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加气混凝土是用水泥、石灰、粉煤灰或砂子通过蒸压工艺制造的轻质多孔材料。它具有保温、隔热、隔声、防火等优良性能, 是一种节能、节材、环保、利废的多功能新型建筑材料, 具有广阔的发展前景。目前, 全国已有400多条加气混凝土生产线, 总生产能力达5000万m3, 产品广泛应用于工业和民用建筑。但是, 加气混凝土墙体粉刷层的空鼓开裂严重制约着其推广应用, 究其原因, 主要是由于砂浆使用不当所致。
1 加气混凝土
1.1 加气混凝土制品的物理力学性能
加气混凝土制品的物理力学性能见表1、表2、表3。
干燥收缩值: 规定采用标准法、快速法测定砌块干燥收缩值, 若测定结果发生矛盾不能判定时, 则以标准法测定的结果为准。
1.2 加气混凝土制品结构特性
加气混凝土制品孔型结构见图3。
从图3看到, 加气混凝土制品内部有许多气孔, 是一种具有多孔结构的硅酸盐材料。其气孔分为“气泡孔”和“微孔”两种。“气泡孔”由铝粉发气反应形成, 大部分成“墨水瓶”形状;“微孔”包括“凝胶孔”和“毛细孔”, 大多存在于气泡间的孔壁中, 由水分蒸发而成。加气混凝土制品中的气泡孔和微孔使其空隙率高达70%～80%, 其中气泡孔占据了大部分体积。由于孔壁中毛细孔较少, 不少毛细孔又被气泡孔分隔断开, 故毛细孔的虹吸作用较弱, 导致吸水缓慢。孔型结构好、密度为500kg/m3的加气混凝土制品可以在水中漂浮40年不沉, 如图4所示。
根据原材料、配方、密度、工艺条件、生产管理水平的不同, 所生产出制品的孔隙率以及孔型结构不同, 即孔径分布、平均孔径、气泡孔与微孔所占体积比、闭孔及开口孔状况均不相同。
密度为500kg/m3的加气混凝土制品气泡孔孔径分布列于表4。
从表4看出: 密度为500kg/m3的加气混凝土制品孔径大多分布在0.5mm～2mm之间。产品密度相同, 不同批次的制品总孔隙率相近, 但气泡孔的直径和分布不尽相同。若产品密度不同, 则气泡孔直径与孔径分布也不相同。密度为300kg/m3、400kg/m3的产品气泡孔径可达3mm, 孔径大多分布在0.1mm～3mm之间, 气孔结构均匀。
1.3 加气混凝土制品的吸水特性
1.3.1 加气混凝土制品的吸水性
将加气混凝土制品做成与烧结实心黏土砖相同大小的试块, 将两试块一端同时浸入水中1cm, 测定它们的吸水速度及吸水量, 试验结果列于表5、表6、图5、图6。
试验表明:
(1)浸水12h后, 烧结实心黏土砖的吸水高度达到22cm, 吸水量达7g/cm2, 加气混凝土试块吸水高度只有2cm～3cm, 吸水量仅2g/cm2～3g/cm2, 与烧结实心黏土砖相比, 加气混凝土吸水速度要缓慢得多。
(2) 浸水24h后, 烧结实心黏土砖吸水量达444g, 砖中所有孔隙都充满了水, 而加气混凝土试块, 单端吸水量仅80g, 是烧结实心黏土砖的1/5。烧结实心黏土砖吸水速度比加气混凝土快5倍。
(3) 浸水72h后, 加气混凝土制品与烧结实心黏土砖吸水率相近, 均达36%左右, 但加气混凝土试块中仍有35%～40%的孔隙未被水充满。
1.3.2 加气混凝土制品的排潮失水性能
将尺寸相同的加气混凝土试块和烧结实心黏土砖试件在水中浸泡3d后, 放在温度为20℃、相对湿度为45%的环境中进行排潮失水试验, 结果列于图7。
试验表明:
(1) 浸泡3d的试件, 取出后前2d排潮量接近。
(2) 第3d后, 烧结实心黏土砖排潮速度不变, 很快趋于平衡; 加气混凝土试块排潮速度明显放慢, 其排潮速度比烧结实心黏土砖慢3倍, 而且水分从内向外迁移缓慢。
导致上述差别的主要原因: 实心黏土砖是烧结制品, 砖内的气孔是连续开放的, 吸水容易, 吸水量大,吸排水速度均较快。加气混凝土制品的气孔则由于铝粉的发气作用, 形成相对封闭的大气泡, 与由于水分蒸发形成的毛细孔混合, 这样的结构阻碍了水分在孔结构中的迁移, 因此吸水、排潮性能均不佳, 遇水时,即使表面吸水快, 但是吸至内部却很难。施工中采用浇水的办法, 水可以很容易进入表面10mm～20mm深度, 但很难再深入, 难达饱水状态, 即常说的呈现“浇不透”现象。这一特性对加气混凝土墙体的砌筑和墙面抹灰砂浆层的施工质量有很大影响。
2 加气混凝土墙体的砌筑
目前, 我国加气混凝土墙体的砌筑和抹灰施工普遍沿用传统的烧结实心黏土砖墙体的砌筑抹灰砂浆和工艺。施工者先将制品浇一次水, 抹灰砌筑前1h再浇一次水。没有充分饱水的加气混凝土制品在砌筑后不断吸收砂浆中的水分, 使砂浆中的水泥得不到水化所需要的水分, 不能充分水化, 影响了砂浆的强度和粘结度, 从而造成日后抹灰砂浆的粉化和空鼓开裂。另外, 由于内部水分排潮时间长, 墙体内水分和抹灰砂浆水分蒸发不同步, 产生的干缩应力差会导致抹灰层空鼓开裂; 由于加气混凝土制品干缩系数大于砂浆, 温湿度变化引起的胀缩应力大于抹灰砂浆抗拉粘结强度时, 抹灰层也会出现空鼓开裂。
2.1 加气混凝土墙体砌筑砂浆的要求
为了防止砂浆中的水分被加气混凝土制品吸走,保证其有较高粘结强度和良好的施工砌筑性能, 必须在加气混凝土墙体的砌筑和抹灰砂浆中添加适量的饱水、增粘外加剂, 使砂浆具有一定的饱水功能、良好的施工粘结性能、低弹性模量、低收缩及抗裂性能。
2.2 薄层砂浆
厚度≤5mm的砂浆, 称为“薄层砂浆”。目前我国加气混凝土合格制品的外观尺寸精度已达4mm±2mm±2mm, 只要砂浆性能可满足薄层砌筑的要求, 即应大力推广薄层砌筑技术。采用<3mm薄层砂浆砌筑的墙体,“高厚比”增加, 墙体的热工性能提高了, 因此墙体的传热性能计算不需加乘1.25的修正系数。砌块外观尺寸越精确, 砂浆使用量越少。由于配制薄层砂浆的外加剂价格较贵, 因此要尽量节约砂浆用量, 越薄越好。
为了满足施工性能的要求, 薄层砂浆应具有较好的流动度和黏度, 目前国内还没有相应的质量标准。
薄层砂浆的基本要求:
材料: 砂、水泥、石灰膏、外加剂;
抗压强度: 5.0MPa;
抗剪强度: 1.5MPa;
保水性: 使砂浆和加气混凝土制品粘结牢固;
流动性: 满足施工要求。
3 加气混凝土墙体的表面抹灰、装饰处理
3.1 对基材的要求
上墙含水率<30%( 体积含水) 。
3.2 对表面层材料的要求
表面材料应具备对水分的吸收性能、抗气体侵蚀能力、保温性能、蒸汽渗透能力以及美观。
3.3 外墙外抹灰要求
外墙外抹灰材料比重应<1; 抹灰抗压强度<4N/mm2;抹灰层应具有低弹性模量, 低收缩值; 外墙外抹灰要求采用两层做法, 厚度13mm～15mm。
3.4 外墙外抹灰材料及工法
3.4.1 欧洲工法
( 1) 传统做法
①表面淋水( 或喷水) 。
②刷水泥砂浆。水泥砂浆材料及配合比为水泥∶砂∶水=1∶4∶适量。
③3d后抹灰。抹面层砂浆材料及配合比为石灰膏∶水泥∶砂∶水=1∶( 1.5～2) ∶( 9～11) ∶适量。砂浆标号4Mpa~4.5MPa。
④抹厚10mm。
⑤罩面层。材料、配比同抹面层。
⑥涂料。需憎水涂料, 要求防水透气。
( 2) 采用水泥基干粉专用砂浆的做法
①抹面材料: 水泥、砂子、石灰膏、丙烯酸、纤维素醚、纤维素。
②抹灰施工见图9。
3.4.2 中国工法
( 1) 做法一
①先给砌好的墙体表面洒水或喷雾预湿。
②用混合砂浆抹灰, 混合砂浆配合比为水泥∶熟石灰∶砂∶水=1∶1∶3～6∶适量。
③抹灰层厚15mm～20mm。
④面层: 涂料或瓷砖。
( 2) 做法二
①在砌好的墙面上甩水泥浆或水泥胶浆或直接刷胶, 做好介面层。
②用水泥砂浆或混合砂浆抹灰。水泥、砂浆配合比∶水泥∶砂∶水=1∶2～4∶适量。混合砂浆同做法一。
③抹灰层厚15mm～20mm。
④面层: 涂料或瓷砖。
4 石膏及粉刷石膏干粉砂浆的应用
粉刷石膏是以半水石膏为基材, 掺加羟基纤维素醚、甲基纤维素、调凝剂及细、中砂配制而成的石膏基干粉砂浆。
4.1 粉刷石膏材料组分
SO3含量: 面层>30%, 底层>15%;
细度: 面层用料粒度0.2mm方孔筛筛余量不大于40%; 底层用料全部通过2.5mm方孔筛。
4.2 粉刷石膏主要性能
凝结时间: 初疑≥70min, 终凝≤300min;
可抹灰时间: ≥60min;
保水率: 滤纸测定法≥96%, 真空测定法≥75%;
抗折强度: 面层≥3.5MPa, 底层≥2.5MPa;
抗压强度: 面层≥5.0MPa, 底层≥4.0MPa; 与基材
粘结强度: ≥0.6MPa;
收缩率: ≤0.06%;
抗裂性: 抹灰24h无裂纹。
石膏基干粉砂浆具有很好的保水性、抗裂性, 强度高、施工性能好, 非常适合于建筑内墙面的粉刷。
4.3 粉刷石膏的特点
( 1) 粘结力强。由于加入了多种聚合物, 其保水性好。粉刷石膏几乎与各种墙体基材都能很好的粘结,对于加气混凝土墙体效果尤其明显, 墙面抹灰层不会出现空鼓、开裂现象。
(2) 具有装饰作用。粉刷石膏墙面致密光滑不起灰,有较高的强度而不收缩, 外观典雅, 无气味, 无裂纹。
( 3) 具有防火功能。粉刷石膏硬化体是不燃的无机材料, 在发生火灾时, 石膏中大量结晶水释放出来,形成的蒸汽可阻挡火焰的蔓延。同时在整个脱水过程中吸收大量的热能, 从而提高了耐火性能。
( 4) 保温隔热。粉刷石膏硬化体是一种多孔质材料, 其导热系数是相同厚度混凝土制品的30%、实心黏土砖的45%。
( 5) 施工方便。粉刷石膏有良好的和易性、保水性, 现场加水搅拌均匀后即可直接上墙抹灰, 操作自如, 劳动强度低, 材料消耗少。
( 6) 节省工期。粉刷石膏抹灰层凝结硬化快, 养护周期短, 整个硬化及强度达标过程仅需1d～2d, 可加快工程进度。
( 7) 具有呼吸功能。当室内环境湿度较大时, 能自动吸湿; 相反时, 能自动释放储备的水分。如此反复循环, 将室内湿度控制在适宜范围之内, 为居住者创造良好舒适的生活环境。
( 8) 可冬季施工。粉刷石膏具有早强快凝的特性,施工不受季节限制, 尤其在冬季( – 5℃以上) , 只要拌合水不结冰仍可施工, 其水化速度不因气温低而明显减慢, 是冬季室内抹灰施工的好材料。
