三元聚合物改性舊墻翻新瓷磚界面劑研制

呂官記，季 韜，馬亞林，王思平

（1.福建商學(xué)院管理工程系，福建福州 350012；2.福州大學(xué)土木工程學(xué)院，福建福州 350116）

隨著我國城市化進程的發(fā)展，我國近年建造了大量的建筑物，基本滿足了生活經(jīng)濟發(fā)展需要.隨著建筑物的老化以及人們對美觀的認知，今后會在較長的時期內(nèi)以加固維修翻新為主.外墻裝飾采用瓷磚和馬賽克曾經(jīng)風靡一時，有相當大的一部分建筑物外墻以瓷磚和馬賽克飾面為主，隨著建筑物老化，外墻瓷磚飾面不能滿足業(yè)主對于美觀的追求，同時影響城市整體形象，甚至會存在安全隱患.如今人工費高昂，拆除瓷磚飾面需要高空作業(yè)，而且易造成環(huán)境污染，所以怎樣安全快速環(huán)保地對瓷磚飾面翻新已成為科研工程人員亟待解決的問題.由于外墻涂料裝飾美觀大方、施工簡便、使用安全且經(jīng)濟廉價，在國外90%以上外墻都使用高級涂料裝飾.

舊建筑物外墻瓷磚面光滑，加上風雨侵襲和太陽輻射，很容易與涂料產(chǎn)生粘接不牢、空鼓甚至涂料脫落等現(xiàn)象，而瓷磚界面劑可以改善基面，加強外墻膩子層與舊瓷磚面的黏結(jié)作用，采用一種高性能界面劑改善瓷磚面的釉面，既能保證工程質(zhì)量，又能控制生產(chǎn)成本、節(jié)約資源.目前外立面改造施工完成后形成的外墻結(jié)構(gòu)為：砌塊-水泥砂漿-外墻磚-界面劑-膩子粉-外墻涂料.陳志峰[1]研究得出直接在舊墻釉面磚基礎(chǔ)上進行涂料翻新具有明顯優(yōu)勢，施工簡便周期短，造價低且環(huán)保綠色.李英丁[2]等采用可再分散乳膠粉改性外墻膩子粉，用來增加舊墻瓷磚與涂料的黏結(jié)強度.呂文生[3]研究了摻入巴斯夫（中國）有限公司生產(chǎn)的400F乳液對外墻瓷磚界面劑的影響，結(jié)果表明具有良好的粘結(jié)強度和顆粒形態(tài).

聚合物廣泛應(yīng)用在當今的物質(zhì)生活許多方面，尤其在建筑行業(yè).許多科研人員對聚合物改性混凝土水泥砂漿等進行了研究，形成各種特種性能的混凝土和砂漿.國內(nèi)外改性水泥基材料的聚合物品種眾多，有研究學(xué)者認為可將其歸納為三類：聚合物水分散體、水溶性聚合物或單體和粉末狀聚合物[4].日本Ohama[5]將聚合物進行了如下分類：水溶性聚合物或單體（如聚乙烯醇、糖醇、甲基纖維素和聚丙烯酸鹽類）、聚合物水分散體（橡膠乳液、樹脂乳液和混合乳液）及可再分散聚合物粉末（聚丙烯酸酯、苯丙乳液和乙烯醋酸乙烯酯）.Shaker等[6]采用SBR（丁苯乳液）對混凝土改性后的耐久性能進行了研究，結(jié)果表明SBR可提高耐水性、耐腐蝕性.鐘世云等[7]研究表明聚合物改性水泥砂漿的氯離子滲透性隨苯丙乳液中丙稀酸丁酯含量的増加而降低.王紅霞[8]研究了SPC聚合物改性混凝土后具有良好的抗裂性、抗凍性、抗?jié)B性和耐腐蝕性.張建生等[9]研究了環(huán)氧樹脂乳液改性水泥砂漿，改性后具有優(yōu)異的黏結(jié)性能和抗?jié)B性能.方萍[10]研究了丙苯乳液改性水泥砂漿后的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)，表明聚合物摻量不同，內(nèi)部呈現(xiàn)不同的狀態(tài).Pascal[11]等對SBR乳液改性水泥混凝土的試驗研究表明，在SBR乳液摻量大于10%時水泥混凝土抗壓強度會隨聚合物摻量的增加不斷下降，但抗折強度在一定程度上有所提高.王世閏[12]等通過紅外光譜分析、熱分析和掃描電鏡分析等方式對EVA乳液（聚乙烯-乙烯乙酸酯乳液）改性水泥砂漿后的力學(xué)性能、微觀結(jié)構(gòu)及水化特征進行了研究.李發(fā)平[13]采用有機硅改性水泥砂漿，研究改性后水泥砂漿的工作性能、力學(xué)性能、物理性能以及其內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu).劉芝敏[14]研究了幾種聚合物如環(huán)氧樹脂、環(huán)氧樹脂乳液和聚丙烯酸酯乳液用來改性混凝土或砂漿，研究其在海洋工程防腐與修復(fù)中的主要性能.李美蘭[15]通過抗壓和抗折試驗研究了醋酸乙烯酯-馬亞酸二丁酯-丙烯酸-2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸共聚乳液對水泥砂漿力學(xué)性能和耐久性的影響.

目前采用三元聚合物改性界面劑的研究較少，尤其是應(yīng)用于既有建筑的外墻翻新瓷磚界面劑還未見報道.本文引入氯乙烯、乙烯和乙烯醚三元共聚物，研究界面劑的黏結(jié)強度、壓折比、吸水率、抗凍融性能以及抗風振性能，并結(jié)合宏觀性能和微觀形貌進行機理探討.

1 試驗

1.1 原材料

水泥為42.5R普通硅酸鹽水泥（浙江紅獅水泥股份有限公司），主要化學(xué)成份如表1所示.砂采用符合國際標準ISO679的標準砂，由廈門艾思歐標準砂有限公司生產(chǎn)，其物理化學(xué)指標見表2.PTB乳液是由氯乙烯、乙烯、乙烯醚組成的三元聚合物，生產(chǎn)廠家為比利時王國精細化工工業(yè)（控股）有限公司，技術(shù)參數(shù)見表3.

表1 水泥主要化學(xué)成分（%）

表2 標準砂物理及化學(xué)指標

表3 PTB技術(shù)參數(shù)

1.2 試驗設(shè)備與方法

黏結(jié)強度試驗采用HC-2000A黏結(jié)強度試驗儀測定砂漿拉伸黏結(jié)強度，測試試件示意圖見圖1.測試方法參照《聚合物水泥防水砂漿》JC/T 984-2011，標準條件下養(yǎng)護到7 d、14 d，風振黏結(jié)強度標準條件下養(yǎng)護28 d.抗凍性試驗采用TR-CLD凍融循環(huán)機，由上海砼瑞儀器設(shè)備有限公司生產(chǎn).試件按標準條件養(yǎng)護至7 d齡期后，按GB/T 50082-2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》進行試驗.壓折比采用YAW-300C型電液式壓力試驗機全自動抗折抗壓試驗機，由濟南時光試驗儀器設(shè)備有限公司生產(chǎn)的.試樣尺寸為40 mm×40 mm×160 mm，經(jīng)過24 h的養(yǎng)護后對試件進行脫模，并及時送入標準條件下養(yǎng)護28 d，試驗方法參照《水泥膠砂強度檢驗方法》GB/T 17671-1999.吸水率試驗采用LQ-C100001電子稱，試件尺寸為40 mm×40 mm×160 mm，標準養(yǎng)護28 d.

圖1 測試試件示意圖

1.3 試驗配合比

采用P/W由0～1∶1變化，試驗配合比見表4.

表4 試驗配合比

2 結(jié)果與分析

2.1 黏結(jié)強度

圖2a、圖2b分別是P/W下的7 d、14 d黏結(jié)強度.由圖2a知，隨著聚合物PTB摻量的增加，黏結(jié)強度基本呈增大趨勢；當P/W大于1∶2后，摻PTB的砂漿黏結(jié)強度陡然增大，在P/W為1∶1時達到了0.85 MPa.由圖2b知，摻入PTB的砂漿黏結(jié)強度均比未摻入的普通砂漿大；隨著聚合物PTB摻量的增加，黏結(jié)強度呈增大趨勢.在P/W小于1∶2時，砂漿黏結(jié)強度較為接近，當P/W大于1∶2后，摻PTB的砂漿黏結(jié)強度陡然增大，在P/W為1∶1時達到了0.88 MPa.14 d黏結(jié)強度與7 d黏結(jié)強度相比，增長幅度并不大.

圖2 7 d和14 d黏結(jié)強度

2.2 壓折比和吸水率

圖3 、圖4分別為不同P/W下的壓折比和吸水率.由圖3知，聚合物摻量為0時，壓折比最大，摻入PTB后壓折比明顯減小.摻PTB的砂漿隨P/W的增大整體呈下降趨勢，但在P/W為1∶2時出現(xiàn)突變，在P/W為1∶1時達到最小，最小壓折比為4.84.由圖4知，摻入各聚合物的砂漿吸水率隨P/W的增大均呈現(xiàn)下降趨勢.摻PTB的砂漿在P/W為1∶1的砂漿吸水率僅為0.85%，P/W為1∶5時吸水率為2.58%，摻PTB的砂漿防水性能明顯優(yōu)于普通砂漿.

圖3 壓折比

圖4 吸水率

2.3 抗凍融性能

圖5 a、圖5b分別為不同P/W下的凍融循環(huán)后的黏結(jié)強度和殘留強度比.由圖5a知，不摻PTB的砂漿凍融循環(huán)后，其黏結(jié)強度接近于0.摻PTB的砂漿隨P/W的增加，增長趨勢最快，P/W值等于1∶1時最大為0.56 MPa.由圖5（b）知，凍融循環(huán)后黏結(jié)強度殘留比在P/W為0～1∶4時，呈現(xiàn)增大趨勢，但在P/W為1∶4后基本呈現(xiàn)平緩趨勢.

2.4 抗風振性能

圖6 為不同P/W下的28 d風振黏結(jié)強度.摻PTB的砂漿風振試驗后后，其黏結(jié)強度隨P/W的增大呈現(xiàn)不斷增大的趨勢，在P/W為1∶5時略有降低，當P/W等于1時最大為0.92 MPa.

圖6 28 d風振黏結(jié)強度

3 機理分析

圖7為D0、D1、D3和D5的微觀形貌.結(jié)石體的微觀結(jié)構(gòu)直接影響宏觀力學(xué)性能，PTB的摻入提高了黏結(jié)強度，減小了壓折比.由圖7a知，未摻PTB的砂漿含有大量孔洞，且孔洞尺寸大，同時伴有裂紋，裂紋不斷延伸在孔洞之間.同時質(zhì)地疏松，未充分水分的水泥顆粒較多，這是其黏結(jié)強度低，壓折比大的主要原因.由圖7b知，摻入1∶5的PTB乳液D1組相對于圖7a有比較明顯的改善，大尺寸孔洞減少，水泥水化較為充分.圖7c中，大尺寸孔洞進一步減少，可見裂紋進一步減少，微觀孔大量增加，水泥水化更為充分.圖7d中，可見明顯的包裹物，水泥結(jié)石體完整，未見大孔洞尺寸，微孔尺寸進一步減小，未見裂紋.PTB乳液的摻入增加了砂漿的和易性，讓水泥顆粒進一步水化，水化充分的顆粒增加了砂漿的強度，同時隨著齡期的增長，PTB乳液逐漸固化且包裹水化產(chǎn)物，形成不完全連續(xù)的空間骨架-基體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體系，這種結(jié)構(gòu)體系彈性模量遠低于水泥石的彈性模量，且鍵能大延性好，因此其抗折強度較高，同時抗壓強度并不會降低較多，所以壓折比較大.同時這種砂漿硬化后結(jié)構(gòu)致密且增大了黏附面積，導(dǎo)致其具有更高的黏結(jié)強度，包括風振后和凍融后的黏結(jié)強度，PTB乳液摻入后產(chǎn)生的微孔結(jié)構(gòu)能夠增加砂漿的抗凍融性能，同時這些不連通的微孔可以阻止水分子的進入，提高其防水性能.

圖7 ESEM微觀形貌

4 結(jié)論

摻PTB乳液的舊墻翻新瓷磚界面劑具有較為優(yōu)異的性能：

（1）在P/W為1∶1時7 d、14 d黏結(jié)強度分別為0.85 MPa、0.88 MPa；凍融循環(huán)后的黏結(jié)強度為0.56 MPa；28 d風振后黏結(jié)強度為0.92 MPa；壓折比為4.84；吸水率僅為0.85%.

（2）隨PTB摻量的增大，界面劑呈現(xiàn)越來越致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在P/W為1∶1時，界面劑內(nèi)部水化充分，產(chǎn)生大量微孔，交聯(lián)的互穿結(jié)構(gòu)更為均勻有序.砂漿硬化后結(jié)構(gòu)致密且增大了黏附面積，導(dǎo)致其具有更高的黏結(jié)強度，包括風振后和凍融后的黏結(jié)強度，PTB乳液摻入后產(chǎn)生的微孔結(jié)構(gòu)能夠增加砂漿的抗凍融性能，同時這些不連通的微孔可以阻止水分子的進入，提高其防水性能.