三元聚合物改性旧墙翻新瓷砖界面剂研制

吕官记，季 韬，马亚林，王思平

（1.福建商学院管理工程系，福建福州 350012；2.福州大学土木工程学院，福建福州 350116）

随着我国城市化进程的发展，我国近年建造了大量的建筑物，基本满足了生活经济发展需要.随着建筑物的老化以及人们对美观的认知，今后会在较长的时期内以加固维修翻新为主.外墙装饰采用瓷砖和马赛克曾经风靡一时，有相当大的一部分建筑物外墙以瓷砖和马赛克饰面为主，随着建筑物老化，外墙瓷砖饰面不能满足业主对于美观的追求，同时影响城市整体形象，甚至会存在安全隐患.如今人工费高昂，拆除瓷砖饰面需要高空作业，而且易造成环境污染，所以怎样安全快速环保地对瓷砖饰面翻新已成为科研工程人员亟待解决的问题.由于外墙涂料装饰美观大方、施工简便、使用安全且经济廉价，在国外90%以上外墙都使用高级涂料装饰.

旧建筑物外墙瓷砖面光滑，加上风雨侵袭和太阳辐射，很容易与涂料产生粘接不牢、空鼓甚至涂料脱落等现象，而瓷砖界面剂可以改善基面，加强外墙腻子层与旧瓷砖面的黏结作用，采用一种高性能界面剂改善瓷砖面的釉面，既能保证工程质量，又能控制生产成本、节约资源.目前外立面改造施工完成后形成的外墙结构为：砌块-水泥砂浆-外墙砖-界面剂-腻子粉-外墙涂料.陈志峰[1]研究得出直接在旧墙釉面砖基础上进行涂料翻新具有明显优势，施工简便周期短，造价低且环保绿色.李英丁[2]等采用可再分散乳胶粉改性外墙腻子粉，用来增加旧墙瓷砖与涂料的黏结强度.吕文生[3]研究了掺入巴斯夫（中国）有限公司生产的400F乳液对外墙瓷砖界面剂的影响，结果表明具有良好的粘结强度和颗粒形态.

聚合物广泛应用在当今的物质生活许多方面，尤其在建筑行业.许多科研人员对聚合物改性混凝土水泥砂浆等进行了研究，形成各种特种性能的混凝土和砂浆.国内外改性水泥基材料的聚合物品种众多，有研究学者认为可将其归纳为三类：聚合物水分散体、水溶性聚合物或单体和粉末状聚合物[4].日本Ohama[5]将聚合物进行了如下分类：水溶性聚合物或单体（如聚乙烯醇、糖醇、甲基纤维素和聚丙烯酸盐类）、聚合物水分散体（橡胶乳液、树脂乳液和混合乳液）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）对混凝土改性后的耐久性能进行了研究，结果表明SBR可提高耐水性、耐腐蚀性.钟世云等[7]研究表明聚合物改性水泥砂浆的氯离子渗透性随苯丙乳液中丙稀酸丁酯含量的増加而降低.王红霞[8]研究了SPC聚合物改性混凝土后具有良好的抗裂性、抗冻性、抗渗性和耐腐蚀性.张建生等[9]研究了环氧树脂乳液改性水泥砂浆，改性后具有优异的黏结性能和抗渗性能.方萍[10]研究了丙苯乳液改性水泥砂浆后的内部微观结构，表明聚合物掺量不同，内部呈现不同的状态.Pascal[11]等对SBR乳液改性水泥混凝土的试验研究表明，在SBR乳液掺量大于10%时水泥混凝土抗压强度会随聚合物掺量的增加不断下降，但抗折强度在一定程度上有所提高.王世闰[12]等通过红外光谱分析、热分析和扫描电镜分析等方式对EVA乳液（聚乙烯-乙烯乙酸酯乳液）改性水泥砂浆后的力学性能、微观结构及水化特征进行了研究.李发平[13]采用有机硅改性水泥砂浆，研究改性后水泥砂浆的工作性能、力学性能、物理性能以及其内部孔隙结构.刘芝敏[14]研究了几种聚合物如环氧树脂、环氧树脂乳液和聚丙烯酸酯乳液用来改性混凝土或砂浆，研究其在海洋工程防腐与修复中的主要性能.李美兰[15]通过抗压和抗折试验研究了醋酸乙烯酯-马亚酸二丁酯-丙烯酸-2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸共聚乳液对水泥砂浆力学性能和耐久性的影响.

目前采用三元聚合物改性界面剂的研究较少，尤其是应用于既有建筑的外墙翻新瓷砖界面剂还未见报道.本文引入氯乙烯、乙烯和乙烯醚三元共聚物，研究界面剂的黏结强度、压折比、吸水率、抗冻融性能以及抗风振性能，并结合宏观性能和微观形貌进行机理探讨.

1 试验

1.1 原材料

水泥为42.5R普通硅酸盐水泥（浙江红狮水泥股份有限公司），主要化学成份如表1所示.砂采用符合国际标准ISO679的标准砂，由厦门艾思欧标准砂有限公司生产，其物理化学指标见表2.PTB乳液是由氯乙烯、乙烯、乙烯醚组成的三元聚合物，生产厂家为比利时王国精细化工工业（控股）有限公司，技术参数见表3.

表1 水泥主要化学成分（%）

表2 标准砂物理及化学指标

表3 PTB技术参数

1.2 试验设备与方法

黏结强度试验采用HC-2000A黏结强度试验仪测定砂浆拉伸黏结强度，测试试件示意图见图1.测试方法参照《聚合物水泥防水砂浆》JC/T 984-2011，标准条件下养护到7 d、14 d，风振黏结强度标准条件下养护28 d.抗冻性试验采用TR-CLD冻融循环机，由上海砼瑞仪器设备有限公司生产.试件按标准条件养护至7 d龄期后，按GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行试验.压折比采用YAW-300C型电液式压力试验机全自动抗折抗压试验机，由济南时光试验仪器设备有限公司生产的.试样尺寸为40 mm×40 mm×160 mm，经过24 h的养护后对试件进行脱模，并及时送入标准条件下养护28 d，试验方法参照《水泥胶砂强度检验方法》GB/T 17671-1999.吸水率试验采用LQ-C100001电子称，试件尺寸为40 mm×40 mm×160 mm，标准养护28 d.

图1 测试试件示意图

1.3 试验配合比

采用P/W由0～1∶1变化，试验配合比见表4.

表4 试验配合比

2 结果与分析

2.1 黏结强度

图2a、图2b分别是P/W下的7 d、14 d黏结强度.由图2a知，随着聚合物PTB掺量的增加，黏结强度基本呈增大趋势；当P/W大于1∶2后，掺PTB的砂浆黏结强度陡然增大，在P/W为1∶1时达到了0.85 MPa.由图2b知，掺入PTB的砂浆黏结强度均比未掺入的普通砂浆大；随着聚合物PTB掺量的增加，黏结强度呈增大趋势.在P/W小于1∶2时，砂浆黏结强度较为接近，当P/W大于1∶2后，掺PTB的砂浆黏结强度陡然增大，在P/W为1∶1时达到了0.88 MPa.14 d黏结强度与7 d黏结强度相比，增长幅度并不大.

图2 7 d和14 d黏结强度

2.2 压折比和吸水率

图3 、图4分别为不同P/W下的压折比和吸水率.由图3知，聚合物掺量为0时，压折比最大，掺入PTB后压折比明显减小.掺PTB的砂浆随P/W的增大整体呈下降趋势，但在P/W为1∶2时出现突变，在P/W为1∶1时达到最小，最小压折比为4.84.由图4知，掺入各聚合物的砂浆吸水率随P/W的增大均呈现下降趋势.掺PTB的砂浆在P/W为1∶1的砂浆吸水率仅为0.85%，P/W为1∶5时吸水率为2.58%，掺PTB的砂浆防水性能明显优于普通砂浆.

图3 压折比

图4 吸水率

2.3 抗冻融性能

图5 a、图5b分别为不同P/W下的冻融循环后的黏结强度和残留强度比.由图5a知，不掺PTB的砂浆冻融循环后，其黏结强度接近于0.掺PTB的砂浆随P/W的增加，增长趋势最快，P/W值等于1∶1时最大为0.56 MPa.由图5（b）知，冻融循环后黏结强度残留比在P/W为0～1∶4时，呈现增大趋势，但在P/W为1∶4后基本呈现平缓趋势.

2.4 抗风振性能

图6 为不同P/W下的28 d风振黏结强度.掺PTB的砂浆风振试验后后，其黏结强度随P/W的增大呈现不断增大的趋势，在P/W为1∶5时略有降低，当P/W等于1时最大为0.92 MPa.

图6 28 d风振黏结强度

3 机理分析

图7为D0、D1、D3和D5的微观形貌.结石体的微观结构直接影响宏观力学性能，PTB的掺入提高了黏结强度，减小了压折比.由图7a知，未掺PTB的砂浆含有大量孔洞，且孔洞尺寸大，同时伴有裂纹，裂纹不断延伸在孔洞之间.同时质地疏松，未充分水分的水泥颗粒较多，这是其黏结强度低，压折比大的主要原因.由图7b知，掺入1∶5的PTB乳液D1组相对于图7a有比较明显的改善，大尺寸孔洞减少，水泥水化较为充分.图7c中，大尺寸孔洞进一步减少，可见裂纹进一步减少，微观孔大量增加，水泥水化更为充分.图7d中，可见明显的包裹物，水泥结石体完整，未见大孔洞尺寸，微孔尺寸进一步减小，未见裂纹.PTB乳液的掺入增加了砂浆的和易性，让水泥颗粒进一步水化，水化充分的颗粒增加了砂浆的强度，同时随着龄期的增长，PTB乳液逐渐固化且包裹水化产物，形成不完全连续的空间骨架-基体网状结构体系，这种结构体系弹性模量远低于水泥石的弹性模量，且键能大延性好，因此其抗折强度较高，同时抗压强度并不会降低较多，所以压折比较大.同时这种砂浆硬化后结构致密且增大了黏附面积，导致其具有更高的黏结强度，包括风振后和冻融后的黏结强度，PTB乳液掺入后产生的微孔结构能够增加砂浆的抗冻融性能，同时这些不连通的微孔可以阻止水分子的进入，提高其防水性能.

图7 ESEM微观形貌

4 结论

掺PTB乳液的旧墙翻新瓷砖界面剂具有较为优异的性能：

（1）在P/W为1∶1时7 d、14 d黏结强度分别为0.85 MPa、0.88 MPa；冻融循环后的黏结强度为0.56 MPa；28 d风振后黏结强度为0.92 MPa；压折比为4.84；吸水率仅为0.85%.

（2）随PTB掺量的增大，界面剂呈现越来越致密的网状结构，在P/W为1∶1时，界面剂内部水化充分，产生大量微孔，交联的互穿结构更为均匀有序.砂浆硬化后结构致密且增大了黏附面积，导致其具有更高的黏结强度，包括风振后和冻融后的黏结强度，PTB乳液掺入后产生的微孔结构能够增加砂浆的抗冻融性能，同时这些不连通的微孔可以阻止水分子的进入，提高其防水性能.