聚合物胶粉改性XPS板外墙外保温体系中粘结砂浆性能的研究

2012-09-13刘丽娜郑娟荣

郑州大学学报(工学版) 2012年1期

刘丽娜，郑娟荣

(郑州大学土木工程学院，河南郑州450001)

0 引言

随着我国国民经济持续快速发展，带动了能源消费高速增长，目前我国能源供给已呈现紧张局面，节能与环保是全社会的两大主题［1-4］.大力推进节能降耗，缓解资源瓶颈制约，实现能源环境和经济社会的可持续发展是研究重点.在建筑领域，XPS(挤塑聚苯乙烯)板和EPS(膨胀聚苯乙烯)板是目前建筑外墙外保温体系中的两大类保温板材［5］.

上世纪60年代，XPS板外墙外保温系统起源于欧洲［6］.2002年，XPS板外墙外保温系统开始在中国市场推广.该系统基本沿用了欧洲外墙外保温系统的技术规范.由于XPS板比EPS板具有更低的导热系数，更高的机械强度，更低的吸水率和更持久的保温性能，这些优势使得XPS板在外墙外保温系统得到迅速的发展［7-8］.近几年的工程实践表明，XPS板外墙外保温系统还存在几个问题:由于生产工艺的原因，市场上XPS板本身的质量不稳定或不符合质量要求;XPS板与聚合物水泥砂浆的粘结力很差.笔者选择了郑州一家砂浆企业使用的3种胶粉对XPS板粘结砂浆的改性问题进行了试验研究.

1 实验部分

1.1 原材料

可再分散乳胶粉:纯丙烯酸基乳胶粉(简称胶粉501);瓦克5044N(乙烯-醋酸乙烯基产品，EVA);国内乳胶粉A(乙烯-醋酸乙烯基产品，EVA).

增稠剂:纤维素醚，瓦克的40US.水泥:普硅P·O42.5.

砂:0.3～0.6 mm干净河砂.

重钙:重质碳酸钙，直径≤0.080 mm.

XPS板:郑州工大建材有限公司生产，表面为毛面并涂有界面剂.

1.2 试验测试和养护方式

试验测试的过程和养护方式根据JG 149—2003《膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统》［9］中对粘结砂浆的要求进行.

1.3 试验配比

乳胶粉改性砂浆的试验配比如表1所示，笔者试验用水量为干粉料质量的20%.

2 结果与讨论

改性砂浆与XPS保温板和水泥基材料的粘结强度是粘结砂浆的重要指标，按照JG 149—2003标准规定，粘结砂浆在XPS板上的粘结拉拔强度(包括原强度和耐水强度)都应大于等于0.2 MPa或测试时XPS板破坏;粘结砂浆与水泥基材料的粘结拉拔原强度和耐水强度分别应大于等于0.6 MPa和0.4 MPa.

表1 XPS板粘结砂浆的配合比Tab.1 The mix ratios of bonding mortar in XPS plate

参照JG 149—2003的要求，对砂浆与XPS保温板的粘结强度进行了2种养护条件下的测试:一种是14 d的标养(称原强度);二种是14 d标养+7 d水养(称耐水强度).

2.1 国内胶粉501改性砂浆的粘结强度

图1和图2是使用国内胶粉501对粘结砂浆拉拔粘结强度的影响.

图1 国内胶粉501改性砂浆与水泥基的粘结强度Fig.1 The bonding strengths between mortars modified by latex powder 501 and cement materials

从图1可以看出:改性砂浆的粘结强度随着胶粉501掺量的增大而逐渐增大.当国内胶粉501掺量大于等于1.5%(以砂浆质量计)时，胶粉501改性砂浆与水泥基的粘结强度原强度和耐水强度分别大于等于0.6 MPa和0.4 MPa，满足了标准中的技术指标.

从图2可以看出:改性砂浆的粘结强度随着胶粉501掺量的增大也逐渐增大.当国内胶粉501掺量大于等于1.9%时，胶粉501改性砂浆与XPS板的粘结强度原强度和耐水强度均大于等于0.2 MPa，满足标准中的技术指标.

图2 国内胶粉501改性砂浆与XPS板的粘结强度Fig.2 The bonding strengths between mortars modified by latex powder 501 and XPS plate

因此，要同时满足XPS板的粘结砂浆的各项粘结强度技术指标要求，国内胶粉501的掺量应大于等于1.9%，并且耐水强度与原强度相比下降不大，说明胶粉501改性的水泥砂浆的耐水性好.

2.2 瓦克5044N胶粉改性砂浆的粘结强度

图3和图4是使用瓦克5044N胶粉对粘结砂浆拉拔粘结强度的影响.

图3 瓦克5044N胶粉改性砂浆与水泥基的粘结强度Fig.3 The bonding strengths between mortars modified by Wacker 5044N latex powder and cement materials

从图3可以看出:改性砂浆的粘结强度随着瓦克5044N胶粉掺量的增大而逐渐增大.当瓦克5044N胶粉掺量大于等于2.3%(以砂浆质量计)时，瓦克5044N胶粉改性砂浆与水泥基的粘结强度原强度和耐水强度远远大于标准中的技术指标(0.6 MPa和0.4 MPa)，但其改性砂浆的耐水强度与原强度相比大幅度下降，说明这种胶粉的耐水性较差.

从图4可以看出:改性砂浆的粘结强度随着瓦克5044N胶粉掺量的增大也逐渐增大.当瓦克5044N胶粉掺量大于等于2.7%时，其改性砂浆与XPS板的粘结强度原强度大于等于0.2 MPa;当瓦克5044N胶粉掺量大于等于2.9%时，其改性砂浆与XPS板的粘结强度耐水强度才大于等于0.2 MPa，满足标准中的技术要求.

图4 瓦克5044N胶粉改性砂浆与XPS板的粘结强度Fig.4 The bonding strengths between mortars modified by Wacker 5044N latex powder and XPS plate

因此，要同时满足XPS板的粘结砂浆的各项技术指标要求，瓦克5044N胶粉的掺量应大于等于2.9%.

2.3 国内胶粉A改性砂浆的粘结强度

图5和图6是使用国内胶粉A对粘结砂浆拉拔粘结强度的影响.

图5 国内胶粉A改性砂浆与水泥基的粘结强度Fig.5 The bonding strengths between mortars modified by latex powder A and cement materials

从图5可以看出:改性砂浆的粘结强度随着国内胶粉A掺量的增大而逐渐增大.当国内胶粉A掺量大于等于2.3%时，国内胶粉A改性砂浆与水泥基的粘结强度原强度和耐水强度远远大于标准中的技术指标(0.6 MPa和0.4 MPa).国内胶粉A掺量相同时，其改性砂浆的耐水强度与原强度相比大幅度下降，说明这种胶粉的耐水性较差.

从图6可以看出:改性砂浆的粘结强度随着国内胶粉A掺量的增大也逐渐增大.当国内胶粉A掺量大于等于2.9%时，其改性砂浆与XPS板的粘结强度原强度大于等于0.2 MPa;当国内胶粉A掺量大于等于3.1%时，其改性砂浆与XPS板的粘结强度耐水强度才大于等于0.2 MPa，满足标准中的技术指标.

图6 国内胶粉A改性砂浆与XPS板的粘结强度Fig.6 The bonding strengths between mortars modified by latex powder A and XPS plate

因此，要同时满足XPS板的粘结砂浆的各项技术指标要求，国内胶粉A的掺量应大于等于3.1%.

综上所述，相对EVA类胶粉(瓦克5044N和国内胶粉A)，纯丙烯酸基胶粉与XPS板具有更高的粘结强度和耐水强度.乙烯-醋酸乙烯基胶粉(EVA类)是由乙烯和醋酸乙烯按比例在高温高压容器中合成并干燥而成.EVA类产品的耐水强度与其中乙烯含量成正比，因为乙烯是气体，故EVA类产品的耐水性和质量稳定性与合成工艺条件有密切关系.瓦克5044N胶粉就属于乙烯-醋酸乙烯基产品，由于这是生产年代较久的老品牌产品，其显著特点是质量稳定，与EPS板的粘结强度较高，但试验表明，这种胶粉与XPS板粘结强度较差.国内胶粉A也属于EVA类产品，与瓦克5044N胶粉相比，其改性砂浆的粘结力更差些.纯丙烯酸基乳液是我国建筑外墙涂料的主要成膜材料，实践证明这类外墙涂料的粘结强度、耐水性及耐紫外线等耐侯性能非常优良.目前，国内有企业将纯丙烯酸基乳液开发成可再分散的乳胶粉.由于纯丙烯酸基乳液的合成是在常压容器中进行，其产品质量稳定，设备投资较低，因此，国产纯丙烯酸基胶粉的单价与国产EVA类产品持平，使用纯丙烯酸基胶粉作为XPS板的改性粘结砂浆将有很好的经济效益.