外墙外保温系统透气性抹面胶浆的研究

2022-02-19赵长才占飞郭镜铭陈岩

新型建筑材料 2022年1期

赵长才，占飞，郭镜铭，陈岩

（1.苏州市姑苏新型建材有限公司，江苏苏州 215129；2.苏州新地建设工程质量检测有限公司，江苏苏州 215121）

0 前言

我国外墙外保温薄抹灰体系经多年的实际应用后，出现了诸多问题，最为普遍的是抹面胶浆防护层开裂，有调查显示，防护层开裂外墙占施工保温外墙的90%以上，防护层无规则的开裂导致渗水、内墙霉变、保温效果大幅下降、维修困难。

外墙外保温是一个系统工程，各类保温板薄抹灰体系均有系统性能指标的规定，其中，水蒸气透过湿流密度（单位时间单位面积内流经防护层的水蒸气质量）指标往往不被重视，而该指标与抹面胶浆的开裂有紧密关系。抹面胶浆是一类由水泥基胶凝材料、高分子聚合物、填料和添加剂等组成，具有一定变形能力和良好粘结性的水泥基材料[1]。抹面胶浆防护层透气性低，很容易导致保温内侧的水蒸气不能及时排出，产生结露、结冰，水的溶胀循环导致系统不稳定，防护层起鼓、脱落。较理想的系统构造是从内至外材料的透气性要求越来越好，水蒸气能够有一个顺畅的迁徙路线，不至于在墙体及保温装饰层内部形成冷凝水[2]。因此，防护层在保证不透水性能的前提下，水蒸气透过湿流密度较大的为优。

本研究根据当前外墙保温实际情况，在保证抹面胶浆基本性能的基础上，通过多种技术措施，研制一款高透气性抹面胶浆，以满足实际保温工程的需求。

1 试验

1.1 主要原材料

根据GB/T 29906—2013《模塑聚苯板薄抹灰外墙外保温系统材料》、GB/T 30595—2014《挤塑聚苯板（XPS）薄抹灰外墙外保温系统材料》对抹面胶浆性能的基本要求及本研究产品特点选取原材料。

水泥：P·O42.5、P·O52.5，海螺公司；砂：干燥河砂，市售；乳胶粉：可再分散乳胶粉，RE5044N，瓦克公司；保水剂：羟丙基甲基纤维素醚，200 Pa·s，浙江中维；木质纤维：长度1～3 mm，直径10 μm，河南富强化工；膨胀珍珠岩：开孔型，粒径0.15～0.20 mm（80～100 目），市售；微沫剂：α-烯基磺酸钠，粉剂；防水粉：硬脂酸钙；憎水剂：有机硅憎水剂，FC-80，粉剂，国民淀粉。

1.2 基础配方设计

根据透气性抹面胶浆的性能要求，预先拟定了基础试验配方，如表1 所示。将水泥、砂、各种外加剂等干拌均匀，再加水拌和至施工稠度，成型。

表1 透气性抹面胶浆的基础试验配方

1.3 测试方法

抗压强度、抗折强度、压折比按GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO 法）》进行测试；拉伸粘结强度按GB/T 29906—2013 进行测试；吸水率按JC/T 474—2008《砂浆混凝土防水剂》进行测试；抗冲击性能按JG 149—2003《膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统》进行测试；水蒸气透过性能按GB/T 17146—2015《建筑材料水蒸气透过性能试验方法》中“干法”进行测试；导热系数按GB/T 10294—2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》进行测试。

2 结果与讨论

2.1 水泥对抹面胶浆性能的影响

水泥作为胶凝材料，赋予抹面胶浆强度，水泥用量是影响抹面胶浆总体性能的重要因素，水泥用量大，其强度相对高，刚性增大。水泥的强度等级越高，砂浆的强度也越高。水泥固有的脆性大且易收缩的特性使得抹面胶浆容易出现裂缝。不同强度等级水泥用量对抹面胶浆性能的影响见图1、图2。

图1 水泥用量对抹面胶浆拉伸粘结强度的影响

图2 水泥用量对抹面胶浆压折比的影响

由图1、图2 可见，随着水泥用量的增加，抹面胶浆的拉伸粘结强度、压折比随之增大，刚性增强，柔韧性降低。相同水泥用量下，P·O52.5 水泥抹面胶浆的拉伸粘结强度、压折比均高于P·O42.5 水泥，体现出P·O52.5 水泥本身刚性更高的特征；其次，随着水泥强度等级的提高，抹面胶浆的收缩率增大，这是因为水泥早期水化消耗的水量较多，水化产物多，加大了塑性失水带来的收缩应力。综合水泥强度等级对强度、压折比及收缩率的影响，试验最终选用P·O42.5 水泥进行抹面胶浆的配制。并且，P·O42.5 水泥在抹面胶浆中的用量为25%～35%时，抹面胶浆的拉伸粘结强度为0.6～0.7 MPa，压折比为2.4～2.8。

2.2 可再分散乳胶粉掺量对抹面胶浆性能的影响

由于水泥是刚性材料，水化后形成的凝胶体脆硬，抹面胶浆与相邻的保温板因温度变化产生界面应力、线性收缩变形不一致，容易出现开裂、空鼓，甚至整体脱落现象[3]。试验选用柔韧性优异、抗水性良好及与水泥相容性较好的RE5044N 乙烯-醋酸乙烯共聚乳胶粉（VAE）进行改性。

2.2.1 乳胶粉掺量对抹面胶浆力学性能的影响（见表2）

表2 乳胶粉掺量对抹面胶浆力学性能的影响

由表2 可以看出，乳胶粉虽然能提高抹面胶浆的韧性，但掺量小于2.0%时，28 d 抗折强度变化不明显；乳胶粉掺量为2.5%时，抗折强度有下降趋势。随乳胶粉掺量的增加，28 d 抗压强度逐渐降低；28 d 压折比先逐渐减小，当乳胶粉掺量为2.5%时，压折比有增大趋势。

2.2.2 乳胶粉掺量对抹面胶浆拉伸粘结强度的影响（见表3）

由表3 可以看出，随着乳胶粉掺量的增加，抹面胶浆的拉伸粘结强度随之提高，掺加乳胶粉的抹面胶浆与水泥试块及膨胀聚苯板界面的拉伸破坏形式有很大程度的改观（见图3）。未掺乳胶粉时，抹面胶浆与聚苯板粘结力小，可能是膨胀聚苯板表层吸水率低，亲水性差，水泥浆体不容易在表层润湿造成的，随着乳胶粉掺量的增加，渐渐表现为聚苯板内部粘结破坏。

图3 乳胶粉掺量对抹面胶浆界面粘结破坏的影响

表3 乳胶粉掺量对抹面胶浆拉伸粘结强度的影响

2.2.3 乳胶粉掺量对抹面胶浆抗冲击性能的影响

乳胶粉可以改善抹面胶浆的抗裂性能，提高粘结性、抗折强度、内聚力、冲击性、耐磨性、保水性和施工性[4]。保温系统的抗冲击性与保温板的强度、玻纤网、抹面胶浆柔韧性以及抹面胶浆与玻纤网的握裹力4 个因素有关，其中抹面胶浆的柔韧性及其与玻纤网的握裹力和乳胶粉有直接关系。未掺乳胶粉时，抹面胶浆在铅球的冲击性下直接碎裂，并且砂浆与玻纤网毫无握裹作用；掺加1.5%乳胶粉后，抹面胶浆的抗冲击性明显改善，在冲击下表现出一定程度柔韧性，对保温系统起到了保护作用，见图4。

图4 乳胶粉掺量对抹面胶浆抗冲击性能的影响

2.3 抹面胶浆的透气性

提高抹面胶浆的透气性、水蒸气透过湿流密度是本研究的重要内容。为了降低抹面胶浆的压折比、吸水性，提高粘结强度等，需要添加大量的乳胶粉等高分子材料，这样会损失抹面胶浆的透气性，降低水蒸气透过湿流密度，若保温板内侧水汽被外侧防护层（抹面胶浆、饰面层等）拦截，必然会引起保温层内侧结露、结冰，

基于此，可在抹面胶浆中添加利于提高透气性的成分，如膨胀珍珠岩[开孔、粒径0.2～0.4 mm（50～80 目）]、微沫剂（α-烯基磺酸钠）等透气性材料。

2.3.1 透气性材料掺量对抹面胶浆透气性的影响（见表4）

表4 膨胀珍珠岩、微沫剂掺量对抹面胶浆透气性的影响

由表4 可以看出，普通抹面胶浆的透气性较小，这与乳胶粉的添加有关，掺入适量微沫剂和膨胀珍珠岩后，透气性迅速增大。微沫剂为一种表面活性剂，在砂浆搅拌过程中产生大量细小均匀的稳定性气泡；膨胀珍珠岩为开孔型无机硅质材料，透气性好。当掺0.02%微沫剂+2%膨胀珍珠岩时，抹面胶浆透气性达1.54 g/（m2·h）（5 mm 厚），远优标准要求的0.85 g/（m2·h），保温板内外水蒸气扩散、迁移毫无压力，不会产生结露、结冰、“拦水坝”等现象。抹面胶浆透气性测试如图5 所示。

由图5 可见，24 h 后拆开试件，氯化钙表面潮化明显，说明水汽通过抹面胶浆（5 mm 厚）孔隙进入了内部，抹面胶浆透气性良好。

图5 抹面胶浆的透气性测试

2.3.2 透气性材料掺量对抹面胶浆导热性能的影响

聚苯板板的导热系数一般为0.03～0.10 W/（m·K），远低于普通抹面胶浆，两者导热系数相差最大可达10～20 倍，当外界条件发生变化时，聚苯板有较大的变形，抹面砂浆与聚苯板界面因材料性能不一致导致界面产生拉应力，反复的拉伸变形导致界面脱离，最终被拉裂。降低抹面胶浆的导热系数，尽可能地接近保温板的导热系数，是改性抹面胶浆的重要途径[5]。本研究在抹面胶浆中添加透气材料，在增加透气性的同时，有效地降低了抹面胶浆的导热系数。对普通抹面胶浆和透气性抹面胶浆（0.02%微沫剂+4%膨胀珍珠岩）进行了导热系数测试，结果如表5、表6 所示。

表6 透气性抹面胶浆的导热系数测试结果

对比表5、表6 可见，膨胀珍珠岩和微沫剂对抹面胶浆的导热系数有较大影响。膨胀珍珠岩本身的导热系数为0.0245～0.048 W/（m·K），微沫剂在抹面胶浆中形成大量微小的气泡，改变了热传导和对流的路径，从而降低了热传导效率，导热系数变小。随着膨胀珍珠岩、微沫剂掺量的增加，抹面胶浆的拌合湿密度下降，对保温作用更加有利。

2.3.3 透气性材料掺量对抹面胶浆吸水性的影响（见表7）

表7 透气性材料掺量对抹面胶浆吸水性的影响

由表7 可见，透气性材料的添加增大了抹面胶浆的孔隙率，对吸水性有影响。吸水率随着透气性材料掺量的增加逐渐增大。原因在于珍珠岩本身吸水率较大，随着膨胀珍珠岩掺量增加，砂浆的吸水率随之增大。随微沫剂掺量的增加，气体的引入导致砂浆变得不密实，水分更容易进入到砂浆内部，砂浆的吸水率逐渐增大。按照GB/T 29906—2013 对抹面胶浆进行测试，发现当微沫剂掺量0.02%、膨胀珍珠岩掺量4%时，抹面胶浆内侧有渍湿点，但无明水渗出。为了降低抹面胶浆的吸水性，试验中同时添加了硬脂酸钙防水粉、有机硅憎水剂等。

2.3.4 透气性材料掺量对抹面胶浆强度的影响（见表8）

由表8 可见，透气性材料降低了抹面胶浆的体积密度，对强度有较大的影响。随透气性材料掺量的增加，抹面胶浆的强度逐渐降低，原因在于膨胀珍珠岩的强度远小于水泥等胶凝材料的强度；其次，掺入微沫剂拌合后，产生大量均匀分布的气体，增大了孔隙率，降低了强度。抹面胶浆掺入透气性材料后密实性降低（见图6）。

图6 透气性材料掺量对抹面胶浆密实性的影响

表8 透气性材料掺量对抹面胶浆强度及体积密度的影响

3 产品性能检测

经苏州市建设工程质量检测中心检测，研制的透气性抹面胶浆性能符合GB/T 29906—2013 和GB/T 30595—2014 的要求（见表9）。其次，抹面胶浆的水蒸气透过湿流密度为1.76[g/（m2·h）]，导热系数为0.1658 W/（mK），远低于普通抹面胶浆（0.3590），综合性能优异。