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聚合物改性水泥基外墙防水干粉砂浆的开发
□□顾期斌1 ,周昌盛2 (1. 湖北第二师范学院,湖北武汉 430205; 2. 中山市筑固建材技术开发有限公司,广东中山 528403)
引言
干粉砂浆又称干混料、干拌粉,因往往含有高分子聚合物,也称聚合物砂浆。它是将干粉状的建筑骨料、粘结料与添加剂等按一定的比例,事先在工厂精确、均匀、特殊混合而成的一种颗粒状或粉状混合物,采用袋装或散装的形式送到建筑工地,加水搅拌后即可直接使用的砂浆类建材。为适应建筑工程实际应用的需要,我们在研制成功新型聚合物改性水泥基复合材料的基础上,开发了新一代建筑外墙用防水干粉砂浆。该干粉砂浆改变了以往聚合物以乳液的形式生产和贮存,使用时再掺加到水泥干粉料中的做法。它是预先将聚合物进行活化处理,再配入到优质的水泥和石膏中,并加入一定量的填料、混合物以及助剂,配制成一种单组分粉末状产品。由于聚合物已充分分散于水泥干粉料中,容易与水泥混合料和助剂共同作用,因此,在获得高性能的同时,可使聚合物的用量明显少于采用双组分体系时聚合物乳液的用量,从而大幅度地降低工程材料的成本。该防水干粉砂浆无毒、不含有机挥发性物质、无刺激气味、不燃、抗冻、抗老化、耐水、耐晒、耐腐蚀、无污染,具有使用方便、性能可靠、粘结力强、防水性好、价格低廉等特点。
1 试验
1. 1 作用机理
聚合物改性水泥外墙防水干粉砂浆是由优质的水泥和石膏,加入经活化处理改性的有机高分子聚合物,配比多种混合材、外加助剂等复合而成的一种聚合物改性水泥基复合材料。有机高分子聚合物主要是水性丙烯酸类高聚物,通过具有“荷叶憎水效应”的纳米技术进行改性处理。其作用机理分析如下:
(1)通过聚合物对水泥基的改性处理,极大地提高了材料的吸附粘结力。当加水拌和时,料浆因聚合物吸水溶解而变为黏稠胶液,起到很好的保水作用。在水泥凝结硬化过程中,水泥从聚合物中吸收水分而不断水化,同时聚合物因脱水而逐渐凝固,使形成的水泥石空间骨架的孔隙被聚合物柔韧的质点、网络、膜层胶结成空间网结构,使聚合物的柔性与水泥的刚性有机地结合在一起,初期形成一层略有柔性的复合体。随着时间的延长,原有的聚合物胶液已硬化,而水泥从空气中吸收水分还不断地水化,强度越来越高,刚性也越来越大,最后形成坚硬的刚柔结合的防水层。
(2)通过结晶型混合物的渗透作用,能与基体内部的活性物质发生一系列的物理化学反应,形成不溶于水的结晶体,填塞毛细孔道,使基体致密、减缩、防渗,从而组成一层具有较高抗裂、防水能力的复合体。
(3)在使用时,改性的聚合物发生高交联固化反应。同时,当粉料(单组分抗裂防渗腻子)与液料(纳米复合防水胶)混合后,水泥发生水化反应,其水化产物Ca (OH) 2 与改性的丙烯酸类高聚物进一步反应,产生以化学键结合的大分子空间网络交织结构,形成一层柔韧、富弹性的防水膜。由于分子键能大,形成的大分子结构不易降解,这样涂膜的抗紫外线、耐高低温的能力就强,因而产品具有良好的耐候性。
(4)当进一步使用具有“荷叶憎水效应”的纳米技术改性,可赋予网络空间骨架的孔隙超疏水性的界面效果,在导出潮湿水分的同时,隔离水分再次侵入,从而避免出现溶胀等不良现象。
1. 2 所用原材料及配比
(1)胶结料:通常使用普通硅酸盐水泥作为干粉砂浆的胶结料。对于有特殊要求的砂浆,也可以使用特种水泥。
(2)石膏:符合GB 5483—85《用于水泥中的石膏和硬石膏》的规定。
(3)聚合物:最低成膜温度≮0 ℃。
(4)混合材:活性矿粉(代替硅粉) :以活性材料特制而成,比表面积> 600 m2 /kg;硅灰石:天然产出的偏硅酸盐矿物,带有针状的晶体; 粉煤灰: 符合GB 1596—91《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的规
定;膨润土:含蒙脱石类矿物为主的黏土。
(5)填料:选择能增加色质的重晶石、石灰石、滑石、云母、石英等矿物的微细粉末为填料。
(6)助剂: 稳定剂: 其作用是促进水泥颗粒分散,阻止聚合物水泥粒子的凝聚,保证混合物的均匀和稳定;消泡剂:防止水泥基复合材料在加水拌和以及施工过程中产生许多小的气泡,保证聚合物水泥的性能。
根据对聚合物改性水泥性能的研究所取得的成果,在反复试验优化的基础上,确定的聚合物改性水泥外墙防水干粉砂浆的组成见表1。
表1 聚合物改性水泥外墙防水干粉砂浆的组成%
1. 3 技术性能指标
聚合物改性水泥外墙防水干粉砂浆易于形成一层具有高强度、防水抗渗的厚质体,可以抑制基底泛碱和水气侵蚀。由于水泥还具有一定的吸湿性,可有效地防止防水干粉砂浆与基质、防水干粉砂浆与涂料界面处水汽的聚集,克服毛细管压力破坏所引起的剥离、起泡、脱皮等弊病,从而确保涂料装饰长期的使用效果。与普通涂料腻子相比,聚合物改性水泥外墙防水干粉砂浆可大幅度提高材料的粘结强度和防水抗渗性能。经国家建材测试中心检测,其主要技术性能指标见表2。
表2 聚合物改性水泥外墙防水干粉砂浆的技术性能
2 生产工艺
2. 1 生产过程
聚合物改性水泥外墙防水干粉砂浆生产的关键在于保证原料的粒度,严格按不同规格型号、按配方要求准确配料,并提高混合料的均匀性。其加工过程包括精选、活化和研磨,工艺流程见图1。
图1 防水干粉砂浆生产工艺流程图
2. 2 产品质量检验
产品质量检验项目主要包括抗渗性和粘结强度等质量指标,并目测粉料分布是否均匀、有无明显的团块等。产品质量检验规则如下:
(1)在生产工艺和原料无重大变化的情况下,每次取样以同一功能的产品50 t为1批,不足50 t时也视为1批。
(2)全部样品的外观检查应符合要求。若其中有一个样品不合格,需重新抽取同样数目的样品重复进行外观检验1次,若全部合格则为合格品,否则为不合格品。
(3)物理性能检验项目中,若有一项试验结果不合格,允许取备用样品或重新取样重复试验1次,试验结果合格则为合格品,否则为不合格品。
3 结论
聚合物改性水泥外墙防水干粉砂浆是一种水泥深加工、高附加值的新型粉状系列产品,它改善了聚合物改性水泥砂浆( PCM)的施工性能,克服了聚合物浸渍砂浆( P IM)工艺复杂和聚合物砂浆( PM)中聚合物用量大、成本高的缺点。干粉砂浆作为一种新型建筑材料,具有产品质量高、性能优良、使用方便、成本低廉、安全环保、用途广泛等优点,是提高水泥的利用率、节能降耗和提高粉煤灰、城市建筑垃圾等废弃物综合利用的一大举措,在推动建筑行业技术进步、文明施工和环境保护等方面具有重大意义,是代替传统的现场搅拌砂浆的理想建筑材料。
