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可再分散胶粉及憎水性添加剂在薄抹灰外墙外保温系统中的应用

发布日期:2015-05-25 10:40:32
可再分散胶粉及憎水性添加剂在薄抹灰外墙外保温系统中的应用
目前在世界范围内对节约能源与保护环境的要求小_断 提高,对建筑围护结构的保温要求也在日益加强,涌现出多 种解决方案,其屮以外墙外保温技术的发展最为迅速=外墙 保温和装饰系统(EIFS)是集保温、隔音,装饰效果为一体的 轻质、环保型非承重性外围护建筑墙体系统,能够防止潮气 g人内墙,可用干商业建筑和民用住宅=与其它的覆M产品 相比,这种系统可以提供优异的能源利用效率、髙得多的设 计灵活性和创意性,是新建筑物和改造项0最经济的节能方 法之〜30多年来,EIFS在欧洲的应用已超过5亿m2,研究 和实践均怔明它是一种可靠的保温体系。由于中国建筑规模 宏大,建筑主体结构以厚重结构为主,在建筑节能跨越式发 展的条件下,外墙外保温市场具有巨大的发展潜力,外墙外 保温也:it在成为我国一项重要的建筑节能技术3
为规范和引导市场,北京市于1998年率先制订了薄抹 灰外墙外保溫系统的施[:技术规程。2002年7月,建设部发 布了 JG 149-2002《膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统)■标 准,对该外墙外保温系统的各组成材料及系统本身提出了 收稿日期:2004-02-16
作者®介:史淑兰.女,丨976年生.江苏南京人,工程师,:,地址:上海松 江工业园K江田东路,电话:021-57745700-2149„   严格的要求。从我公司技术中心对薄抹灰外墙外保温系统 的研究和试验结果分析来看,抹面砂浆与聚苯板的耐水粘 结强度、系统的吸水量和抗冲击强度不太容易达到行业标 准的要求,但这些性能指标乂对系统的耐久性冇丨•分关键
影响
为了适应屮国外墙外保温技术的发展,美国国民淀粉 化学有限公司EL0TEX部门在其位于上海的技术中心以及 瑞士总部研发中心,以EL0TEX产品和中国肖地的材料为 基础,对添加不同可再分散胶粉及憎水剂的胶粘剂和抹面 砂浆的粘结强度及系统抗冲击强度和吸水量进行了测试, 从而提出了可以满足行业标准要求的EL0TEX解决方案。 并根据聚合物膜应力一应变曲线和抹面砂浆一聚苯板界面 区微结构的研究结果,对聚合物改性砂浆的作用机理进行 了分析。
1原材料、基础配方及试验方法
1.1原材料
采用海螺牌42.5级普通硅酸盐水泥、粒径为0.1-0.3 mm的石英砂和粘度为15 P^S的纤维素醚.;选用3种常用 于薄抹灰外保温系统的可再分散聚合物粉末,包括EL0TEX 柔性VA/E粉末、憎水性聚合物粉末以及VA/VE0VA(醋酸 乙烯一叔碳酸乙烯酯共聚物)聚合物粉末;选用2种憎水性 添加剂.包括EL0TEX可再分散硅烷基粉末SEAL80和工业 级硬脂酸钙n试验中所采用的聚苯板的.及观密度为19 kg/ m3,其它性能亦符合JG 149-2002的要求。
1.2基础配方
本文共进行3个系列的试验,试验所使用的基础配方屮 水泥和纤维素醚的掺量保持不变,改变可两分散胶粉和憎水 剂的品种和掺量,相应地对砂子的掺量进行调整3具体方案 如下:
(1)比较不同品种的可再分散胶粉对砂浆及系统性能的 影响,采用基础配方1:28%的水泥、0.2%的纤维素醚,3%的 可再分散胶粉、68.8%的石英砂;
(2)比较可再分散胶粉掺量对砂浆和系统性能的影响, 采用基础配方2:28%的水泥的纤维素醅,114%的 ELOTEX柔性VA/E粉末,其余为.石英砂;
(3)比较不同憎水剂及其掺量对砂浆粘结强度和系统吸 水量的影响,采用基础配方3:28%的水泥、0.2%的纤维素醚、 2.5% 的 ELOTEX 柔性 VA/E 粉末、0~0.3% 的 EL0T£X 硅烷
基粉末SEA丨.80或硬脂酸钙,其余为石英砂。
1.3试验方法
按设计的配方准确称取原料,并在干粉状态卜搅抨均 匀,S水泥胶砂搅拌机中加水搅拌2 min,加水量为20%~ 21%,静置 15 miHlSf•工搅拌 15 s,按 JG 149-2002 规定 的方法进行相关的试件成型.养扩和测试,,
2结果与讨论
2.1不同品种的可再分散胶粉对砂浆及系统性能 的影响
采用基础配方丨进行试验,测试的主要性能包括:抗冲 击强度,砂浆与聚苯板的原粘结强度和耐水粘结强度,吸水 量。,外保温系统的抗冲击强度的概念是:将•定质量的球 从一定的高度自由落下至外保温系统的表面,系统表面不产 生裂纹时所能承受的钢球最大势能。显然,抗冲击强度也是 系统抗裂性能的反映。试验结果如表1所示。
表〗不同品种的可再分散胶粉对砂浆粘结强度及系统吸水量和抗冲击强度的彩响
项 a试件的养护条件3%VA/E胶粉3%憎水性胶粉3%VA/VEOVA 胶粉
与聚苯板的粘结强度/MPa14 d标养0.16(EPS 板 100%破坏)0,11 (EPS 板 5%破坏)«.14(KPS 板 70%破坏)
7 d标养+7 d浸水0.11 (EPS 板 10%破坏)0,08(KPS板无破坏)a〇8(EPS板无破坏)
系统吸水量/(g/m2)28 d标养8504501100
抗冲击强度/J28 d标养1032
从表1的结果可以看出,添加VA/E胶粉的砂浆与聚苯合行业标准的要求外,砂浆的耐水粘结强度、用该砂浆制作
板具有良好的十态粘结强度和耐水粘结强度,用这种砂浆制的系统的吸水量和抗冲击强度均未达到行业标准要求4
作的系统具有高得多的抗冲击强度,但吸水量未能达到行业标准的2.2 柔性VA/E胶粉的掺董对砂浆粘结强度和系
 
要求g/m2);添加T憎水性胶粉配制的眇浆制作的系 统吸水量和抗冲击强度刚达标,但是该砂浆的干态粘结强度 *低,而耐水粘结强度未达到不小0.1 MPa的标准要求;添 加VA/VEOVA粉末的砂浆除与聚苯板的干态粘结强度符
统抗冲击性能的影响
采用基础配方2进行试验,测试的主要性能包括:添加 不同量VA/E胶粉的砂浆与聚苯板的粘结强度和采ffl这些 砂浆制作的系统的抗冲击强度。试验结果列于表2。
表2不同掺置的VA/E胶粉对砂浆粘结强度和系统抗冲击性能的影响
项 冃试件的养护条件1%VA/E胶粉2%VA/E胶粉2.5%VA/E 胶粉3%VA/E胶粉4%VA/E胶粉
与聚苯板的粘结14 d标养0.08
(EPS板无破坏)(EPS板20%破坏)0.15
(EPS板80%破坏)0.16
(EPS板100%破坏)0.16
(EPS板丨00%破坏)
强度/MPa7 d标养+7 d浸水0,06
(Ers板无破坏)0.08
{EPS板无破坏)0.11
(EPS板10%破坏)0.11
(EiPS板10%破坏)0.1.1
(EPS板10%破坏)
抗冲击强度/J28 cl标养0.53710多15
注:未掺VA/E胶粉时,14 d标养和7 d标养+7 d浸水的粘结强度分別为0.02MPii,KPS均无破坏;28 d标养抗冲*强度小寸-
0.5
 
从表2的试验结果可以看出,随着聚合物掺量的提高,外 保温系统的抗冲击强度M著增加,这也说明砂浆的柔性随聚 合物掺量的增加而提高£砂浆与聚苯板的粘结强度亦有随胶 粉掺量的增加而增加的趋势t但是当掺M达到3%后再增加 掺量,干态粘结强度和耐水粘结强度fl乎没有增加E当VA/E 胶粉的掺量在2.5%以上时,砂浆与聚苯板的粘结强度及其
NEW BUILDINO MATERIALS .51.
系统的抗冲击强度均吋以满足行业标准的要求3
将表1和表2的结果结合起來看,就不难发现,可再分 散胶粉的品种和掺量对薄抹灰外保温系统抗冲击强度只-有 至关重要的影响。我们知道外保温系统的最大技术难题就是 防止开裂■=为了有效防止开裂,需耍选择合格的网格布,控M 增强防护层的厚度,控制网格也在增强层中的深度等等,因 为这些W素都将对系统的抗冲击强度产生非常明M的影响。 系统的抗冲击强度越卨,系统的抗裂性越好。对外保温系统 使用的中.组分砂浆来说,选择使系统抗冲击强度得到更大程 度提高的可再分散胶粉是提高系统抗裂能力的一个重要的 技术手段=
为了更好地说明不同品种的可再分散胶粉对系统抗冲 击性能具有不|5]改善程度的原因,我们在公司瑞士总部研究 中心测试_广使用不同可再分散胶粉所制作的聚合物膜的应 力一应变曲线,为了模拟可再分散胶粉在水泥桨体中的真实 环境,将胶粉分敗在水泥料浆的滤液中制备成膜,然后在23 t和相对湿度50%下养护S d,依据DIN EN ISO 527测试 聚合物膜的应力一应变曲线,如图1所示3
从图1可知,由柔性VA/F:胶粉获得的薄膜在断裂时的 应赍(伸长)以及应力是VA-VE0VA薄膜的2倍;由憎水性 聚合物粉末获得的薄膜不仅断裂应力较VA/E膜低得多,而 且其断裂应变在3种薄膜中是最低的„另外,应力一应变曲 线F的面积反映了聚合物膜的韧性。从图1还可知,由柔性 V A/E胶粉获得的薄膜的应力一应变曲线下的面积大约是由 其它2种胶粉获得的薄膜的3倍,说明EVA薄膜的韧性较 后两者高得多。聚合物膜的韧性对其改性的砂浆抗冲击性能 有关键性的影响,这可能就fi为什么在其它条件基本相同的 情况下采用VA/E胶粉改性的抹面砂浆具有最佳的抗冲击 强度的原因,3
2.3不同憎水剂及其摻量对砂浆粘结强度和系统 吸水量的影响
采用基础配方3进行试验,测试的主要性能包括:同时 添加VA/E胶粉和不同品种、不同掺fi憎水剂的砂浆3聚苯 板的干态和湿粘结强度及系统的吸水量:试验结果列于表夂 从表3的结果可以看出,配方中掺加SEALS0对系统 吸水量的降低作用是非常明显的=■从耐水钻结强度来看,添 加SEAL80可明显提高砂浆句聚苯板的耐水粘结强度,特别 是浸水后再在标准条件下干燥i d后的粘结强度(依据北京 地方标准测试)。添加0.5%硬脂酸钙的砂浆制作的系统的吸 水量也有明显的下降,但是,这种砂浆与聚苯板的粘结强度 却明显降低C
SEAL80是表面进行了特铢处理的硅烷基粉末,具有极 佳的亲水性,可在水中迅速均匀分散。添加SEAI.80的聚合物 干粉砂浆加水拌合后,能够很快被水润湿并迅速搅拌均匀=
表3不同惜水剂及其掺量对砂浆粘结强度和系统吸水量的影响
项 a养护条件未掺憎水剂0_1%SEAL800.2%SEAL800.3%SEAI,800.5%硬脂酸钙
14 d标养0.15
(EPS板100%破坏)0.15
(EPS板100%破坏)0.15
(EPS板〖00%破坏)0.15
(EPS板丨00%破坏)0.06
(EPS板无破坏)
与聚苯板的粘结 强度/VIPa7 d_ +7 d浸水0.10
(EPS板10%破坏)0.12
(EPS板丨0%破坏)0,12
(F:?S板10%破坏)0.12
(EPS板10%破坏)0.05
(EPS板X破坏)
14d 标养
沒水标养an
(EPS板10%破坏}0.12
(EPS板10%破坏)CU3
{EPS板20%破坏)CL14
(EPS板30%破坏)0.05
(EPS板无破坏)
系统吸水28 ci标养85B7454S0420426
抗冲击强度/J28 d标养77777
 
SEA丨.80在水泥的高碱性环境F水解形成高反应活性的硅烷 醇基团,硅烷醇基团再与水泥水化产物中的羟基进行不可逆 反应,从闹使硬化水泥砂浆中孔壁的表面获得了憎水性。这 ---系列的化学反应使原本不憎水的聚合物砂浆在经过一段 时间的硬化后,变成了表而及内部均具憎水件的砂浆。正是 因为添加丫 SEAL80的聚合物砂浆在新拌状态_K没有憎水   性,才使得新拌砂浆可以充分湿润聚苯板,从而使二者之间 能获得允分紧密的结合,最终达到极佳的粘结强度。硬脂酸 钙与SEAL80完全不R,由于其本身具有很强的憎水性,使它 在水中无法快速润湿和溶解e当加水拌合添加了硬脂酸钙的 干粉聚合物砂浆时,会发现砂浆T粉难以润湿,需要较长的 时间才能搅拌均匀。从聚合物砂浆与聚苯板粘结试件的破坏 面来看.聚苯板完好X损,说明含硬脂酸钙的聚合物砂浆与 聚苯板不能紧密结合,这很有可能是添加硬脂酸钙的砂浆对 聚苯板的湿润性太差造成的■>这样容易导致界而处的机械咬 合力大火降低,同时也可能导致界面处的聚合物膜小' 能进行 有效的桥连3
另外,我们在试验过S屮还发现添加悄水性胶粉的T'粉 聚合物砂浆也较难被水润湿.这可能也是该砂浆与聚苯板粘 结强度偏低的原因之一。
2.4聚合物改性砂浆与聚苯板界面区的微观结构
图2为添加了 SF从80和VA/E胶粉的砂浆与聚苯板界 面区的光学i微照片,从照片中我们可以看出经聚合物改性 的抹面砂浆能够湿润憎水性极强的聚苯板基层I过现察砂 浆在界面处凹凸分布可以说明其极佳的润湿能力,从而使得 新拃砂浆可以嵌人到聚苯颗粒之间。图3为在扫描电子显微 镜_K观察到的聚合物砂浆与聚苯板界面区的显微照片,可以 发现砂浆与聚苯板紧密地镶嵌在一起。显然,聚合物砂浆与 聚苯板的粘结力主要来S于2个方面:界面处聚合物砂浆嵌 人聚苯板表面缝隙.后产生的机械咬合力,界面处聚合物膜对 聚苯板一砂浆界面处的收缩裂缝进行桥连产生的结合力。采 用VA/E胶粉配合SEA丨册制备的砂浆可以在这两方面均达 到良好的效果。
3结论
(1)添加不同品种的可再分散胶粉的砂浆及由该砂浆制 作的薄抹灰外保温系统的性能差距很大,单独使用一种可再 分散胶粉配制砂浆很难使砂浆和系统的各项性能都满足JG 149-2002的要求;
(2)掺加适量的柔性VA/E胶粉可以使系统获得掖佳的 抗冲击强度,因而特别适合于配制薄抹灰外保温系统的抹面 砂浆;
(3)柔性VA/E胶粉的掺量对外保温系统的性能冇关键 性的影响,当其在胶粘剂和抹面砂浆屮掺量为2.5%-3%时, 系统町获得优异的枯结强度和抗冲击强度;
(4)SEAL80对降低系统的吸水量有明显的作肌在抹面 砂浆中另添加0.2%~0.3%的SEALS0可以将系统吸水量控制 在500 g/m2以内;
(5)掺加SEAL80不会降低系统的干态枯结强度,反而叶 提高系统的耐水枯结强度;
(6)硬脂酸钙类憎水剂在降低系统吸水量的同时,会使 系统的粘结强度急剧下降。