外墻外保溫系統(tǒng)透氣性抹面膠漿的研究

趙長(zhǎng)才，占飛，郭鏡銘，陳巖

（1.蘇州市姑蘇新型建材有限公司，江蘇蘇州 215129；2.蘇州新地建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司，江蘇蘇州 215121）

0 前 言

我國(guó)外墻外保溫薄抹灰體系經(jīng)多年的實(shí)際應(yīng)用后，出現(xiàn)了諸多問(wèn)題，最為普遍的是抹面膠漿防護(hù)層開裂，有調(diào)查顯示，防護(hù)層開裂外墻占施工保溫外墻的90%以上，防護(hù)層無(wú)規(guī)則的開裂導(dǎo)致滲水、內(nèi)墻霉變、保溫效果大幅下降、維修困難。

外墻外保溫是一個(gè)系統(tǒng)工程，各類保溫板薄抹灰體系均有系統(tǒng)性能指標(biāo)的規(guī)定，其中，水蒸氣透過(guò)濕流密度（單位時(shí)間單位面積內(nèi)流經(jīng)防護(hù)層的水蒸氣質(zhì)量）指標(biāo)往往不被重視，而該指標(biāo)與抹面膠漿的開裂有緊密關(guān)系。抹面膠漿是一類由水泥基膠凝材料、高分子聚合物、填料和添加劑等組成，具有一定變形能力和良好粘結(jié)性的水泥基材料[1]。抹面膠漿防護(hù)層透氣性低，很容易導(dǎo)致保溫內(nèi)側(cè)的水蒸氣不能及時(shí)排出，產(chǎn)生結(jié)露、結(jié)冰，水的溶脹循環(huán)導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定，防護(hù)層起鼓、脫落。較理想的系統(tǒng)構(gòu)造是從內(nèi)至外材料的透氣性要求越來(lái)越好，水蒸氣能夠有一個(gè)順暢的遷徙路線，不至于在墻體及保溫裝飾層內(nèi)部形成冷凝水[2]。因此，防護(hù)層在保證不透水性能的前提下，水蒸氣透過(guò)濕流密度較大的為優(yōu)。

本研究根據(jù)當(dāng)前外墻保溫實(shí)際情況，在保證抹面膠漿基本性能的基礎(chǔ)上，通過(guò)多種技術(shù)措施，研制一款高透氣性抹面膠漿，以滿足實(shí)際保溫工程的需求。

1 試 驗(yàn)

1.1 主要原材料

根據(jù)GB/T 29906—2013《模塑聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)材料》、GB/T 30595—2014《擠塑聚苯板（XPS）薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)材料》對(duì)抹面膠漿性能的基本要求及本研究產(chǎn)品特點(diǎn)選取原材料。

水泥：P·O42.5、P·O52.5，海螺公司；砂：干燥河砂，市售；乳膠粉：可再分散乳膠粉，RE5044N，瓦克公司；保水劑：羥丙基甲基纖維素醚，200 Pa·s，浙江中維；木質(zhì)纖維：長(zhǎng)度1～3 mm，直徑10 μm，河南富強(qiáng)化工；膨脹珍珠巖：開孔型，粒徑0.15～0.20 mm（80～100 目），市售；微沫劑：α-烯基磺酸鈉，粉劑；防水粉：硬脂酸鈣；憎水劑：有機(jī)硅憎水劑，F(xiàn)C-80，粉劑，國(guó)民淀粉。

1.2 基礎(chǔ)配方設(shè)計(jì)

根據(jù)透氣性抹面膠漿的性能要求，預(yù)先擬定了基礎(chǔ)試驗(yàn)配方，如表1 所示。將水泥、砂、各種外加劑等干拌均勻，再加水拌和至施工稠度，成型。

表1 透氣性抹面膠漿的基礎(chǔ)試驗(yàn)配方

1.3 測(cè)試方法

抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、壓折比按GB/T 17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO 法）》進(jìn)行測(cè)試；拉伸粘結(jié)強(qiáng)度按GB/T 29906—2013 進(jìn)行測(cè)試；吸水率按JC/T 474—2008《砂漿混凝土防水劑》進(jìn)行測(cè)試；抗沖擊性能按JG 149—2003《膨脹聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)》進(jìn)行測(cè)試；水蒸氣透過(guò)性能按GB/T 17146—2015《建筑材料水蒸氣透過(guò)性能試驗(yàn)方法》中“干法”進(jìn)行測(cè)試；導(dǎo)熱系數(shù)按GB/T 10294—2008《絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關(guān)特性的測(cè)定防護(hù)熱板法》進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 水泥對(duì)抹面膠漿性能的影響

水泥作為膠凝材料，賦予抹面膠漿強(qiáng)度，水泥用量是影響抹面膠漿總體性能的重要因素，水泥用量大，其強(qiáng)度相對(duì)高，剛性增大。水泥的強(qiáng)度等級(jí)越高，砂漿的強(qiáng)度也越高。水泥固有的脆性大且易收縮的特性使得抹面膠漿容易出現(xiàn)裂縫。不同強(qiáng)度等級(jí)水泥用量對(duì)抹面膠漿性能的影響見圖1、圖2。

圖1 水泥用量對(duì)抹面膠漿拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的影響

圖2 水泥用量對(duì)抹面膠漿壓折比的影響

由圖1、圖2 可見，隨著水泥用量的增加，抹面膠漿的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度、壓折比隨之增大，剛性增強(qiáng)，柔韌性降低。相同水泥用量下，P·O52.5 水泥抹面膠漿的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度、壓折比均高于P·O42.5 水泥，體現(xiàn)出P·O52.5 水泥本身剛性更高的特征；其次，隨著水泥強(qiáng)度等級(jí)的提高，抹面膠漿的收縮率增大，這是因?yàn)樗嘣缙谒牡乃枯^多，水化產(chǎn)物多，加大了塑性失水帶來(lái)的收縮應(yīng)力。綜合水泥強(qiáng)度等級(jí)對(duì)強(qiáng)度、壓折比及收縮率的影響，試驗(yàn)最終選用P·O42.5 水泥進(jìn)行抹面膠漿的配制。并且，P·O42.5 水泥在抹面膠漿中的用量為25%～35%時(shí)，抹面膠漿的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度為0.6～0.7 MPa，壓折比為2.4～2.8。

2.2 可再分散乳膠粉摻量對(duì)抹面膠漿性能的影響

由于水泥是剛性材料，水化后形成的凝膠體脆硬，抹面膠漿與相鄰的保溫板因溫度變化產(chǎn)生界面應(yīng)力、線性收縮變形不一致，容易出現(xiàn)開裂、空鼓，甚至整體脫落現(xiàn)象[3]。試驗(yàn)選用柔韌性優(yōu)異、抗水性良好及與水泥相容性較好的RE5044N 乙烯-醋酸乙烯共聚乳膠粉（VAE）進(jìn)行改性。

2.2.1 乳膠粉摻量對(duì)抹面膠漿力學(xué)性能的影響（見表2）

表2 乳膠粉摻量對(duì)抹面膠漿力學(xué)性能的影響

由表2 可以看出，乳膠粉雖然能提高抹面膠漿的韌性，但摻量小于2.0%時(shí)，28 d 抗折強(qiáng)度變化不明顯；乳膠粉摻量為2.5%時(shí)，抗折強(qiáng)度有下降趨勢(shì)。隨乳膠粉摻量的增加，28 d 抗壓強(qiáng)度逐漸降低；28 d 壓折比先逐漸減小，當(dāng)乳膠粉摻量為2.5%時(shí)，壓折比有增大趨勢(shì)。

2.2.2 乳膠粉摻量對(duì)抹面膠漿拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的影響（見表3）

由表3 可以看出，隨著乳膠粉摻量的增加，抹面膠漿的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度隨之提高，摻加乳膠粉的抹面膠漿與水泥試塊及膨脹聚苯板界面的拉伸破壞形式有很大程度的改觀（見圖3）。未摻乳膠粉時(shí)，抹面膠漿與聚苯板粘結(jié)力小，可能是膨脹聚苯板表層吸水率低，親水性差，水泥漿體不容易在表層潤(rùn)濕造成的，隨著乳膠粉摻量的增加，漸漸表現(xiàn)為聚苯板內(nèi)部粘結(jié)破壞。

圖3 乳膠粉摻量對(duì)抹面膠漿界面粘結(jié)破壞的影響

表3 乳膠粉摻量對(duì)抹面膠漿拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的影響

2.2.3 乳膠粉摻量對(duì)抹面膠漿抗沖擊性能的影響

乳膠粉可以改善抹面膠漿的抗裂性能，提高粘結(jié)性、抗折強(qiáng)度、內(nèi)聚力、沖擊性、耐磨性、保水性和施工性[4]。保溫系統(tǒng)的抗沖擊性與保溫板的強(qiáng)度、玻纖網(wǎng)、抹面膠漿柔韌性以及抹面膠漿與玻纖網(wǎng)的握裹力4 個(gè)因素有關(guān)，其中抹面膠漿的柔韌性及其與玻纖網(wǎng)的握裹力和乳膠粉有直接關(guān)系。未摻乳膠粉時(shí)，抹面膠漿在鉛球的沖擊性下直接碎裂，并且砂漿與玻纖網(wǎng)毫無(wú)握裹作用；摻加1.5%乳膠粉后，抹面膠漿的抗沖擊性明顯改善，在沖擊下表現(xiàn)出一定程度柔韌性，對(duì)保溫系統(tǒng)起到了保護(hù)作用，見圖4。

圖4 乳膠粉摻量對(duì)抹面膠漿抗沖擊性能的影響

2.3 抹面膠漿的透氣性

提高抹面膠漿的透氣性、水蒸氣透過(guò)濕流密度是本研究的重要內(nèi)容。為了降低抹面膠漿的壓折比、吸水性，提高粘結(jié)強(qiáng)度等，需要添加大量的乳膠粉等高分子材料，這樣會(huì)損失抹面膠漿的透氣性，降低水蒸氣透過(guò)濕流密度，若保溫板內(nèi)側(cè)水汽被外側(cè)防護(hù)層（抹面膠漿、飾面層等）攔截，必然會(huì)引起保溫層內(nèi)側(cè)結(jié)露、結(jié)冰，

基于此，可在抹面膠漿中添加利于提高透氣性的成分，如膨脹珍珠巖[開孔、粒徑0.2～0.4 mm（50～80 目）]、微沫劑（α-烯基磺酸鈉）等透氣性材料。

2.3.1 透氣性材料摻量對(duì)抹面膠漿透氣性的影響（見表4）

表4 膨脹珍珠巖、微沫劑摻量對(duì)抹面膠漿透氣性的影響

由表4 可以看出，普通抹面膠漿的透氣性較小，這與乳膠粉的添加有關(guān)，摻入適量微沫劑和膨脹珍珠巖后，透氣性迅速增大。微沫劑為一種表面活性劑，在砂漿攪拌過(guò)程中產(chǎn)生大量細(xì)小均勻的穩(wěn)定性氣泡；膨脹珍珠巖為開孔型無(wú)機(jī)硅質(zhì)材料，透氣性好。當(dāng)摻0.02%微沫劑+2%膨脹珍珠巖時(shí)，抹面膠漿透氣性達(dá)1.54 g/（m2·h）（5 mm 厚），遠(yuǎn)優(yōu)標(biāo)準(zhǔn)要求的0.85 g/（m2·h），保溫板內(nèi)外水蒸氣擴(kuò)散、遷移毫無(wú)壓力，不會(huì)產(chǎn)生結(jié)露、結(jié)冰、“攔水壩”等現(xiàn)象。抹面膠漿透氣性測(cè)試如圖5 所示。

由圖5 可見，24 h 后拆開試件，氯化鈣表面潮化明顯，說(shuō)明水汽通過(guò)抹面膠漿（5 mm 厚）孔隙進(jìn)入了內(nèi)部，抹面膠漿透氣性良好。

圖5 抹面膠漿的透氣性測(cè)試

2.3.2 透氣性材料摻量對(duì)抹面膠漿導(dǎo)熱性能的影響

聚苯板板的導(dǎo)熱系數(shù)一般為0.03～0.10 W/（m·K），遠(yuǎn)低于普通抹面膠漿，兩者導(dǎo)熱系數(shù)相差最大可達(dá)10～20 倍，當(dāng)外界條件發(fā)生變化時(shí)，聚苯板有較大的變形，抹面砂漿與聚苯板界面因材料性能不一致導(dǎo)致界面產(chǎn)生拉應(yīng)力，反復(fù)的拉伸變形導(dǎo)致界面脫離，最終被拉裂。降低抹面膠漿的導(dǎo)熱系數(shù)，盡可能地接近保溫板的導(dǎo)熱系數(shù)，是改性抹面膠漿的重要途徑[5]。本研究在抹面膠漿中添加透氣材料，在增加透氣性的同時(shí)，有效地降低了抹面膠漿的導(dǎo)熱系數(shù)。對(duì)普通抹面膠漿和透氣性抹面膠漿（0.02%微沫劑+4%膨脹珍珠巖）進(jìn)行了導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試，結(jié)果如表5、表6 所示。

表6 透氣性抹面膠漿的導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試結(jié)果

對(duì)比表5、表6 可見，膨脹珍珠巖和微沫劑對(duì)抹面膠漿的導(dǎo)熱系數(shù)有較大影響。膨脹珍珠巖本身的導(dǎo)熱系數(shù)為0.0245～0.048 W/（m·K），微沫劑在抹面膠漿中形成大量微小的氣泡，改變了熱傳導(dǎo)和對(duì)流的路徑，從而降低了熱傳導(dǎo)效率，導(dǎo)熱系數(shù)變小。隨著膨脹珍珠巖、微沫劑摻量的增加，抹面膠漿的拌合濕密度下降，對(duì)保溫作用更加有利。

2.3.3 透氣性材料摻量對(duì)抹面膠漿吸水性的影響（見表7）

表7 透氣性材料摻量對(duì)抹面膠漿吸水性的影響

由表7 可見，透氣性材料的添加增大了抹面膠漿的孔隙率，對(duì)吸水性有影響。吸水率隨著透氣性材料摻量的增加逐漸增大。原因在于珍珠巖本身吸水率較大，隨著膨脹珍珠巖摻量增加，砂漿的吸水率隨之增大。隨微沫劑摻量的增加，氣體的引入導(dǎo)致砂漿變得不密實(shí)，水分更容易進(jìn)入到砂漿內(nèi)部，砂漿的吸水率逐漸增大。按照GB/T 29906—2013 對(duì)抹面膠漿進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)當(dāng)微沫劑摻量0.02%、膨脹珍珠巖摻量4%時(shí)，抹面膠漿內(nèi)側(cè)有漬濕點(diǎn)，但無(wú)明水滲出。為了降低抹面膠漿的吸水性，試驗(yàn)中同時(shí)添加了硬脂酸鈣防水粉、有機(jī)硅憎水劑等。

2.3.4 透氣性材料摻量對(duì)抹面膠漿強(qiáng)度的影響（見表8）

由表8 可見，透氣性材料降低了抹面膠漿的體積密度，對(duì)強(qiáng)度有較大的影響。隨透氣性材料摻量的增加，抹面膠漿的強(qiáng)度逐漸降低，原因在于膨脹珍珠巖的強(qiáng)度遠(yuǎn)小于水泥等膠凝材料的強(qiáng)度；其次，摻入微沫劑拌合后，產(chǎn)生大量均勻分布的氣體，增大了孔隙率，降低了強(qiáng)度。抹面膠漿摻入透氣性材料后密實(shí)性降低（見圖6）。

圖6 透氣性材料摻量對(duì)抹面膠漿密實(shí)性的影響

表8 透氣性材料摻量對(duì)抹面膠漿強(qiáng)度及體積密度的影響

3 產(chǎn)品性能檢測(cè)

經(jīng)蘇州市建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)中心檢測(cè)，研制的透氣性抹面膠漿性能符合GB/T 29906—2013 和GB/T 30595—2014 的要求（見表9）。其次，抹面膠漿的水蒸氣透過(guò)濕流密度為1.76[g/（m2·h）]，導(dǎo)熱系數(shù)為0.1658 W/（mK），遠(yuǎn)低于普通抹面膠漿（0.3590），綜合性能優(yōu)異。

表9 透氣性抹面膠漿的性能

4 結(jié) 語(yǔ)

（1）通過(guò)添加膨脹珍珠巖、微沫劑等成分，使抹面膠漿具有良好的透氣性能，水蒸氣透過(guò)濕流密度達(dá)到1.76 g/（m2·h）（4 mm 厚），利于水汽的快速擴(kuò)散，避免保溫板內(nèi)側(cè)水分結(jié)露、結(jié)冰、溶脹等引起系統(tǒng)不穩(wěn)定。

（2）研制的透氣性抹面膠漿具有一定的保溫性能，導(dǎo)熱系數(shù)為0.1658 W/（m·K），遠(yuǎn)低于普通抹面膠漿。較低的導(dǎo)熱系數(shù)減小了抹面膠漿與保溫層界面產(chǎn)生拉應(yīng)力，可避免反復(fù)的拉伸變形導(dǎo)致保溫板界面脫離和拉裂。

（3）該透氣性抹面膠漿的性能符合GB/T 29906—2013和GB/T 30595—2014 的要求，其透氣性遠(yuǎn)優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)要求。