏热冬暖地区经过认真准备,以上海、武汉、江苏等地为先导,各地纷纷加强执行居住建筑节能设计标准的力度;.以政府办公建筑的节能为前导,全国公共建筑的节能开始启动,并较快展开,其中京、津、沪、穗、汉等大城市及某些中等城市将走在前列;.既有建筑节能改造将由试点、扩大试点发展到逐步推开的阶段。由于既有建筑数量巨大,建筑能耗很高,此项工作必将取得突破,由易到难,稳步前进;.供热体制改革在一批北方省市的试点已经启动,并将逐步扩展。随着此项改革的深入,将促进建筑节能工作,尤其是外墙外保温的发展。上述发展在不同地区将是很不平衡的,但总的发展速度会比过去快很多。..外墙外保温技术发展的内在条件除了上述外墙外保温发展的外在机遇,还应看到,我国发展中的外墙外保温事业,还有很多内在的有利条件【】:.与许多发达国家住宅多采用轻质结构不同,中国建筑以采用混凝土、砖石青岛理工大学工学硕士学位论文结构为主。这种结构的外墙便于采用粘贴、浇入、钉挂等方式进行外保温;.中国常用的重质建筑结构采用外保温还有一个突出的优越性,即其热容量很大,使建筑物热稳定性很好,冬暖夏?,居住舒适,从而受到住户的广泛欢迎;.经过多年的发展,通过不断研究、开发、引进,中国外墙外保温技术已趋于成熟。一方面,自主研制开发的外墙外保温技术纷纷推出:另一方面,许多国家外墙外保温技术不断介绍进中国来,出现了多种先进技术不断涌现的可喜局面;.多年来通过市场竞争,外墙外保温技术不仅质量可以得到保证,造价也有相当程度的降低,价格更趋合理。正因为具备上述的内外条件,中国的外墙外保温技术发展前景将十分广阔。.外墙外保温体系的组成及性能..外墙外保温体系的组成所谓外墙外保温,是指在垂直外墙的外表面上建造保温层,以降低建筑物的热量的交换,最终减少建筑物冬季取暖和夏季制冷的能耗。此种外保温,既可用于新建墙体,也可用于既有建筑外墙的改造。由于是从外侧保温,其构造必须能满足水密性、抗风压以及温湿度变化的要求,不致产生裂缝,并能抵抗外界可能产生的碰撞作用,还能与相邻部位之间以及在边角处、面层装饰等方面,均得到适当的处理。应特别注意,外保温层的功能,仅限于增加外墙保温效能以及由此带来的相关要求,而不应指望这层保温构造对主体墙的稳定性起到作用。其主体墙,即外保温层的基底,必须满足建筑物的力学稳定性的要求,能承受垂直荷载、风荷载,并能经受撞击而保证安全使用,还应能使被覆的保温层和装饰层得以牢牢固纠】。不同外保温体系的材料、构造和施工工艺各有一定的差别。外墙外保温体系大体由以下部分组成:.保温层应采用热阻值高,即导热系数小的高效保温材料,其导热系数一般小于./?。保温材料的吸湿率要低,而粘结性能要好;为了使所用的粘结剂及其表层的应力尽可能减少,对于保温材料,一方面,要用收缩率小的产品;另一方面,在控制其尺寸变动时产生的应力要小。为此,可采用的保温材料有:膨胀型聚苯重量矍三奎耋三耋堡圭耋堡堡圣乙烯板、挤塑型聚苯乙烯板、岩棉板、玻璃棉毡以及超轻保温浆料等。其中以阻燃级膨胀型聚苯乙烯板应用较为普遍。.保温板的固定不同的外保温体系,采用的固定保温板的方法各有不同。有的是将保温板粘结或钉固在基底上,有的是两者结合,以粘结为主,或以钉固为主。为使保温板粘结良好,往往先在外墙外表面上涂抹界面层。为保证保温板在粘结剂固化期间的稳定性,有的体系用机械方法作临时固定,一般用塑料钉钉固。如要使保温层永久固定在基底上,一般采用膨胀螺栓或预埋筋之类的锚固件,国外常用不锈蚀而耐久的材料,而国内常用的钢制膨胀螺栓,应做好防锈处理。对于用膨胀聚苯乙烯板作现浇钢筋混凝土墙体的外保温层,还可以将保温板安设在模板内,通过浇灌混凝土加以固定。超轻保温浆料可直接涂抹在外墙外表面上,形成外保温层。应该注意的是,保温板用粘结剂或机械锚固件固定时,必须满足所在地区、所处高度及方位的最大风力的要求,以避免发生聚苯板脱落事故。.面层保温板的表面覆盖层有不同的做法,薄面层一般为聚合物水泥胶浆抹面,厚面层仍采用普通水泥砂浆抹面。有的则是在龙骨上吊挂薄板覆面。薄型抹灰面层是在保温层的所有外表面上涂抹聚合物水泥胶浆。直接涂覆于保温层上的为底涂层,厚度较薄一般为~,内部包覆有加强材料。加强材料一般为玻璃纤维网格布,有的则为纤维或钢丝网,包含在抹灰面层内部,与抹灰面层结合为一体,其作用是改善抹灰层的机械强度,保证其连续性,分散面层的收缩应力和温度应力,避免应力集中,防止面层出现裂纹。网格布必须完全埋入底涂层内,从外部不能看见,以避免与外界水分接触因网格布受潮后,其极限强度会明显降低。不同的外保温体系,面层厚度有一定差别。但总体要求是,面层厚度必须适当,薄型的一般在以内。如果面层厚度过薄,结实程度不够,就难以抵抗可能产生的外力的撞击;但如果过厚,加强材料离外表面较远,又难以起到抗裂的作用。厚型的抹灰面层,则是在保温层的外表面上涂抹水泥砂浆,厚度为~。.零配件与辅助材料青岛理工大学工学硕士学位论文在外墙外保温体系中,在接缝处、边角部还要使用一些零配件与辅助材料,如墙角、端头、角部使用的边角配件和螺栓、销钉等,以及密封膏如丁基橡胶、硅膏等,应根据各个体系的不同做法选用。..外墙外保温体系的性能外墙外保温体系性能见表.【刀。表外墙外保温体系性能项目技术要求经次高温一降雨循环和次加热一冷冻循环后不得出现下列损坏:耐侯性饰面层与保温层的拉伸粘结强度应不小于.,破坏界面应位于保温层系统抗风压值不小于设计要求的风荷载值:抗风荷载性能粘贴聚苯乙烯泡沫板系统、保温浆料系统、无网现浇系统和有网现浇系统安全系数应不小于.,机械吲定系统安全系数应不小于次冻融循环后保护层无空鼓、脱落,无可使水渗入至保温层表面的裂耐冻融性能缝;抹面层与保温层的拉伸粘结强度不小于.,破坏界面应位于保温层建筑物首层外墙面和门窗口易受碰撞部位:级;建筑物二层及以上外抗冲击性墙等不易受碰撞部位:级水中浸泡,抹面层和保护层吸水量大于或等于/时为不合格。吸水量水中浸泡,抹面层或保护层吸水量大于或等于/时需检验系统耐冻融性能应/.,破坏界面应位于保温层;所用玻纤网耐碱断裂拉力大于或抗拉强度等于/,耐碱拉力保留率大于或等于%热阻复合墙体热阻符合设计要求抹面层不透水性表面全部湿透的时间不小于.建筑节能及外墙外保温技术的国内外发展现状..国外建筑节能及外墙外保温技术的发展世界能源危机以来,在建筑节能实践和科学研究的基础上,欧洲及北美的许多国家先后对建筑节能工作制定了各自的政策、法规,以期通过这些政策和法规来促进本国建筑节能工作的展开。法国于年颁布了第一部热工法规,规定了新建住宅建筑热损耗的上限,从而使新建住宅的采暖能耗减少了%;之后,法国政府又几次对住宅建筑热工规范进行了修改,进一步降低了住宅能耗,到青岛理工大学工学硕士学位论文年,法国的新建建筑各项能耗指标比年的标准减少了%。法国政府还在近年的时间内,对原有住宅的%进行了测试,以确定需要节能改造的房屋,并对近一半测试不合格的建筑实旌节能改造,有个中等城市完成了旧房节能改造工程。据统计,从年到年代初,法国新增住宅面积约%,而建筑能耗几乎没有增长。美国国家标准局也于年制定了“新建建筑物节能设计及评价标准”,对建筑物的围护结构、采暖空调、供电照明等提出了技术要求,对各类建筑物提出了强制性的能耗标准。年月,美国总统卡特在能源咨文中强调,到年,全国现有建筑的%都必须使用保温材料。年美国的《建筑节能规范范例》又给出了实现节能标准的要求所采取的措施,并给予一定的灵活性,这些举措很大程度上促进了美国的建筑节能。年月,经联邦政府同意,德国首次颁布了建筑物节能的隔热法令。为鼓励旧建筑进行技术改造,减少能耗,政府又制定了激励政策并规定:“在年月到年,为改造房屋围护结构和采暖设备支付的资金,政府给予%的补贴,并在年内减税%”。从此,外墙外保温技术以德国为中心,在欧美迅速发展起来。经过多年的理论研究和工程实践,欧美国家的外墙外保温系统已经形成了健全、系统的标准规范体系,例如:欧盟标准《带有饰面层的外墙外保温系统》、欧盟标准《膨胀聚苯乙烯外墙外保温复合系统规范》、《用于外墙外《膨胀聚苯乙烯泡沫塑料与面层组保温的塑料锚栓技术规程》、奥地利标准成的外墙组合绝热系统》、美国标准《外墙外保温及饰面系统的验收规范》等。此外,还有与上述标准配套使用的相关组成材料的性能标准和试验方法标准。目前外墙外保温技术在欧美等国家普遍采用,保温材料种类较多,如聚苯乙烯发泡板聚苯板、岩棉板、多孔混凝土、复墙、空心砖等,但以聚苯板居多。在德国,建筑外保温体系的应用在每年的建筑施工中己达到%;美国的专威特公司专门从事生产外墙外保温防水装饰系列产品,在美国市场占有率达%以上;在芬兰,由于天气较为寒冷,绝大多数外墙保温建筑采用聚苯板为主要材料,外墙外保温技术广泛应用。另外,从年到年,在德国柏林,对采用瓷砖饰面的外墙外保温系统的长期稳定性进行了大规模的跟踪测试,均未出现失败,系统得到认可,并根据德国的建筑指导准则建议广泛使用【】【。国外的外保温体系主要采用在外墙上粘贴聚苯板的施工工艺,必要时采用锚栓辅助联接九【,其墙重坌堡三奎耋三耋堡圭耋堡垒圣体构造由内到外依次为:基层墙体,粘结剂、保温层、抹灰层、饰面层【】,其相应材料及辅助件的试验方法及检验标准也较为完善。..国内建筑节能及外墙外保温技术的发展世纪年代中期,国外的外保温企业到我国推广外墙外保温技术,即粘贴板外抹玻纤网格布增强的聚合物水泥砂浆的保温体系。我国冶金建筑研究总院、北京建筑设计研究院等单位在国内率先进行外墙外保温试点工程,同时对重墙、轻墙及预制墙体构件等不同构造体系进行了试验,均取得了节能效果。世纪年代后期,北京建筑设计研究院与石膏板厂家共同开发了聚苯乙烯石膏复合保温板,用于外墙内保温。世纪年代初期,在建设部及各省市建委的领导下加大了外墙外保温的推进力度,国内一些科研单位及企业开发了多种外墙保温技术,并于年召开了全国节能第一次工作会议。年代中期,根据年会议精神提出了推广外墙外保温是今后工作的重点。同时,根据国情的需要,引进了一些相关材料和外保温技术,开展了外墙外保温工程的试点,成立了外墙外保温专业协会【。建设部为贯彻、执行《中华人民共和国节约能源法》,鼓励发展节能省地型住宅和公共建筑,推动节能%新标准的实施,近年来相继颁布了《民用建筑节能管理规定》、《民用建筑节能设计标准采暖居住建筑部分》、《既有采暖居住建筑节能改造技术规程》、《采暖居住建筑节能检验标准》、《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》、《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》、《公共建筑设计节能标准》等,并于年月日发布了《关于新建居住建筑严格执行节能设计标准的通知》,从政策、法规上保障建筑节能工作的顺利进行。各级政府亦大力倡导建筑节能降耗,上海市政府出台了《建筑节能管理办法》,要求新建建筑物在设计、施工、竣工验收过程中应实行严格节能管理,必须达到建筑节能标准,要求对改建、扩建建筑的围护结构包括外墙、屋顶、门窗进行节能改造;广州市政府以建设建筑节能试点城市为契机,从立法、建立建筑节能设计审查、施工监督、验收备案制度等方面,提高全民建筑节能意识,加大科研投入,建立建筑节能试点示范工程以点带面,加强与国内外的研讨交流等,全面推进全市的建筑节能工作;青岛市已拥有节能建筑万平方米,累计节约建筑耗能.万吨标准煤,从年起执行高于国家节能标准的%节能标准;江苏省根据建设部有关精神,在全省范围内大力逐步推广“绿色建筑”、“节能建筑”,并主要从建筑青岛理工大学工学硕士学位论文物体型系数、屋面、墙体及冷桥处理传热阻值、窗墙面积比及与其对应的传热阻值、遮阳设施、采暖空调设备设置是否合理及符合标准六个方面进行重点审查,并且强制性规定:今后开发商新盖住宅节能率必须符合部颁标准,节能不超过%者,审批时不予通过【。以上举措极大地推动了外墙外保温技术的发展。尽管我国建筑节能工作取得了一定的成效,但是与国外一些建筑节能开展较好的国家相比,差距还很大,主要表现在建筑围护结构热工性能差、单位面积采暖能耗高。据人民日报载,“目前我国每年新建建筑中,只有%~%能达到国家制定的强制性节能标准,%以上为高能耗建筑;既有的亿平方米建筑中,%以上是高能耗建筑。”表.为国内外标准中建筑围护结构传热系数限值比较。表.国内外标准中建筑围护结构传热系数限值比较【】单位:/.℃外墙国家和地区屋顶窗户...北京居住建筑..中国.~..~.夏热冬冷地区居住建筑.~....英国..、..德国.内保温..美国与北京气候相近的地区.外保温.~...加拿大..日本北海道....瑞典南部.~..~..俄罗斯与北京气候相近的地区我国建筑业目前应用的建筑保温技术的基本构造大体上可分为三种形式:外墙内保温形式、外墙夹芯保温形式和外墙外保温形式。其中,外墙内保温技术和外保温技术是大量采用的技术,在建筑节能开展的不同历史阶段,二者先后发挥了重要作用,而且到目前为止,外保温技术依然是最主要的外墙保温技术。.外墙外保温技术的优点节能技术发展初期,内保温技术确实为推动我国建筑节能技术迅速起步起到了应有的历史作用,因为外保温技术在当时还不太成熟,我国节能标准对围护结构的保温要求较低,且内保温有一定的优点,如造价低、安装方便等。但是,从发展的角度考虑,随着我国节能标准的提高由原来的%提高到%,内保温的做法已不适应新的形势,且给建筑物带来了一些不利的影响【Ⅲ。相对于外墙内青岛理工大学工学硕士学位论文保温,外墙外保温主要有以下优点【】:.适用范围广。外保温适用于采暖和空调的工业与民用建筑,既可用于新建工程,又可用于旧房改造,适用范围较广。.保护主体结构、延长建筑物的寿命。采用外墙外保温方案,由于保温层置于建筑物围护结构外侧,缓冲了因温度变化导致结构变形产生的应力,避免了雨、雪、冻、融、干、湿循环造成的结构破坏,减少了空气中有害气体和紫外线对围护结构的侵蚀。事实证明,只要墙体和屋面保温隔热材料选材适当,厚度合理,外保温可有效防止和减少墙体和屋面的温度变形,有效地消除项层横墙常见的斜裂缝或八字裂缝。因此,外保温既可减少围护结构的温度应力,又对主体结构起保护作用,从而有效地提高了主体结构的耐久性,故比内保温更科学合理。.基本消除了“热桥”的影响。外墙采用外保温在避免“热桥”方面比内保温更有利。在严寒和寒冷地区的建筑中,由于建筑结构、建筑构造和建筑艺术、建筑功能的特点和需要,在建筑的外围护结构上就出现了较多的“热桥”,如外墙上的钢筋混凝土梁、柱、板的连接处;外墙与钢筋混凝土的梁、板、柱的连接处;外墙与外墙的连接处;外墙与内墙的连接处;外墙与地板、楼板、屋面板的连接处;外墙与外门窗的连接处;挑出外墙和伸出屋面的钢筋混凝土装饰件与墙和屋顶的连接处;伸出屋顶的女儿墙、烟囱、排气通道与屋顶的连接处;外墙上砌出的凹凸的装饰造型等都易出现“热桥”。外墙角、窗的上下左右侧、阳台板、挑出的屋面板等都是热桥部位【。经统计,底层房间“热桥”附加热负荷约占总热负荷的.%,中间层房间占.%,顶层房间占.%。可见,“热桥”的影响还是较大的。上述“热桥”对内保温和夹芯保温而言,几乎难以避免,而外保温既可防止“热桥”部位产生结露,又可消除“热桥”造成的附加热损失。计算表明,在厚度为砖墙内保温条件下,周边“热桥”使墙体平均传热系数比主体部位传热系数增%左右;在厚度为砖墙内保温条件下,周边“热桥”使平均传热系数比主体部位传热系数约增%~%,而在厚度为砖墙外保温条件下,这种影响仅%~%。.使墙体潮湿情况得到改善。一般情况下,内保温须设置隔汽层,而采用外保温时,由于蒸汽渗透性高的主体结构材料处于保温层的内侧,用稳态传湿理论进行冷凝分析,只要保温材料选材适当,在墙体内部一般不会发生冷凝现象,故无需设置隔汽层。同时,由于采取外保温措施后,提高了结构层的整个墙身温度,青岛理工大学工学硕士学位论文降低了它的含湿量,因而进一步改善了墙体的保温性能。.有利于室温保持稳定。外保温和内保温温度变化情况如图.、.所示【。对外保温墙体而言,由于蓄热能力较大的结构层在墙体内侧,当室内受到不稳定热作用,室内空气温度上升或下降时,墙体结构层能够吸收或释放热量,故有利于室温保持稳定。,\水\\//冶/夏夏::’●室室内室室内’,二冬冬图外保温温度变化示意图内保温温度变化示意文献【】通过连续监测实验房的室内墙体表面和空气的温度和湿度,观察外墙外保温系统对室内居住环境的影响。结果表明:外墙外保温系统能够减小室内墙体表面温度受室外气温变化的影响,避免冬季的冷墙效应,使室内的温度和相对湿度保持较为恒定,改善室内居住环境。.有利于提高墙体的防水和气密性。加气混凝土、混凝土空心砌块等墙体,在砌筑灰缝和面砖粘贴不密实的情况下,其防水和气密性较差,采用外保温构造,可大大提高墙体的防水和气密性能。.有利于改善室内热环境质量。室内热环境质量受室内空气温度和围护结构表面温度的影响。采用外保温墙体,能全面提高墙体的保温性能,有利于保持室内空气和墙体内表面有较高温度,从而有利于改善室内热环境。.便于旧建筑物进行节能改造。世纪年代以前,建造的工业与民用建筑一般都不满足节能要求。因此,对旧房进行节能改造,己提到议事日程。与内保温相比,采用外保温方式对旧房进行节能改造,其最大优点是无需临时搬迁,基本不影响用户的室内活动和正常生活。.可减少保温材料用量。在达到同样节能效果的条件下,采用外保温墙体,青岛理工大学工学硕士学位论文由于基本消除了“热桥”的影响,故可以节约保温材料用量。据统计,以北京、沈阳、哈尔滨、兰州城市的塔式建筑为例,与内保温相比,保温材料分别可节省%、%、%、%。.增加房屋使用面积。由于保温材料贴在墙体的外侧,其保温隔热效果优于内保温和夹芯保温,故可使主体结构墙体减薄,从而增加每户的使用面积。从上述优点可以看出,无论从建筑节能的机理或从实际节能效果来衡量,外保温做法是最佳选择。国外采用外保温的建筑已有余年历史,近年来,我国严寒地区、寒冷地区和夏热冬冷地区也相继建造了一大批外保温的建筑,取得了良好的经济效益、社会效益和环境效益。.本课题的研究背景与内容目前我国己进入全面建设小康社会时期,同时也进入一个建设鼎盛期。每年全国城乡房屋建筑面积新增多亿平方米,大量已有建筑还普遍存在外围护结构保温隔热性能差等问题,从而导致建筑物冬季向室外散热量大,对能量造成巨大浪费,夏季向室内传热过高,使用空调耗用大量电能。因此,大力推广外墙外保温的节能住宅已势在必行。外墙外保温的工作意义重大且任务十分艰巨,但研究工作仍十分滞后。年,中国建筑标准设计研究院出版了国家建筑标准设计图集“外墙外保温建筑构造一二”,北京市年出版了“外墙外保温施工技术规程”,山东省年出版了“围护结构保温构造详图”,年青岛市出版了“青岛市居住建筑外墙外保温体系技术规定”,这些图集对推动各地区外墙外保温体系的发展和规范质量标准起到了积极有效的作用。但以上各种图集对粘贴聚苯板体系中粘贴面积比的规定不同,保温层与基层墙体粘贴空腔对耐久性的影响不明确,现浇混凝土复合无网聚苯板外保温体系中齿槽联接的聚苯板齿槽宽度及齿倾角取值也不确定;各地外保温层粘贴失效脱落事故时有发生,未脱落的寿命能否达到国家规定的年亦无法确定,这均需要进一步研究和改进。另外,由于对外墙外保温技术的使用范围要扩大到公共建筑、既有建筑改造等,且节能标准的提高从年的%到年的%,再到%将使保温层加厚,这样一来,原来就存在的外墙外保温体系的安全性、耐久性问题将更为突出,本文基于这样的背景,承担了山东省教育厅科技计划项目,进行了大量试验研究。本论文共分五章,各章内容如下:第一章,详细地阐述了外墙外保温技术的发展背景、国内外发展现状及形式、组成及性能、优点。第二章,介绍了粘贴聚苯板外墙外保温体系胶粘剂联接的粘结机理,对粘贴聚苯板外墙外保温体系胶粘剂与聚苯板的粘结强度进行了试验研究。对不同尺寸及粘贴面积比的试块在不同养护及恢复机制下的粘结强度进行了对比。第三章,介绍了现浇混凝土复合无网聚苯板外保温体系平槽及齿槽聚苯板与混凝土的粘结机理,对该体系中齿槽聚苯板与混凝土的粘结强度随齿槽倾角、齿槽宽度和聚苯板抗折强度的变化趋势进行了试验研究,并对界面砂浆的使用效果做了验证。第四章,论述了外墙外保温体系耐久性的概念,介绍了外墙外保温体系常见的质量问题及产生原因,分析了外保温体系主要构件的耐久性。并对使用锚栓的外保温体系应注意的事项进行了总结。第五章,对本文所做的工作进行总结,并对该领域进一步的研究方向提出了建议。青岛理工大学工学硕士学位论文第章粘贴聚苯板外墙外保温体系的试验研究.概述粘贴聚苯板外墙外保温体系是集墙体保温和装饰功能于一体的新型保温体系,主要由专用胶粘剂、板保温层、耐碱玻纤网格布组成。该体系以聚合物砂浆作粘结剂,将板固定在墙体外侧若需要时也可用锚栓做辅助固定,主要用于在不可预见的情况下确保系统的安全性,并在外表面做聚合物砂浆薄抹灰耐碱玻纤网格布保护层和饰面层,但粘结剂应承受该系统全部负载。该体系适用于民用建筑混凝土或砌体外墙外保温工程,体系构造见图.。●霸一争剐捅笏;瓒缓强图粘贴板系统构造一基层;胶粘剂;一板;一玻纤网;~薄抹面层;一饰面层;一锚栓与其它几种建筑保温形式相比,该体系具有整体保温效果好、导热系数小、不破坏保温层、隔断冷热桥的产生、没有冷凝点、耐久性好等特点。同时,该保温体系的自重轻,可有效地减轻建筑物外承重墙的荷载和地基荷载,从而减少抗震设防的基础处理费用。所以,粘贴聚苯板外墙外保温体系是可以大力推广和普及的建筑节能保温体系【”。目前,这种做法在北京、东北等地已得到广泛的应用,北京裕京花园、卧龙花园、建设都丙八、丙十楼的改造等许多工程,均采用了这种做法。尽管人们从安全角度考虑不赞成在外保温特别是高层建筑的外保温外面粘贴饰面砖,但不少开发商和购房者喜欢瓷砖的质感、线条、自洁和耐久等特点,青岛理工大学工学硕士学位论文粘贴饰面砖的外保温做法有迅速扩大的趋势。粘贴板外保温系统外贴饰面砖能否做到安全可靠,文献【】就该问题以延吉地区为例进行了论证,并得出了可行性结论。值得注意的是,在首层上粘贴面砖,采取一定措施问题不大;如果在高层粘贴面砖,其粘结力必须经温差应力、风荷载以及冻融的考验。由于透气性差而产生的结露问题应尤为注意叫。另外,饰面砖宜采用背面有燕尾槽的产品∞】。本章对该体系中胶粘剂与聚苯板的粘结强度随试块尺寸、养护机制、恢复机制及粘贴面积比的变化趋势进行了试验研究。.胶粘剂及胶粘剂联接的粘结机理..胶粘剂及其力学强度.胶粘剂概述这里的胶粘剂是以含一定石英砂的合成树脂乳液为主的胶粘剂与水泥和水混合而成的聚合物水泥胶浆【,也称粘结胶浆。胶粘剂中所含的聚合物必须满足以下要求:一是聚合物可以溶解在水溶液中,或者在水溶液中可以均匀地分散成悬浮的乳液。因为,所选的聚合物最终要和水泥组合成聚合物砂浆,用于墙体材料、聚苯乙烯保温板等材料的粘接。二是聚合物粘结胶浆具有优良的粘结性能以及良好的耐候性、耐水性等特点。三是满足与聚苯板等有机材料的相容性,不能溶解聚苯板。目前各国使用的聚合物分散体较多,可用于粘结胶浆的有【硐:聚醋酸乙烯、苯乙烯一丙烯酸系、丙烯酸系、醋酸乙烯共聚物等。国外用于聚苯乙烯保温板外保温体系的聚合物,主要为丙烯酸系和醋酸乙烯共聚乳液。进入我国市场的乳液型产品,如美国专威特产品、韩国公司的产品等,均采用丙烯酸系;而进入我国市场的干粉型产品,多采用醋酸乙烯共聚乳液干粉。在聚苯乙烯保温板外保温体系中,需要粘结的材料主要有两种:基层墙体和聚苯板。这两种材料中,聚苯板是非极性材料,即低表面能材料,而基层墙体为极性材料即高表面能材料。丙烯酸系聚合物是极性的,并具有高表面能,所以,它与墙基体有较好的粘结性能,与聚苯板的粘结性能较低,这在一定程度上说明胶粘剂与基层墙体的拉伸粘结强度比与聚苯板的拉伸粘结强度要大。而在醋酸乙烯共聚乳液中,其结构上既有非极性基团,也有极性基团,因此,可使之获得较重塾堡三奎耋三耋堡主耋堡鎏圣好的综合粘结性能。但是目前用于粘结胶浆的聚合物以乳液型的居多,丙烯酸乳液配制的胶粘剂使用最为广泛。胶粘剂充当基层墙体与保温层的联接媒介,一方面要保证与基层墙体粘结牢固,另一方面要保证与保温层即聚苯板粘结牢固。水性乳液类建筑胶粘剂主要是以水为溶剂或以水为分散介质,有机高分子聚合物溶解或分散在水中,该类胶粘剂具有良好的亲水性,能完全浸润砂浆或混凝土等固体表面,而完全浸润是获得高强度粘结的必要条件,因此粘结剂与基层墙体的粘结强度较高,标准状态下不小于.,浸水后强度不小于.;而水性的乳液不能完全浸润聚苯板等有机材料,因此,与聚苯板的粘结强度相对较低,只能保证在干燥状态下与浸水后的强度不小于.。.力学强度胶粘剂最主要的性质是粘结。讨论胶粘剂最重要的方法是破坏粘结结头,测定其破坏强度。从胶层受力情况来分析,主要是拉伸、剪切、劈裂、剥离等几种方式【卸。本节主要介绍一下胶粘剂的剪切强度和拉伸强度。剪切强度剪切强度是单位胶结面上所能承受的最大剪切负荷。由于被粘物是涂抹在结构层的水泥砂浆和聚苯板上,二者的弹性模量与聚合物胶粘剂的弹性模量相差甚远,在剪切荷载作用下应变差异很大,所以应力分布很不均匀。在被粘物和胶粘层上均存在应力集中。影响剪切强度的因素包括:被粘物的性质和厚度、胶粘剂的性质、胶粘层的厚度、粘结长度等。拉伸强度单位面积上能承受垂直于胶结面的最大负荷称为胶结结头的拉伸强度。拉伸强度是表征胶粘剂特性的重要指标。一般而言,如果胶粘剂和被粘物的弹性模量差不多,粘结层上所受拉伸应力分布应该是均匀的,但实际上被粘物和胶粘剂的弹性模量相差很大,其应力分布很不均匀,如图.所示。由于在胶结面上粘结层不允许收缩,所以胶层纵剖面形成弯月形。根据文献,可以看出胶结的边缘应力集中严重,即使在胶层中间,应力分布也是不均匀的。【明论文说明:若被粘物刚性足够大,而胶粘层厚度与被粘物圆柱直径相比非常小时,在胶层中心的应力也是平均拉伸应力的倍。因此,破坏常常从边缘或是中心首先开始,然青岛理工大学工学硕士学位论文后再扩展到整个结头口。。正因为被粘物和粘结剂在拉伸时,在半径方向上有不同的收缩,所以在胶层上除了受到拉伸应力以外还有剪切应力。试件未受力时拉伸后的变形图拉伸情况下胶粘层的变形在拉伸情况下,胶结面的边缘有应力集中。在一定厚度的胶层受拉情况下,胶层中部会有明显的收缩,这说明胶层在受拉伸应力的同时,还受到剪切应力的作用。剪切应力集中在胶层的边缘。实验测试中,拉力作用稍有偏心,就会产生劈开应力,使边缘应力急剧增加,当边缘应力超过破坏的临界值时,就在胶层的边缘区发生开裂,并且裂缝迅速扩展到整个胶层,使之发生破坏。边缘应力集中的大小与被粘物的大小、模量、胶层厚度等因素有关。由于方形试件边缘到中心的距离不同,其应力分布更加不均匀。拉伸强度随胶层厚度的增加而减小。..胶粘剂联接的粘结机理具体来讲,胶粘剂或称粘结胶浆的粘结机理主要来自以下几个方面:.表面机械结合砌体材料、混凝土为多孔类的材料,其表面比较粗糙,在表面分布有众多的贯通型或非贯通型的孔洞,当水性乳液类建筑胶粘剂均匀抹涂到砂浆、混凝土表面时,胶粘剂会渗透到这些孔洞中去,固化后类似众多的“微钩”,把胶粘剂与被粘物类似机械力联接在一起。聚苯板虽然也是多孔类材料,但其分子为非极性的,不能被水性乳液所浸润,胶粘剂也不易达到聚苯板的孔隙中,因而难于以这种机械作用结合。.表面吸附结合青岛理工大学工学硕士学位论文砌体、混凝土等固体的表面由于范德华力的物理作用,能够吸附液体和气体。但是,在两种固体表面,即使各自表面都很光滑,由于分子之间的距离较远,也很难吸附到一起;如果把其中一个物体换成液体,该液体完全浸润固体表面,相互吻合,这种吸附作用就很容易实现。在粘贴聚苯板时,粘结胶浆中所含的水性乳液能够完全浸润基层墙体的表面,使基层墙体牢牢吸附这层胶;而聚苯板的表面由于不能完全被水性乳液所浸润,水性乳液中的分子与聚苯板内的分子距离较远,其产生的吸附作用也即范德华力的作用较小,胶粘剂与聚苯板的粘结强度自然也较小。这种表面吸附结合属于物理吸附作用,物理吸附的特点是容易发生解吸。在墙面粘贴好的聚苯板,如在有水汽经常存在的状况下,