阅读说明：本技术 一种可表征粘接砂浆湿度变化的墙面结构及其测试方法 (Wall surface structure capable of representing humidity change of bonding mortar and testing method thereof ) 是由 姜伟 顾海涛 高国旗 杨正宏 于 2020-06-18 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种可表征粘接砂浆湿度变化的墙面结构及其测试方法,墙面结构自内而外依次为墙体、砂浆测试层和外保温板,所述砂浆测试层包括多个砂浆层和多个砂浆-碳纳米管层,所述砂浆-碳纳米管层中设有碳纳米管、电流电势测定导线、多组距离测定导线以及与距离测定导线电连接的距离传感器,所述碳纳米管和多组电流电势测定导线均垂直于墙体设置,所述墙体上设有供电流电势测定导线伸出的墙体导线通孔,所述外保温板上设有供电流电势测定导线伸出的外保温板导线通孔。与现有技术相比,本发明可实现准确方便地测定砂浆湿度的变化规律,从而进一步研究砂浆粘结力失效问题。(The invention relates to a wall surface structure capable of representing the humidity change of bonding mortar and a testing method thereof. Compared with the prior art, the invention can accurately and conveniently measure the change rule of the mortar humidity, thereby further researching the problem of failure of the mortar adhesion.)

一种可表征粘接砂浆湿度变化的墙面结构及其测试方法

技术领域

本发明涉及建筑技术领域，具体涉及一种可表征粘接砂浆湿度变化的墙面结构及其测试方法。

背景技术

现阶段，我国频繁出现高层建筑墙体外保温板和外挂装饰脱落的现象，且时常出现坠物砸伤来往人流的问题，这些问题归根溯源是墙体砂浆的粘结力下降，进而导致外保温板及外挂装饰脱落。因此，砂浆粘结力下降的问题是现阶段必须解决的问题。

砂浆是墙体和外保温板的中间粘结层，其厚度一般在10-20mm之间，现有的墙体砂浆粘结力的测试方法比较复杂，而且实际的砂浆粘结力的测试结果不够准确，同时砂浆的粘结力随着时间会不断下降，但砂浆何时失效又不能准确判定。现有的砂浆粘结力的测试方法仍存在很大缺陷。

其中，湿度对砂浆粘结力有很大的影响，故可以通过对湿度的研究来确定砂浆粘结力是否失效，这种间接测定的方法有很大的实际工程意义。但是，湿度的测试依然存在问题，虽然瞬时的湿度情况容易获得，但是粘结外保温板的砂浆被保温板所包裹，无法直接接触，持续的湿度测试传感器成本较高，而且传感器容易在整体浇筑抹面过程中坏掉，故改进湿度的测试依然是必须要解决的实际问题。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种可表征粘接砂浆湿度变化的墙面结构及其测试方法，通过测定砂浆的电压差和设定电流以及相关的物理参数，计算砂浆的电导率，表征粘结砂浆湿度变化趋势。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种可测试粘接砂浆湿度变化的墙面结构，所述墙面结构自内而外依次为墙体、砂浆测试层和外保温板，所述砂浆测试层包括多个砂浆层和多个砂浆-碳纳米管层，所述砂浆-碳纳米管层中设有碳纳米管、多组电流电势测定导线、多组距离测定导线以及与距离测定导线电连接的距离传感器，，所述碳纳米管和多组电流电势测定导线均垂直于墙体表面，所述墙体上设有供电流电势测定导线伸出的墙体导线通孔，所述外保温板上设有供电流电势测定导线伸出的外保温板导线通孔。由于碳纳米管的量以及尺寸都非常小，因此只要保证电流电势测定导线、距离测定导线与砂浆-碳纳米管层中的砂浆接触即可，距离测定导线从距离传感器中接出，分别位于墙体和砂浆测试层接触的平面以及砂浆测试层与外保温板接触的平面，以便精确测量砂浆测试层的厚度。距离传感器可直接设置在砂浆-碳纳米管层中，距离传感器采用DJLK-003A型号(市售的其他牌号的距离传感器能够实现距离测定的也可以)，不容易损坏。粘接砂浆的导电性和砂浆的湿度有较为稳定的关系(导电性和砂浆湿度呈正比关系，砂浆的湿度越高，导电性越好)，该砂浆-碳纳米管层并不是单纯的碳纳米管层，实际是含有碳纳米管的砂浆层，单独的砂浆层导电和湿度变化关系不稳定，故在砂浆中添加碳纳米管形成砂浆-碳纳米管层，得到导电和湿度变化关系稳定的砂浆，并将电流电势测定导线和距离测定导线布置在砂浆-碳纳米管层中。通过精确测试粘接砂浆的电导率，表征得到砂浆的湿度变化趋势，电导率是通过计算得知，相关参数通过测试得知。

砂浆-碳纳米管层中每个水平面设置三个测试点，中间和左右边缘(距离墙体边缘10-20cm处)，每一个测试点均有一组电流电势测定导线和一组距离测定导线，电流电势测定导线的两端也分别位于墙体和砂浆测试层接触的平面以及砂浆测试层与外保温板接触的平面(即电流电势测定导线是一端从墙体那侧接出，另一端从外保温板那侧接出，具体可参照图1，其中，距离测试导线省略)，因此测试点的电极距离和砂浆测试层的厚度(该厚度是指砂浆测试层的厚度，即外保温板与墙体之间夹着砂浆的厚度)是相同的，测试点上的电流电势测定导线既可用于测试电流的大小，也可用于输入设定值的电流，并确定电流电势测定导线上的实际电流与设定电流是否相同，一般情况下测试点的电流和设定电流是相同的。

进一步地，当墙体上不设有窗户时，所述砂浆层和砂浆-碳纳米管层自下而上依次交替设置，所述砂浆-碳纳米管层水平设置。

进一步地，当墙体上设有窗户时，所述窗户包括上窗框、下窗框以及设于上窗框和下窗框之间的侧窗框，所述上窗框的上方设有与上窗框平行的砂浆-碳纳米管层，所述下窗框的下方设有与下窗框平行的砂浆-碳纳米管层，所述侧窗框的侧边设有与侧窗框平行的砂浆-碳纳米管层。

进一步地，所述砂浆-碳纳米管层中的碳纳米管为单层碳纳米管。

进一步地，所述碳纳米管采用市售的多壁碳纳米管或自制的碳纳米管复合材料，自制的碳纳米管复合材料结构良好，形貌可控。

进一步地，所述市售的多壁碳纳米管的内径为3-5nm，外径为8-15nm，长度为3-12nm，实际密度为2.1g/cm³，比表面积为＞233m²/g，电阻率为1412μΩm，外观为黑色粉末，此处只以一种多壁碳纳米管为例进行说明，没有特殊限制。

进一步地，所述自制的碳纳米管复合材料为碳纳米管/铝复合材料，采用以下步骤制备得到：

(i)取掺杂铝单质的水泥颗粒与六水硝酸镍放入1L蒸馏水中，得到混合溶液，并以800-1500rpm的转速用磁力搅拌器搅拌5-15min，同时缓慢滴加氢氧化钠溶液，直至混合溶液的PH值达到中性，静置36-72h，得到前驱体溶液，其中，水泥颗粒仅作为载体，不参与反应；

(ii)将步骤(i)得到的前驱体溶液在100-140℃的温度下置于氮气气氛中干燥4-8h，再在180-250℃的温度下煅烧2h，会得到前驱体；

(iii)向步骤(ii)得到的前驱体通入氢气进行还原反应，还原反应的温度为400-500℃，还原反应的时间为1.0-2.5h，得到催化剂，停止通入氢气后通入甲烷与催化剂进行化学气相沉积反应，化学气相沉积反应的温度为450-600℃，化学气相沉积反应的时间为0.5-2.5h，即得碳纳米管/铝复合材料，可记作CNTs/AL复合材料。所述自制的碳纳米管复合材料采用原位合成法合成，先采用沉积-沉淀法，以水泥颗粒(掺杂铝粉的水泥颗粒，催化剂载体主要是以铝基为主)为催化剂载体，Ni(NO₃)₂·6H₂O和NaOH为催化剂原料，制备得到Ni型催化剂，再以甲烷气为碳源，利用化学气相沉积法在Ni型催化剂上合成，得到所述的自制的碳纳米管复合材料，该自制的碳纳米管复合材料的内径为5-10nm，外径为15-23nm。

优选地，步骤(i)中，所述NaOH溶液的摩尔浓度为0.05-0.1mol/L，NaOH溶液和Ni(NO₃)₂·6H₂O的质量比为1:2.5。考虑到水泥颗粒和六水硝酸镍的质量添加量不在一个量级上，而铝单质又是掺杂在水泥颗粒上的，因此为了能够制得所需的碳纳米管/铝复合材料，尽可能多添加水泥颗粒，保证铝单质的足量。

优选地，步骤(iii)中，还原反应的温度为450℃。

一种所述墙面结构的施工方法，所述施工方法具体包括以下步骤：

(a)配制砂浆，所述砂浆包括纯水泥砂浆和含碳纳米管的混合水泥砂浆；

(b)在墙体上设置供电流电势测定导线伸出的墙体导线通孔，后浇筑和涂抹纯水泥砂浆及混合水泥砂浆，分别形成砂浆层和砂浆-碳纳米管层，加工砂浆-碳纳米管层的同时在砂浆-碳纳米管层上铺设电流电势测定导线、距离测定导线和距离传感器，电流电势测定导线对应墙体导线通孔的位置设置，伸出墙体导线通孔外的电流电势测定导线上均设置测试头，形成砂浆测试层；

(c)浇筑、涂抹和铺设完成后，再在砂浆测试层外铺设外保温板，并在外保温板上设置供电流电势测定导线伸出的外保温板导线通孔，伸出外保温板导线通孔外的电流电势测定导线上均设置测试头，即得所述墙面结构。

进一步地，步骤(a)中，纯水泥砂浆和混合水泥砂浆均采用胶凝材料、细骨料和水按一定的比例配制而成，比例可根据按照建筑要求和相关规范进行调整。

进一步地，步骤(b)中，每涂抹完一次混合水泥砂浆后，就施加磁场，使碳纳米管垂直于墙体表面。

进一步地，所述磁场的磁力强度为2800-3500GS，施加磁场的时间为5-10min。

一种所述的墙面结构的测试方法，所述测试方法具体包括以下步骤：

(Ⅰ)将电流电势测定导线与测试装置连接，所述测试装置包括电流表、电压表和电源，将电流电势测定导线和电流表及电源串联，和电压表并联；

(Ⅱ)接通电源，向电流电势测定导线输送设定电流值的电流，读取电流表、电压表和距离传感器的示数，计算粘接砂浆的电导率，得到粘接砂浆的湿度变化趋势。

本发明中将一组电流电势测定导线和一组距离测定导线置于测试点上，测试点位于墙体的一端记为a，位于外保温板的一端记为a’，通过电源向电流电势测定导线施加设定值的电流，实际电流的值可从电流表读出，记为I，即a和a’之间的电流也为I，此时a和a’之间便会产生电势差，电势差的值可从电压表读出，记为U。计算粘接砂浆的电导率的公式具体如下：σ＝1/ρ＝(L/R)*A＝(L/(U/I))*A，其中，σ为电导率，可用来表征粘接砂浆的湿度变化规律；ρ为电阻率，由于建筑用砂浆的电阻率(砂浆的电阻)随着不同地区建筑砂浆种类变化而变化，无具体确定的规范参数，该参数需要进行测定才可知；L为内部电极距离(即外保温板与墙体中间之间夹着的砂浆测试层的厚度)，且是不同时段的砂浆-碳纳米管层的厚度(由于墙面结构整体的服役时间是很长的，一般以年计，而随着服役时间的增长，砂浆-碳纳米管层的厚度会有一定的变化，即不同时段指的是服役时间)，由距离传感器和距离测定导线实时测定得到；A为电极面积，为通过电流的面积，在墙体和外保温板服役阶段，其面积由各布设点平均分割墙体所得，本发明中是以测试点为中心，边长40-100cm的正方形，具体数值根据情况进行选择(通过实验室的同种材料砂浆块试件测试，比较不同尺寸的试件的情况，最后确定具体数值)；R＝U/I为通过测量测试点两端的压降确定的电阻，电流设定已知，其电势差值具体实验测得。

与现有技术相比，本发明基于砂浆的湿度变化和电导率有相应关系的前提下，通过在砂浆中添加具有导电性且性能稳定的碳纳米管，使砂浆的电导率和湿度变化的关系更加稳定，且砂浆的电导率变化得更加明显。在砂浆-碳纳米管层中设置电流电势测定导线、距离测定导线和距离传感器，测试出砂浆阶段时间的电导率实际变化，从而表征砂浆的湿度随着工作时间的变化规律，进一步研究砂浆粘结力的下降情况，从而预测外墙粘结砂浆失效(脱落)，简单方便。

附图说明

图1为墙面结构的结构示意图；

图2为墙面结构的俯视结构示意图；

图3为测试装置和电流电势测定导线的连接关系示意图。

图中：1-墙体；2-砂浆测试层；3-外保温板；4-电流电势测定导线；5-测试头。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1所示，一种可表征粘接砂浆湿度变化的墙面结构，自内而外依次为墙体1、砂浆测试层2和外保温板3，砂浆测试层1包括多个砂浆层和多个砂浆-碳纳米管层，砂浆-碳纳米管层中设有碳纳米管、多组电流电势测定导线4、多组距离测定导线以及与距离测定导线电连接的距离传感器，碳纳米管和多组电流电势测定导线均垂直于墙体设置，墙体上设有供电流电势测定导线伸出的墙体导线通孔，外保温板上设有供电流电势测定导线伸出的外保温板导线通孔。距离测定导线从距离传感器中接出，分别位于墙体1和砂浆测试层2接触的平面以及砂浆测试层2与外保温板3接触的平面，以便精确测量砂浆测试层2的厚度。距离传感器可直接设置在砂浆-碳纳米管层中，距离传感器采用DJLK-003A型号，不容易损坏。

如图2所示，砂浆-碳纳米管层中每个水平面设置三个测试点，中间和左右边缘(距离墙体边缘10-20cm处)，每一个测试点均有一组电流电势测定导线和一组距离测定导线，电流电势测定导线的两端也分别位于墙体和砂浆测试层接触的平面以及砂浆测试层与外保温板接触的平面(即电流电势测定导线是一端从墙体1那侧接出，另一端从外保温板3那侧接出，具体可参照图1，其中，距离测试导线省略)，因此测试点的电极距离和砂浆测试层的厚度(该厚度是指砂浆测试层的厚度，即外保温板与墙体之间夹着砂浆的厚度)是相同的，测试点上的电流电势测定导线既可用于测试电流的大小，也可用于输入设定值的电流，并确定电流电势测定导线上的实际电流与设定电流是否相同，一般情况下测试点的电流和设定电流是相同的。

当墙体1上不设有窗户时，砂浆层和砂浆-碳纳米管层自下而上依次交替设置，砂浆-碳纳米管层水平设置。当墙体1上设有窗户时，窗户包括上窗框、下窗框以及设于上窗框和下窗框之间的侧窗框，上窗框的上方设有与上窗框平行的砂浆-碳纳米管层，下窗框的下方设有与下窗框平行的砂浆-碳纳米管层，侧窗框的侧边设有与侧窗框平行的砂浆-碳纳米管层。砂浆-碳纳米管层中的碳纳米管为单层碳纳米管。

碳纳米管采用市售的多壁碳纳米管或自制的碳纳米管复合材料。多壁碳纳米管的内径为3-5nm，外径为8-15nm，长度为3-12nm，比表面积为＞233m²/g，电阻率为1412μΩm，外观为黑色粉末，此处只以一种多壁碳纳米管为例进行说明，没有特殊限制。自制的碳纳米管复合材料为碳纳米管/铝复合材料，采用以下步骤制备得到：

(i)取掺杂铝单质的水泥颗粒与六水硝酸镍加入1L蒸馏水中，得到混合溶液，并用磁力搅拌器以800-1500rpm的转速搅拌5-15min，在搅拌同时缓慢滴加氢氧化钠溶液，直至混合溶液的PH值达到中性，后静置36-72h，得到前驱体溶液，其中，NaOH溶液的摩尔浓度为0.05-0.1mol/L，NaOH溶液和Ni(NO₃)₂·6H₂O的质量比为1:2.5；

(ii)将步骤(i)得到的前驱体溶液在100-140℃的温度下置于氮气气氛中干燥4-8h，再在180-250℃的温度下煅烧2h，得到前驱体；

(iii)向步骤(ii)得到的前驱体通入氢气进行还原反应，还原反应的温度为400-500℃(优选为450℃)，还原反应的时间为1.0-2.5h，得到催化剂，停止通入氢气后通入甲烷与催化剂进行化学气相沉积反应，化学气相沉积反应的温度为450-600℃，化学气相沉积反应的时间为0.5-2.5h，即得碳纳米管/铝复合材料，可记作CNTs/AL复合材料。所述自制的碳纳米管复合材料采用原位合成法合成，先采用沉积-沉淀法，以水泥颗粒(掺杂铝粉的水泥颗粒，催化剂载体主要是以铝基为主)为催化剂载体，Ni(NO₃)₂·6H₂O和NaOH为催化剂原料，制备得到Ni型催化剂，再以甲烷气为碳源，利用化学气相沉积法在Ni型催化剂上合成，得到所述的自制的碳纳米管复合材料，该自制的碳纳米管复合材料的内径为5-10nm，外径为15-23nm。

本发明还提供一种可表征粘接砂浆湿度变化的墙面结构的施工方法，具体包括以下步骤：

(a)配制砂浆，砂浆包括纯水泥砂浆和含碳纳米管的混合水泥砂浆；

(b)在墙体1上设置供电流电势测定导线伸出的墙体导线通孔，后浇筑和涂抹纯水泥砂浆及混合水泥砂浆，分别形成砂浆层和砂浆-碳纳米管层，加工砂浆-碳纳米管层的同时在砂浆-碳纳米管层上铺设电流电势测定导线4、距离测定导线和距离传感器，电流电势测定导线4对应墙体导线通孔的位置设置，伸出墙体导线通孔外的电流电势测定导线4上均设置测试头5，测试头5上有用于电连接的插孔，形成砂浆测试层2；

(c)浇筑、涂抹和铺设完成后，再在砂浆测试层外铺设外保温板3，并在外保温板3上设置供电流电势测定导线伸出的外保温板导线通孔，伸出外保温板导线通孔外的电流电势测定导线上均设置测试头5，测试头5上有用于电连接的插孔，即得所述墙面结构。

步骤(a)中，纯水泥砂浆和混合水泥砂浆均采用胶凝材料、细骨料和水按一定的比例配制而成，比例可根据按照建筑要求和相关规范进行调整。

步骤(b)中，每涂抹完一次混合水泥砂浆后，就施加磁场，使碳纳米管垂直于墙体表面，磁场的强度为2800-3500GS，磁场的施加时间为5-10min。

更具体地，墙面结构的施工方法具体包括四阶段，并根据墙体是否含有窗户进行区别：

(1)含窗面墙体：

砂浆施工自下而上依次施工，第一阶段结束的水平高度为窗户下边缘高度的1/2水平高度，涂抹含碳纳米管的混合水泥砂浆，形成砂浆-碳纳米管层，然后布设用于测试电流和电势的电流电势测定导线和测试距离的距离测定导线以及距离传感器，电流电势测定导线一端穿过墙体导线通孔伸出墙体，另一端穿过外保温板导线通孔伸出外保温板，具体如图1、2所示；

第二阶段结束的水平高度为距离窗户下边缘3-8cm处，涂抹含碳纳米管的混合水泥砂浆，形成砂浆-碳纳米管层，然后布设用于测试电流和电势的电流电势测定导线和测试距离的距离测试导线以及距离传感器，电流电势测定导线一端穿过墙体导线通孔伸出墙体，另一端穿过外保温板导线通孔伸出外保温板，注意该布设测点位置为窗户下边缘的两个拐角处和窗户下边缘的中间位置；

第三阶段结束的水平高度为距离窗户中间高度处，在窗户左右边缘水平高度涂抹含碳纳米管的混合水泥砂浆，形成砂浆-碳纳米管层，然后布设用于测试电流和电势的电流电势测定导线和测试距离的距离测定导线以及距离传感器，电流电势测定导线一端穿过墙体导线通孔伸出墙体，另一端穿过外保温板导线通孔伸出外保温板，布设位置为各自水平表面的中间位置，为后期测试做准备；

第四阶段结束的水平高度为距离窗户上边缘3-8cm处，涂抹含碳纳米管的混合水泥砂浆，形成砂浆-碳纳米管层，然后布设用于测试电流和电势的电流电势测定导线和测试距离的距离测定导线以及距离传感器，电流电势测定导线一端穿过墙体导线通孔伸出墙体，另一端穿过外保温板导线通孔伸出外保温板，为后期测试做准备。

(2)无窗面墙体：

砂浆施工自下而上依次施工，施工分为4个阶段，各阶段施工高度相同，四个阶段施工的水平高度分别为墙体高度的1/4、1/2、3/4处和墙体顶部，在每一阶段结束的砂浆水平表面涂抹含碳纳米管的混合砂浆，形成砂浆-碳纳米管层，然后布设用于测试电流和电势的电流电势测定导线和测试距离的距离测定导线以及距离传感器，电流电势测定导线一端穿过墙体导线通孔伸出墙体，另一端穿过外保温板导线通孔伸出外保温板，布设位置相同，分别为水平表面层的中间位置和左右距离墙体10-20cm处的位置，具体如图1、2所示。如图3所示，本发明还提供一种可表征粘接砂浆湿度变化的墙面结构的测试方法，具体包括以下步骤：

(Ⅰ)将电流电势测定导线与测试装置连接，所述测试装置包括电流表、电压表和电源(图3中省略了电源)，将设电流电势测定导线和电流表及电源串联，和电压表并联；

(Ⅱ)接通电源，向电流电势测定导线输送设定电流值的电流，读取电流表、电压表和距离传感器的示数，计算粘接砂浆的电导率，得到粘接砂浆的湿度变化趋势。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。