墻體基面界面劑適配性與影響因素分析

廖麗，熊少波，金泉，李譽寰

（江蘇臥牛山保溫防水技術(shù)有限公司，江蘇 南京 211111）

0 前言

我國正處在城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展時期，城市建筑規(guī)模在持續(xù)大幅增加，但城鎮(zhèn)現(xiàn)有建筑中節(jié)能建筑的比例不到30%，仍有70%需要改造。其它相關(guān)數(shù)據(jù)也表明，每年約20億m2的新建房屋中，99%以上是高能耗建筑，而約500億m2的既有建筑中，只有4%采取了能源效率措施[1-2]。因此，既有建筑的節(jié)能改造作為建筑節(jié)能市場的主要需求點之一，需求旺盛。

既有建筑區(qū)別于新建建筑，最大的不同是：基層墻體種類繁多，并且經(jīng)多年使用，皆出現(xiàn)不同程度的老化或破損。如何妥善處理基面使之匹配外層保溫系統(tǒng)的整體質(zhì)量成為既有建筑墻體節(jié)能改造中的關(guān)鍵點。

然而縱橫向分析國內(nèi)外所報道的建筑墻體節(jié)能技術(shù)文獻(xiàn)，可發(fā)現(xiàn)：關(guān)于既有建筑的報道文獻(xiàn)雖然不在少數(shù)，但大部分都是經(jīng)濟(jì)政策、宏觀管理、效益評價等方面的論證，少數(shù)涉及方案技術(shù)的，也只是偏向外墻保溫系統(tǒng)、熱工測試、動態(tài)模擬研究[3-5]，實際操作性強(qiáng)的工程應(yīng)用技術(shù)則是少之又少。所以對于具體工程項目，缺乏可靠數(shù)據(jù)支撐，不利于工程方案設(shè)計。

本文基于行業(yè)現(xiàn)狀，針對性地開展不同墻體基面界面劑適配性研究，對于既有建筑改造工作具有非常重要的指導(dǎo)意義，尤其對于不同建筑類型、不同基面材質(zhì)、不同基面損毀程度的修復(fù)處理，更是具有實際意義。

1 試驗

1.1 主要原材料及儀器設(shè)備

苯丙乳液：S400F，巴斯夫；丁苯乳液：8242，邁圖；VAE 乳液：707H，廣西廣維化工股份有限公司；雙組份環(huán)氧乳液：CYDHD-220，上海漢中化工有限公司；基準(zhǔn)水泥：安徽海螺水泥股份有限公司；重鈣：200目，歐米亞鈣業(yè)有限公司；乳膠粉：2050，阿克蘇諾貝爾；纖維素醚：Combizell M4025，赫克力士天普化工有限公司；砂：石英砂，粒徑分別為40～80目和80～120目。

ZFS400高速分散機(jī)，上海普申化工機(jī)械有限公司；HD系列多功能粘結(jié)強(qiáng)度檢測儀，南京炯雷儀器設(shè)備有限公司。

1.2 界面劑配制及不同種類墻體基面模擬制作

（1）界面劑配制：根據(jù)原材料廠家提供的產(chǎn)品使用信息以及乳液固含量情況，將 S400F、8242、707H、環(huán)氧（EP）乳液分別配制成固含量為10%、20%、30%的界面劑備用，分別標(biāo)記為 S400F－10、S400F－20、S400F－30、8242－10、8242－20、8242－30、707H－10、707H－20、707H－30、EP－10、EP－20、EP－30。

（2）墻體基面制作：以混凝土成型尺寸為300 mm×300 mm×40 mm的墻體試驗基板若干，根據(jù)目前常見的外墻飾面材質(zhì)，挑選幾種較具有代表性的類型，分別模擬制作了真石漆基面、水性平涂基面、彩鋼板基面及釉面磚基面。

1.3 界面劑粘接強(qiáng)度測試用配套膠粘劑配方

（見表1）

表1 測試用配套膠粘劑配方

1.4 試驗步驟

采用南京中聯(lián)混凝土有限公司提供的C30混凝土成型墻體基面，基面成型好后養(yǎng)護(hù)28 d，后按照外墻涂料施工工藝先后批刮膩子，滾涂底漆，噴涂面漆，最后飾面層養(yǎng)護(hù)備用。其中對于0.8mm厚涂刷防銹漆的彩鋼面和符合GB/T 4100—2006《陶瓷磚》的釉面磚飾面，清理干凈浮灰、油污即可使用。

將預(yù)先配制好的12個界面劑樣品分別涂刷在4種基面上，待界面劑干燥后，參照GB/T 29906—2013《模塑聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)材料》，在界面劑表面成型膠粘劑拉拔試塊（膠粘劑配方見表1），然后標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d，粘接拉拔頭，進(jìn)行拉拔試驗。

1.5 粘結(jié)強(qiáng)度測試方法

參照GB/T 29906—2013，界面劑層所成型的膠粘劑拉拔試件尺寸為50 mm×50 mm，每種界面劑各成型6個試件。膠粘劑涂抹于界面劑上，涂抹厚度為3～5 mm，可操作時間結(jié)束時用模塑板覆蓋，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d。

養(yǎng)護(hù)到期的膠粘劑試件表面采用雙組份環(huán)氧膠粘貼50 mm×50 mm的金屬拉拔頭，待環(huán)氧膠固化后，連接多功能粘結(jié)強(qiáng)度檢測儀，進(jìn)行拉伸粘結(jié)強(qiáng)度測試。記錄每個試樣破壞時的拉力值及破壞狀態(tài)，當(dāng)破壞面在金屬拉拔頭膠結(jié)面時，測試數(shù)據(jù)無效。每組取6個試件測試數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值作為粘結(jié)強(qiáng)度測試結(jié)果。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同固含量界面劑在不同基面上的粘結(jié)強(qiáng)度

12種界面劑在4種基面上的粘結(jié)強(qiáng)度測試結(jié)果見表2。

表2 界面劑在不同基面上的粘結(jié)強(qiáng)度 MPa

由表2可以看出：

（1）基面粗糙程度不同，直接導(dǎo)致同一界面劑表現(xiàn)出的粘接能力差異明顯，以真石漆為代表的粗糙面的粘結(jié)強(qiáng)度最高，整體高于其他3種基面，釉面磚、彩鋼瓦等高光滑表面，粘結(jié)強(qiáng)度較低，而且彩鋼面由于拉拔力太小，加之有砂漿膠粘劑測試塊脫落情況，因此可默認(rèn)為無粘接力，即這幾種界面劑不適用于處理類似彩鋼的金屬基面。

（2）對比不同種類不同固含量的界面劑，相對來說707H乳液的綜合附著力較佳，在4種不同基面上的數(shù)據(jù)波動較小，其中又以20%固含的707H（即707H－20）性能最優(yōu)。具體觀察每個基面，各界面劑在真石漆面上的粘接效果都不錯，除苯丙類S400F稍差，其它丁苯、VAE和環(huán)氧乳液差異不大，盡管固含量有高低之分，但粘結(jié)強(qiáng)度都集中在0.4～0.5 MPa之間，因此，實際應(yīng)用時，對于真石漆飾面的墻體，可選用價格和固含量相對較低的界面劑，在保障粘接能力的同時又能節(jié)約成本。

2.2 界面劑粘結(jié)強(qiáng)度影響因素分析

2.2.1 界面劑自身化學(xué)結(jié)構(gòu)性質(zhì)

根據(jù)界面劑粘接機(jī)理[6－8]，粘結(jié)作用的形成有2個必要條件：一是浸潤，二是粘結(jié)力。所謂浸潤，是指液體與固體表面接觸時發(fā)生的分子間相互作用的現(xiàn)象，當(dāng)液體的表面張力小于固體的表面張力時，便會浸潤。本文所述界面劑要想改善基面表面狀況，最終實現(xiàn)良好粘結(jié)作用，首先其自身對墻體基面必須具有較好的浸潤作用，換言之，界面劑的表面張力小、基面表面張力大，且差距越大，則越有利于粘結(jié)。上述釉面磚、彩鋼瓦粘接效果不理想，與二者基層密實，表面張力小，界面劑難以滲透浸潤有直接關(guān)系，而界面劑的表面張力一般由其固有的化學(xué)結(jié)構(gòu)決定，故界面劑選材應(yīng)根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)類型及表面張力情況綜合考慮。

粘結(jié)力是保證粘接作用的另一重要條件，由機(jī)械咬合力、化學(xué)鍵力、范德華力等物理力和化學(xué)力組成，任何有助于提高這幾種力的方法或手段都有利于提升粘結(jié)力。其中機(jī)械咬合力類似于鑰匙-鎖的嵌合原理，這種嵌合點越多，粘結(jié)越有效；化學(xué)鍵力主要是指界面劑與基面材料之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成新的化學(xué)鍵，該方式形成的粘結(jié)力通常較大，且長久有效；范德華力是一種分子間作用力，包括色散力、取向力和誘導(dǎo)力，通常分子極性越大，范德華力越強(qiáng)，粘結(jié)越容易。如上所述，界面劑優(yōu)選強(qiáng)極性材料，且與基面材質(zhì)的化學(xué)相容性好，再輔以基面粗糙化處理，則可獲得良好的粘結(jié)效果。

2.2.2 測試用砂漿膠粘劑的本體強(qiáng)度

拉拔試驗中一方面考察界面劑與基面的粘接拉拔力，另一方面需關(guān)注拉拔過程中界面的破壞情況。圖1為部分拉拔試件膠粘劑內(nèi)部破壞情況。

圖1 拉拔測試膠粘劑內(nèi)部破壞情況

由圖1可以推斷，破壞界面出現(xiàn)在砂漿膠粘劑內(nèi)部，屬材料內(nèi)聚破壞，則表示砂漿粘結(jié)強(qiáng)度比界面劑粘結(jié)強(qiáng)度小，拉拔力在達(dá)到界面劑的粘結(jié)極限值前，砂漿膠粘劑提早損壞了，此時測試數(shù)據(jù)小于界面劑粘結(jié)強(qiáng)度實際值，不能充分評估界面劑的真實粘結(jié)效果。所以在設(shè)計界面劑測試用砂漿膠粘劑時，必保證膠粘劑的高粘接性，避免獲得的界面劑數(shù)據(jù)有效性不高。

2.2.3 砂漿膠粘劑成型拉拔塊時抹刀施加的壓力

在試驗過程中還有一個不容被忽視的、嚴(yán)重影響拉拔力測試值的因素，即砂漿膠粘劑成型拉拔塊時抹刀施加的壓力。若砂漿抹壓力度大，粘接效果好，抹壓力度小，則砂漿膠粘劑塊容易脫落。圖2為界面劑EP-30分別在真石漆和乳膠漆基面上成型的拉拔試件的破壞情況。

圖2能在一定程度上體現(xiàn)抹刀施壓大小與拉拔力測試值的關(guān)系，從圖2（a）可以看出，EP-30用于真石漆基面時，其中5個試件的拉拔力都在1000 N以上，僅有1個試件的拉拔力為603 N，相對特別小；圖2（b）也類似，有一個較小值546 N，而且這2個較小值的破壞形式皆為界面破壞。這說明在材料和測試條件相同情況下，出現(xiàn)少數(shù)反常值并非偶然，加之破壞面干凈整齊，不難判斷：砂漿膠粘劑成型時，抹刀的壓力對粘結(jié)強(qiáng)度有直接影響。因此，對于無論何種材料的拉拔強(qiáng)度測試，務(wù)必保證試驗者手法、力度統(tǒng)一，盡可能減小人為操作導(dǎo)致的誤差，以提高結(jié)果可靠性。

圖2 界面劑EP-30分別在真石漆和乳膠漆基面上成型時抹刀不均勻施壓對拉拔力的影響

3 結(jié)語

（1）根據(jù)墻體基面情況，可針對性選擇不同材質(zhì)、不同固含量的界面劑進(jìn)行處理，對于狀況良好的易粘基面，在確保粘結(jié)效果的同時應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性。

（2）界面劑粘結(jié)強(qiáng)度測試值與自身化學(xué)結(jié)構(gòu)性質(zhì)、測試用砂漿膠粘劑本體強(qiáng)度和成型拉拔塊時抹刀施加的壓力有關(guān)。界面劑選材最好根據(jù)其化學(xué)結(jié)構(gòu)類型及表面張力情況、極性大小、與基面材質(zhì)的化學(xué)相容性綜合考慮。對于測試用砂漿膠粘劑，應(yīng)充分保證它的高粘接性。此外，在砂漿膠粘劑拉拔測試塊成型時，務(wù)必要求試驗者手法、力度統(tǒng)一。