聚合物粉末改性瓷砖胶在新拌和硬化状态下微结构的特性

1 引言
施工方便性和附加材料性能的获得是我国干砂浆市场获得快速增长的主要原因。干砂浆是指各种即用于干混产品, 分为所谓的普通干砂浆和特种干砂浆。后者掺加了相当数量的聚合物添加剂以获得特殊的技术性能。本文对特种干砂浆产品中最主导的品种即用于将瓷砖粘贴在墙上或地面的胶粘剂进行了重点研究。对于这种砂浆来说, 主要要求是新拌状态下最优的可工作性和瓷砖的最终粘结性能。本文对隐藏在这些性能背后的不同作用机理以及可再分散胶粉( RPP), 及其如何对这些性能产生影响进行了分析研究。

采用多种分析方法对微结构以及不同聚合物! 水泥之间的相互作用随时间和空间的演变进行了跟踪测试。最大的挑战在于定量分析方法的开发, 特别是针对两种主要的添加剂维素醚( CE) 和可再分散胶粉进行的定量分析。对于可再分散胶粉, 我们使用了含有氯乙烯的共聚物, 这样可以使用通过电子显微镜观测方法绘制的氯元素分布图探测出该聚合物。纤维素醚在砂浆搅拌之前进行荧光染色处理以便后面可以通过荧光显微镜观察到。瓷砖粘结砂浆施工后按照GB547标准在干燥条件( 23度 /50% r。h) 下进行养护。样品经切割、注入环氧树脂和抛光处理后可获得有代表性的断面用于硬化样品的定量微结构分析。为了将新拌状态下(水泥凝结之前) 砂浆微结构的早期演变过程也包括含在内, 对新拌砂浆采用环境电子显微镜进行了分析。

2 试验结果讨论
现场试验(图1) 发现纤维素醚通过膜的形成使气泡稳定。这些纤维素醚薄膜可能在搅拌过程中或刚刚搅拌完毕即已形成。这一现象背后的本质是纤维素醚的表面活性。由于气泡是由搅拌器通过物理方式带入的, 纤维素醚迅速占据了气泡! 水泥浆之间的界面而形成膜。这些膜仍然是湿的, 因此柔性和可压缩性非常高, 但极化效应清楚地证实了其分子的有序排列。后期, 在扫描电子显微镜下可以在气孔的边缘发现这些纤维素醚薄膜。

相同的机理亦可以解释部分纤维素醚在砂浆表面的富集。但随着砂浆中自由水分从砂浆表面的蒸发, 纤维素醚的富集还有第二个解释。图2 右上部分的插图为拉拔试验( 将瓷砖移开) 完成后的胶粘剂。在该样品中对纤维素醚进行了染色处理, 可以通过紫外光有选择性地观察到。最大的富集发生在胶粘剂未被瓷砖覆盖的地方( 瓷砖边缘处),此处水分的蒸发会持续两天直到砂浆完全干透。最令人感兴趣的是纤维素醚在与混凝土基层和瓷砖接触的界面均发生了富集。这表明在胶粘剂施工后的最初几分钟到数小时,由于水分的迁移使纤维素醚发生了明显的分离。

与纤维素醚相比, 可再分散乳胶颗粒均匀分布在水泥基体内(在气孔和砂子骨料之间, 见图2右下插图)。乳胶均匀分布的原因在于: ( a) 尺寸约1um 的乳胶颗粒无法穿过最小的毛细孔, ( b) 大多数乳胶对水泥具有亲合力, 因此倾向于吸附到水泥颗粒上。后者也被认为是水泥相与乳胶膜在微观尺度上彼此共和的机理。

结论
本研究表明瓷砖胶粘剂中的聚合物在搅拌、施工和硬化的不同阶段具有不同的作用机理。可再分散胶粉在以下方面起到了关键的作用: ( a)再分散, ( b) 与水泥相的相互反应以及( c)成膜。
( a)再分散: 搅拌阶段快速和完全分散可以形成初始细小和均匀的乳胶颗粒分布。
( b) 细小分散的乳胶与水泥以一种特殊的方式相互反应, 它不会干扰水化, 但会形成强烈交织共生的聚合物- 水泥基体, 后期可以获得独特的材料特性如内聚性和柔性。
( c)研究结果表明水泥水化形成的环境有助于乳胶的聚结。乳胶的聚结在水泥水化后会持续较长的时间, 即使水泥水化实际上由于干透而停止。这解释了为什么水泥水化程度平稳后数天粘结强度继续增长( 图2)。乳胶膜在瓷砖-砂浆界面的形成是粘结性获得改善的主要机理。

可以获得下述主要结论(见图3):
( 1)水泥本身主要提供内聚性, 但不一定会提供粘结性能, 而肯定不会提供柔性。
( 2)可再分散胶粉在砂浆- 瓷砖界面形成牢固的柔性薄膜的能力是粘结的主要机理。特别是在使用时尚的致密玻化瓷材料的情况下, 扫描电子显微镜结构研究表明瓷砖表面没有供形成机械咬合作用的孔隙, 因此聚合物形成的粘结是获得粘结性能的主要作用机制。

( 3)可再分散胶粉与水泥各相之间良好平衡的相互作用可以( a)提供符合要求的可工作性( 粘性、剪切强度) , ( b)延长开放时间(对瓷砖适当湿润的能力) 和( c) 导致形成具有微米尺寸的聚合物- 水泥复合结构, 它具有独特的材料特性– 强度和柔性。