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摘要:VINNASPAS 可再分散乳胶粉作为聚合物胶粘剂,可以很好地满足外墙外保温复合体系各个组成部分对高性能水泥基干混砂浆的生产和技术要求。对采用不同类型砂浆的外墙外保温饰面系统进行了对比分析,表明基于可再分散乳胶粉干混砂浆的外墙外保温饰面系统具有更高的质量可控性。
关键词:外墙外保温饰面系统;干混砂浆;可再分散乳胶粉
1 简介
外墙外保温饰面系统( EIFS) ,也称外墙外保温复合体系,自20 世纪70 年代初始于欧洲,其优越性已经过实践的检验和证明。从1973 年第一次石油危机到1993 年,德国大约有30 亿m2 的外墙使用了外墙外保温复合体系,其节约的能源相当于18 亿升加热油所产生的热能。有关外墙保温的严格法律制度以及欧洲不同国家政府的财政支持,都对完善该体系起到了积极作用。
外墙外保温复合体系还能明显改善建筑物的舒适程度,提供更经济、更健康的内部环境。由于外墙覆盖有这种耐久的保温饰面系统,使得外墙结构的温度变化较小,明显降低建筑物被破坏的程度,建筑物的使用寿命得以提高。因此,可以说保温系统不仅对于新建筑来讲是一个合理的、明智的投资,而且特别是在旧的外墙需要翻新时,这也不失为一个特别好的措施。
2 干混砂浆的优点
外墙外保温复合体系于20 世纪70 年代初在欧洲应用时,此体系以膏状的聚合物乳液作为胶粘剂,其中水泥是在施工现场加入的。这种混合物用来将保温板(膨胀聚苯乙烯)固定到需保温的墙体上,同时在保温材料的面上嵌入玻璃纤维网,以提供一个具有保护作用的加强层或抹面胶浆。
但是在该体系的实际应用中,经常会出现许多问题,尤其是在施工现场当水泥和膏状的聚合物改性乳液胶粘剂混合时,问题更为严重。使用该体系时,难以保证制成聚合物水泥比一致的均质砂浆混合物,造成胶粘剂和抹面胶浆的组成发生变化。这将导致产品性能的缺陷,如粘接强度不足或柔性及耐久性差,进而可能引起外墙面的破坏。这种现象也存在于使用所谓的双组份或双包装体系,即通过在施工现场将水基聚合物分散液加到干混砂浆中来完成。不使用双包装体系的原因,除了操作上的困难外,还有费用高和物流程序处理困难的原因(例如:需处理额外的包装容器;由于微生物侵害易引起的聚合物乳液变质问题,而对其储存和运输提出更严格的要求) 。
随着聚合物改性预制的和预包装干混砂浆的应用,外墙外保温复合体系开始了它的新纪元。保温系统单组份的聚合物改性干混砂浆生产成为可能的主要原因,是1953 年威凯化学品公司可再分散乳胶粉的研制成功(商品名:VINNAPAS可再分散乳胶粉) 。该可再分散乳胶粉是干粉状的聚合物胶粘剂,由液态聚合物分散体经喷雾干燥制得。在施工现场,只需将含有可再分散乳胶粉的干混砂浆与水混合,其所得的砂浆特征和性能与需现场添加液态聚合物分散液的砂浆相同。
在干混砂浆生产工厂,可再分散乳胶粉经精确自动计量后,与用于特殊类型的干混砂浆所需的水泥、填料和添加剂一起混合均匀。这样就可以保证各组份及聚合物的含量,相应的这类聚合物改性的干混砂浆的质量和性能也得以保证。与双组份体系相比,单组份的聚合物改性干混砂浆通过筒仓运输体系、与水自动混合以及机械喷射施工,保证了保温系统施工应用的安全性、质量可控性和高效性。
3 外墙外保温饰面系统的组成
保温材料有多种类型可供使用,但经常使用的是膨胀聚苯乙烯板(市场份额约85 %) ,其次是矿棉板。使用膨胀聚苯乙烯,可以制造生产防火类别B1(DIN4102) 的保温复合体系;而用矿棉板(A 级) 可制成不燃体系。聚氨酯、软木板或木制纤维保温板仅适用于一些特殊场合。
典型的外墙外保温复合体系(见图1) 由以下部分组成:
(1) 用于将保温板固定到墙上的胶粘剂。
(2) 用于在保温板顶部嵌入特别增强玻璃纤维网格布的抹面胶浆(或嵌入砂浆) ,这样就可以对软的保温材料进行机械和物理的保护。
(3) 底涂,在非矿物涂层(如树脂基灰浆) 作为饰面层之前,施工于抹面胶浆表面。
(4) 饰面层或面涂,与抹面胶浆一起为系统提供一个机械和物理的保护,同时也是一种外墙饰面美化设计。
图1 外墙外保温饰面系统组成
1 – 胶粘剂;2 – 聚苯乙烯板;3 – 玻璃纤维网格布;4 – 抹面胶浆(嵌入砂浆) ;5 – 饰面层(灰浆)
这些外墙外保温复合体系的各组成部分基本以下列形式生产和应用:
(1) 以聚合物乳液作为单一聚合物粘合剂(抹面胶浆,但主要为饰面层) 的纯膏状材料;
(2) 需加入水泥的膏状粘接材料(胶粘剂和抹面胶浆) ;
(3) 在施工现场加入聚合物乳液的干混砂浆(双包装或双组份体系,用作胶粘剂和抹面胶浆) ;
(4) 预制或预包装的单组份的聚合物改性干混砂浆(胶粘剂、抹面胶浆和饰面层) ,是目前在市场上有售的主要使用体系。
在现代建筑工业中,单组份聚合物改性水泥基干混砂浆技术在现有市场中占据主导地位。还基于水泥是价廉的矿物水硬性粘合剂,具有高强、优异的耐水性以及良好的耐久性等一些独特的性能。但是即使水泥用纤维素醚改性来提高它的工作性和保水性,其对许多基材的粘接力仍较差,甚至不粘合(例如对聚苯乙烯板) ;另外水泥类砂浆是非常硬和脆的材料,没有柔韧性,抗冲击能力较差。在聚合物改性干混砂浆中,水泥和VINNAPAS 可再分散乳胶粉形式的聚合物胶粘剂体系是理想的复合组份。它们在干混砂浆中的应用,为体系提供了优异的增效特性和性能,这是其中任一单一胶粘剂无法做到的。
4 系统组成及技术性能
4. 1 胶粘剂和抹面胶浆
由于物流方面的原因,经常使用单组份聚合物改性干混砂浆作胶粘剂来固定保温板和用作抹面胶浆。对这两个组成部分(胶粘剂和抹面胶浆) 来说最重要的技术要求是砂浆在各种典型基材上具有优异的粘接性,如砖墙、混凝土或在某些国家中使用的胶合板或水泥纤维板等,但是最重要的是与大量应用的保温材料聚苯乙烯的粘接。如果在砂浆中添加最低量的VINNAPAS 可再分散乳胶粉,以及正确地选择聚合物类型便能保证砂浆与这种难粘的、不吸水的有机基材有足够粘接力。表1 中数据表明,为保证对聚苯乙烯有足够的粘接力,需使用可再分散乳胶粉的量约为总量的4 %。在进行拉拔试验时,在聚苯乙烯本体内发生100 %的破坏,说明了粘接剂的粘接强度大于聚苯乙烯的本体内聚强度,这表明粘接良好。
技术研究和工程实践已证明,柔性的醋酸乙烯/ 乙烯基VINNAPAS 可再分散乳胶粉,是这类砂浆的理想改性物,是占主导地位的聚合物种类(见表1) 。
在整个保温系统中,抹面胶浆砂浆还有一个重要的功能。为获得增强的抹面胶浆层,通常要将玻璃纤维网格布嵌入抹面胶浆的中,并控制抹面胶浆的总厚度为3 mm。就技术特点来说,首要的是抹面胶浆与所用的保温材料具有很好的粘接性。另外,为了抵抗可能的冲击、剪切力和部分无损变形,抹面胶浆要具有高的抗冲击性和足够的变形性(柔性) 。醋酸乙烯/ 乙烯基的具有柔性的VINNAPAS 可再分散乳胶粉,作为柔性和抗冲击性的聚合物粘合剂,性能卓著。如表1 所示,为了满足最低的技术要求,需要添加的可再分散乳胶粉约占总量的4 %～6 %。
由于潮湿的绝热材料会明显地降低保温性能,同时潮气会进一步加快整个结构的破坏,所以要防止水的渗入。理想的情况是抹面胶浆应该具有较低的吸水系数或者是憎水的,以便在面层破坏和失效的情况下,保护下面的保温材料不受潮气的影响。由于这个原因,常采用具有憎水作用的醋酸乙烯/ 乙烯基柔性VINNAPAS 可再分散乳胶粉。
4. 2 饰面层
为了保护抹面胶浆不受潮气和湿度的有害影响,所有的外墙饰面层材料应具有较强的憎水作用。目前可用的饰面层,有许多不同材料和体系可选,用以满足外墙体系物理保护所需的全部柔性和技术需求。除了典型的树脂基灰浆,还提供多种不同组成和颜色的材料,近年来经常使用的是矿物基水泥- 石灰灰浆、装饰用灰泥、硅酸盐灰浆和一些硅树脂灰浆。特别是以聚合物改性的干混砂浆形式供应的矿物基水泥- 石灰灰浆,在面层或外墙外保温复合体系中的饰面层中的应用越来越广。使用特殊憎水性的VINNAPAS 可再分散乳胶粉,不仅在抗磨损性、粘接性、抗冲击性以及柔性等方面有明显的提高,具有较低的吸水系数甚至是憎水性的(见表2) ,而且对水蒸气的渗透性无任何负作用。
基于液体聚合物分散液的树脂基灰浆,长期以来被证明可以加入颜料制成多种颜色(甚至深暗色) 而不受任何的限制。但是对于矿物基面涂层灰浆,为了防止外表的风化,最好做成浅色。尤其是使用水泥体系,因为不可能完全避免泛白返霜现象,大多使用白色(泛白在白的或浅色柔和色彩表面是不明显的) 。另外一条途径则是,矿物基结构饰面层上可涂刷适当的不同种类的耐候涂料,甚至在涂刷底涂后可再涂刷一层深色涂料。
4. 3 完整的外墙外保温饰面系统
不同的国家对外墙外保温组份和体系有不同的法规和规范,因此,常常需要对外墙外保温系统所有的组成部分和其技术指标进行仔细的调整,以满足相互间的匹配性,同时需经严格的测试来保证整个体系相互间的适应性。将没有经过测试和相互间不协调的外墙外保温复合体系的组份配合在一起,组成一个体系(例如:不同供应商的组份) ,这是不允许的,同时这一做法通常存在巨大的危险性。目前外墙外保温系统各个组成部分及整个体系均主要根据EOTA(欧洲技术检查组织) 法规(例如:有关吸水系数、水热压力下的行为、燃烧性等物理和结构要求) 进行测试。
5 展望与综述
外墙外保温饰面系统在建筑行业将会继续起着重要的作用,特别是鉴于用于加热和冷却能量的成本的不断上涨,以及在环境保护要求日渐严格的情况下。在新旧建筑上安装这些保温外墙体系的优点如下:
(1) 可以节约大量(20 %～50 %) 的热能和冷却能,这就意味着减少污染物的排放,从而起到节约自然资源和保护环境的作用;
(2) 在新建筑物和现代化建筑物中安装规格较小的加热或冷却系统,可以节约投资和资源;
(3) 可以消除墙体结构中的冷桥,防止气候对外墙和建筑物结构的破坏以及湿度和温度变化所造成的危害;
( 4) 无论旧外墙性能和组成如何,外墙外保温系统是其简便、有效的翻新措施(无需对表面进行昂贵处理如旧灰浆的去除,在应用保温系统的同时对外墙进行设计和翻新) 。
聚合物改性干混砂浆通过使用筒仓运输体系、与水自动混合以及机械喷射施工,保证了保温系统应用的安全性、质量可控制性以及高效性,因此,现今基于单组份的聚合物改性干混砂浆技术的外墙外保温系统在这一领域占有主导地位。实践证明,VINNASPAS 可再分散乳胶粉作为聚合物粘胶剂,可以很好地满足外墙外保温复合体系各个组成部分对高性能水泥基干混砂浆的生产和技术要求。
