可再分散膠粉在特種干砂漿產(chǎn)品中的作用

可再分散膠粉在特種干砂漿產(chǎn)品中的作用前言建筑砂漿在工業(yè)與民用建筑中是一種用量大、用途廣的建筑材料。建筑砂漿有現(xiàn)場配制和商品化兩種形式，目前在歐美發(fā)達國家砂漿商品化的程度已很高，這是因為干拌的袋裝或散裝砂漿可以達到加快施工現(xiàn)場周轉(zhuǎn)時間、降低勞動力成本、適應(yīng)基層和材料品種的變化、提高施工質(zhì)量和保護環(huán)境的效果。與現(xiàn)場攪拌的砂漿相比，干拌砂漿是通過針對特定產(chǎn)品將所有必要的組份（如膠凝材料、骨料和化學(xué)添加劑）在嚴格控制的條件下在干拌砂漿工廠混合生產(chǎn)的。預(yù)裝袋的干拌砂漿會保證高品質(zhì)的穩(wěn)定的膠凝材料、骨料和添加劑始終以適當(dāng)?shù)谋壤M行混合，因此確保砂漿一貫的高品質(zhì)。此外，在采用干拌砂漿時，可以針對某些類型的建筑或材料特殊要求而設(shè)計可以解決某些具體問題的產(chǎn)品。從使用功能上看，干拌砂漿產(chǎn)品分為兩大類：普通干拌砂漿和特種干拌砂漿。普通干拌砂漿包括砌筑、抹灰和地面找平砂漿；特種干拌砂漿產(chǎn)品包括瓷磚膠、保溫系統(tǒng)粘結(jié)砂漿和抹面砂漿、自流平砂漿、膩子、裝飾抹灰和干粉涂料、瓷磚填縫劑、修補砂漿和防水密封砂漿等。在這些干砂漿產(chǎn)品中，除了出自自然界的骨料、石灰、水泥和石膏等材料，還要加入各種添加劑以獲得可以滿足用戶具體要求的特性。目前全球有超過600家的大型干混砂漿廠，每年大約有七千萬噸的產(chǎn)量，其中估計四分之三為普通干混砂漿產(chǎn)品，包括砌筑砂漿、抹灰/批蕩砂漿和找平砂漿，其余為特種干砂漿產(chǎn)品，估計年產(chǎn)量在一千五百萬到二千萬噸。在特種干砂漿產(chǎn)品中用量最大的三種產(chǎn)品為：1)瓷磚膠，幾乎占了總產(chǎn)量的一半；2)保溫系統(tǒng)的粘結(jié)和抹面砂漿；3)自流平砂漿。與普通干砂漿相比，特種干砂漿產(chǎn)品更多地依賴于兩種主要的添加劑–可再分散膠粉和纖維素醚進行改性。下面我們重點討論可再分散膠粉在特種干砂漿產(chǎn)品中的作用機理及應(yīng)用?？稍俜稚⒛z粉的作用機理生產(chǎn)可再分散聚合物膠粉的第一步是生產(chǎn)聚合物分散體，也稱為乳液或乳膠。這里需要指出的是國民淀粉化學(xué)有限公司所有Elotex產(chǎn)品均以水性聚合物分散體為基礎(chǔ)，不含任何溶劑。在這個過程中，水乳化的單體(由乳化劑或大分子保護膠體進行穩(wěn)定)與引發(fā)劑反應(yīng)開始進行乳液聚合，通過這一反應(yīng)使單體連接起來形成長鏈分子(宏觀大分子)，即聚合物。在這一反應(yīng)過程中，單體乳化液滴轉(zhuǎn)變?yōu)榫酆衔铩肮腆w”顆粒。在這種聚合物乳液中，顆粒表面的穩(wěn)定劑必須防止乳膠在任何情況下發(fā)生聚結(jié)并由此出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)。然后通過添加不同的添加劑配制成用于進行噴霧干燥的混合物，再添加保護膠體和抗結(jié)塊劑使聚合物在噴霧干燥后形成能夠在水中再分散的自由流動的粉末。ELOTEX通過特殊的產(chǎn)品設(shè)計確保其生產(chǎn)的可再分散膠粉在干砂漿加水?dāng)嚢韬罂裳杆俜稚??？稍俜稚⒛z粉的生產(chǎn)過程示意簡圖如圖1所示；其典型的物理性能如表1所示。

圖1：可再分散膠粉的生產(chǎn)過程示意簡圖表1：可再分散膠粉典型的物理性能性能指標(biāo)外觀白色到淺黃色自由由流動粉末殘余水分小于1%容積密度400–6000g/ll灰份1%-13..5%粉末主導(dǎo)粒徑50–1200微米再分散后的pH值值4–12最低成膜溫度0–18C玻璃化溫度Tgg-5–25C再分散后顆粒主導(dǎo)導(dǎo)粒徑0.5–5微米了解乳膠的成膜機理是對可再分散膠粉進行進一步討論的前提。圖2所示的簡化圖形說明了聚合物乳液成膜過程中的不同階段：初始乳液–顆粒以布朗運動的形式自由移動；第一階段–隨著水分的蒸發(fā)，顆粒的移動自然受到了越來越多的限制，水與空氣的界面張力促使它們逐漸排列在一起；第二階段–顆粒開始相互接觸時，網(wǎng)絡(luò)狀的水分通過毛細管蒸發(fā)，施加于顆粒表面的高毛細張力引起乳膠球體的變形使它們?nèi)酆显谝黄?，剩余的水分填充在孔隙中，膜大致形成；第三階段–最后階段是聚合物分子的擴散(有時稱為自粘性)形成真正的連續(xù)膜。

圖2：乳膠的成膜過程可再分散膠粉在聚合物改性砂漿中的成膜過程示意圖如圖3所示：可再分散膠粉分布在攪拌均勻的干砂漿中，砂漿加水?dāng)嚢韬缶酆衔锓勰┲匦路稚⒌叫掳铦{體內(nèi)而再次乳化；由于水泥的水化、表面蒸發(fā)和/或基層的吸收造成內(nèi)部孔隙自由水分不斷消耗，使乳膠顆粒干燥后在水中形成不溶于水的連續(xù)膜，這種連續(xù)膜是通過乳液中單一分散的顆粒融合成均質(zhì)體而形成的。為了使可再分散膠粉能夠在硬化砂漿內(nèi)成膜，必須保證其最低成膜溫度(MFFT)低于改性砂漿的養(yǎng)護溫度。圖4為掃描電子顯微鏡下在聚合物改性水泥砂漿中在不同位置包括砂漿-基層界面區(qū)、砂漿-集料界面區(qū)和砂漿內(nèi)部觀察到的乳膠膜。從這些顯微結(jié)構(gòu)照片可以發(fā)現(xiàn)乳膠所形成的薄膜分布在砂漿中不同的位置，包括基層-砂漿界面、孔隙之間、孔壁周圍、水泥水化產(chǎn)物之間、水泥顆粒周圍、集料周圍和集料-砂漿界面，如圖5所示。正是這些分布在聚合物改性砂漿中的乳膠膜使其獲得了剛性水泥砂漿無法具備的特性。由于乳膠膜具有自拉伸機制，可對其與基層或砂漿錨接之處施加拉力。在聚合物改性砂漿與基層的界面，這種作用可以改善砂漿與不同基層的粘結(jié)性能，如高?；纱u和聚苯板等。在砂漿的內(nèi)部這樣的作用可以將其保持為一個整體，換言之，砂漿的內(nèi)聚強度提高了。高柔性和高彈性聚合物區(qū)域的存在對砂漿粘結(jié)性能和柔性的改善可以從圖6和圖7的試驗結(jié)果得到證明：隨著可再分散膠粉摻量的增加，砂漿與混凝土基層的粘結(jié)強度獲得顯著提高；而砂漿本身的彈性模量明顯下降，說明其柔性獲得了改善。可再分散膠粉的顆粒形態(tài)（見表1）及其再分散后的成膜特性使其對砂漿在新拌和硬化狀態(tài)下的性能產(chǎn)生了如下作用效果：1．在新拌砂漿中的作用顆粒的“潤滑作用”使砂漿拌和物具有良好的流動性，從而獲得更佳的施工性能。引氣效果使砂漿變得可壓縮，因而更容易進行鏝抹作業(yè)。摻加不同類型的可再分散膠粉可以獲得塑性更好或更粘稠的改性砂漿。2．在硬化砂漿中的作用乳膠膜可對基層-砂漿界面的收縮裂縫進行橋連并使收縮裂縫得以愈合。提高砂漿的封閉性。提高砂漿的內(nèi)聚強度：高柔性和高彈性聚合物區(qū)域的存在改善了砂漿的柔性和彈性，為剛性的骨架提供了內(nèi)聚性和動態(tài)行為。當(dāng)施加作用力時，由于柔性和彈性的改善會使微裂縫推遲，直到達到更高的應(yīng)力時才形成?；ハ嘟豢椀木酆衔飬^(qū)域?qū)ξ⒘芽p合并為貫穿裂縫也有阻礙作用。因此，可再分散膠粉提升了材料的破壞應(yīng)力和破壞應(yīng)變。圖3：可再分散膠粉在聚合物改性砂漿中的成膜過程示意圖

圖4：聚合物改性砂漿在掃描電鏡下的微結(jié)構(gòu)

圖5：乳膠膜在聚合物改性砂漿中的分布示意圖（以瓷磚膠為例）

圖6：可再分散膠粉的摻量對砂漿粘結(jié)強度的影響

圖7：可再分散膠粉的摻量對砂漿彈性模量的影響可再分散膠粉在典型的特種干砂漿產(chǎn)品中的應(yīng)用聚合物對水泥砂漿的改性使二者獲得了互補的作用效果，從而使得聚合物改性砂漿可以用于許多特殊的場合。另外，由于干拌砂漿在質(zhì)量控制、施工操作、儲存和環(huán)保方面的優(yōu)勢，可再分散膠粉為特種干砂漿產(chǎn)品的生產(chǎn)提供了有效的技術(shù)手段。如前所述，特種干砂漿產(chǎn)品中用量最大的三個品種是瓷磚膠、外墻外保溫系統(tǒng)中的粘結(jié)和抹面砂漿以及自流平砂漿，結(jié)合上面對可再分散膠粉作用機理的分析，我們討論一下它在這三種典型特種干砂漿產(chǎn)品中的作用。1)瓷磚膠由于瓷磚具有良好的裝飾性和功能性如耐久、防水和易清潔等特點，它的應(yīng)用非常普遍：包括墻面、地板、天花板、壁爐、壁畫和游泳池等，而且室內(nèi)外均可使用。瓷磚傳統(tǒng)的粘貼方法是厚層施工法，即先將普通砂漿涂抹在瓷磚背面，然后將瓷磚貼壓到基層上，砂漿層的厚度約為10到30mm。盡管這種方法非常適合于在不平整基層上進行施工，但缺點是貼磚效率低、對工人技術(shù)熟練程度要求高、由于砂漿柔性差增大了脫落的危險性以及施工現(xiàn)場難以對砂漿的質(zhì)量進行嚴格控制。這種方法僅適用于高吸水率瓷磚，粘貼瓷磚之前需要將瓷磚在水中浸泡以期達到足夠的粘結(jié)強度。目前在歐洲大量采用的貼磚方法是所謂的薄層粘法，即使用齒形抹刀預(yù)先將經(jīng)聚合物改性的瓷磚膠批刮到待貼磚的基層表面上使其形成有凸起條紋且厚度均勻的砂漿層，然后將瓷磚按壓在它的上面并略加扭轉(zhuǎn)，砂漿層的厚度大約在2到4mm（見圖8）。由于纖維素醚和可再分散膠粉等的改性作用，使用這種瓷磚膠對不同類型的基層以及包括吸水率極低的全?；u等面層均具有良好的粘結(jié)性能，并具有良好的柔性從而吸收由于溫差等因素引起的應(yīng)力，以及極佳的抗垂流性、足夠長的開放時間進行薄層施工時可以大大加快施工速度、易于操作而且無需在水中預(yù)濕瓷磚。這種施工方法操作簡便，也容易進行現(xiàn)場施工質(zhì)量控制。2)外墻外保溫系統(tǒng)外墻保溫和裝飾系統(tǒng)(EIFS)是多層外墻體系，能夠防止潮氣侵入內(nèi)墻，可用于商業(yè)建筑和民用住宅，可以提供優(yōu)異的能源利用效率和高得多的設(shè)計靈活性和創(chuàng)意性。這一系統(tǒng)目前在中國的建筑物外墻復(fù)合保溫系統(tǒng)中也獲得了越來越多的應(yīng)用。該系統(tǒng)是將保溫隔熱板如膨脹聚苯板粘結(jié)在基層上，然后在表面覆蓋嵌有玻璃纖維網(wǎng)的砂漿保護層，最后做裝飾面層。對外保溫系統(tǒng)中的聚合物改性粘結(jié)砂漿而言最重要的性能是與基材或聚苯板的粘結(jié)強度；對抹面砂漿而言最重要的是與聚苯板良好的粘結(jié)強度、復(fù)合網(wǎng)格布后優(yōu)異的抗沖擊強度和低吸水量。在外保溫系統(tǒng)中最薄弱的環(huán)節(jié)是聚苯板與砂漿的粘結(jié)界面；而在實際工程中最容易出現(xiàn)的問題是面層的開裂。而通過聚合物對砂漿的改性，可以使其與聚苯板的粘結(jié)強度、耐水粘結(jié)強度以及與系統(tǒng)抗開裂性能密切相關(guān)的系統(tǒng)抗沖擊性能和系統(tǒng)吸水量滿足相關(guān)標(biāo)準的要求。圖9所示的一個簡單試驗可以充分說明聚合物改性后砂漿對聚苯板粘結(jié)強度的顯著改善：從未改性砂漿在拉拔破壞時由界面脫落到添加2.5%的ELOTEX可再分散膠粉（VA/E）進行改性后在拉拔破壞時聚苯板本身破壞。圖9：可再分散膠粉改性后砂漿對聚苯板粘結(jié)強度的改善3)自流平砂漿在歐洲大體上有兩種不同的地面構(gòu)造，即浮動式（中歐）和復(fù)合式（斯堪的那維亞國家）地面構(gòu)造。浮動式地面鋪設(shè)在隔音層上面，與建筑物的承重底板或墻壁沒有任何接觸，在終飾地板面層(如地毯，PVC或木地板)下面，常使用薄層自流平地面材料進行找平。在復(fù)合式地面構(gòu)造中一般不使用隔音層，而是在承重地板上面鋪設(shè)一層較厚的可泵自流平地面找平層，地板面層直接鋪設(shè)在該找平層上。對自流平砂漿性能的要求是比較高的，在新拌狀態(tài)下應(yīng)具有極佳的流動特性并盡可能少用拌和水，無泌水或沉降現(xiàn)象，極佳的自愈性，較長的開放時間和工作時間，而且在足夠的開放時間過后強度應(yīng)快速增長；在硬化狀態(tài)下對基層具有良好的粘結(jié)性，良好的內(nèi)聚性，高抗折強度，高耐磨性和低收縮性或膨脹性。自流平砂漿的配方在干粉砂漿產(chǎn)品中是比較復(fù)雜的，常采用干酪素或合成減水劑使砂漿達到所需要的流動度。此外，自流平砂漿中還必需添加聚合物改性才能達到上述要求。ELOTEX為自流平砂漿特別設(shè)計的可再分散粉末聚合物產(chǎn)品也具有改善流動性的作用，因此可以與系統(tǒng)中的超塑化劑共同使用，如FL1212、50V909和50E100S等。另外，ELOTEX還專門開發(fā)了具有超塑化功能的可再分散膠粉，并能夠滿足嚴格的環(huán)保規(guī)定，可以以最簡化的配方獲得具有優(yōu)異的流動性、施工性和極低揮發(fā)性的自流平砂漿。結(jié)語聚合物改性的水泥基材料已廣泛應(yīng)用