admin
防水透气型加气混凝土砌块界面剂的研究
吕官记1, 季韬1, 李凡2, 吴世流2
( 1. 福州大学土木工程学院, 福建福州 350108; 2. 福州四新科技发展促进中心, 福建福州 350002)
摘要: 通过正交试验、优化试验和电镜扫描试验, 以粘结性、防水性、保水性和透气性为基本指标, 研究防水透气型加气混凝土砌块界面剂及其工作机理.
关键词: 界面剂; 防水性; 透气性; 电镜扫描; 混凝土
针对加气混凝土砌块墙体的开裂、空鼓现象, 国内外许多科技人员根据加气混凝土砌块材料特性, 研究了许多改善加气混凝土砌块墙体界面的方法和配套材料, 但是在同时具有粘结性、保水性、防水性和透气性的新型界面剂方面的研究较少[ 1, 2]. 本文提出加气混凝土砌块界面剂的4个重要性能: 粘结性、保水性、防水性和透气性, 并通过正交试验、优化试验和电镜扫描试验, 以粘结性、防水性、保水性和透气性为基本指标, 研究防水透气型加气混凝土砌块界面剂及其工作机理.
1 原材料
水泥: 炼石牌P. O 42. 5水泥; 砂: 闽江河砂, 细度模数为2. 0; 粉煤灰: 长乐华能电厂二级灰; PTB乳液: 比利时精细化工工业(控股)有限公司生产的COMPAKTUNA PRO, 固含量为52%; PVA 胶粉: 福州四方化工有限公司生产; 减水剂: 福州四方化工有限公司生产的萘系高效减水剂; 纤维素醚: 福州四方化工有限公司生产的高效保水的羟丙基甲基纤维素; 水: 纯净的自来水.
2 试验方案设计思路
选取聚灰比、水胶比、减水剂三个因素及三个水平进行正交试验研究, 如表1所示. 粉煤灰采取等量取代法, 取代水泥20% ; 砂与胶凝材料的质量比为1 1; 纤维素醚采用外掺法,掺量为水泥用量的0. 2% , 砂浆配合比见表2.
3 试验结果及分析
对各组稠度、密度(参照文献[ 3] )、保水性(采用滤纸法[ 4] )、剪切粘结强度(参照文献[ 5] )和7 d抗渗压力(参照文献[ 6], 水性采用7 d抗渗压力来测试)测试结果见表3.
三个因素(聚灰比、水胶比和减水剂用量)对聚合物水泥砂浆保水性、7d剪切粘结强度、14d剪切粘结强度及7d抗渗压力的方差分析见表4
F值越大, 代表着某因素对聚合物砂浆性能影响越大; 当F值! F临界值时, 此因素对聚合物砂浆性能具有显著性影响. 经过方差分析, 在聚合物砂浆四个性能测试中, 三个因素没有一个因素具有显著性影响. 但是在表4中, 聚灰比因素的F值最大, 表明聚灰比对聚合物砂浆的保水性、剪切粘结强度及7d抗渗压力影响较大. PTB乳液掺入后, PTB 乳液均匀地分散于水泥砂浆中, 包裹了水化产物及未水化的水泥颗粒, 随着水分的蒸发及水化反应的不断进行, PTB 乳液的网络结构不断形成, 最终形成具有微孔结构, 相对致密的网状体系, 水泥砂浆孔隙明显减小(小于2 m) , 所以保水性、粘结性能、防水性能提高.
4 正交试验优化
根据正交实验结果以及造价分析, 选取1、2、3、5和8组作为进一步优化的对象. 因为聚合物是影响聚合物砂浆性能最为重要的因素, 所以拟采用掺入其他高效且价格低廉的聚合物- PVA (聚乙烯醇)进行优化.
4. 1 优化试验配合比
优化试验的砂浆配合比见表5. PVA 掺量为水泥砂浆重量的0. 3%.
4. 2 优化试验结果及分析
透气性的试验方法是模拟实际情况, 将加气混凝土砌块切割成规格为180mm ∀ 180mm ∀ 150mm 试块备用, 将切割好的试块放入到水槽中, 水槽中自来水深度必须大于180mm, 放置24 h, 让砌块充分吸水至饱和. 由于砌块会上浮, 所以必须采用重物压在上面. 试件充分吸水后, 取出用干毛巾小心擦拭其表面明水, 然后放置3 h左右, 让其表面稍干. 将拌好的界面剂用刷子刷在静置后无明水的砌块表面, 厚度约为1mm. 然后将刷好界面剂的砌块放置在油光纸上, 室内养护48 h(室内温度宜在20 # 3 ∃ ) . 养护后放入温度为32 ∃ , 湿度为70% 的恒温恒湿箱内测试其水蒸气湿流密度. 试验结果见表6.
比较表3和表6可知, PVA 掺入后明显提高了界面剂的粘结强度. PVA 亲水基不是离子型, 而是不离解的极性基- 羟基, 加入水泥砂浆中, 羟基吸附在水泥颗粒表面, 与水化产物表面上的O2- 形成氢键; 同时, 其他羟基由于水分子通过氢键缔合, 同样使水泥颗粒表面形成了一层稳定的溶剂化水膜, 从而抑制水泥的水化进程, 水化速度减慢, 水泥水化的更完全, 形成的水泥石的结构更致密, 从而提高其强度. 同时PVA掺入后, 聚合物水泥砂浆具有较好的透气性能.
5 电镜扫描试验
将普通砂浆( S0)与两种聚合物砂浆进行环境电镜扫描对比试验, 主要研究聚合物砂浆因聚合物种类不同时微观结构的变化. 两种聚合物砂浆分别为: 仅掺水泥用量4. 3% PTB乳液的聚合物砂浆( S1)、同时掺有水泥用量4. 3% PTB乳液和掺有粉料用量0. 3%的PVA的聚合物砂浆( S2).从图1可以看出, 砂浆水化生成的薄片或纤维状的C – S- H 凝胶体之间以棒条形或针状的晶体- 钙矾石相连, 未水化的水泥颗粒仍然以颗粒存在, 水化产物在这些未水化的水泥颗粒及砂表面%生长&, 纤维状的C – S- H 和钙矾石的针状晶体相互交联, 形成间断的、孔隙较大的骨架网状体系.
从图2可以看出, 掺入PTB 乳液后, 聚合物均匀分散包裹着水化产物以及未水化的水泥颗粒, 形成聚合物网络结构, 但是比起图3显得较为疏松, 这也是粘结性比同时掺入PTB 乳液及PVA 差的原因.
从图3可以看出, 同时掺入PTB乳液及PVA后, 使聚合物成膜之后包裹了水化产物和未水化水泥颗粒, 很难看到单独存在的未水化水泥颗粒; 大孔隙明显减少, 但是微小孔隙大量增加, 而且均匀且相互连通, 所以不仅粘结性提高, 而且微小的孔隙阻止了小水滴的侵入, 却能使直径更小的水蒸气分子自由通过. 水泥基体(水化产物) 和聚合物共同连接水化产物和未水化水泥颗粒, 形成不完全连续的空间骨架-基体网状体系结构. 网状结构更加完善, 整个结构更为致密.
由图1~ 3可知, 掺入PTB 乳液后, 大孔隙也明显减少, 微小孔隙大量增加, 而且均匀且相互连通,这些孔结构直径在小水滴和水蒸气分子[ 7] 之间, 可阻止以范德华力结合的小水滴(平均直径100 m )通过, 同时, 却可以允许水蒸气分子(平均直径0. 000 4 m )通过, 从而获得较好的防水性和透气性.
6 结语
1)由正交试验可知, 聚灰比是影响加气混凝土界面剂保水性、粘结性和防水性的重要因素.
2)由优化试验可知, 聚合物PVA 可明显提高加气混凝土砌块界面剂的粘结性.
3)由细观电镜扫描试验可知, 掺入PTB 乳液后, 砂浆内部形成了大量的微孔结构, 这些孔结构直径在小水滴和水蒸气分子直径之间, 可以阻止小水滴通过, 同时允许水蒸气分子通过, 从而使界面剂获得了较好的防水性和透气性.
参考文献:
[ 1] JakobW, 张量. 新型粉末憎水添加剂的性能及其在干拌砂浆中的应用[ J]. 新型建筑材料, 2004( 6): 36- 39.
[ 2] 黄鸿超. 水泥基憎水型及柔性防水材料在卫生间防水中的应用[ J] . 上海建材, 2007( 2): 18- 19.
[ 3] JGJ70- 1990建筑砂浆基本性能测试方法[ S].
[ 4] JSG11- 2004干粉砂浆生产与应用技术规程[ S].
[ 5] JC /T907- 2002混凝土界面处理剂[ S].
[ 6] JC /T 984- 2005聚合物水泥防水砂浆[ S].
[ 7] 张建可, 冀勇夫. 防水透气材料在航天器上的应用研究[ J]. 中国空间科学技术, 2009( 1) : 68- 71.
