可再分散乳膠粉在自流平中的應(yīng)用研究

孫義牛，陳方博，吳 霞，劉 錦

（沙索（中國）化學(xué)有限公司，江蘇南京 210047）

可再分散乳膠粉是特種砂漿中常用的有機外加劑，是合成樹脂乳液加入其他物質(zhì)改性后，經(jīng)噴霧干燥得到的具有可再分散性的聚合物粉末。趙海鑫等［1］研究發(fā)現(xiàn)膠粉對新拌砂漿的物理性能和硬化砂漿的力學(xué)性能有很大影響；膠粉摻量較低時，修補砂漿工作性能顯著改善，抗壓強度明顯增大，抗折強度和拉伸粘接強度也有不同程度提高。滕朝暉［2］探討了膠粉的作用機理，同時研究了膠粉摻量對砂漿粘接強度、抗壓強度、抗折強度和抗凍融能力等影響。朱瑤宏等［3］研究發(fā)現(xiàn)PVA 可再分散乳膠粉對混凝土的電阻率和抗?jié)B性有明顯改善作用。Mansur等［4］發(fā)現(xiàn)用EVA膠粉改性砂漿，可以使砂漿和瓷磚的界面粘結(jié)強度提升40%。Medeiros 等［5］發(fā)現(xiàn)修補砂漿中加入EVA 膠粉和丙烯酸酯類聚合物，可以大幅度改善修補砂漿與基面的拉伸粘結(jié)強度。迄今為止，國內(nèi)外對膠粉的研究多集中在不同種類和不同摻量下膠粉對特種砂漿各方面性能的影響，而對于膠粉分子基團與特種砂漿工作性能和力學(xué)性能關(guān)系的研究還基本空白，這給特種砂漿產(chǎn)品開發(fā)和調(diào)試過程中膠粉的選用帶來了困難。

面層自流平砂漿是一種比較高端的特種砂漿，由水泥、石英砂、無機填料及外加劑組成，廣泛應(yīng)用于家裝及商業(yè)地坪。面層自流平通常大面積施工，施工厚度僅為6 mm 左右，故材料要具有優(yōu)異的工作性能、抗折抗壓強度和低收縮性。可再分散乳膠粉在面層自流平材料中至關(guān)重要。李文杰等［6］發(fā)現(xiàn)摻入一定量可再分散乳膠粉有助于提高自流平砂漿的穩(wěn)定性、抗折強度，起到增強增韌效果。戴浩等［7］發(fā)現(xiàn)可再分散乳膠粉可提高自流平砂漿的耐磨性。劉德春等［8］發(fā)現(xiàn)摻入可再分散乳膠粉后，自流平砂漿的抗壓強度略微降低，初凝時間增加，壓折比、收縮率降低。本文將5 種市售可再分散乳膠粉應(yīng)用于自流平砂漿中，表征分析其分子基團和分子量，研究其分子基團對面層自流平砂漿工作性能、力學(xué)性能和限制膨脹率的影響，為特種砂漿研究人員根據(jù)分子基團選用合適的膠粉產(chǎn)品提供便利。

1 試驗過程

1.1 試驗材料

試驗用原材料如表1所示。其中，P·O 42.5R普通硅酸鹽水泥的物性參數(shù)如表2所示。

表1 試驗用原材料Table 1 Raw materials for test

表2 P·O 42.5R水泥的物性參數(shù)Table 2 Physical property of P·O 42.5 cement

1.2 試驗方法

1.2.1 可再分散性乳膠粉分子基團分析

用三氯甲烷分別將5種膠粉溶解后，用ECX-400 核磁共振譜儀（日本電子制）依次對5 種膠粉進行1H-NMR（核磁共振氫譜）和13C-NMR（核磁共振碳譜）表征，分析其分子基團。NMR 表征儀器試驗參數(shù)如表3所示。

表3 NMR表征儀器試驗參數(shù)Table 3 Test parameter of NMR characterization instrument

1.2.2 可再分散乳膠粉分子量分析

用取樣器取20 mg 試樣，加入20 mL THF（四氫呋喃）攪拌溶解后過濾，用HLC-8220 凝膠液相色譜儀（東曹達制）對可溶成分進行GPC 表征。GPC試驗參數(shù)如表4所示。

表4 GPC試驗參數(shù)Table 4 Test parameter of GPC

1.2.3 配料與攪拌

按照表5 與表6 所列配方配制自流平砂漿No.1~No.5，攪拌2 min，測量容重和初始流動度、20 min 流動度，然后分別澆筑40 mm×40 mm×160 mm抗折抗壓強度試塊和限制膨脹率試塊。1 d后脫模，放入養(yǎng)護箱養(yǎng)護（溫度20 ℃，濕度60%）。

表5 基礎(chǔ)材料配方Table 5 Formulation of basic materials

表6 試驗配方Table 6 Formulation of test

1.2.4 物性測試

（1）流動度測試

根據(jù)JC/T 985—2017《地面用水泥基自流平砂漿》［9］，在有機玻璃板上分別測定自流平砂漿的初始流動度和20 min流動度。

（2）容重、初凝時間測定

根據(jù)JGJ 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》［10］，分別測定自流平砂漿的容重和初凝時間。

（3）抗折強度和抗壓強度測試

根據(jù)GB 17671—1999《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》［11］，用最大量程300 kN的抗折抗壓試驗機測量1、3、7、14、28 d 的自流平砂漿抗折強度和抗壓強度。

（4）限制膨脹率測試

根據(jù)GB 23439—2009《混凝土膨脹劑》［12］，測定縱向限制器的長度L0，然后將縱向限制器放入模具中，澆筑40 mm×40 mm×160 mm 的自流平砂漿試塊；1 d 后脫模，用數(shù)顯比長計分別測定1、3、7、14、21、28 d 的試件長度Lt，根據(jù)公式（1）計算相應(yīng)的限制膨脹率ε。

式中：Lt為第t天的試件實測長度，mm；L0為自流平砂漿澆筑前縱向限制器的長度，即初始長度，mm。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 可再分散性乳膠粉的分子基團表征

NMR 表征5 種膠粉分子基團的結(jié)果如表7 所示。從表7中可以看出：

表7 NMR表征分析結(jié)果Table 7 NMR characterization analysis results

（1）膠粉1、膠粉2、膠粉3 為EVA 系膠粉，膠粉1 僅含有EVA 基團，膠粉2 與膠粉3 含有EVA和聚氧化乙烯（PEO）基團。

（2）膠粉4 與膠粉5 為聚丙烯酸丁酯系膠粉。膠粉4 含有聚丙烯酸丁酯與叔碳酸樹脂基團，膠粉5 含有聚丙烯酸丁酯與甲基丙烯酸甲酯基團（MMA）基團。

2.2 分子量的測定

5 種膠粉的數(shù)均分子量Mn、重均分子量Mw和重均數(shù)均比Mw/Mn分別如圖1~圖3所示。從圖1~圖3中可以看出：

（1）膠粉1、膠粉2、膠粉3 的數(shù)均分子量超過10萬，重均分子量超過50萬；

（2）膠粉4、膠粉5 的數(shù)均分子量小于10 萬，重均分子量小于30萬；

（3）膠粉1~膠粉3 的重均數(shù)均比明顯大于膠粉4、膠粉5。

EVA 系膠粉的分子量大于聚丙烯酸丁酯系膠粉的分子量。

2.3 工作性能結(jié)果分析

添加5 種不同膠粉的自流平砂漿（試驗編號No.1~No.5）的流動度、容重和初凝時間分別如圖4~圖6所示。從圖4~圖6中可以看出：

（1）膠粉的分子基團組成和分子量對自流平砂漿的流動度有明顯影響。與EVA 系膠粉（No.1、No.2、No.3）相比，使用聚丙烯酸丁酯體系膠粉（No.4、No.5）的自流平砂漿流動性更優(yōu)。使用EVA 系膠粉的自流平砂漿，No.2 與No.3 的流動性明顯比No.1更優(yōu)；使用聚丙烯酸丁酯體系膠粉的自流平砂漿，No.5 的流動度比No.4 的流動度更優(yōu)。

（2）No.1~No.5的容重相差不大，說明相同摻量下，膠粉的分子基團對自流平砂漿的容重幾乎無影響。

（3）添加EVA 系膠粉的自流平砂漿，No.2 與No.3 的初凝時間大于No.1；添加聚丙烯酸丁酯體系膠粉的自流平砂漿，No.4 的初凝時間少于No.5。

相同摻量下，不同分子基團構(gòu)成的膠粉對自流平砂漿容重?zé)o明顯影響。膠粉的分子量越低，自流平砂漿的流動性越好。EVA 系膠粉的分子基團中含有PEO 基團，膠粉的緩凝作用更強，砂漿的流動度更好。這是因為在EVA 主鏈上接枝PEO 基團，可以使EVA 膠粉在濕拌砂漿中保持較高的分散性和分散保持性，同時賦予膠粉一定的緩凝性能［13］。對于聚丙烯酸丁酯體系膠粉，與叔碳酸乙烯基團相比，分子基團中含有MMA 基團，膠粉的緩凝作用更強，砂漿的流動度更好。這是因為在濕拌砂漿中，膠粉溶解，在砂漿表面形成一層乳膠膜，叔碳酸乙烯基團提高了乳膠膜的疏水性能和即粘強度、初粘強度，加快了乳膠膜的固化。而MMA 基團則改善了乳膠膜的凍融穩(wěn)定性，延長了乳膠膜的固化時間，但是對其即粘強度、初粘強度則沒有影響［14］。

2.4 力學(xué)性能分析

5 種自流平砂漿的抗折強度和抗壓強度如圖7、圖8所示。

從圖7、圖8中可以看出，No.1、No.2、No.3的抗折抗壓強度幾乎相同，No.5的抗折抗壓強度比No.4高。

EVA 系膠粉中，PEO 基團對自流平砂漿的抗折抗壓強度幾乎無影響。聚丙烯酸丁酯系膠粉中，與叔碳酸乙烯基團相比，使用含MMA 基團的膠粉的自流平砂漿抗折抗壓性能更優(yōu)。這是因為含有MMA 基團的膠粉使自流平砂漿具有更優(yōu)的流動度和更強的緩凝性。

2.5 限制膨脹率性能

一般來說，自流平砂漿中添加膠粉后，可以大大增大限制膨脹率，防止收縮開裂。5 種自流平砂漿的限制膨脹率如圖9所示。

從圖9中可以看出：

（1）No.1~No.5 的限制膨脹率均為先增大后減??；

（2）使用EVA 系膠粉時，與No.1、No.3 相比，No.2 的限制膨脹率最大，其抗收縮開裂性能最優(yōu)；

（3）使用聚丙烯酸丁酯系膠粉時，No.5 的限制膨脹率比No.4稍大，其抗收縮開裂性能較優(yōu)。

綜上所述，EVA 系膠粉中，含有PEO 基團的膠粉有利于增大自流平砂漿的限制膨脹率。這是因為含有PEO 基團的膠粉使自流平初凝時間延長，抗收縮開裂性能增強。聚丙烯酸丁酯體系膠粉中，與叔碳酸乙烯基團相比，含有MMA 基團的膠粉有利于增大自流平的限制膨脹率。這同樣因為含有MMA 基團的膠粉使自流平初凝時間延長，限制膨脹率增大。

3 結(jié)論

本文表征分析了市售5 種可再分散乳膠粉的分子基團和分子量，比較了5 種膠粉對自流平的工作性能、抗折抗壓性能和限制膨脹率的影響，結(jié)論如下：

（1）5 種膠粉分屬EVA 體系和聚丙烯酸丁酯體系。EVA 體系膠粉的分子量大于聚丙烯酸丁酯體系膠粉的分子量。

（2）對于EVA 體系來說，膠粉中含有PEO 基團，則自流平的工作性能、抗折抗壓強度和限制膨脹率較優(yōu)。這是因為PEO 基團提高了EVA 膠粉在濕拌砂漿中的分散性和緩凝作用。

（3）對于聚丙烯酸丁酯體系來說，膠粉中含有MMA 基團，則面層自流平的工作性能、抗折抗壓強度和限制膨脹率較優(yōu)。這是因為MMA 基團增強了膠粉的緩凝作用，且對乳膠膜即粘強度和初粘強度沒有影響。