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  • 可再分散乳膠粉對干混砂漿物理性能影響研究

    摘要 :?本文研究了添加不同摻量可再分散乳膠粉對干混砂漿的抗壓強度、抗折強度、粘結強度、抗滲性等物理性能的影響,并對其作用機理進行了分析。結果表明:當干混砂漿水灰比為 0.45 時,在 0~5%摻量范圍內,添加可再分散乳膠粉可顯著改善干混砂漿的抗折強度、粘結強度、抗滲壓力、動態抗開裂性等物理性能。

    1 試驗部分

    1.1 主要原料

    可再分散乳膠粉(VAE 類,自制)[2]、纖維素醚(500mPa·s)、重鈣(200 目)、石英砂(60~120 目)、石英粉(200 目)、普通硅酸鹽水泥(42.5R)、硅灰、其他助劑。

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    1.2 主要儀器設備

    臺式材料試驗機:3365 型,美國 INSTRON 公司;電動抗折試驗機:DKZ-5000 型,無錫建筑材料儀器機械廠;壓力試驗機:NYL-300 無錫建筑材料儀器機械廠;砂漿滲透儀:SS15 型,天津市建筑儀器試驗機公司;水泥凈漿攪拌機:NJ-160A 型,無錫建筑材料儀器機械廠;水泥膠砂攪拌機:JJ-5 型,無錫建筑材料儀器機械廠;水泥砼標準養護箱:SHBY-40B 型,無錫華南試驗儀器有限公司;動態抗開裂測試儀:北京華電大通電力設備有限公司;掃描電鏡:DXS-10A型,上海電子光學技術研究所。

    1.3 干混砂漿的配制

    (1)剛性防水材料的配制。按表 1 配制剛性防水材料。

    表 1 剛性防水材料配方

    (2)建筑外墻用膩子的配制。按表 2 配制建筑外墻用膩子。

    表 2 建筑外墻用膩子配方

    1.4 物理力學性能測試

    (1)剛性防水材料物理力學性能測試??箟簭姸?、抗折強度、抗滲壓力等均按 GB/T23440-2009《無機防水堵漏材料》進行測試。

    (2)建筑外墻用膩子物理力學性能測試。吸水量、粘結強度、動態抗開裂性等均按 JG/T157-2009《建筑外墻用膩子》進行測試。

    2 試驗結果及討論

    2.1 可再分散乳膠粉摻量對剛性防水材料抗壓強度的影響水泥基體的抗壓強度是由孔隙率決定的,而孔隙率又是由水灰比和含氣量決定的。聚合物的加入可使剛性防水材料的抗壓強度得到提高,這主要歸結于水灰比或含氣量的降低。事實上當水灰比或含氣量保持恒定時,剛性防水材料的抗壓強度在一定摻量范圍內隨著聚合物摻量的增加而降低。

    圖 1 是水灰為 0.45 時,可再分散乳膠粉摻量與剛性防水材料抗壓強度的關系。從圖中可看出,在摻量 0~5%范圍內,抗壓強度隨著可再分散乳膠粉摻量的增加而降低。

    2.2 可再分散乳膠粉摻量對剛性防水材料抗折強度的影響

    可再分散乳膠粉的加入可以提高剛性防水材料的抗折強度,這主要是因為界面過渡區的致密化,改善了骨料與水泥基體的粘結,減少了縫隙的形成。聚合物與水泥漿體互穿基質,在應力作用下產生裂縫時,聚合物能跨越微裂紋并抑制裂縫擴展,從而使砂漿的斷裂韌性、變形性能得以提高。此外,可再分散乳膠粉的加入改善了剛性防水材料的和易性和分散性,使水化水泥漿體的勻質性提高,也是抗折強度增強的原因之一。圖 2 是水灰比為 0.45 時,可再分散乳膠粉摻量對剛性防水材料抗折強度的影響。從圖中可看出,在摻量 0~5%范圍內,抗折強度隨著可再分散乳膠粉摻量的增加而增大。

    2.3 可再分散乳膠粉摻量對剛性防水材料涂層抗滲壓力的影響

    可再分散乳膠粉的加入可以有效提高剛性防水材料的防水性能,這顯然是由于聚合物膜的存在,使用聚合物時較低的水灰比以及合理的孔結構等因素所致。圖 3 是水灰比為0.45 時,可再分散乳膠粉摻量與剛性防水材料涂層抗滲壓力的關系。從圖中可看出,在摻量 0~5%范圍內,涂層抗滲壓力隨著可再分散乳膠粉摻量的增加而增大。

    2.4 可再分散乳膠粉摻量對建筑外墻用膩子粘結強度的影響

    按表 2 配制建筑外墻用膩子,可再分散乳膠粉摻量分別為 0%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%,按粉∶水 =1∶0.35 制樣,在(23±2)℃,(50±5)%的環境中養護 14d 后進行試驗,拉伸速率為 5mm/min,試驗結果如圖 4 所示。

    由圖 4 可看出,未摻可再分散乳膠粉的膩子粘結強度僅為 0.20MPa。當摻量達到 1%時,粘結強度有了顯著的提高,達到 0.50MPa。隨著可再分散乳膠粉摻量的繼續增加,膩子的粘結強度進一步提高,摻量達 1.5%時,粘結強度為 0.62MPa。當摻量從 1.5%上升到 2%時,粘結強度增加很快,達 0.81MPa,大大超過行業標準 0.60MPa 的技術要求。當摻量進一步增加,超過 2.5%時,粘結強度進一步上升,但趨勢減緩。

    2.5 可再分散乳膠粉摻量對建筑外墻用膩子動態抗開裂性的影響

    近年來,建筑涂料在建筑物外墻的應用越來越廣泛,但不少建筑物的涂料飾面經過一段時間使用后出現開裂、起皮甚至脫落的現象,嚴重影響建筑裝飾工程質量。造成這些現象的原因很多,其中墻體基層處理所用建筑膩子質量是關鍵因素。膩子質量的優劣對涂膜的質量起決定性的因素。而對膩子質量起決定性因素的則是其核心添加劑 - 可再分散乳膠粉的質量和摻量。按表 2 配制建筑外墻用膩子,參照 JG/T157-2009 測試膩子動態抗開裂性,試驗結果如圖 5 所示。

    從圖 5 可看出,未摻可再分散乳膠粉時,膩子柔性很差,基本沒有抗開裂能力;當摻量達到 0.5%時,膩子的抗開裂能力為 0.05mm,基本符合普通膩子抗開裂要求;當摻量達到1.0%時,膩子的抗開裂能力為 0.12mm,符合柔性膩子抗開裂要求;當摻量由 1%上升至 2%時,膩子抗開裂能力上升很快,由 0.12mm 上升至 0.36mm,符合彈性膩子動態抗開裂性要求。當摻量進一步增大時,膩子柔性繼續增強,其動態抗開裂能力也進一步增強??梢?,可再分散乳膠粉對于改善建筑膩子的柔性起到了決定性的作用。

    2.6 可再分散乳膠粉摻量對建筑外墻用膩子吸水量的影響

    由于可再分散乳膠粉的加入可以改變干混砂漿的孔結構,因此,可以減小干混砂漿的單位時間吸水量。按表 2 配制建筑外墻用膩子,參照 JG/T157-2009 測試吸水量,試驗結果如圖 6 所示。

    由圖 6 可看出,可再分散乳膠粉的摻入使膩子的吸水量得到明顯的降低,特別是在 0~3%的摻量范圍內。當摻量超過 3%后,吸水量變化很小。

    3 可再分散乳膠粉作用機理分析

    可再分散乳膠粉的加入可使干混砂漿的抗折強度、粘接力、抗滲性能得到顯著的提高,這是因為聚合物以粉末的形式摻入到水泥基材料中,加水重新分散為乳液,且分散液的性能與初始乳液基本相同。在攪拌過程中聚合物顆粒均勻地分散到水泥漿體中。水泥一加水水化反應就開始,氫氧化鈣溶液很快達到飽和并析出晶體,同時生成鈣礬石晶體及水化硅酸鈣凝膠體,乳液中的聚合物顆粒便沉積到凝膠體和未水化的水泥顆粒上。隨著水化反應進行,水分不斷消耗,水化產物增多,聚合物顆粒逐漸聚集在毛細孔中,并在凝膠體表面和未水化的水泥顆粒上形成緊密堆積層。這聚集的聚合物顆粒逐漸填充毛細孔并且覆蓋著它們不能完全填充的毛細孔的內表面。由于水化或干燥使水分進一步減少,在凝膠體上和在孔隙中緊密堆積的聚合物顆粒便凝聚成連續的薄膜,形成與水化水泥漿體互穿基質的混合體,并且使水化產物之間及骨料相互膠接。

    由于帶有聚合物的水化產物在界面形成了覆蓋層,可能影響了鈣礬石和粗大氫氧化鈣晶體的生長,也由于聚合物在界面過渡區孔隙中凝聚成膜,從而使聚合物水泥材料的過渡區更為致密,使其性能得以改善。一些聚合物分子中的活性基團可能與水泥水化產物中的 Ca2+Al3+ 等產生了交聯反應,形成特殊的橋鍵作用[3],改善了水泥砂漿硬化體的物理組織結構,緩解了內應力,減少了微裂紋的產生,增強了聚合物水泥材料的致密性,從而改善了干混砂漿的諸如抗折強度、粘接力、抗滲性能等性能。這可以由干混砂漿斷面的 SEM 圖看出。圖 7 是干混砂漿(水灰比均為 0.45)在(20±1)℃水中養護 7d 后斷面的 SEM 圖。

    圖 7 (a) 為未摻可再分散乳膠粉砂漿斷面 SEM 圖(150倍),圖 7(b)為摻 2%可再分散乳膠粉砂漿斷面 SEM 圖(150倍)。兩圖比較可以清楚看出,摻 2%可再分散乳膠粉的砂漿中,聚合物與水化水泥漿體形成了互穿網狀的混合體,這在圖 7(C)(375 倍)中更為清楚地看出。

    4 結論

    (1) 可再分散乳膠粉作為剛性防水材料、建筑外墻用膩子等干混砂漿的核心添加劑,可顯著提高其粘結力、抗滲性、柔韌性等物理力學性能。

    (2)干混砂漿水灰比為 0.45 時,在可再分散乳膠粉 0~5%摻量范圍內,干混砂漿抗折強度、粘結強度、抗滲性能、動態抗開裂性隨著乳膠粉摻量的增加而增大。

    (3)可再分散乳膠粉對干混砂漿改性作用來源于可再分散乳膠粉可均勻地分散在水泥體系中且聚合成膜,聚合物與水化水泥漿體形成了互穿網狀的混合體,并且在各組分間起了特殊的橋鍵作用。

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