聚合物膠粉改性XPS板外墻外保溫體系中粘結(jié)砂漿性能的研究

劉麗娜，鄭娟榮

(鄭州大學(xué)土木工程學(xué)院，河南鄭州450001)

0 引言

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展，帶動(dòng)了能源消費(fèi)高速增長(zhǎng)，目前我國(guó)能源供給已呈現(xiàn)緊張局面，節(jié)能與環(huán)保是全社會(huì)的兩大主題［1-4］.大力推進(jìn)節(jié)能降耗，緩解資源瓶頸制約，實(shí)現(xiàn)能源環(huán)境和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展是研究重點(diǎn).在建筑領(lǐng)域，XPS(擠塑聚苯乙烯)板和EPS(膨脹聚苯乙烯)板是目前建筑外墻外保溫體系中的兩大類保溫板材［5］.

上世紀(jì)60年代，XPS板外墻外保溫系統(tǒng)起源于歐洲［6］.2002年，XPS板外墻外保溫系統(tǒng)開始在中國(guó)市場(chǎng)推廣.該系統(tǒng)基本沿用了歐洲外墻外保溫系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范.由于XPS板比EPS板具有更低的導(dǎo)熱系數(shù)，更高的機(jī)械強(qiáng)度，更低的吸水率和更持久的保溫性能，這些優(yōu)勢(shì)使得XPS板在外墻外保溫系統(tǒng)得到迅速的發(fā)展［7-8］.近幾年的工程實(shí)踐表明，XPS板外墻外保溫系統(tǒng)還存在幾個(gè)問題:由于生產(chǎn)工藝的原因，市場(chǎng)上XPS板本身的質(zhì)量不穩(wěn)定或不符合質(zhì)量要求;XPS板與聚合物水泥砂漿的粘結(jié)力很差.筆者選擇了鄭州一家砂漿企業(yè)使用的3種膠粉對(duì)XPS板粘結(jié)砂漿的改性問題進(jìn)行了試驗(yàn)研究.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原材料

可再分散乳膠粉:純丙烯酸基乳膠粉(簡(jiǎn)稱膠粉501);瓦克5044N(乙烯-醋酸乙烯基產(chǎn)品，EVA);國(guó)內(nèi)乳膠粉A(乙烯-醋酸乙烯基產(chǎn)品，EVA).

增稠劑:纖維素醚，瓦克的40US.水泥:普硅P·O42.5.

砂:0.3～0.6 mm干凈河砂.

重鈣:重質(zhì)碳酸鈣，直徑≤0.080 mm.

XPS板:鄭州工大建材有限公司生產(chǎn)，表面為毛面并涂有界面劑.

1.2 試驗(yàn)測(cè)試和養(yǎng)護(hù)方式

試驗(yàn)測(cè)試的過程和養(yǎng)護(hù)方式根據(jù)JG 149—2003《膨脹聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)》［9］中對(duì)粘結(jié)砂漿的要求進(jìn)行.

1.3 試驗(yàn)配比

乳膠粉改性砂漿的試驗(yàn)配比如表1所示，筆者試驗(yàn)用水量為干粉料質(zhì)量的20%.

2 結(jié)果與討論

改性砂漿與XPS保溫板和水泥基材料的粘結(jié)強(qiáng)度是粘結(jié)砂漿的重要指標(biāo)，按照J(rèn)G 149—2003標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，粘結(jié)砂漿在XPS板上的粘結(jié)拉拔強(qiáng)度(包括原強(qiáng)度和耐水強(qiáng)度)都應(yīng)大于等于0.2 MPa或測(cè)試時(shí)XPS板破壞;粘結(jié)砂漿與水泥基材料的粘結(jié)拉拔原強(qiáng)度和耐水強(qiáng)度分別應(yīng)大于等于0.6 MPa和0.4 MPa.

表1 XPS板粘結(jié)砂漿的配合比Tab.1 The mix ratios of bonding mortar in XPS plate

參照J(rèn)G 149—2003的要求，對(duì)砂漿與XPS保溫板的粘結(jié)強(qiáng)度進(jìn)行了2種養(yǎng)護(hù)條件下的測(cè)試:一種是14 d的標(biāo)養(yǎng)(稱原強(qiáng)度);二種是14 d標(biāo)養(yǎng)+7 d水養(yǎng)(稱耐水強(qiáng)度).

2.1 國(guó)內(nèi)膠粉501改性砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度

圖1和圖2是使用國(guó)內(nèi)膠粉501對(duì)粘結(jié)砂漿拉拔粘結(jié)強(qiáng)度的影響.

圖1 國(guó)內(nèi)膠粉501改性砂漿與水泥基的粘結(jié)強(qiáng)度Fig.1 The bonding strengths between mortars modified by latex powder 501 and cement materials

從圖1可以看出:改性砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度隨著膠粉501摻量的增大而逐漸增大.當(dāng)國(guó)內(nèi)膠粉501摻量大于等于1.5%(以砂漿質(zhì)量計(jì))時(shí)，膠粉501改性砂漿與水泥基的粘結(jié)強(qiáng)度原強(qiáng)度和耐水強(qiáng)度分別大于等于0.6 MPa和0.4 MPa，滿足了標(biāo)準(zhǔn)中的技術(shù)指標(biāo).

從圖2可以看出:改性砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度隨著膠粉501摻量的增大也逐漸增大.當(dāng)國(guó)內(nèi)膠粉501摻量大于等于1.9%時(shí)，膠粉501改性砂漿與XPS板的粘結(jié)強(qiáng)度原強(qiáng)度和耐水強(qiáng)度均大于等于0.2 MPa，滿足標(biāo)準(zhǔn)中的技術(shù)指標(biāo).

圖2 國(guó)內(nèi)膠粉501改性砂漿與XPS板的粘結(jié)強(qiáng)度Fig.2 The bonding strengths between mortars modified by latex powder 501 and XPS plate

因此，要同時(shí)滿足XPS板的粘結(jié)砂漿的各項(xiàng)粘結(jié)強(qiáng)度技術(shù)指標(biāo)要求，國(guó)內(nèi)膠粉501的摻量應(yīng)大于等于1.9%，并且耐水強(qiáng)度與原強(qiáng)度相比下降不大，說明膠粉501改性的水泥砂漿的耐水性好.

2.2 瓦克5044N膠粉改性砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度

圖3和圖4是使用瓦克5044N膠粉對(duì)粘結(jié)砂漿拉拔粘結(jié)強(qiáng)度的影響.

圖3 瓦克5044N膠粉改性砂漿與水泥基的粘結(jié)強(qiáng)度Fig.3 The bonding strengths between mortars modified by Wacker 5044N latex powder and cement materials

從圖3可以看出:改性砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度隨著瓦克5044N膠粉摻量的增大而逐漸增大.當(dāng)瓦克5044N膠粉摻量大于等于2.3%(以砂漿質(zhì)量計(jì))時(shí)，瓦克5044N膠粉改性砂漿與水泥基的粘結(jié)強(qiáng)度原強(qiáng)度和耐水強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)中的技術(shù)指標(biāo)(0.6 MPa和0.4 MPa)，但其改性砂漿的耐水強(qiáng)度與原強(qiáng)度相比大幅度下降，說明這種膠粉的耐水性較差.

從圖4可以看出:改性砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度隨著瓦克5044N膠粉摻量的增大也逐漸增大.當(dāng)瓦克5044N膠粉摻量大于等于2.7%時(shí)，其改性砂漿與XPS板的粘結(jié)強(qiáng)度原強(qiáng)度大于等于0.2 MPa;當(dāng)瓦克5044N膠粉摻量大于等于2.9%時(shí)，其改性砂漿與XPS板的粘結(jié)強(qiáng)度耐水強(qiáng)度才大于等于0.2 MPa，滿足標(biāo)準(zhǔn)中的技術(shù)要求.

圖4 瓦克5044N膠粉改性砂漿與XPS板的粘結(jié)強(qiáng)度Fig.4 The bonding strengths between mortars modified by Wacker 5044N latex powder and XPS plate

因此，要同時(shí)滿足XPS板的粘結(jié)砂漿的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)要求，瓦克5044N膠粉的摻量應(yīng)大于等于2.9%.

2.3 國(guó)內(nèi)膠粉A改性砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度

圖5和圖6是使用國(guó)內(nèi)膠粉A對(duì)粘結(jié)砂漿拉拔粘結(jié)強(qiáng)度的影響.

圖5 國(guó)內(nèi)膠粉A改性砂漿與水泥基的粘結(jié)強(qiáng)度Fig.5 The bonding strengths between mortars modified by latex powder A and cement materials

從圖5可以看出:改性砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度隨著國(guó)內(nèi)膠粉A摻量的增大而逐漸增大.當(dāng)國(guó)內(nèi)膠粉A摻量大于等于2.3%時(shí)，國(guó)內(nèi)膠粉A改性砂漿與水泥基的粘結(jié)強(qiáng)度原強(qiáng)度和耐水強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)中的技術(shù)指標(biāo)(0.6 MPa和0.4 MPa).國(guó)內(nèi)膠粉A摻量相同時(shí)，其改性砂漿的耐水強(qiáng)度與原強(qiáng)度相比大幅度下降，說明這種膠粉的耐水性較差.

從圖6可以看出:改性砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度隨著國(guó)內(nèi)膠粉A摻量的增大也逐漸增大.當(dāng)國(guó)內(nèi)膠粉A摻量大于等于2.9%時(shí)，其改性砂漿與XPS板的粘結(jié)強(qiáng)度原強(qiáng)度大于等于0.2 MPa;當(dāng)國(guó)內(nèi)膠粉A摻量大于等于3.1%時(shí)，其改性砂漿與XPS板的粘結(jié)強(qiáng)度耐水強(qiáng)度才大于等于0.2 MPa，滿足標(biāo)準(zhǔn)中的技術(shù)指標(biāo).

圖6 國(guó)內(nèi)膠粉A改性砂漿與XPS板的粘結(jié)強(qiáng)度Fig.6 The bonding strengths between mortars modified by latex powder A and XPS plate

因此，要同時(shí)滿足XPS板的粘結(jié)砂漿的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)要求，國(guó)內(nèi)膠粉A的摻量應(yīng)大于等于3.1%.

綜上所述，相對(duì)EVA類膠粉(瓦克5044N和國(guó)內(nèi)膠粉A)，純丙烯酸基膠粉與XPS板具有更高的粘結(jié)強(qiáng)度和耐水強(qiáng)度.乙烯-醋酸乙烯基膠粉(EVA類)是由乙烯和醋酸乙烯按比例在高溫高壓容器中合成并干燥而成.EVA類產(chǎn)品的耐水強(qiáng)度與其中乙烯含量成正比，因?yàn)橐蚁┦菤怏w，故EVA類產(chǎn)品的耐水性和質(zhì)量穩(wěn)定性與合成工藝條件有密切關(guān)系.瓦克5044N膠粉就屬于乙烯-醋酸乙烯基產(chǎn)品，由于這是生產(chǎn)年代較久的老品牌產(chǎn)品，其顯著特點(diǎn)是質(zhì)量穩(wěn)定，與EPS板的粘結(jié)強(qiáng)度較高，但試驗(yàn)表明，這種膠粉與XPS板粘結(jié)強(qiáng)度較差.國(guó)內(nèi)膠粉A也屬于EVA類產(chǎn)品，與瓦克5044N膠粉相比，其改性砂漿的粘結(jié)力更差些.純丙烯酸基乳液是我國(guó)建筑外墻涂料的主要成膜材料，實(shí)踐證明這類外墻涂料的粘結(jié)強(qiáng)度、耐水性及耐紫外線等耐侯性能非常優(yōu)良.目前，國(guó)內(nèi)有企業(yè)將純丙烯酸基乳液開發(fā)成可再分散的乳膠粉.由于純丙烯酸基乳液的合成是在常壓容器中進(jìn)行，其產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，設(shè)備投資較低，因此，國(guó)產(chǎn)純丙烯酸基膠粉的單價(jià)與國(guó)產(chǎn)EVA類產(chǎn)品持平，使用純丙烯酸基膠粉作為XPS板的改性粘結(jié)砂漿將有很好的經(jīng)濟(jì)效益.

3 結(jié)論

研究結(jié)果表明，要滿足改性砂漿與XPS板的各項(xiàng)粘結(jié)強(qiáng)度技術(shù)指標(biāo)，純丙烯酸基膠粉摻量1.9%(以砂漿質(zhì)量計(jì))，瓦克5044N膠粉摻量2.9%，國(guó)內(nèi)膠粉A(屬于EVA類)摻量3.1%.國(guó)產(chǎn)純丙烯酸基膠粉的單價(jià)與國(guó)產(chǎn)EVA類產(chǎn)品持平，使用純丙烯酸基膠粉作為XPS板的改性粘結(jié)砂漿將有很好的經(jīng)濟(jì)效益.

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