影响保温板胶粘剂拉伸粘结强度的试验因素

杨 晨

北京市建设工程质量第二检测所有限公司

1 前言

外墙外保温系统[1]是由保温层、防护层和固定材料构成，并固定在外墙外表面的非承重保温构造的总称，简称外保温系统。从设计上来看，外保温系统可按保温材料与基层墙体连接的施工方法划分为粘贴保温板外保温系统、现场成型外保温系统和模板内置保温板系统。其中，粘贴保温板外保温系统为目前主要外墙外保温工程的外保温系统。这种外保温系统可采用条式粘结或点框式粘结，必要时可辅以机械固定，但荷载完全由粘结层承受，在胶粘剂干燥前机械固定可起稳定作用并作为临时连接以防止系统脱落。粘结层材料主要采用保温板胶粘剂，因此，保温板胶粘剂的粘结强度性能的好坏直接影响到外墙外保温工程的安全性和耐久性。

随着保温板胶粘剂行业的不断发展，相应的检测标准也应运而生。目前主要涉及保温板胶粘剂粘结性能，即保温板胶粘剂拉伸粘结强度，相应的检测标准有：《模塑聚苯板薄抹灰外墙外保温系统材料》（GB/T 29906—2013）、《薄抹灰外墙外保温用聚合物水泥砂浆应用技术规程》（DB11/T 1313—2015）和《外墙外保温工程技术标准》（JGJ 144—2019）等。由于标准的制定者和制定时间不同，导致不同的检测标准对相同的检测项目在试验方法上的规定不尽相同。同一种产品因为选用的检测标准不同，也会造成试验结果出现较大差异。

同时，通过查找文献发现，目前关于保温材料的研究大多是对保温层材料的研究[2]，或者是聚合物掺加量对拉伸粘结强度的影响[3]，关于影响保温板胶粘剂拉伸粘结强度的试验因素的研究也多是关于单一试验因素的[4]。本文是根据目前主要涉及保温板胶粘剂与模塑板常温常态拉伸粘结强度检测标准中关于搅拌方式、成型方式（试样尺寸）和养护方式（试样表面是否被覆盖）的规定内容，进行全面试验的方法，设计多种试验方案，研究影响保温板胶粘剂与模塑板常温常态拉伸粘结强度的试验因素以及影响保温板胶粘剂与模塑板常温常态拉伸粘结强度变化的原因，并提出控制保温板胶粘剂与保温板拉伸粘结强度检测质量的方法以及提高外保温系统粘结层质量的措施。

2 试验研究内容

主要研究以下三个方面内容：第一，搅拌方式、成型方式（试样尺寸）和养护方式（试样表面是否被覆盖）对保温板胶粘剂与模塑板常温常态拉伸粘结强度的影响。第二，分析影响保温板胶粘剂与模塑板常温常态拉伸粘结强度变化的原因。第三，控制保温板胶粘剂与保温板拉伸粘结强度检测质量的方法以及提高外保温系统粘结层质量的措施。

3 试验概况

3.1 试验原材料和设备

为了避免不同批次的原材料对试验结果的影响，本文试验所用保温板胶粘剂为单组份（干粉）聚合物粘结砂浆，生产商为北京正邦基业科技发展有限公司生产的同批次产品，原材料配制比例为聚合物粘结砂浆：水=1：0.18（重量比），由于该生产商并未提供搅拌方式，本文试验的机械搅拌方式依据《薄抹灰外墙外保温用聚合物水泥砂浆应用技术规程》（DB11/T 1313—2015）附录A.6.2，用符合《行星式水泥胶砂搅拌机》（JC/T 681—2005）的搅拌机，将水或液料倒入搅拌锅中；30s内将干粉料撒入搅拌锅中，低速搅拌30s；停止搅拌后，30s内刮下搅拌叶和锅壁上的拌和物；再低速搅拌3min，静停5min，再继续搅拌1min备用。本文试验的人工方式搅拌的时间为5min～8min。本文试验主要仪器设备见表1。

表1 主要试验仪器设备

3.2 试样制备

3.2.1 试样成型

保温板胶粘剂的配制按照本文3.1进行。本文试验所用保温板基材均为同批模塑聚苯板，为了避免保温板基材表观密度的差异性对试验结果的影响，本文试验所用保温板基材的表观密度均符合《模塑聚苯板薄抹灰外墙外保温系统材料》（GB/T 29906—2013）性能指标要求，保温板基材切割成试验所需尺寸：70mm×70mm×50mm或50mm×50mm×50mm，为了避免保温板基材表面的粗糙度和温度对试验结果的影响，本文试验所用保温板基材与保温板胶粘剂的粘结面均为模塑聚苯板样品的表面，且试验前均对其进行了（23±2）℃和（50±5）%相对湿度的状态调节处理。将成型框放在保温板基材上，将拌和好的胶粘剂填满成型框，保温板胶粘剂粘结面尺寸为50mm×50mm，厚度为3mm，用抹刀压实，轻轻除去成型框。每组试样数量20个，试样的养护时间为28d。

3.2.2 试样养护

将成型好的试样放入恒温恒湿养护箱，标准养护条件：空气温度（23±2）℃，相对湿度（50±5）%。试样在标准养护条件下养护27d后，将钢制拉拔件（标准钢块）粘贴在试样上，在标准养护条件下继续放置24h后进行试验。养护时需覆盖保温板的试样，试样成型后1h时，在其表面覆盖保温板，覆盖保温板尺寸为50mm×50mm×50mm，养护至7d时将其拿开。

3.3 试验过程及试验结果

试验环境：空气温度（23±5）℃，相对湿度（50±10）%。将试样安装于拉力试验机上，拉伸速度为（5±1）mm/min，拉伸至破坏。拉伸粘结强度按公式（1）计算：

式中：

R——拉伸粘结强度，MPa；

F——试样破坏时的荷载，N；

A——粘结面积，mm2。

拉伸粘结强度试验结果为20个试样中破坏部位为模塑板内破坏的试样测值的算数平均值，精确至0.01MPa。试验数据的判定采用《数值修约规则与极限数值的表示和判定》（GB/T 8170——2008）中4.3.3修约值比较法。（注：模塑板内部或表层破坏面积在50%以上时，破坏部位为在保温板内，否则破坏部位为粘结层破坏。）

4 试验方案、结果与分析

4.1 试验方案的确定

目前涉及保温板胶粘剂与模塑板常温常态拉伸粘结强度检测标准有：《模塑聚苯板薄抹灰外墙外保温系统材料》（GB/T 29906—2013）、薄抹灰外墙外保温用聚合物水泥砂浆应用技术规程》（DB11/T 1313—2015）和《外墙外保温工程技术标准》（JGJ 144—2019），以上三个标准中关于保温板胶粘剂与模塑板常温常态拉伸粘结强度试验方法中对于搅拌方式、成型方式（试样尺寸）和养护方式（试样表面是否被覆盖）的规定不尽相同。具体规定内容见表2。

表2 保温板胶粘剂与模塑板拉伸粘结强度试验方法规定

由表2可知：《模塑聚苯板薄抹灰外墙外保温系统材料》（GB/T 29906—2013）和《外墙外保温工程技术标准》（JGJ 144—2019）中规定搅拌方式按使用说明配置胶粘剂。《薄抹灰外墙外保温用聚合物水泥砂浆应用技术规程》（DB11/T 1313—2015）中有当生产商未提供搅拌方式时的具体搅拌方法。

《模塑聚苯板薄抹灰外墙外保温系统材料》（GB/T 29906—2013）和《外墙外保温工程技术标准》（JGJ 144—2019）中关于成型方式（试样尺寸）的规定相同，但《薄抹灰外墙外保温用聚合物水泥砂浆应用技术规程》（DB11/T 1313—2015）中关于成型方式（试样尺寸）的规定与上述两个标准存在较大差异。

《模塑聚苯板薄抹灰外墙外保温系统材料》（GB/T 29906—2013）和《薄抹灰外墙外保温用聚合物水泥砂浆应用技术规程》（DB11/T 1313—2015）中规定试样养护时需覆盖保温板，但《模塑聚苯板薄抹灰外墙外保温系统材料》（GB/T 29906—2013）中并未有覆盖保温板时间的具体说明，《外墙外保温工程技术标准》（JGJ 144—2019）中关于试样养护时是否覆盖保温板未有明确规定。根据以上三本标准中关于搅拌方式、成型方式（试样尺寸）和养护方式（试样表面是否被覆盖）的规定内容，共设计9种试验方案，具体试验方案内容见表3。

表3 试验设计方案

4.2 试验结果与分析

保温板胶粘剂与模塑板常温常态拉伸粘结强度试验结果见表4，拉伸粘结强度试验结果汇总见表5。

表4 方案1（70mm×70mm×50mm，人工搅拌，覆盖7天）拉伸粘结强度试验结果

表5 方案2（70mm×70mm×50mm，机械搅拌，覆盖7天）拉伸粘结强度试验结果

表6

表7 方案3（70mm×70mm×50mm，人工搅拌，不覆盖）拉伸粘结强度试验结果

表8 方案4（70mm×70mm×50mm，机械搅拌，不覆盖）拉伸粘结强度试验结果

4 5 6 7 2 5 0 0 2 5 0 0 2 5 0 0 0.0 9 9 0.1 3 6 0.1 3 0 2 4 7.8 3 3 3 9.3 0 3 2 4.1 7保温板内破坏保温板内破坏保温板内破坏8 2 5 0 0 2 5 0 0 0.1 1 6 0.1 2 9 2 9 0.9 7 3 2 2.4 6保温板内破坏保温板内破坏

表9 方案5（50mm×50mm×50mm，人工搅拌，覆盖7天）拉伸粘结强度试验结果

表10 方案6（50mm×50mm×50mm，机械搅拌，覆盖7天）拉伸粘结强度试验结果

表11

表12 方案7（50mm×50mm×50mm，人工搅拌，不覆盖）拉伸粘结强度试验结果

表13 方案8（50mm×50mm×50mm，机械搅拌，不覆盖）拉伸粘结强度试验结果

表14

表15 拉伸粘结强度结果汇总

由上表可见，当采用机械搅拌配制的保温板胶粘剂且养护时覆盖保温板，拉伸粘结强度较高。当采用人工方式搅拌配制的保温板胶粘剂时，会出现破坏部位为保温板内破坏试样数量较少的情况。成型方式（试样尺寸）和养护方式（试样表面是否被覆盖）对保温板胶粘剂拉伸破坏部位的影响较小。

下面就具体地分析搅拌方式、成型方式（试样尺寸）、养护方式（试样表面是否被覆盖）对保温板胶粘剂与模塑板常温常态拉伸粘结强度的影响及原因。

4.2.1 搅拌方式对拉伸粘结强度的影响

图1

图2

由图1可见，保温板基材70mm×70mm×50mm，覆盖7天，采用机械搅拌配制的保温板胶粘剂与模塑板常温常态拉伸粘结强度比采用人工方式搅拌配制的高25%。保温板基材50mm×50mm×50mm，覆盖7天，采用机械搅拌配制的保温板胶粘剂与模塑板常温常态拉伸粘结强度比采用人工方式搅拌配制的高15%。保温板基材50mm×50mm×50mm，不覆盖，采用机械搅拌配制的保温板胶粘剂与模塑板常温常态拉伸粘结强度比采用人工方式搅拌配制的高8%。原因是由于保温板胶粘剂属于聚合物水泥砂浆，只有采用机械搅拌才能使它更加均匀，更有质量上的保证。

如图2所示，采用机械搅拌配制的保温板胶粘剂，无论保温板基材70mm×70mm×50mm或50mm×50mm×50mm，养护时覆盖或不覆盖保温板，模塑板拉伸破坏部位为保温板内破坏的试样数量均大于采用人工方式搅拌配制的胶粘剂拉伸破坏部位为保温板内破坏的试样数量。原因是影响胶粘剂与被粘材料粘结强度的大小主要取决于胶粘剂与被粘物之间的附着力和胶层本身的内聚力，胶结的首要条件是胶粘剂应均匀的分布在被粘物上，即胶粘剂应完全浸润被粘物，而采用人工方式搅拌配制的保温板胶粘剂，拌和物的均匀性稍差，因此影响了保温板胶粘剂与保温板基材表面的浸润情况，从而影响了保温板胶粘剂与保温板基材表面的附着力。

而且，从图1中还发现，保温板胶粘剂只有在采用保温板基材70mm×70mm×50mm且养护时不覆盖保温板时，才会出现拉伸粘结强度不受搅拌方式的影响，但是拉伸粘结强度比采用机械搅拌配制的保温板胶粘剂，保温板基材50mm×50mm×50mm，不覆盖的低17%，比采用人工方式搅拌配制的保温板胶粘剂，保温板基材50mm×50mm×50mm，不覆盖的低8%。从而，我们可以看出，不同的成型方式（试样尺寸）对保温板胶粘剂与模塑板常温常态拉伸粘结强度也同样产生了影响。下面就不同的成型方式（试样尺寸）对保温板胶粘剂与模塑板常温常态拉伸粘结强度的影响进行详细的分析。

4.2.2 成型方式（试样尺寸）对拉伸粘结强度的影响

由图3可见，人工方式搅拌，覆盖7天，采用保温板基材50mm×50mm×50mm的保温板胶粘剂与模塑板常温常态拉伸粘结强度比采用保温板基材70mm×70mm×50mm的高8%。人工方式搅拌，不覆盖，采用保温板基材50mm×50mm×50mm的保温板胶粘剂与模塑板常温常态拉伸粘结强度比采用保温板基材70mm×70mm×50mm的高8%。机械搅拌，不覆盖，采用保温板基材50mm×50mm×50mm的保温板胶粘剂常温常态拉伸粘结强度比采用保温板基材70mm×70mm×50mm的高17%。原因是胶粘剂的固化收缩过程中，由于被粘物表面尺寸的不同，导致胶粘剂胶层的界面应力不同，保温板基材50mm×50mm×50mm比保温板基材70mm×70mm×50mm的胶粘剂胶层的界面应力较小，致使保温板胶粘剂的胶凝材料的水化过程受外界因素影响较少，从而更好地提升了强度。

图3

而且，从图3中还发现，保温板胶粘剂只有在采用机械搅拌配制且养护时覆盖保温板的情况下，拉伸粘结强度受成型方式（试样尺寸）的影响较小，且拉伸粘结强度较高。但是同样采用机械搅拌方式配制的胶粘剂，养护时不覆盖保温板时，保温板基材70mm×70mm×50mm，拉伸粘结强度比养护时覆盖保温板降低25%，保温板基材50mm×50mm×50mm，拉伸粘结强度比养护时覆盖保温板降低7%。从而，我们可以看出，不同的养护方式（试样表面是否被覆盖）对保温板胶粘剂与模塑板常温常态拉伸粘结强度也同样产生了影响。下面就不同的养护方式（试样表面是否被覆盖）对保温板胶粘剂与模塑板常温常态拉伸粘结强度的影响进行详细的分析。

4.2.3 养护方式（试样表面是否被覆盖）对拉伸粘结强度的影响

图4

由图4可见，机械搅拌，保温板基材70mm×70mm×50mm，采用养护方式（覆盖7天）的保温板胶粘剂常温常态拉伸粘结强度比采用养护方式（不覆盖）的高25%。机械搅拌，保温板基材50mm×50mm×50mm，采用养护方式（覆盖7天）的保温板胶粘剂常温常态拉伸粘结强度比采用养护方式（不覆盖）的高7%。原因是由于保温板胶粘剂在养护过程中，覆盖保温板会使胶粘剂中水汽蒸发较慢，胶凝材料得到充分的水化，发展了强度，并且随着强度的提高，也同样降低了保温板胶粘剂固化收缩过程中保温板胶粘剂的应力对拉伸粘结强度的影响。

而且，从图3中还发现，保温板胶粘剂采用机械搅拌，保温板基材70mm×70mm×50mm和保温板基材50mm×50mm×50mm的常温常态拉伸粘结强度受养护时是否覆盖保温板的影响明显。而保温板胶粘剂采用人工方式搅拌，保温板基材70mm×70mm×50mm和保温板基材50mm×50mm×50mm的常温常态拉伸粘结强度受养护时是否覆盖保温板的影响较小。原因是养护时覆盖保温板的作用是降低保温板胶粘剂养护过程中水分蒸发的速度，采用人工方式搅拌配制的保温板胶粘剂，由于拌和不均匀，水分与干粉状胶粘剂融合不均匀，致使自身的水化程度不同，即使养护时覆盖保温板，也对后期拉伸粘结强度的提高影响不大。而采用机械搅拌配制的保温板胶粘剂，由于拌和较为均匀，水分与干粉状胶粘剂融合较为均匀，养护时覆盖保温板后，便会给保温板胶粘剂提供了更好的水化条件，进而提高了强度。所以，养护时是否覆盖保温板对采用机械搅拌方式配制胶粘剂的拉伸粘结强度影响很大。

5 结论与建议

（1）通过试验研究发现：搅拌方式、成型方式（试样尺寸）和养护方式（试样表面是否被覆盖）对保温板胶粘剂与模塑板常温常态拉伸粘结强度均有较大影响。其中，采用机械搅拌配制的保温板胶粘剂，且养护时覆盖保温板，拉伸粘结强度较高。而且，采用机械搅拌方式，不仅提高了保温板胶粘剂与保温板拉伸粘结强度，还提高了保温板胶粘剂与保温板基材表面的浸润性和附着力。同样，养护时覆盖保温板对提高保温板胶粘剂与保温板拉伸粘结强度也有着重要的意义。而成型方式（试样尺寸）对保温板胶粘剂与保温板拉伸粘结强度的影响：在采用相同搅拌方式和养护方式（试样表面是否被覆盖）时，保温板基材70mm×70mm×50mm和保温板基材50mm×50mm×50mm相比，采用保温板基材70mm×70mm×50mm会出现降低保温板胶粘剂与保温板拉伸粘结强度的情况。但如果采用机械搅拌，且养护时覆盖保温板，可以减小采用保温板基材70mm×70mm×50mm对保温板胶粘剂与保温板拉伸粘结强度影响的程度。

（2）由于搅拌方式对保温板胶粘剂与模塑板常温常态拉伸粘结强度的影响。所以，笔者建议试验室人员进行保温板胶粘剂与保温板拉伸粘结强度试验时，保温板胶粘剂应严格按照生产商使用说明或相应试验方法标准的规定进行配制，以确保试验样品拌和均匀的同时，并确保试验数据的可靠性。同时建议施工人员也应严格按照生产商使用说明或相应施工技术规程的规定进行保温板胶粘剂的配制，以保证保温板胶粘剂达到最佳性能，从而提高胶粘剂与保温板的相容性。

（3）由于成型方式（试样尺寸）对保温板胶粘剂与模塑板常温常态拉伸粘结强度的影响。所以，笔者建议试验室人员进行保温板胶粘剂与保温板拉伸粘结强度试验时，如果试验方法标准中对保温板基材尺寸（长度和宽度）未有明确规定时，保温板基材尺寸（长度和宽度）宜选择与保温板胶粘剂粘结面尺寸（长度和宽度）一致，以消除其他外界因素对保温板胶粘剂与保温板拉伸粘结强度试验结果的影响。

（4）由于养护方式（试样表面是否被覆盖）对保温板胶粘剂与模塑板常温常态拉伸粘结强度的影响。所以，笔者建议试验室人员进行保温板胶粘剂与保温板拉伸粘结强度试验时，应在试样养护时覆盖保温板。因为施工现场粘贴保温板时，无论是点框法还是条粘法，均是将保温板胶粘剂涂抹于保温板上，然后与基层墙体粘结，等同于保温板胶粘剂的两侧均被覆盖。这样的试验方法与施工现场更为一致，数据也更有代表性。