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本文主要研究了抹灰石膏的塑性收縮與結(jié)晶膨脹的影響因素，溫度變化對(duì)抹灰石膏凝結(jié)時(shí)間的影響，溫度變化對(duì)抹灰石膏塑性收縮的影響，溫度變化引起的抹灰石膏最終膨脹值的影響，風(fēng)速對(duì)抹灰石膏塑性收縮及開(kāi)裂的影響。抹灰石膏在不同溫度下的塑性收縮不同，溫度越高塑性收縮越大，最終的膨脹率越小。風(fēng)速越大，抹灰石膏失水速率越快，導(dǎo)致抹灰石膏塑性開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)越大?？s短抹灰石膏的凝結(jié)時(shí)間，可以降低抹灰石膏的塑性收縮;控制石膏抹灰現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境，可以降低抹灰石膏的開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。
建筑石膏是一種低能耗的膠凝材料，其膠凝性質(zhì)很早就被人們所發(fā)現(xiàn)。隨著我國(guó)對(duì)環(huán)保的要求越來(lái)越高，抹灰石膏作為一種內(nèi)墻找平材料逐漸被人們所接受。人們常說(shuō)抹灰石膏是微膨脹材料，是因?yàn)槟ɑ沂嘣谟不^(guò)程中產(chǎn)生微弱膨脹而不會(huì)像水泥抹灰那樣產(chǎn)生硬化收縮。然而隨著抹灰石膏的廣泛應(yīng)用，抹灰石膏在施工過(guò)程中經(jīng)常會(huì)遇到開(kāi)裂現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了抹灰石膏的推廣。這種現(xiàn)象主要是由抹灰石膏在塑性階段的收縮而引起。影響抹灰石膏塑性收縮的原因有很多，有施工環(huán)境因素，如溫度、風(fēng)速、濕度等;有材料自身因素，如石膏、添加劑的摻量、添加劑的種類等。
試驗(yàn)
原材料
建筑石膏：山西潞城石膏礦，303含量40%左右;砂子：河砂，細(xì)度40?70目;纖維素醚：羥丙基甲基纖維素醚，黏度40000mPa?s左右，市在售產(chǎn)品;緩凝劑：蛋白質(zhì)類，市在售產(chǎn)品。
試驗(yàn)設(shè)備及測(cè)試方法
試驗(yàn)設(shè)備：德國(guó)史萊賓格塑性收縮測(cè)試儀(圖1)，其不僅可以測(cè)試抹灰石膏早期的塑性收縮、膨脹值和失水質(zhì)量，還可以測(cè)試料漿的溫度和環(huán)境溫濕度的變化;德國(guó)UltraTestLab超聲測(cè)試儀，可以測(cè)試抹灰石膏凝結(jié)前后的超聲波速及料漿溫度變化。
塑性收縮與膨脹的測(cè)試方法：放置一塊平整的玻璃板，在其上鋪一層薄塑料紙，其可與玻璃板自由滑動(dòng)，然后將抹灰石膏涂抹到塑料紙上，涂抹灰餅的長(zhǎng)度2〇〇mm，寬度100mm，厚度5mm，然后將兩個(gè)待遇反射板的反射塊放置到灰餅上，將玻璃板和灰餅一起放置到天平上，并調(diào)整塑性收縮儀〇點(diǎn)位置，設(shè)定每隔10s讀取數(shù)據(jù)一次。該儀器不僅可以記錄灰餅的收縮和膨脹值，還可以同時(shí)記錄灰餅溫度及灰餅的質(zhì)量變化等。
凝結(jié)時(shí)間的測(cè)試方法：使用超聲測(cè)試儀(圖2)測(cè)試凝結(jié)時(shí)間，攪拌料漿的同時(shí)點(diǎn)擊儀器上的混合時(shí)間，然后將攪拌好的料漿裝入到測(cè)試儀器中，并刮平表面，設(shè)定每隔1min測(cè)試一次，按下開(kāi)始按鈕。超聲測(cè)試儀可以同時(shí)記錄抹灰石膏漿體超聲波速變化和抹灰石膏的料漿溫度變化。超聲波速800m/s時(shí)，抹灰石膏到達(dá)初凝時(shí)間，超聲波速16〇〇m/s時(shí)，抹灰石膏到達(dá)終凝時(shí)間。
抹灰石膏的塑性收縮與結(jié)晶膨脹
如圖3所示，抹灰石膏在凝結(jié)前，會(huì)產(chǎn)生失水塑性收縮，在凝結(jié)過(guò)程中發(fā)生結(jié)晶膨脹，凝結(jié)終止后還會(huì)產(chǎn)生微弱的干燥收縮。圖3中，a—b過(guò)程反應(yīng)的是抹灰石膏的塑性收縮，這階段的收縮主要是由于抹灰石膏中的水分蒸發(fā)散失而導(dǎo)致，也是引起抹灰石膏出現(xiàn)開(kāi)裂的主要原因之一。通過(guò)分析圖4的超聲波曲線與溫度曲線，可以觀察到a—b階段，超聲波速未發(fā)生變化，溫度也沒(méi)有明顯變化。
變化，溫度也沒(méi)有明顯變化。圖3中，b—c階段是抹灰石膏結(jié)晶凝結(jié)的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程抹灰石膏由前期的塑性收縮轉(zhuǎn)變?yōu)榧眲∨蛎?，?duì)應(yīng)圖4的b—c階段是抹灰石膏凝結(jié)的過(guò)程。即塑性收縮到抹灰石膏凝結(jié)時(shí)就結(jié)束了，這也表明如果縮短抹灰石膏凝結(jié)時(shí)間，就可以減少早期塑性收縮持續(xù)的時(shí)間，并進(jìn)而降低早期的塑性收縮。克隆巴爾建議利用石膏凝結(jié)時(shí)的升溫來(lái)測(cè)定其凝結(jié)期，他指出凝結(jié)時(shí)的溫度效應(yīng)，可比壓力試驗(yàn)和抗力試驗(yàn)更好地鑒定石膏凝結(jié)[1]。半水石膏水化時(shí)，由于漿體中的晶體增長(zhǎng)，因而體積略有膨脹(1%左右)，但是因?yàn)轶w積的膨脹是漿體未完全失去塑性的時(shí)候產(chǎn)生的，因此不會(huì)發(fā)生有害脹裂的作用。
溫度對(duì)抹灰石膏凝結(jié)時(shí)間及塑性收縮的影響
選用同一抹灰石膏樣品在不同溫度下測(cè)試抹灰凝結(jié)時(shí)間，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。通過(guò)表1可以看到隨著溫度的升高抹灰石膏的凝結(jié)時(shí)間變長(zhǎng)，這與半水石膏和二水石膏溶解度隨溫度變化不同有關(guān)。如圖5所示，半水石膏隨溫度的升高，溶解度迅速下降，而二水石膏隨溫度的升高，溶解度變化相對(duì)較小[3]。半水石膏水化結(jié)晶的動(dòng)力，源于半水石膏與二水石膏溶解度的差別，即過(guò)飽和度。隨溫度升高，半水石膏的過(guò)飽和度降低，導(dǎo)致生成的二水石膏的過(guò)飽和度降低，因此二水石膏的結(jié)晶能力減弱，使得結(jié)晶速度變慢，宏觀表現(xiàn)為凝結(jié)時(shí)間變長(zhǎng)，故溫度越高抹灰石膏的凝結(jié)時(shí)間越長(zhǎng)。
圖6是同一抹灰石膏樣品在不同溫度下測(cè)試的失水質(zhì)量變化圖，圖中顯示相同時(shí)間下28°C的失水質(zhì)量明顯高于15°C，同時(shí)28°C的失水速率也要明顯高于15°C。失水質(zhì)量與時(shí)間成正比變化，失水質(zhì)量與溫度高低成正比變化。
圖7是不同溫度下塑性收縮率與時(shí)間的關(guān)系圖，隨時(shí)間的延長(zhǎng)，塑性收縮逐漸變大;相同時(shí)間下，溫度越高縮性收縮越大，塑性收縮速度也越快。圖8是不同溫度下塑性收縮率與失水質(zhì)量的關(guān)系圖，可以看到隨著失水量的增加，塑性收縮加大，失水越多，塑性收縮越大;且溫度越高，在相同失水質(zhì)量的情況下，塑性收縮越大。故在高溫條件下不僅抹灰石膏的失水量大，而且相同的失水量產(chǎn)生的塑性收縮比低溫條件下產(chǎn)生的塑性收縮更大。高溫條件對(duì)塑性收縮有疊加的影響，即失水率速率快，凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)，加大抹灰石膏的塑性收縮，增加了抹灰石膏塑性開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。
不同溫度對(duì)抹灰石膏全過(guò)程變形的影響
不同溫度下抹灰石膏的收縮與膨脹，如圖9所示。抹灰石膏在凝結(jié)前主要表現(xiàn)為塑性收縮，溫度越高其塑性收縮越大，抹灰石膏在凝結(jié)過(guò)程中主要表現(xiàn)為結(jié)晶膨脹，膨脹值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其塑性收縮值，凝結(jié)硬化以后，抹灰石膏尺寸基本不再有明顯變化。
如圖9所示，試驗(yàn)溫度分別為15°C、17°C、18°C、28°C，其中他們的塑性收縮值大小依次是15°C<17°C<18°C<28°C，而凝結(jié)過(guò)程的結(jié)晶膨脹絕對(duì)值幾乎相同，均在Sprn/mm左右，這是因?yàn)榻Y(jié)晶膨脹與半水石膏多少有關(guān)。相同的配方中半水石膏含量相同，因此結(jié)晶產(chǎn)物量也相同，所以未凝結(jié)前的塑性收縮值越大，與結(jié)晶膨脹值抵消后最終凝結(jié)后膨脹值越小。
通過(guò)圖9可以看到抹灰石膏在未受到約束的情況下，總體表現(xiàn)為膨脹，故人們常說(shuō)抹灰石膏是微膨脹的抹灰材料。抹灰石膏受溫度的影響，其最終表現(xiàn)膨脹率不同，溫度越低抹灰石膏的膨脹值越大。抹灰石膏的結(jié)晶膨脹絕對(duì)值幾乎不受溫度影響，而抹灰石膏的塑性收縮值隨溫度的升高，塑性收縮值變大，在抹灰石膏凝結(jié)硬化的整個(gè)過(guò)程中，第二階段的結(jié)晶膨脹過(guò)程彌補(bǔ)了前面的塑性收縮值，因此使得抹灰石膏整體表現(xiàn)為膨脹，且隨溫度的升高，最終的膨脹值降低。
風(fēng)速對(duì)抹灰石膏開(kāi)裂性的影響
從前面的試驗(yàn)中了解到，抹灰石膏在凝結(jié)前表現(xiàn)為塑性收縮，而凝結(jié)過(guò)程中表現(xiàn)為結(jié)晶膨脹，且絕對(duì)膨脹值遠(yuǎn)大于塑性收縮值，總體表現(xiàn)為膨脹。那么為什么有的抹灰石膏還會(huì)表現(xiàn)為開(kāi)裂現(xiàn)象呢?這個(gè)主要是由于以上的試驗(yàn)是基于抹灰石膏與底板可以自由滑動(dòng)，不受粘結(jié)力影響。而實(shí)際的使用過(guò)程中，抹灰石膏與底層是有很強(qiáng)的粘結(jié)性能，就使得抹灰石膏受到粘結(jié)力約束，而大大降低了其膨脹值。抹灰石膏在施工后，與墻面有一定的粘結(jié)性，由于在未凝結(jié)前抹灰石膏漿體自身的內(nèi)聚力小于其與墻面的粘結(jié)力，當(dāng)失去一定的水分后，就會(huì)使得漿體出現(xiàn)裂紋。而在石膏凝結(jié)過(guò)程中，雖然膨脹值很大，但是其受到基底的約束而不能自由膨脹，故不能將前期的收縮裂縫填實(shí)。如圖10所示。抹灰石膏出現(xiàn)第一條裂縫的時(shí)間大約在60mm，然后在60?120min內(nèi)不斷出現(xiàn)裂縫，且先前出現(xiàn)的裂縫逐漸變寬變長(zhǎng)。而120min時(shí)，抹灰石膏開(kāi)始凝結(jié)，以后就沒(méi)有再出現(xiàn)裂縫，且前期的裂縫也保持不變。
抹灰石膏在施工過(guò)程中，不僅受到溫度影響，還受風(fēng)速影響。試驗(yàn)取同一樣品抹灰石膏將其抹成楔形，最薄處3mm，最厚處15mm，長(zhǎng)300mm，寬120mm，分別放置溫度相同，風(fēng)速小于〇.lm/s、風(fēng)速0.1?0.2m/s、風(fēng)速2?3m/s的環(huán)境下，每隔15min觀察一次抹灰石膏表面的開(kāi)裂情況并記錄，同時(shí)每隔30min測(cè)試一次試件質(zhì)量并記錄。
通過(guò)圖11可以看到在不同風(fēng)速的情況下，抹灰石膏的開(kāi)裂情況不同，風(fēng)速越大抹灰石膏表面出現(xiàn)裂縫的時(shí)間越早，且裂紋越多越大。在風(fēng)速2?3m/s的情況下，30min時(shí)就可以明顯觀察到，而風(fēng)速小于O.lm/s的情況下，表面出現(xiàn)的裂縫時(shí)間是75min，且裂縫細(xì)小。在風(fēng)速大的情況下，抹灰石膏的發(fā)白處面積大，這主要是由于抹灰石膏在凝結(jié)前失去大量水分，而使抹灰石膏中的半水石膏在凝結(jié)時(shí)結(jié)晶水化的水分不足，致使半水石膏不能充分水化轉(zhuǎn)變成二水石膏，這將大大降低抹灰石膏的抗折抗壓強(qiáng)度及粘結(jié)強(qiáng)度，影響抹灰石膏的使用安全性能。
砂漿表面的水分蒸發(fā)是導(dǎo)致其內(nèi)部產(chǎn)生塑性收縮應(yīng)力的重要因素，而水分蒸發(fā)總量和水分蒸發(fā)速度與塑性收縮應(yīng)力的大小和增長(zhǎng)速度直接相關(guān)，因此砂漿表面的水分蒸發(fā)越快，蒸發(fā)量越大，砂漿就越容易出現(xiàn)裂縫，且裂縫總量也較大[4]。在石膏抹灰層未凝結(jié)硬化前，應(yīng)盡可能地遮擋門窗口，避免通風(fēng)使石膏失去足夠水化的水。但當(dāng)粉刷石膏凝結(jié)硬化以后，應(yīng)保持通風(fēng)良好，使其盡快干燥，到達(dá)使用強(qiáng)度
抹灰石膏的塑性收縮，主要是水分蒸發(fā)而引起，通過(guò)改善抹灰石膏的配方可以降低抹灰石膏的塑性收縮。如添加不同種類的纖維以及保水劑等，都能在一定程度上改善抹灰石膏的塑性收縮性能，降低抹灰石膏開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)。如添加纖維等，纖維降低塑性開(kāi)裂的原因主要是因?yàn)槔w維呈三維分布，形成三維支撐體系，可搭接在裂縫處，阻止或阻礙裂紋的發(fā)展，緩解裂紋尖端的應(yīng)力集中現(xiàn)象，減少裂縫源[5]。一般的砂漿中隨著纖維素醚摻量的增大，塑性收縮呈減小趨勢(shì)，但當(dāng)纖維素醚達(dá)到一定量時(shí)，這種減縮效果減弱。同時(shí)纖維素醚種類不同，對(duì)砂漿塑性收縮的影響也不同
表2抹灰石膏不同風(fēng)速下失水百分比，可以看到風(fēng)速越大失水速率越快，而到了3d以后，抹灰石膏基本已經(jīng)達(dá)到自然干燥，而風(fēng)速大的失水率仍明顯高于低風(fēng)速條件下的失水率。因此在抹灰石膏施工過(guò)程中，要嚴(yán)格避免強(qiáng)制通風(fēng)，從而降低抹灰石膏的開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)，并避免因失水快導(dǎo)致水化不充分引起的粘結(jié)強(qiáng)度的降低。關(guān)于風(fēng)速對(duì)砂漿收縮開(kāi)裂的影響.我們的研究結(jié)果與國(guó)內(nèi)相關(guān)機(jī)構(gòu)的研究結(jié)果比較一致。
綜上所述，抹灰石膏的塑性收縮是導(dǎo)致抹灰石膏開(kāi)裂的主要原因，而塑性收縮主要是由抹灰石膏凝結(jié)前水分的蒸發(fā)所導(dǎo)致，降低抹灰石膏凝結(jié)前的水分蒸發(fā)，可以減少抹灰石膏的塑性收縮，進(jìn)而降低抹灰石膏的開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)重點(diǎn)分析影響抹灰石膏塑性收縮的相關(guān)因素，我們可以找到減少抹灰石膏早期開(kāi)裂的解決方案。
(1)抹灰石膏在凝結(jié)之前一直是塑性收縮的過(guò)程，因而凝結(jié)時(shí)間越長(zhǎng)，最終的塑性收縮也越大。通過(guò)縮短抹灰石膏的凝結(jié)時(shí)間可以很好地減少抹灰石膏的塑性收縮量，降低抹灰石膏的塑性收縮開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)。
(2)溫度越高不僅使抹灰石膏的水分蒸發(fā)加快，而且單位失水量引起的塑性收縮也越大;溫度高延長(zhǎng)抹灰石膏的凝結(jié)時(shí)間，從而加大了抹灰石膏在塑性階段的失水量，增加了抹灰石膏在塑性階段的收縮值，所以在實(shí)際施工過(guò)程中應(yīng)盡可能避免高溫條件下的施工。
(3)抹灰石膏的塑性收縮受風(fēng)速影響較大，風(fēng)速越大，抹灰石膏的失水速率越快，引起的塑性收縮值就越大，增加開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)，所以抹灰石膏在實(shí)際施工中也要避免強(qiáng)制通風(fēng)。
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