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建筑砂浆是一种用量大、在工业和民用建筑中应用广泛的建筑材料。建筑砂浆有现场配制和商品化两种形式。目前欧美发达国家砂浆商品化程度很高。这是因为干拌袋装或散装砂浆能加快施工现场周转时间,降低人工成本,适应基层和材料品种的变化,提高施工质量,保护环境。与现场拌制的砂浆相比,干拌砂浆是在严格控制特定产品的前提下,在干拌砂浆厂内,将胶凝材料、骨料、化学添加剂等所有必要的组分混合而成。预拌干混砂浆将保证优质稳定的胶凝材料、骨料和外加剂始终按适当的比例混合,以保证砂浆质量的一致性。另外,采用干拌砂浆时,可根据某些类型建筑或材料的特殊要求,设计出能解决某些具体问题的产品。
从使用功能上看,干混砂浆产品分为普通干混砂浆和特种干混砂浆两大类。普通干混砂浆包括砌体、抹灰、地坪砂浆;特殊干混砂浆产品包括地砖胶、保温系统粘结砂浆、抹灰砂浆、自流平砂浆、腻子、装饰抹灰、干粉涂料、瓦缝填料、修补砂浆、防水密封砂浆,等。在这些干砂浆产品中,除了骨料、石灰、水泥、石膏等天然材料外,还应加入各种添加剂,以获得能满足用户具体要求的特性。目前,世界上有600多家大型干混砂浆工厂,年产量约7000万吨。据测算,其中四分之三为普通干混砂浆产品,包括砌筑砂浆、抹灰/配料砂浆、找平砂浆,其余为特种干混砂浆产品,年产量1500万至2000万吨。在特种干砂浆产品中,消耗量最大的三种产品是:1)瓷砖胶粘剂,约占总产量的一半;2)保温系统粘结抹灰砂浆;3)自流平砂浆。与普通干砂浆相比,特种干砂浆产品更依赖于两种主要的添加剂——可再分散胶粉和纤维素醚进行改性。接下来,我们将重点研究可再分散胶粉在特种干砂浆制品中的作用机理和应用。
了解胶乳成膜机理是进一步探讨可再分散胶粉的前提。图2所示的简化图说明了聚合物乳液膜形成的不同阶段:
可再分散胶粉在聚合物改性砂浆中的成膜过程如图3所示:可再分散胶粉均匀分布于干砂浆中,待砂浆与水混合并再次乳化后,聚合物粉重新分布于新拌砂浆中;由于水泥水化作用,基层表面蒸发和/或吸收,不断消耗内部孔隙中的游离水,使乳胶粒干燥后,形成不溶于水的连续膜。连续膜是由单个分散的粒子在乳液中融合成均匀的物体而形成的。为了使硬化砂浆中形成可再分散的胶粉膜,最小成膜温度(MFFT)必须低于改性砂浆的固化温度。
图4为扫描电镜下聚合物改性水泥砂浆在不同位置观察到的乳胶膜,包括砂浆基层界面区、砂浆骨料界面区和砂浆内部。从这些显微照片中可以看出,乳液形成的膜在砂浆中分布在不同的位置,包括基层砂浆界面、孔隙之间、孔隙壁周围、水泥水化产物之间、水泥颗粒周围、骨料周围和骨料砂浆界面之间,如图5所示。正是分布在聚合物改性砂浆中的乳胶膜使其获得了刚性水泥砂浆所不能具备的特性。由于乳胶膜的自拉伸机理,可以将拉力施加在乳胶膜与基层或砂浆之间的锚固处。在聚合物改性砂浆与基层的界面处,这种效果可以提高砂浆与高玻化瓷砖、聚苯板等不同基层的粘结性能。也就是说,提高了砂浆的粘结强度。由图6和图7的试验结果可以证明:随着可再分散胶粉掺量的增加,砂浆与混凝土基层的粘结强度显著提高;而砂浆本身的弹性模量明显降低,说明其柔韧性得到了提高。
可再分散胶粉的颗粒形状(见表1)及其再分散后的成膜特性对砂浆在新拌硬化状态下的性能有以下影响:
聚合物对水泥砂浆的改性使其具有互补作用,使聚合物改性砂浆可以应用于许多特殊场合。此外,由于干混砂浆在质量控制、施工操作、储存、环保等方面的优势,可再分散胶粉为生产特种干混砂浆产品提供了有效的技术手段。如前所述,最常用的三种特殊干砂浆产品是瓷砖粘合剂、外墙系统中的粘结和抹灰砂浆和自流平砂浆。结合以上对可再分散胶粉机理的分析,探讨其在这三种典型的特种干砂浆产品中的作用。
目前欧洲普遍采用的铺贴方法是所谓的薄层粘贴法,即用齿形抹刀将待铺贴基层表面的聚合物改性瓷砖胶批提前刮平,形成凸纹、厚度均匀的砂浆层,然后将瓷砖压在其上表面稍有扭转,砂浆层厚度约为2-4 mm(见图8)。由于纤维素醚和可再分散胶粉的改性作用,这种瓷砖胶粘剂对不同类型的基层和面层(包括吸水率很低的全玻化砖)具有良好的粘结性能,并具有良好的弹性,能吸收温差等因素引起的应力,以及良好的垂直流动阻力和足够长的薄层施工开启时间,可加快施工速度,外墙保温装饰板效果图操作方便,不需要在水中湿润瓷砖。这种施工方法操作简便,也便于现场施工质量控制。
而装饰系统(EIFS)是一个多层外墙系统,可以防止湿气进入内墙。它可以应用于商业建筑和住宅建筑,并能提供卓越的能源效率和更高的设计灵活性和创造性。目前,该系统已越来越多地应用于我国建筑外墙复合保温系统中。该系统是将发泡聚苯板等保温板粘结在基层上,然后用镶有玻璃纤维网的砂浆保护层覆盖表面,最后做成装饰面层。
聚合物改性粘结砂浆在外保温体系中最重要的性能是与基材或聚苯板的粘结强度;石膏砂浆最重要的性能是与聚苯板的粘结强度好,复合网布具有优异的冲击强度和低吸水性。在外保温体系中,最薄弱的环节是聚苯板与砂浆的粘结界面,而在实际工程中,最容易出现的问题是面层开裂。通过聚合物对砂浆进行改性,其粘结强度、耐水粘结强度以及与系统抗冲击性和吸水性密切相关的系统抗裂性均能满足相关标准的要求。图9所示的一个简单试验充分说明了聚合物改性砂浆对聚苯板粘结强度的显著提高:当改性砂浆在拉拔破坏时从脱落的界面上加入2.5%的Elotex可再分散胶粉(VA/E)进行改性时,聚苯板本身受到损伤。
在欧洲,有两种地面结构:浮动(中欧)和复合(斯堪的纳维亚国家)。浮地板铺设在隔声层上,不与建筑物承重层或墙体接触。在终饰地板表面(如地毯、PVC或木地板)下,通常采用薄层自流平地板材料进行找平。在复合地基结构中,一般不采用隔声层,而是在承重层上铺设一层可泵送的厚自流平层,地板面层直接铺设在找平层上。
聚合物改性水泥基材料在现代建筑业中得到了广泛的应用。通过添加聚合物,水泥基材料的性能可以进一步扩展到不同的应用领域。聚合物产品以可再分散粉体的形式出现,使我们生产的单组分干混砂浆质量控制更容易,运输和储存更容易,更环保,施工效率更高。可再分散胶粉在三种典型的特种干砂浆产品中的应用,充分反映了新型砂浆混合硬化状态下,粉末聚合物材料物理力学性能的变化,使这些砂浆能够在非常特殊的场合使用。聚合物与水泥性能的互补作用使我们能够制备出性能优良的复合材料。用可再分散胶粉改性的特种干砂浆具有很大的市场潜力。
Roger zubarringen,《Elotex可再分散胶粉对瓷砖粘结砂浆性能的影响》,新建筑材料,2003年第8期。
Jakob wolfisberg,tensor,欧洲地面结构和flowkit系列产品,新建筑材料,2003年第6期。
石淑兰,雅各布·沃尔夫斯堡,夏一旭,可再分散胶粉及憎水性外加剂在薄抹灰外墙外保温系统中的应用,新型建筑材料,2004年第3期。