砂浆干缩（湿胀）试验检测

砂浆干缩（湿胀）试验检测技术规程

1. 检测项目

砂浆的干缩与湿胀是衡量其体积稳定性的关键物理指标。干缩是指砂浆在硬化过程中因水分蒸发导致毛细孔失水、凝胶体收缩而引起的体积减小现象；湿胀则指砂浆吸收水分后体积增大的现象。这两个指标直接影响砌体结构、抹灰层及装饰层的抗裂性能与粘结强度。主要的检测项目及原理如下：

1.1 干燥收缩试验
这是最常见的检测项目，用于评估砂浆在干燥条件下的体积变化。

• 测试原理： 将成型好的棱柱体试件在标准条件下养护至规定龄期（通常为7d或28d），然后置于温度（20±2）℃、相对湿度（60±5）%的干燥环境中。通过比长仪或外径千分尺，定期测量试件长度的变化量。以规定龄期的初始长度为基准，计算各龄期（如14d、28d、56d）的干燥收缩率。

• 计算方法： 干燥收缩率通常以百万分率（×10⁻⁶）表示，计算公式为：ε = (L₀ - Lₜ) / Lᵢ，其中L₀为初始长度，Lₜ为某龄期长度，Lᵢ为试件的有效测量长度（即基准长度）。

1.2 湿胀试验
相对干缩而言，湿胀试验主要针对长期处于高湿度环境或反复干湿循环的砂浆。

• 测试原理： 将经过干燥收缩测试后的试件（或专门制备的干燥试件）重新浸入（20±1）℃的水中，或置于相对湿度≥95%的环境中，使其吸水饱和。定期测量试件长度随吸水时间的增长变化，直至长度不再显著增加为止。

1.3 自收缩试验
针对高强砂浆或高性能砂浆，由于水胶比较低，内部自干燥现象显著，需进行自收缩测试。

• 测试原理： 试件成型后立即密封，隔绝与外界的水分交换。在恒温条件下，从终凝开始连续或定期测试试件的长度变化。该测试需要高精度的位移传感器和密封容器，以排除干燥收缩的影响。

1.4 限制收缩/环形收缩试验
用于评估砂浆在受到基体约束条件下的抗裂性能，更贴近工程实际。

• 测试原理： 将砂浆浇筑在钢环或特定模具的外侧（或内侧），利用钢环的高刚度约束砂浆的收缩。通过贴在钢环内壁的应变片监测钢环的压应变，或直接观测砂浆环出现开裂的时间与裂缝宽度。当砂浆收缩产生的拉应力超过其抗拉强度时，即发生开裂。

2. 检测范围

砂浆干缩湿胀性能的检测覆盖多个工程领域，不同应用场景对体积稳定性的要求各有侧重：

2.1 砌筑砂浆

• 需求： 用于填充砌块间的缝隙。若干缩过大，易导致砌体灰缝开裂，降低墙体整体性、隔音性和抗渗性。检测重点在于不同龄期（尤其是后期）的干缩值，确保与砌块材料的匹配性。

2.2 抹灰砂浆与找平砂浆

• 需求： 抹灰层与基层接触面积大，失水速度快。高干缩率会导致抹灰层空鼓、开裂甚至脱落。检测需重点关注早期塑性收缩和硬化后的干燥收缩，特别是薄层施工的砂浆。

2.3 地面砂浆/自流平砂浆

• 需求： 地面砂浆对平整度要求极高。过大的干缩或湿胀会造成地面起壳、开裂，影响地板铺设质量。检测需精确控制，通常要求更高的体积稳定性指标。

2.4 保温系统抹面砂浆

• 需求： 应用于外墙外保温系统，直接暴露于大气环境中，经受剧烈的温湿变化。检测需结合干缩、湿胀以及冻融循环后的体积变化，评估其长期耐久性。

2.5 修补砂浆

• 需求： 用于旧混凝土或砌体的修复。修补材料的体积稳定性至关重要，若新旧材料变形不一致（不匹配），会产生界面剪切应力导致修复失败。检测重点在于无约束收缩和限制收缩。

2.6 装饰砂浆

• 需求： 作为面层材料，对美观和抗裂要求极高。需检测其湿胀干缩循环下的颜色变化和微裂纹产生情况。

3. 检测标准

砂浆干缩湿胀试验依据多种国内外标准进行，不同标准在试件尺寸、养护条件、测试程序上略有差异。

3.1 中国国家标准 (GB)

• GB/T 35170-2017 《水泥胶砂干缩试验方法》

• JGJ/T 70-2009 《建筑砂浆基本性能试验方法标准》 (中国行业标准，建筑工业行业)

  • 其中第10章详细规定了“收缩试验”的方法，包括接触法收缩试验和非接触法收缩试验。

• GB/T 50082-2009 《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》 (可参考其中关于混凝土收缩的测试原理，但砂浆试件尺寸和配比需调整)

3.2 美国材料与试验协会标准 (ASTM)

• ASTM C596-18 《Standard Test Method for Drying Shrinkage of Mortar Containing Hydraulic Cement》 (水硬性水泥砂浆干燥收缩的标准试验方法)

• ASTM C1581/C1581M-18 《Standard Test Method for Determining Age at Cracking and Induced Tensile Stress Characteristics of Mortar and Concrete under Restrained Shrinkage》 (确定限制收缩下砂浆和混凝土开裂龄期和诱导拉伸应力特征的标准试验方法，即环形收缩试验)

• ASTM C1698-19 《Standard Test Method for Autogenous Strain of Cement Paste and Mortar》 (水泥净浆和砂浆自生应变的试验方法)

3.3 欧盟标准 (EN)

• BS EN 1015-13:1993 《Methods of test for mortar for masonry - Part 13: Determination of dimensional stability of hardened mortars》 (砌筑砂浆试验方法 - 第13部分：硬化砂浆尺寸稳定性的测定)

• BS EN 12617-4:2002 《Products and systems for the protection and repair of concrete structures - Test methods - Part 4: Determination of shrinkage and expansion》 (混凝土结构防护和修复系统 - 试验方法 - 第4部分：收缩和膨胀的测定)

3.4 其他国际标准

• ISO 1920-8:2009 《Testing of concrete - Part 8: Determination of drying shrinkage of concrete for samples prepared in the field or in the laboratory》 (可参考其原理应用于砂浆)

4. 检测仪器

砂浆干缩湿胀测试需要精密的测量设备和恒定的环境控制系统。

4.1 成型与养护设备

• 试模： 通常采用40mm×40mm×160mm的三联棱柱体试模，两端内壁应预埋不锈钢测头或预留安装测头的圆孔。试模必须具有足够的刚度，防止成型时变形。

• 振动台/搅拌机： 用于均匀拌合砂浆。

• 标准养护箱： 温度控制在（20±1）℃，相对湿度不低于90%。

4.2 长度测量仪器

• 比长仪（立式或卧式）： 核心测量工具。主要由千分表（或百分表）、标准杆（校正杆）和支架组成。

  • 功能： 千分表精度应达到0.001mm。测量前，用标准杆校正仪器零点。测量时，将试件侧头的尖端插入上下两个中心孔中，读取表盘读数。卧式比长仪更适合大尺寸或批量试件测量。

• 外径千分尺： 用于直接测量试件两端测头的外侧距离，要求精度不低于0.01mm。

• 螺旋测微计： 配合专用支架使用，功能与比长仪类似。

4.3 高精度测试系统（适用于自收缩及高精度研究）

• 非接触式位移传感器（电涡流或激光）： 安装在试模两端，无需接触试件即可连续监测从终凝开始的早期变形，避免了测量过程对试件的扰动。

• 波纹管测试系统： 将砂浆注入特制的柔性波纹管中，两端用刚性端帽密封，通过位移传感器测量管长的变化。该方法能有效隔离干燥，准确测量自收缩。

4.4 限制收缩测试系统

• 环形约束装置：

  • 钢环： 由高碳钢或合金钢制成，具有确定的弹性模量和厚度。内壁粘贴有电阻应变片。

  • 聚氯乙烯或钢制外环： 用于成型砂浆环，在砂浆初凝前后拆除，使砂浆环仅受内钢环约束。

  • 数据采集系统： 连续记录钢环内壁的应变变化，并据此计算砂浆受到的约束应力。

4.5 环境控制设备

• 恒温恒湿室/箱： 必须能够长期稳定维持温度（20±2）℃和相对湿度（60±5）%的条件。湿胀试验则需要配备水槽或恒温水浴，温度控制在（20±1）℃。

• 温湿度记录仪： 实时监控和记录环境参数的波动，确保测试条件的符合性。

4.6 辅助工具

• 标准杆： 由因瓦合金或石英玻璃等低膨胀系数材料制成，用于校正测量仪器在不同时间的零点漂移。

• 游标卡尺： 用于测量试件的实际尺寸，以计算有效长度。