抗裂砂浆概述

抗裂砂浆是将由聚合物乳液和外加剂制成的抗裂剂、水泥和砂按**比例加水搅拌制成的能满足**变形而保持不开裂的砂浆。在建筑墙体结构中应用抗裂砂浆，旨在提升墙体的保温性能，其在建筑墙体结构中具有**重要的作用，尤其是在保温层方面的优势**明显。

常见的墙体结构材料通常采用的是混凝土，但随着工程实践的深入和自身经验水平的提升，会发现混凝土作为墙体结构材料时，在质心、形心、偏心率、刚度均匀性、刚重比、剪重比、位移、经济指标等数据电算后，容易出现经济性不达标，抗震、结构安全性不达标的状况，

为达到设计标准和业主的要求，需要不断优化墙体结构的整体指标。因此，笔者在日常项目实践中应用了一种抗裂砂浆，并对抗裂砂浆进行了试验，发现这一抗裂砂浆的性能能够满足建筑墙体结构抗裂、保温和抗震等方面的需要。

试验材料具体性能

为满足建筑结构抗裂、保温和抗震的需要，在结构设计中采用了抗裂砂浆，并对抗裂砂浆的配比进行了科学确定，以确保墙体结构安全。本试验中采用的材料主要有以下几种。

水泥采用42.5的普通硅酸盐水泥。比表面积为345m2/kg；抗压强度为3d为28.2MPa，28d为51.3MPa；抗折强度中3d为5.1MPa，28d为8.5MPa；总碱量为0.54%；三氧化硫含量为2.34%；氧化镁含量为2.82%；铝酸三钙含量为7.90%；氯离子含量为0.02%。

砂的细度模数是2.6，含泥量是0.89%，经过晾晒和烘干后所有水分蒸发为干砂。

乳胶粉采用可再分散乳胶粉，为白色粉末，粒径为80μm，抗皂化性能和防水性能较强。此外，其抗水性、隔热性、施工性等黏结能力较强，对于提升砂浆柔性有着**重要的作用。在增强砂浆耐碱性能，保障砂浆的抗折强度、黏附性、黏合性、防水性、可塑性、施工性、耐磨性的基础上，增强了抗裂砂浆的柔韧性。

纤维素采用HPMC，即羟丙基甲基纤维素，为白色粉末，能溶于水，黏稠溶液透明，旨在起到增稠、分散、黏合、乳化、悬浮、成膜、胶凝、吸附、保水、保护胶体和增强表面活性等作用，使得新拌砂浆在硬化阶段的和易性更强。

抗裂纤维长9mm，直径45μm，成分是聚丙烯纤维。在砂浆中添加抗裂纤维，不仅抗拉强度独特，而且熔点、燃点、耐酸碱性、分散性较强，能有效避免砂浆裂缝出现。

淀粉醚采用的是白色粉末状的哲丙基淀粉酸，溶解于水中，溶液透明，对于提升干混砂浆的保水性有着**重要的作用，尤其是在增稠方面的能力较强，使得砂浆黏度得以提升，且很少用量就能提升材料的抗垂挂能力。重钙采用的是重质碳酸钙，旨在增强砂浆韧性与抗冲击性。

粉煤灰采用多孔型蜂窝状颗粒组织，不仅表面积大，而且吸附活性较强，粒径为0.5～300μm，具有较强的吸水性能。通过添加粉煤灰，可节约水泥与细骨料，降低用水量，使得砼拌合物和易性得到强化，可泵性得到增强，降低砼徐变，减少水化热引发的膨胀，使得混凝土抗渗性与修饰性更强。

配合比

在本设计中计算了1m3的混凝土中的材料用量，按照质量计算，水泥、砂子、乳胶粉、HPMC、抗裂纤维、淀粉醚、重钙、粉煤灰、水的用量分别为325、625、12、5、2、1、25、25、255kg，水胶比为0.659。

试验中纤维素采取内掺的方式，分别按照0%、0.16%、0.32%、0.40%、0.55%的比例，纤维体积掺量按照0kg/m3和2kg/m3，对抗裂砂浆的力学性能变化规律进行分析。

为确保试验材料的用量充足，本试验中的实际材料用量是理论值的2倍，富余系数为2.0，水泥和乳胶粉以及重钙和粉煤灰的胶凝材料为387kg/m3，而纤维素取代胶凝材料0.16%时为2kg/m3，0.32%时为4kg/m3，0.40%时为5kg/m3，0.55%时为7kg/m3。

抗裂纤维掺入的纤维体积率0kg/m3和2kg/m3分别为0%和0.16%。试验时把所有材料干拌均匀后加水搅3min，试验共10组，得到的具体结果详见表1。

表1试验配比

试验内容

进行抗拉试验时主要是通过抗拉试验数据获取纤维素与抗裂纤维**的掺量，在获得**掺量数据后分析28d龄期变化规律，再对抗裂砂浆进行24h抗裂性能试验，具体的试验设计试件指标详见表2。

表2试验设计试件的指标

试验仪器

本试验中采用的有压力试验机、单卧轴强制式砼搅拌机与振动台、平板试验模具。

劈裂抗拉试验

就力学视角而言，裂缝形成是因为砂浆拉应力强度大于极限抗拉强度，因此本研究通过研究抗拉强度分析砂浆抗拉性能。本试验的抗拉强度试件为150mm的立方体标准试件，加载速度在0.05～0.08MPa/s，并按照式（1）计算砂浆的劈裂抗拉强度。

（1）

式中，fts代表砂浆劈裂抗拉强度，单位为MPa；A代表劈裂面面积，单位为mm2；F代表破坏荷载，单位为N。

在试验时，随着压力机施加的荷载不断加大，试件从最初无变化逐渐变为极限荷载之后，产生了细小的裂缝，且裂缝随着荷载不断扩大，使得试块迅速断裂为两块。试块在实验时断裂程度不同，部分呈现整体断开的情况，而有的则是部分出现一条裂缝，有的则没有明显变化。不同配比的羟丙基甲基纤维素（0%、0.16%、0.32%、0.40%、0.55%）与聚丙烯纤维（0%、0.16%）的劈裂抗拉强度试验数据如表3和图1所示。

表3劈裂抗拉强度试验数据（MPa）

从图1可以看出，若在砂浆中不添加HPMC时，劈裂抗拉的强度只有1.1MPa。若在砂浆中添加0.16%的HPMC时，发现比不添加HPMC时的抗拉强度反而下降了5.45%。

若在砂浆中添加0.32%的HPMC时，劈裂抗拉强度达到了0.78MPa，比添加0.16%的HPMC时的抗拉强度少25%，说明这时的抗拉强度快速下降，达到**值，即0.78MPa。

在此基础上，劈裂抗拉强度缓慢上升，当添加0.40%的HPMC时，抗拉强度为0.97MPa，比**时多24.4%。当添加0.55%的HPMC时，抗拉强度提升到1.01MPa，比添加0.40%的HPMC时的抗拉强度多4.12%。由于添加聚丙烯纤维，对砂浆早期硬化的和易性带来了影响，因此需要在砂浆中添加HPMC达到缓解的目的。

从图1中看出，当添加HPMC后，劈裂强度从最初的1.1下降到0.78MPa，到**后开始升高到0.97MPa；随后在增加HPMC后，抗拉强度的增加相对缓慢且逐渐变得平稳。

添加0.16%的聚丙烯纤维旨在提升抗裂性能，若砂浆中不添加HPMC，此时的劈裂抗拉强度是1.32MPa，而添加HPMC比例为0.16%时，抗拉强度是1.12MPa，比不添加HPMC降低15.15%。

当添加HPMC比例为0.32%时，抗拉强度是0.78MPa，抗拉强度处于**点，比添加HPMC比例为0.16%时的抗拉强度降低了30.36%，随后，抗拉强度逐渐升高。当添加HPMC比例为0.40%时，劈裂抗拉强度是1.08MPa，比添加HPMC比例为0.32%时高出38.46%。

当添加HPMC比例为0.55%时，抗拉强度为1.11MPa，比添加HPMC比例为0.40%时高出2.78%。由此可见，添加HPMC有助于改善早期和易性影响。随着HPMC的添加，劈裂抗拉强度从1.32降低到0.78MPa，随着HPMC添加量加大，抗拉强度也快速提升，

在0.40%的添加量时，强度达到了1.08MPa，继续添加HPMC时，抗拉强度的上升放缓。因此基于试验结果与经济性的考虑，聚丙烯纤维和HPMC的添加量为0.16%和0.40%时的抗拉效果**。

结果与分析

在本试验中主要是对结构设计中采用的抗裂砂浆这一新型建筑材料的性能进行检测，以确保整个墙体结构设计中的材料满足墙体抗裂、保温和抗震的需要。

因此，在早期抗裂性能试验中制作了2个砼板，模具尺寸是600mm×600mm×63mm（平面钢薄板），模具边框尺寸是63mm×40mm×63mm（槽钢），边框内径6mm，双排栓钉作为间距，宽度60mm。

对试件按照“浇筑—振捣—抹平—砂浆上层覆盖塑料薄膜”的流程处理，静置120min后，取下塑料薄膜，并利用吹风装置对砂浆板试件表面吹风，风速为0.5m/s，风向与试件表面平行，并在18～22益且相对湿度≤60%的环境下，将试件静置24h后，对裂缝数量、长度、宽度进行观察。

在此基础上，采用裂缝宽度仪测裂缝，若被测裂缝的宽度基本一致时，选取**宽度的中点宽度。若被测裂缝宽度存在较大差别，则采取分段测量方式，将每段裂缝的宽度的平均值作为该裂缝宽度值。

所测裂缝以肉眼看见为标准，采用钢尺对裂缝长度进行测量，若裂缝较直，其长度是将裂缝两端去除后的直线距离，而如果被测裂缝有明显的弯折现象，就采取折现距离和作为该裂缝总长度。裂缝宽度采用读数显微镜（分度值0.01mm），将裂缝中点周边的宽度作为这一裂缝的**宽度。裂缝总面积按照式（2）计算。

（2）

式中，Acr代表试件裂缝的名义总面积，单位为mm2；砂浆试件、抗裂砂浆、基准试件分别记录为Afcr、Acfcr、Amcr；ωi，max代表第i条裂缝的名义**宽度，单位为mm；li代表第i条裂缝的宽度，单位为mm。

在计算的基础上，按照式3对裂缝降低系数进行计算。

（3）

式中，当η≥70%时，说明限裂效能等级为**；当η＜70%时，说明限裂效能等级为二级；当40%≤η≤55%时，说明限裂效能等级为三级。可按照此标准对裂缝降低系数进行评级。

刚成型砂浆板采用专业的裂缝测宽仪，在24h后，测量裂缝长度与宽度，同时记录好其数量、长度与宽度，用铅笔加粗处理，便于现场观察。在此基础上，再对抗裂砂浆板与AM板（即没有聚丙烯纤维和HPMC的砂浆）进行对比，发现AM板的裂缝部分分散，有多条肉眼可见的裂缝，且四周伴随细小裂缝，裂缝的长度长、宽度大，所以抗裂性能较差。

而采用本设计中的**配比所制作的抗裂砂浆板，用肉眼无法明显看到裂缝，因此借助裂缝测宽仪进行了细致排查，所找到裂缝较短，不存在板面贯穿裂缝，裂缝宽度窄，抗裂性能更高。

其中，AM板的**裂缝宽度为0.2mm，裂缝长度最长为260mm，而本设计中的**配比制作的抗裂砂浆板的裂缝宽度为0.02mm，长度最长为26mm，因此本设计中的**配比制作的抗裂砂浆板的早期抗裂性能**。

按照式2和3分别计算后，得到表4所示的抗裂试验结果。从表4可知，AM最长裂缝有1条，长度和宽度分别为260mm和0.2mm，裂缝面积为52mm2，**宽度为0.02mm。

而抗裂砂浆的裂缝**宽度只有0.02mm，最长裂缝只有26mm，远比AM板的最长裂缝要短，且裂缝总面积只有0.84mm2。因此，经过劈裂抗拉试验得到**配比的抗裂砂浆的早期抗裂性能远比AM板要高，能有效地促进外墙的保温性能，且其抗裂砂浆系数为98.88%，说明抗裂砂浆限裂属于**，远比70%的要求要高，因此在抗渗抗裂方面有着良好的效果。

本工程在外墙保温中应用这一新型建筑材料，使得建筑的保温性能得到提升，也契合了经济性需求。

表4抗裂试验结果一览表

结论

**，通过劈裂抗拉数据强度试验发现，添加聚丙烯纤维的抗裂砂浆的抗拉值比未添加聚丙烯纤维的抗裂砂浆的抗拉值大，当HPMC加量增加后，其抗拉强度先低后高，**逐渐稳定。

第二，抗裂砂浆**配比为0.16%的聚丙烯纤维与0.40%的HPMC。添加聚丙烯纤维有助于增强砂浆抗裂性能，提升抗拉强度，添加HPMC有助于优化早期和易性影响。

第三，抗裂砂浆中添加聚丙烯纤维与HPMC后，比未添加的板的裂缝少，且宽度更窄，**配比下的板的抗裂等级为1级，且抗裂降低系数高达98.88%。

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