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0 前言
传统砂浆一般都在现场施工拌制, 砂浆抗渗性差,收缩率大, 工作性能也不理想。常常造成粉刷开裂、起壳、渗漏等建筑质量问题。为了解决传统砂浆的这些缺陷, 性能优异的干粉砂浆得到了迅速发展。中国在干粉砂浆生产、应用领域虽起步较晚, 最初开始于20 世纪90 年代中期, 但发展迅速, 规模扩张势头强劲。
1 干粉砂浆
干粉砂浆是将水泥等胶凝材料, 与经过烘干、筛分等预处理的天然砂或人工砂以及其他辅料、各种添加剂按不同的使用需要确定的不同配比, 经工厂化预混计量分装制成混合砂浆。通过这种方法, 可以生产出各种满足特殊应用需要的、具有产品特性的各种干粉砂浆, 它不仅显著提高了建筑工地的生产效能和生产效率, 而且避免了现场混合错误, 从而具有高度的应用安全性和可靠性。
干粉砂浆具有比较强的技术优势: ①绿色环保技术; ②多种功能: 如保温、隔热、防水、耐久性好、延长使用期限等功能; ③产品性能优良: 与传统砂浆相比, 具有保水性好、粘结性强、抗冻、抗裂、抗干缩等优点, 作为保温砂浆还有很好的节能效果; ④保证施工质量。
2 聚合物干粉砂浆
干粉砂浆, 包括普通水泥砂浆、聚合物水泥砂浆、特种功能砂浆和快速修补砂浆等。其中, 聚合物水泥砂浆是由特种水泥、石英砂、聚合物和其他添加剂组成。它们分别按不同要求、不同级别、不同用途, 经配料、计量、搅拌、混合、散装或包装成为产品。聚合物的砂浆具有下列优点: ① 砂浆的强度很好, 与基体粘结性好, 尤其是早期粘结强度高; ② 具有良好的抗裂性和抗冻性; ③工作性能好, 易于快速抹灰。
2.1 聚合物改性机理
聚合物干粉砂浆中的聚合物添加剂一般采用系分散的有机聚合物颗粒, 这些聚合物颗粒均为水溶性的。它们在水中形成乳胶液, 对各类物质具有很好的粘结性, 但它们的粘结机理与矿物水化物(水泥)粘结机理有根本区别。在干粉砂浆加水搅拌时, 聚合物颗粒自行分散, 并不会同水泥粘聚, 一方面由于细分散有机聚合物颗粒之间润滑效应, 使砂浆的组分能够单独流动;另一方面细分散有机聚合物对空气有诱导效应, 赋予砂浆可压缩性。聚合物在砂浆中作为第二粘结剂与无机粘结剂水泥相互结合, 水泥和聚合物分别发挥相应的特长, 使砂浆的性能得到改善。聚合物在水泥浆与骨料间形成具有较高粘结力的膜, 并堵塞砂浆内的孔隙来实现的。水泥水化与聚合物成膜同时进行, 最后形成水泥浆与聚合物膜相互交织在一起的互穿网络结构。具有可反应基团的聚合物可能会与固体氢氧化钙表面的硅酸盐发生化学反应, 改进水泥水化产物与骨料之间的粘结, 从而改善砂浆的性能。砂浆在水泥水化后形成刚性骨架, 而在骨架内的聚合物具有活动接头的功能, 类似于人体的组织, 聚合物形成的膜可以比喻为关节、韧带, 从而可以保证刚性骨架的弹性和韧性。
2.2 聚合物乳胶粉的制备
聚合物可分散乳胶粉制备过程主要可以分为两个阶段: 母体乳液的合成阶段和喷雾干燥阶段。母体乳液聚合配方及工艺的选择主要决定最终产品对水泥砂浆的改性效果, 而乳胶粉的再分散效果(取决于粉末主要颗粒的尺寸大小) 以及存储稳定性等主要受喷雾过程影响。聚合物乳液在干燥前加入杀菌剂、助干燥剂、消泡剂。隔离剂(如碳酸钙、硅粉、粘土等)既可在喷雾干燥时加入, 也可在喷雾干燥之后加入, 以防粉料贮存时结块。制得的聚合物乳胶粉具有很好的干流动性, 在水中易重新乳化, 得到聚合物乳液, 聚合物粒子约为1～10 μm。
2.3 常用于砂浆中的聚合物
目前用在干粉砂浆中的聚合物乳胶粉主要有以下几种: 醋酸乙烯- 乙烯(EVA)共聚物、醋酸乙烯- 叔碳酸乙烯酯共聚物、醋酸乙烯- 叔碳酸乙烯酯- 丙烯酯三元共聚物、丙烯酸酯聚合物、苯乙烯- 丙烯酸共聚物等。
3 醋酸乙烯- 乙烯共聚物改性干粉砂浆
3.1 聚合物特点
醋酸乙烯- 乙烯共聚物是类似弹性体的热塑性塑料, 柔软性、强韧性、抗应力开裂性和透明性均优于PE。该聚合物乳液有如下特性:①内增塑性: 共聚物分子主链较柔软, 这种柔软性赋予了乳液内增塑性,醋酸基含量越小, 共聚物分子主链越柔软, 内增塑性越好;②乳液的成膜温度和玻璃化温度较低, 耐冻融性、耐酸碱性和贮存稳定性好, 同时, 共聚物乳液对氧、臭氧和紫外线的稳定性好; ③耐碱性和抗蠕变性: 乳液表面张力低, 具有较好的润湿性和粘合性; ④耐高温性:乳液胶膜的耐高温性较好。虽然共聚物乳液的性能良好, 但其胶膜的耐水性、耐溶剂性和耐酸碱性不太理想, 且强度不高, 塑性过大, 从而制约了在工业上的应用。为此,常采用共聚、共混及加助剂等方法对乳液进行改性, 以提高其性能和拓宽其应用范围。目前市场上应用最多的是由德国瓦克公司生产的新型VINNAPAS 可分散胶粉, 该聚合物乳胶粉由醋酸乙烯酯、乙烯单体在聚乙烯醇作保护胶体下, 通过乳液聚合得到母体乳液, 再经喷雾干燥得到(EVA)。EVA可分散乳胶粉性能优异, 价格便宜。
3.2 改性机理
在水泥硬化过程中, 内部会产生许多空腔, 水分就很容易聚集在这些空腔内部。随着水泥的固化干燥, 这些空腔成了水泥集体的最薄弱部位。在砂浆中加入醋酸乙烯- 乙烯共聚物乳胶粉后,“自润滑作用”使乳胶粉自行再分散到整个砂浆中, 在水中较好的可在分散性使其迅速分散并形成乳液, 充满与原先被水占据的空腔。随着干燥过程的进行, 乳液再次脱水形成聚合物薄膜, 并连续分布在水泥固化时所产生的空腔四周。这些负载孔壁上的连续的聚合物薄膜能有效地吸收来自外界的应力, 从而使砂浆的综合性能得以提高。
3.3 改性效果
在水泥中加入该可分散聚合物乳胶粉, 对砂浆性能的影响是很大的。一般随着聚合物- 水泥比率的增加, 砂浆的抗弯﹑抗折强度和粘结强度明显增加, 砂浆的吸水率和渗水量则明显下降。通常在聚合物- 水泥比率达到15%时, 聚合物改性的砂浆粘结强度几乎恒定或达到最大值。此外, 该聚合物乳胶粉对水泥的水化过程有促进作用, 延迟砂浆干透时间, 使水泥有更多的时间进行水化。而在施工方面, 由于聚合物乳胶粉的“润滑作用”, 使砂浆获得良好的流动性, 而且其引气效果也使砂浆变得具有可压缩性, 从而有利于施工作业。随着我国节能建筑的推广, 越来越多的房屋开始应用外墙外保温技术, 可再分散乳胶粉是外墙外保温系统中所使用的专业砂浆中的重要成分, 它可以确保系统中的每一层都能牢固地粘结在一起, 并在粘结砂浆里面形成一层聚合物膜。该聚合物膜不仅可以加强砂浆的粘结性, 而且还能赋予砂浆更好的柔韧性和憎水性并且提高抗冲击性和耐候性。
4 丙烯酸酯聚合物
4.1 聚合物特点
聚丙烯酸酯乳液一般呈乳白色并略带有蓝色荧光, 聚合物乳液的固含量大概在30%, 粘度约为7.0 /s, 乳液的各种性能都比较稳定, pH 值约为7 。丙烯酸酯聚合物乳液(即聚丙烯酸酯乳液简称丙SA)的最低成膜温度和涂膜的物理性能主要决定于聚合物乳液中乳胶粒子的共聚单体组成、单体均聚物的玻化温度和均聚物涂膜的物理性能。
4.2 改性效果
在丙烯酸酯共聚乳液的基础上改性开发了一种新型水泥改性剂PSA 水泥改性剂。在甲基丙烯酸甲酯的基础上, 引进性能优良的苯乙烯。由于苯乙烯在共聚体系中的聚合速度较低, 因此其留在颗粒表面, 形成了外硬内软的胶粒, 致使该乳胶脱水固化后, 既有较大变形能力, 又有较高的强度和粘结力。添加一定比例的SA水泥改性剂的水泥砂浆, 具有优异的粘结、抗冻、防氯离子渗透、耐磨、耐老化、耐化学介质腐蚀等性能, 与传统的聚合物水泥砂浆相比, 不仅成本低, 而且施工方便, 可人工涂抹, 也可机械喷涂, 并适合潮湿墙面粉刷,无毒, 与基础混凝土温度适应性好, 耐老化性强, 粘结牢固, 不脱落, 不开裂。SA 改性水泥砂浆作为一种新型的性能优异且价廉的混凝土表面修补材料, 实际应用效果良好, 是一种有发展前途的水泥改性剂。SA 改性水泥砂浆与普通水泥砂浆施工现场取样性能对比试验表明, 前者比后者抗压强度提高5%, 抗拉强度提高32%, 比传统混凝土粘结强度提高6.5 倍, 与钢板粘结强度提高到1.25 MPa, 干缩变形从0.12%减少到0.06%, 抗渗能力提高2 倍, 抗碳化能力提高3.2 倍。只是SA 水泥改性剂比EVA 价格要贵。
5 干粉砂浆的注意事项及展望
干粉砂浆在使用时必须注意以下几点: ①按不同要求和用途、不同强度等级、不同功能选择合适的干粉砂浆; ②选购好的干粉砂浆必须按规定分别码放,不得混淆; ③施工中应将墙面、地面及应浇灌基层的污物、杂物清除干净,该浇水的应预先浇水湿润; ④在建筑及家庭装修中,为了保证粘接牢固,应选用强度等级适宜的干粉砂浆。如果水泥标号过大,当水泥砂浆凝结时,水泥大量吸收水分, 这时面层瓷砖水分被过分吸收就容易拉裂。在施工中积极推广使用干粉砂浆, 可使现场堆积杂物减少,粉尘污染降低,有效避免材料浪费,材料损耗得到控制,大大改善工作环境,在进行规范化管理中,施工质量可以得到保证。另外,干粉砂浆是散装水泥使用的重要领域,必将为散装水泥提供广阔市场,因此干粉砂浆技术发展前途大有可为。
