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砂浆保水性测试方法的硏究
李伟1张量2，王培铭1
摘要：目前砂浆保水率常用测试方法有真空抽滤法和滤纸法，但二者的测试条件均与砂浆的实际使用环境和条件有较大差别。介绍一种模拟真实环境和砂浆实际施工状况的测试方法一环境模拟法，应用该方法对砂浆在不同厚度、不同照射温度、不同风速条件下的砂浆保水性进行了评估，结果表明，该方法可以有效评价砂浆处于不同环境条件下的保水率。
关键词：砂浆：保水性：环境模拟法：温度：风速;厚度
干混砂浆以其较高的品质保证、定义明确的使用功能、装卸和运输的便捷性以及施工的高效率和环保等优点在中国建筑市场上获得了越来越广泛的应用。干混砂浆是将胶礙材料、矿物掺合料、细骨料和多种功能添加剂(如纤维素醚)等组分按不同配方在专业工厂混合生产的适用于不同用途的产品，在施工现场加水搅拌后即可使用。
砂浆在实际应用中通常施工厚度较薄，从几亳米到几厘米，如抹灰砂浆、瓷砖胶、水泥基自流平、外墙外保温系统的保护层砂浆和防水砂浆等。由于砂浆的施工厚度薄，暴露在空气中的面积大，因此要求砂浆具有良好的保水性以保证无机胶凝材料的水化硬化。一旦发生严重的失水情况，会造成砂浆本身的密实度和强度、砂浆与基层的粘结性和砂浆表面性能的恶化进而对硬化砂浆的使用功能产生不同程度的负面影响。
在干混砂浆产品配方中，纤维素醚是提高砂浆保水性的主要添加剂。此外，纤维素醚还对砂浆的可工作性如稠度和抗垂流性具有显著影响，并会引入气泡。由于保水性是纤维素醚在干混砂浆产品配方中的主要功能，因此，釆用合适的测试方法评估其在不同实际应用条件下对砂浆保水性的影响，对于在砂浆配方中选择合适的纤维素醚品种和掺量具有重要的指导作用。
目前，砂浆保水性测试方法有多种，如真空抽滤法、滤纸法、触摸法和正压法等，最为常用的是真空抽滤法和滤纸法。然而，由于这2种测试方法与砂浆在实际应用过程中的使用条件存在较大的差别，因此，常用于评价不同纤维素醚保水性的对比试验，用于在不同场合下使用的具有不同功能的砂浆保水性测试时往往无法作出准确评估，给正确选择与砂浆具体使用条件相匹配的纤维素醚带来了困难。
本文的研究目的是采用一种能够模拟真实环境的测试方法，对摻加不同纤维素醚砂浆的保水性进行评估，以期在更接近砂浆实际应用条件的情况下获得更准确的保水性测试结果，用于干混砂浆配方的研究和评价。
1砂浆的保水性及测试方法
1.1砂浆的失水模式分析
新拌砂浆在基层上施工后，其内部的自由水含量会受到风、环境温度和湿度、阳光、基层及砂浆厚度等多种因素的影响，其实际失水模式如图1所示，包括表面区域、内部区域和基层区域。表面区域是指靠近砂浆暴露于环境表面的部分;内部区域是指砂浆介于表面区域和基层区域的部分;基层区域是指砂浆接触基层的部分。由于砂浆施工厚度的不同，各区域的厚度很难有一个明确的定义，这可能也是将来需要进行研究的内容。由于不同失水区域所处的位置和环境不同，其主要的影响因索和条件亦各不相同，这里需要说明的是，本文中“失水”指的是“失去砂浆中的自由水。
表面失水区：主要受环境温度、湿度、阳光照射程度和风速的影响，
内部失水区：表面失水的快慢和基层吸水的多少会影响砂浆内部的失水速度，因为内部区域的自由水会同时向这2个区域迁移，在水泥水化的初期，薄层砂浆中水泥水化所引起的“失水”通常远低于表面蒸发和基层吸收所造成的失水。因为此时水泥的水化速度非常缓慢。
基层失水区：主要受基层吸水率的影响。
由以上分析可知，暴露于室外环境的薄层砂浆的失水主要受风速、温度、基层吸水率和湿度4个因素的影响，由于砂浆的表面直接暴露在外部环境下，在很多情况下其失水的程度会较其它部位更严重些，除非基层采用了吸水率非常高的材料。因此，我们希望可以设计这样一种测试方法，通过控制基层吸水率、风速、温度和湿度这几个参数来达到在模拟砂浆所处实际环境条件下进行保水性的浏试，特別是对砂浆表面失水性的评估。
1.2常用保水性测试方法及存在问题
砂浆保水性溯试方法包括真空抽滤法、滤纸法、触换法和正压法等，其中鼓为常用的是其空抽滤法和滤纸法，因为二者可以定量测试砂浆的失水程度。下面，从对砂浆实际失水模式的分析来讨论这2种方法存在的问题。
真空抽滤法通常釆用吸足水的中速定性滤纸作为隔离层，在(53.33±0.67)kPa[(400±5)mm汞柱]的负压下实现对砂浆保水性的快速测试，从失水模式来看，这种方法无法对表面失水区影响参数进行控制，无法模拟环境的温度、湿度和风速的影响。在测试过程中，经常出现负压难以稳定控制的问题，测试结果难以在同等测试条件下进行对比评估。
滤纸法是将新拌砂浆直接填充在空心试模中，试模下垫有滤膜和高吸水率的中速定性滤纸，它会快速吸收砂浆中的部分自由水。然后通常称量砂浆的质量损失来定量评估其保水性。为了避免外界环境如温度、湿度和风速的影响，测试时将表面用薄膜密封，因为这些因素的变化会使表面失水増加，减少滤纸吸收的水暈，从而无法获得准确的吸水量测试结果。砂浆的密度不同也会使最终的测试结果产生偏差。另外，由于滤纸本身的不均匀性，在使用不同批次的滤纸时其吸水性能可能会发生变化，从而影响最终吸水率的测试结果。因此这种方法通常只用于同时进行的同条件对比试验。
从上述分析可知，釆用这2种方法渕试砂浆的保水性时，均存在外界环境因素对其测试结果的影响无法评价和保水性测试结果可靠性的问题。
另外一个重要问题是砂浆的开放时间与纤维素醚的保水性密切相关。在实际应用中，常需要砂浆满足在一定时间段的保水性要求，以确保硬化砂浆在不同具体应用条件下的性能。因此，需要了解砂浆保水性随时间的变化，以对纤维素醚的品种和摻量进行必要的调整。而上述2种方法无法在这种情况下对砂浆的保水性能做出正确的评价。还有砂浆的厚度对其保水能力同样有显著的影响，当砂浆很薄或很厚时，釆用上述2种方法同样难以进行比较。因此，有必要建立一种可'以模拟自然环境，同时可以测试在不同时间和不同应用场合的砂浆保水性的测试方法，以期为不同品种干混砂浆配方的调整提供切实可靠的技术依据。
1.3环境模拟法
1.3.1试验原理
为了克服目前常用的保水性测试方法的缺陷，本文建立了可以模拟真实环境的砂浆保水性测试万法，并称之为环境模拟法。环境模拟法的试验装置如图2所示。
采用碘钙灯作为热源模拟阳光照射，通过调整热源与砂浆表面的距离来调节砂浆表而的温度。采用风扇模拟室外风的影响，通过调节风扇的风速或与砂浆的距离来调整吹到砂浆表面的风速大小。可将装置置于环境温度和湿度可控的环境箱或环境室来模拟室外空气的温湿度。选取不同基层，可以模拟基层吸水率对砂浆保水率的影响。本研究中，我们在标准实盟室[温度(23±2℃)，相对湿度(50±3)%]采用非吸水性基层研究了砂浆处于不同条件时表面的失水情况。
1.3.2环境模拟法的测试过程
试验在标准实验室进行，非吸水性基层采用内径88mm的塑料皿，测试流程如下：
打开碘钙灯，将塑料皿放在碘钨灯垂直下方相应位置预热1h;如需考虑风速影响，可打开风扇，调节至相应风速;对塑料皿进行称量;将搅拌好的砂浆置于塑料皿中，按要求的厚
度抹平，然后称量;将塑料皿放回原位置进行照射，在初始1h内每隔5min取出塑料皿称重;1h后每隔0.5h取出塑料皿称重，3h后测试结束。
按式(1)计算对应照射时间的保水率：
式中：R--砂浆的保水率，%：
W0---塑料皿的质量，g;
W1—砂浆未失水时的初始质量(含塑料皿)，g：
W2—浆在不同时间失水后的质量(含塑料皿)，g;
K--砂浆的加水量，%。
2原材料及试验方法
釆用海螺P・O42.5水泥，羟乙基甲基纤维素醚(HEMC)和50-100目的石英砂。
为了观察试验方法的可行性，避免其它组分的影响，实验中采用了简化的砂浆配方，其中：不添加纤维素醚的砂浆为水泥30%、石英砂70%、加水量为砂浆配方总量的20%;添加纤维素醚的砂浆为水泥30%、纤维素醚0.3%、石英砂69.7%，加水量为砂浆配方总量的20%。配方中的比例均为质量比。
3结果与讨论
3.1纤维素醚对砂浆保水性的影响
添加与不添加纤维素醚砂浆的保水性试验结果见图3。砂浆厚度为3mm，试验在无风条件下进行。
由图3可见，在23℃下，纤维素醚对砂浆保水性的提高幅度较小，但在45℃下，约0.5h后未添加纤维素醚的砂浆的保水率下降速度较添加纤维素醚的砂浆加快，2h后几乎达到了最低程度(<10%)，而此时，添加纤维素醚的砂浆保水率仍在20%左右。这一结果说明，随着环境温度的升高，纤维素醚对提高砂浆的保水性更为显著。
3.2 照射温度对砂桨保水性的影响
由图3可以看出，在不同照射温度下，摻加0.3%纤维素醚的砂浆保水率存在明显差异。3h后，23℃下的砂浆保水率约为65%，而45℃下的砂浆保水率仅为10%。如果砂浆中水泥的集中水化在3h后才开始，那么剩余的10%水分有可能无法保证水泥的正常水化，使硬化砂浆的性能受到严重影响。
3.3厚度对砂浆保水性的影响
图4为掺加0.3%纤维素醚不同厚度的砂浆在无风情况下，于45℃照射温度时保水率随时间的变化。
由图4可见，厚度对砂浆的保水率存在显著的影响。厚度为10mm的砂浆在45℃下照射1h后保水率仍可达90%左右，而3mm厚砂浆在同样条件下的保水率仅为60%，照射3h后，10mm厚砂浆的保水率仍可达70%，5mm厚砂浆保水率降低到30%，而3mm厚砂浆保水率仅为10%。因此，需要调节薄层砂浆中纤维素醚的用量以保证其保水性，特别是在温度较高的情况下。
3.4风速对砂浆保水性的影响
图5为3mm厚、掺加0.3%纤维素醚的砂浆在不同风速情况下、于45℃照射温度时保水率随时间的变化。
由图5可见，砂浆保水率随着风速的增大而降低，但风速的影响没有温度和厚度的影响显著，也可能是本试验中风速选择较低的缘故。从图5还可以看岀，无风情况下，砂浆在45℃下照射1h后的保水率约为60%，而在3.5m/s的风速下，1h后的保水率降至约50%。
4结语
环境模拟法可以克服目前常用的砂浆保水性测试方法的缺陷，有效评估不同厚度的砂浆处于不同温度和风速时的保水性，为适用于不同用途的干混砂浆产品的配方开发和调整提供切实可靠的技术依据。今后可以进一步将保水性的变化与对砂浆性能的影响结合在一起进行研究，根据具体砂浆产品的应用条件和特点，对纤维素醚的品种和摻量做出最佳的选择。
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