影響聚合物粘結(jié)砂漿粘結(jié)強(qiáng)度的試驗(yàn)因素研究

宋曉輝 彭京龍（中國建材檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)股份有限公司，北京100024）

1 前言

對(duì)于建筑物中的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，人們現(xiàn)在用的最有效的節(jié)能辦法就是給墻體做保溫，因此外墻外保溫系統(tǒng)現(xiàn)在有著比較廣泛的應(yīng)用。聚合物粘結(jié)砂漿是外墻外保溫系統(tǒng)中最關(guān)鍵的材料之一，主要用于外墻外保溫系統(tǒng)中保溫材料或保溫裝飾板與基礎(chǔ)墻體的粘結(jié)。它的粘結(jié)性能不僅會(huì)影響到外保溫系統(tǒng)的節(jié)能效果，更會(huì)直接影響到外墻外保溫系統(tǒng)的安全性和壽命。

隨著聚合物粘結(jié)砂漿行業(yè)的不斷發(fā)展，檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)運(yùn)而生。國外和國內(nèi)陸續(xù)制定了粘結(jié)砂漿的一些相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，有歐盟的技術(shù)認(rèn)證導(dǎo)則ETAG004[1]、JC/T992-2006[2]、JG 149-2003[3]、DBJ01-63-2002[4]（北京地方標(biāo)準(zhǔn)）和DB31/T366-2006[5]（上海地方標(biāo)準(zhǔn)）等。但是因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)的制定者、制定時(shí)間不同，技術(shù)歸口管理工作又不統(tǒng)一等原因，導(dǎo)致聚合物粘結(jié)砂漿標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)性較差。不同的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)相同的檢測(cè)項(xiàng)目在試驗(yàn)方法和養(yǎng)護(hù)條件上都不盡相同，并且有的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)具體的制樣和養(yǎng)護(hù)過程規(guī)定不嚴(yán)密。同一種產(chǎn)品因?yàn)檫x用的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)不同，檢驗(yàn)結(jié)果會(huì)有較大差異，因此有時(shí)會(huì)給產(chǎn)品的生產(chǎn)、使用等相關(guān)方及砂漿行業(yè)以誤導(dǎo)。

通過檢索文獻(xiàn)資料[6][7][8]等發(fā)現(xiàn)，人們比較注重研究聚合物粘結(jié)砂漿各種配方下的常溫常態(tài)強(qiáng)度和在保證常溫常態(tài)強(qiáng)度前提下如何改變配方來降低成本，對(duì)于粘結(jié)砂漿粘結(jié)強(qiáng)度與試驗(yàn)方法的關(guān)系，很少有人研究。

本文通過對(duì)國內(nèi)外聚合物粘結(jié)砂漿的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，結(jié)合國內(nèi)產(chǎn)品的實(shí)際使用要求、施工條件和檢測(cè)現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了多組試驗(yàn)方案，并對(duì)同一配方和不同生產(chǎn)廠家不同配方的聚合物粘結(jié)砂漿的粘結(jié)性能按照試驗(yàn)方案進(jìn)行試驗(yàn)比較，研究了聚合物砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度和試驗(yàn)方法的關(guān)系。

2 試驗(yàn)研究?jī)?nèi)容

主要研究了以下三方面內(nèi)容：

第一，研究了聚合物粘結(jié)砂漿常溫常態(tài)粘結(jié)強(qiáng)度與養(yǎng)護(hù)時(shí)間、養(yǎng)護(hù)環(huán)境和養(yǎng)護(hù)方式（樣品表面是否被覆蓋）之間的關(guān)系。

第二，研究了聚合物粘結(jié)砂漿耐水粘結(jié)強(qiáng)度與耐水時(shí)間、耐水后放置時(shí)間的關(guān)系。

第三，研究了聚合物粘結(jié)砂漿凍融粘結(jié)強(qiáng)度，主要側(cè)重在凍融循環(huán)次數(shù)和凍融循環(huán)方式對(duì)凍融強(qiáng)度的影響。

3 試驗(yàn)材料和設(shè)備

3.1 試驗(yàn)原材料和配比

試驗(yàn)采用了兩類樣品進(jìn)行試驗(yàn)，第一類為已知配方（下文稱“已知樣品”）。為了確保試驗(yàn)結(jié)果具有代表性，另選用了有其他多種配方粘結(jié)砂漿樣品進(jìn)行試驗(yàn)，因?yàn)闃悠份^多，試驗(yàn)結(jié)果取平均值（下文稱“平均樣品”）。

“已知樣品”配方組成及比例：河北冀東水泥（PO42.5）：40%；50-120目砂子：47.35%；CaCO3 325目：10%；可再分散膠粉FX2350：2.5%；粘度為15000cp的纖維素醚：0.15%。成型時(shí)水灰比為1：5。

試驗(yàn)中所采用的膨脹聚苯板的表觀密度為18.5kg/m3，其性能符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GB10801.1-2002[9]的要求。

3.2 試驗(yàn)設(shè)備

本試驗(yàn)中所用的主要儀器設(shè)備見表1。

表1 主要試驗(yàn)儀器設(shè)備

3.3 試件制作

制作時(shí)攪拌方式采用機(jī)械攪拌和手工攪拌復(fù)合攪拌方式，機(jī)械攪拌2分鐘、手工攪拌30秒，靜置5分鐘，使用前手工稍加攪拌，再成型試件。

成型時(shí)首先將成型框放在保溫板上，把配制好的粘結(jié)砂漿攪拌均勻后放入成型框內(nèi)填滿，用抹灰刀抹平。需要覆蓋養(yǎng)護(hù)時(shí)，覆蓋上保溫板。

3.4 試驗(yàn)條件與數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)條件：溫度（20士5）℃，相對(duì)濕度（30-60）%，試驗(yàn)拉伸速度為(5士1)mm/min。

粘結(jié)砂漿拉伸粘結(jié)強(qiáng)度按下計(jì)算:

P：拉伸粘結(jié)強(qiáng)度(MPa)；

F：破壞荷載（N）；

A：粘結(jié)面積(mm2)。

每組試件制樣6個(gè)，取值原則是當(dāng)一組試件發(fā)生同樣類型破壞，數(shù)據(jù)中最大值和最小值之差不超過中間值20%時(shí)取平均值，否則取中間4個(gè)的平均值，精確到0.001MPa。當(dāng)發(fā)生不同破壞類型破壞時(shí)，取其中相同破壞類型強(qiáng)度的平均值，如果不夠4個(gè)試樣，重新制樣測(cè)定。

4 試驗(yàn)方案、結(jié)果與討論

4.1 粘結(jié)砂漿常溫常態(tài)強(qiáng)度相關(guān)結(jié)果探討

4.1.1 試驗(yàn)方案的確定

相關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于粘結(jié)砂漿常溫常態(tài)強(qiáng)度的養(yǎng)護(hù)條件不盡相同， ETAG 004和DB31/T 366-2006要 求 養(yǎng) 護(hù) 28d，JC/T 992-2006、JG149-2003和北京地標(biāo)DBJ 01-63-2002等標(biāo)準(zhǔn)要求養(yǎng)護(hù)14d。DB31/T 366-2006和JC/T992-2006養(yǎng)護(hù)期間需要覆蓋，而ETAG 004 和JG149-2003等標(biāo)準(zhǔn)未有要求，另外結(jié)合實(shí)際外墻保溫施工時(shí)無固定養(yǎng)護(hù)條件，一般采用自然硬化的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了如下4種試驗(yàn)方案：

方案A：養(yǎng)護(hù)時(shí)間為14d，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)環(huán)境（23℃±2℃，50%±5%），無覆蓋；

方案B：養(yǎng)護(hù)時(shí)間為14d，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)環(huán)境（23℃±2℃，50%±5%），覆蓋聚苯板；

方案C：養(yǎng)護(hù)時(shí)間為14d，室溫養(yǎng)護(hù)環(huán)境（20℃±5℃，30%±10%），覆蓋聚苯板；

方案D：養(yǎng)護(hù)時(shí)間為28d，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)環(huán)境(23℃±2℃，50%±5%),覆蓋聚苯板。

4.1.2 試驗(yàn)結(jié)果與探討

試驗(yàn)采用了“已知樣品”和“平均樣品”分別進(jìn)行了大量試驗(yàn)，所得檢測(cè)結(jié)果如下。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

表2 粘結(jié)砂漿常溫常態(tài)強(qiáng)度

從以上檢測(cè)結(jié)果可以看出,不同的養(yǎng)護(hù)方式將嚴(yán)重影響到粘結(jié)砂漿的常溫常態(tài)粘結(jié)強(qiáng)度。養(yǎng)護(hù)期間相同條件下樣品覆蓋會(huì)比不覆蓋強(qiáng)度增加8%左右；標(biāo)養(yǎng)會(huì)比室溫養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度提高10%左右；覆蓋養(yǎng)護(hù)最好,無覆蓋略差，室溫養(yǎng)護(hù)最差。原因是覆蓋使粘結(jié)砂漿中水汽蒸發(fā)較慢，水泥得到了充分水化，發(fā)展了強(qiáng)度。室溫養(yǎng)護(hù)時(shí)粘結(jié)砂漿在聚苯板上成型后直接暴露在環(huán)境中，環(huán)境中濕度較小時(shí),粘結(jié)砂漿失水較快，使膠凝材料水泥缺乏前期水化時(shí)所需要的水分, 使得粘結(jié)強(qiáng)度不高。但是，養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加（14d到28d）對(duì)常溫常態(tài)粘結(jié)強(qiáng)度影響較小。

4.2 粘結(jié)砂漿耐水粘結(jié)強(qiáng)度相關(guān)結(jié)果探討

4.2.1 試驗(yàn)方案的確定

相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于耐水粘結(jié)強(qiáng)度檢測(cè)時(shí)在水中浸泡的時(shí)間和耐水結(jié)束取出后放置的時(shí)間要求有很大差異。ETAG 004中要求浸水2d后，取出2h后測(cè)試，DBJ 01-63-2002是水中浸泡48h，取出放24h再檢測(cè)，DB31/T 366-2006 則要求耐水7d，取出后干燥4h進(jìn)行檢測(cè)，JC/T 992-2006耐水7d，取出即可測(cè)試。綜合以上標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，設(shè)計(jì)了下列的耐水方式來測(cè)試粘結(jié)砂漿的耐水粘結(jié)強(qiáng)度。

方案A：14d標(biāo)養(yǎng)+2d水養(yǎng)+0h；

方案B：14d標(biāo)養(yǎng)+2d水養(yǎng)+4h；

方案C：14d標(biāo)養(yǎng)+2d水養(yǎng)+24h；

方案D：14d標(biāo)養(yǎng)+7d水養(yǎng)+0h；

方案E：14d標(biāo)養(yǎng)+7d水養(yǎng)+4h；

方案F：14d標(biāo)養(yǎng)+7d水養(yǎng)+24h；

注：方案A中“14d標(biāo)養(yǎng)+2d水養(yǎng)+0h”是指：養(yǎng)護(hù)14d后，放入水中浸泡2天，從水中取出后放置0小時(shí)進(jìn)行檢測(cè)。其他方案類同。

根據(jù)前期試驗(yàn)結(jié)果，考慮到周期問題，以下耐水試驗(yàn)和凍融試驗(yàn)均采取的前期養(yǎng)護(hù)方式為標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境（23℃±2℃；50%±5%）、養(yǎng)護(hù)時(shí)間14d、覆蓋式養(yǎng)護(hù)。

4.2.2 試驗(yàn)結(jié)果與探討

試驗(yàn)采用了“已知樣品”和“平均樣品”分別進(jìn)行了大量試驗(yàn)，試驗(yàn)所得檢測(cè)結(jié)果平均值見表3。

表3 粘結(jié)砂漿耐水粘結(jié)強(qiáng)度

從以上數(shù)據(jù)可以看出，耐水2天強(qiáng)度較耐水7天同條件下，強(qiáng)度小5%-10%左右。原因可能是由于有水的侵入，破壞了粘結(jié)砂漿和保溫板之間的錨固粘結(jié)力，影響了強(qiáng)度。結(jié)果也表明不論耐水2d還是耐水7d，放置時(shí)間24h時(shí)檢測(cè)拉伸粘結(jié)強(qiáng)度均最大，較放置0h、4h大10%-20%左右。原因可能是在粘結(jié)砂漿強(qiáng)度增長(zhǎng)的過程中,水泥的水化需要潮濕的環(huán)境,而聚合物一般是通過失水凝結(jié)成膜的,需要干燥的環(huán)境。在耐水試驗(yàn)中，取出放置24h時(shí)，為粘結(jié)砂漿中的聚合物成膜創(chuàng)造了條件，因此增大了強(qiáng)度，但是耐水后拿出0h和4h因?yàn)闀r(shí)間較短，強(qiáng)度變化不明顯。

4.3 粘結(jié)砂漿凍融粘結(jié)強(qiáng)度相關(guān)結(jié)果探討

4.3.1 試驗(yàn)方案的確定

凍融粘結(jié)強(qiáng)度是為模擬自然環(huán)境對(duì)砂漿強(qiáng)度的破壞而設(shè)定的一種老化試驗(yàn)。關(guān)于粘結(jié)砂漿凍融試驗(yàn)方法，不同的標(biāo)準(zhǔn)也有不同的描述。JC/T 992-2006標(biāo)準(zhǔn)中凍融的方式是在融（23℃±2℃）—凍（-20℃±2℃）二者循環(huán)交替，循環(huán)次數(shù)為10次，DBJ01-63-2002規(guī)定循環(huán)方式為烘（50℃±2℃）—融（20℃±1℃）—凍（-20℃±2℃）三者之間循環(huán)25次。因此本部分研究了同種樣品在相同循環(huán)方式而不同循環(huán)次數(shù)以及不同循環(huán)方式作用下粘結(jié)強(qiáng)度的變化情況，試驗(yàn)采用了以下兩種方案。

方案A:（23±2）℃水中浸泡8h，（-20±2）℃的條件中冷凍16h；分別進(jìn)行5、10、15次循環(huán)，分別以方案A5、方案A10、方案A15表示。

方案B:(50±2)℃干燥箱中16h,（23±2）℃水中浸泡8h，再置于（-20±2）℃冷凍24h，共計(jì)10個(gè)循環(huán)。

4.3.2 試驗(yàn)結(jié)果與探討

4.3.2.1 凍融循環(huán)方式對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果的影響

采取方案A和方案B對(duì)9種檢測(cè)樣品進(jìn)行檢測(cè)，所得檢驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 凍融循環(huán)后樣品的粘結(jié)強(qiáng)度

4.3.2.2 凍融循環(huán)次數(shù)對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果的影響

按照方案A對(duì)聚合物粘結(jié)砂漿進(jìn)行試驗(yàn)，經(jīng)過凍融循環(huán)后，粘結(jié)強(qiáng)度都明顯降低，經(jīng)過5次、10次、15次凍融循環(huán)后，拉伸粘結(jié)強(qiáng)度分別下降了15%、19%、24%。隨著循環(huán)次數(shù)增加，拉伸粘結(jié)強(qiáng)度損失逐漸增大。粘結(jié)砂漿是一種聚合物砂漿，主要膠凝材料為水泥。從微觀結(jié)構(gòu)分析，水泥砂漿硬化體是一個(gè)不連續(xù)、不密實(shí)的的多孔結(jié)構(gòu)。在濕潤潮濕的環(huán)境中，水容易充滿毛細(xì)孔，在凍融循環(huán)反復(fù)作用下，水分由水變?yōu)楸陀杀優(yōu)樗倪^程中，本身體積會(huì)發(fā)生變化，產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力反復(fù)直接作用于粘結(jié)砂漿孔結(jié)構(gòu)，粘結(jié)砂漿內(nèi)的微裂紋損傷將不斷擴(kuò)展、累積，這是粘結(jié)砂漿凍融后強(qiáng)度降低的主要原因。循環(huán)次數(shù)越多，微裂紋擴(kuò)散越嚴(yán)重，強(qiáng)度損失也越大。

按照方案B，經(jīng)過凍融循環(huán)后，大多數(shù)樣品的粘結(jié)強(qiáng)度與原強(qiáng)度基本相當(dāng)，并略有提高，最大提高了5%。原因是在凍融循環(huán)過程中，雖然冷凍時(shí)會(huì)損失一部分強(qiáng)度，但在烘箱中干燥處理時(shí)，聚合物成膜貢獻(xiàn)了一定強(qiáng)度，同時(shí)在水中時(shí)間較長(zhǎng)，又使水泥繼續(xù)充分水化，促進(jìn)了強(qiáng)度的增長(zhǎng)。因此，不是所有的凍融循環(huán)都使粘結(jié)強(qiáng)度降低，在比較產(chǎn)品的質(zhì)量時(shí)，不能簡(jiǎn)單看檢測(cè)結(jié)果，更應(yīng)該注意所采用的試驗(yàn)方法。

5 結(jié)語

本文對(duì)影響聚合物粘結(jié)砂漿粘結(jié)強(qiáng)度的試驗(yàn)因素進(jìn)行了研究。得出如下結(jié)論：（1）養(yǎng)護(hù)期間樣品覆蓋會(huì)比不覆蓋常溫常態(tài)粘結(jié)強(qiáng)度增加8%左右；（2）標(biāo)養(yǎng)會(huì)比室溫養(yǎng)護(hù)常溫常態(tài)粘結(jié)強(qiáng)度提高10%左右；（3）樣品常溫常態(tài)粘結(jié)強(qiáng)度會(huì)隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加（14d到28d）而增加，但幅度較??；(4)同條件下，粘結(jié)砂漿耐水2d強(qiáng)度較耐水7d強(qiáng)度小5%-10%；（5）耐水2d和耐水7d后，取出放置24h時(shí)檢測(cè)拉伸粘結(jié)強(qiáng)度均最大，較放置0h、4h大10%-20%左右；（6）按照文中凍融方案A，經(jīng)過凍融循環(huán)后，粘結(jié)強(qiáng)度都明顯降低，經(jīng)過5次、10次、15次凍融循環(huán)拉伸粘結(jié)強(qiáng)度分別下降15%、19%、24%；（7）按照文中凍融循環(huán)方案B，經(jīng)過凍融循環(huán)后，粘結(jié)強(qiáng)度與原強(qiáng)度基本相當(dāng)。

[1]ETAG 004,Guideline for European Technical Approval of External Thermal Insulation Composite Systems with Rendering[S].Kunstlaan 40 Avenue des Arts,B-1040 Brussels,2008.European Organisation for Technical Approvals.Edition March 2000,Amendment June 2008.

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[3]JG 149-2003,膨脹聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)[S].北京. 2003.

[4]DBJ 01-63-2002,外墻外保溫用聚合物砂漿質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京. 2002.

[5]DB31/T 366-2006,外墻外保溫專用砂漿技術(shù)要求[S].上海. 2006.

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