胶粉在砂浆中的功能及耐久性初探

李玉海

 

同济大学材料学院

 摘要：

 

可再分散乳胶粉是特种干混砂浆中的重要添加剂，对于改善砂浆的性状有明显的改变，如提高砂浆的内聚力、提高砂浆对于特殊基面的拉拔强度、降低砂浆的弹性模量等等，这些性状可以从前人的文宪中了解清楚。从可再分散乳胶粉广泛应用以来，其它类形的胶粉也出现在砂浆市场，这类冠以不同名称的胶粉在砂浆中作用机理及表现一直没有一个清晰的概念，本文对于文宪中可再分散乳胶粉在砂浆中的作用机理作了综合，并结合与其它类形胶粉的对比测试，讲述作者的发现，供砂浆厂家及相关技术人员选用及研究参考。

 

 

关键词：可再分散乳胶粉，胶粉

 

A study on performance and durability of re-dispersionable polymer and other polymer

 

Li Yu hai

                                    

TongJi university college of material Science and Engineering

 

Abstract:

 

Re-dispersionable powder is one of most important raw material for dry-mortar. It great improve the performance of mortar such as: improve cohesion, improve bonding strength on special substrate, low down E mould.  Those function have been approve by some many study job. Recently, due to widely accept and using of all kinds of special dry mortar products, there have lots of other kinds powder in market, they all call themselves polymer powder, the function of those powder does not so clear, so we make so test to clarify that those kinds of polymer powder total different from Re-dispersionable powder.

 

 

Key word：Re-dispersion able powder，polymer powder

 

 

前言

 

近年来，由于各类特种干粉砂浆产品逐渐被人们接受并得到广泛应用，作为特种干粉浆的主要添加剂之一的可再分散乳胶粉也越来越被人们所关注，于是也逐渐出现了冠以各类定语的胶粉，有多聚胶粉、树脂胶粉、水性树脂胶粉等等；以瓦克为代表的几个国外胶粉厂家多年的宣传使得砂浆厂家的技术人员对于可再分散胶粉在砂浆中的功能有了一定的解，而其它类形的胶粉在砂浆中的性状与耐久方面的表现还一直没有一个清晰的概念，笔者将文宪中关于可再分散乳胶粉在砂浆中的微观性状及宏观表现综合在一起，并将自己的一些测试结果展示给大家。

 

可再分散胶粉的作用机理

 

可再分散乳胶粉是将聚合物乳液通过添加不同的添加剂配制成可用于喷雾干燥的混合物，再添加保护胶体和抗结块剂使聚合物在喷雾干燥后形成能够在水中再分散的自由流动的粉末。可再分散乳胶粉分布在搅拌均匀的干砂浆中，砂浆加水搅拌后聚合物粉末重新分散到新拌浆体内而再次乳化；由于水泥的水化、表面蒸发和/或基层的吸收造成砂浆内部的孔隙自由水分不断消耗，及水泥提供的强碱性环境，使得乳胶颗粒干燥后在砂浆中形成不溶于水的连续膜，这个连续膜是通过乳液中单一分散的颗粒融合成均质体而形成的。正是这些分布在聚合物改性砂浆中的乳胶膜存在，使聚合物改性砂浆获得了刚性水泥砂浆无法具备的特性：

 

由于乳胶膜具有自拉伸机制，可对其与基层或砂浆锚接之处施加拉力，在聚合物改性砂浆与基层的界面处，这种作用可以改善砂浆与不同基层的粘结性能，如对于高质密度瓷砖和聚苯板等特殊基面的粘结力；

 

在砂浆的内部这样的作用可以将其保持为一个整体，换言之，砂浆的内聚强度提高了，随着可再分散胶粉掺量的增加，砂浆与混凝土基层的粘结强度获得显著提高；

 

高柔性和高弹性聚合物区域的存在对砂浆粘结性能和柔性的改善可以从图1和图2的试验结果得到证明，而砂浆本身的弹性模量明显下降，说明其柔性获得了改善。

 

图3为扫描电子显微镜下在聚合物改性水泥砂浆中在不同龄期时，砂浆内部观察到的乳胶膜。从这些显微结构照片可以发现乳胶所形成的薄膜分布在砂浆中不同的位置，包括基层-砂浆界面、孔隙之间、孔壁周围、水泥水化产物之间、水泥颗粒周围、集料周围和集料-砂浆界面。

图3 不同龄期的可再分散乳胶粉改性砂浆电镜扫描照片

 

 

正是这些分布在可再分散乳胶粉改性的砂浆中的乳胶膜使其获得了刚性水泥砂浆无法具备的特性：

 

• 乳胶膜可对基层-砂浆界面的收缩裂缝进行桥连并使收缩裂缝得以愈合。
• 提高砂浆的封闭性。
• 提高砂浆的内聚强度：高柔性和高弹性聚合物区域的存在改善了砂浆的柔性和弹性，为刚性的骨架提供了内聚性和动态行为。当施加作用力时，由于柔性和弹性的改善会使微裂缝推迟，直到达到更高的应力时才形成。
• 互相交织的聚合物区域对微裂缝合并为贯穿裂缝也有阻碍作用。因此，可再分散胶粉提升了材料的破坏应力和破坏应变。

 

聚合物对水泥砂浆的改性使二者获得了互补的作用效果，从而使得聚合物改性砂浆可以用于许多特殊的场合。另外，由于干拌砂浆在质量控制、施工操作、储存和环保方面的优势，可再分散胶粉为特种干砂浆产品的生产提供了有效的技术手段。

 

基于可再分散乳胶粉在砂浆中的作用机理，我们作了一些对比测试来验证当前市场上的另一种也被称作胶粉材料在砂浆中的表现。

 

1.     原材料与试验结果

1.1 原材料

   

水泥：         海螺牌42.5级普通硅酸盐水泥

    砂：          河砂，含硅量86%，细度为50-100目

纤维素醚：        采国产的粘度为30000-35000mpas (Brookfield 粘度计，  主轴6，速度20)

    重钙粉：      重质碳酸钙粉，细度为325目

乳胶粉：          VAE基可再分散乳胶粉，Tg值为-7℃,这里称为：可再分散乳胶粉

木质纤维：     JS公司的ZZC500

市售胶粉：     一种市售的胶粉，这里称为：市售胶粉97 

 

力学测试配方为：

实验室标准试验条件：温度（23±2）℃，相对湿度（50±5）％，试验区的循环风速小于0.2m/s。

 

模塑膨胀聚笨乙烯板，容重为18公斤/立方米，切成400×400×5mm.

  

 

2．试验结果：

 

2．1 不同养护时间下的拉伸强度：  

 

试样制作参照JG149-2003中砂浆拉伸粘结强度的测试方法进行。这里养护制度为：试样成形后在实验室标准条件下养护一天，然后放入50度烘箱中，第一周的测试为：在50度烘箱放置到第6天，取出，粘拉拔测试头，第7天测试一组拉拔强度。第二周的测试为：在50度烘箱放置到第13天，取出，粘拉拔测试头，第14天测试一组拉拔强度。第三周、第四周。。。以此类推。

从结果我们可以看到，可再分散乳胶粉在砂浆中随着在高温环境的时间增多，其强度是逐惭增长并保持的，这是与可再分散乳胶粉在砂浆中会形成乳胶膜的理论是相符合的，存放时间越长，胶粉的乳胶膜会达到一定致密度，从而保证了砂浆对于EPS板这种特殊基面的粘结力。而市售胶粉97与其相反，其强度随着在高温环境存放的时间拉长，强度在下降。

图5、EPS板基面上拉拔测试后基面情况

Condition of EPS Substrate after Bonding test

 

从测试基面上也显示，可分散乳胶粉对于EPS板的破坏力一起保持，而市售胶粉97对于EPS板破坏力越来越差。

 

综合来讲，市售胶粉与可再分散乳胶粉是不同的作用机理，与可再分散乳胶粉这种成膜于砂浆内部各个部分，作为第二种胶凝材料来改善砂浆的各项物理性能的作用机理不一致。

 

结论:

 

1)    通过这个简单的测试表明，市售胶粉与可再分散乳胶粉具有不同的作用机理，不是通过提高砂浆的综合性能来改善砂浆对于特殊基面附着力的。

     

2)    文中所涉及的测试是作者基于实验室测试结果的描述，供砂浆生产厂家参考与验证。我们应用可再分散乳胶粉的一个重要原因是其能改变砂浆的综合性能：操作性、耐久性、柔韧性及对特殊基面的附着力，其中柔韧性的改善是最重要的性能，这应该是选用可再分散乳胶粉出发点。

 

3)    很多研究表明可再分散乳胶粉在砂浆分散成膜后会稳定地存在并一直起到提高砂浆综合性能的作用，我们同样应多作此系统测试来确保合适的材料以提高我们建筑的耐久性。