干粉砂浆在聚氨酯硬泡外保温系统中的应用

0 前言
聚氨酯硬泡体是一种具有隔热与防水功能的新型热固型高分子合成材料,其导热系数在目前常用的保温材料中最低。建设部专门成立了聚氨酯建筑节能应用推广工作组,致力于推动该材料在外墙保温中的应用,并于2007 年5 月由建设部发文(建科[2007]124 号),正式发布了《聚氨酯硬泡外墙外保温工程技术导则》(以下简称导则),该导则提出了4 种施工方法:喷涂法、浇筑法、粘贴法和干挂法。本文主要讨论不同施工方法所需配套材料的性能。喷涂法需要的配套材料有:基层防潮底涂(基层含水率偏高时使用)、保温层界面砂浆和保温层防护砂浆(抹面砂浆)。浇筑法又分为拆模和免拆模2 种做法,拆模法形成的聚氨酯表面很光滑,需要专业的界面材料处理,而适用于喷涂法的界面砂浆未必适用于拆模法。对于粘贴法施工,由于保温板出厂时已经界面处理(其作用是增加聚氨酯板的可粘结性能,防紫外线和减少运输中的破损)[1],这样的板材只需配套的粘结砂浆和抹面砂浆。一个符合要求的聚氨酯保温系统不仅取决于保温材料本身质量的好坏,也取决于系统各组成材料的匹配性。因此,从系统应用的角度出发,研究与上述不同施工方法相配套的材料对于获得具有良好耐久性的保温系统至关重要。本文对采用喷涂和粘贴法施工的聚氨酯保温系统的配套界面剂和砂浆进行了研究,并测试了贴板薄抹灰系统的抗冲击性能。

1 原材料和试验方法
1.1 原材料
海螺42.5 普通硅酸盐水泥;重钙,325 目;河砂,0.1~0.5mm;纤维素醚,黏度为15 000~30 000 m·Pa·s;可再分散胶粉,FX2350(EVA 共聚物),Elotex 易来泰生产;苯丙乳液(以下用A 表示),市售;喷涂聚氨酯板,密度为60~70 kg/m3,表面有1 层结皮,上海凯尔提供;聚氨酯板材,密度为40~50 kg/m3,表面有聚合物水泥界面层,烟台同化公司。

1.2 试验方法
界面处理后的聚氨酯与抹面砂浆粘结强度的测试方法:在喷涂聚氨酯板的表面涂刷1 层界面剂进行处理,分别在界面层施工10 min 内、2 h 后和2 d 后按JG 149—2003《膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统》中的方法成型抹面砂浆与聚氨酯板的粘结强度试件,然后测试抹面砂浆的原粘结强度(7 d标养)和耐水粘结强度(7 d 标养+7 d 浸水)。

2 试验结果与讨论
2.1 干粉界面砂浆对粘结强度的影响
干粉界面砂浆的试验配方为:水泥,35%;FX2350,10%;纤维素醚,0.2%;河砂,44.5%;填料和其它少量添加剂,10.3%。抹面砂浆的试验配方为:水泥,28%;FX2350,3%;纤维素醚,0.2%;河砂,58.5%;填料和其它少量添加剂10.3%。界面砂浆的加水量为22%,搅拌均匀后批刮在喷涂PU板的表面。由于实际施工时,界面层的施工和抹面层的施工会有一定的时间间隔,不同的厂家在施工工艺中往往给出不同的要求,如有些厂家强调界面剂层未表干时作抹灰层的施工,而有些则要求界面层施工24 h 后进行抹灰层的施工。使用界面砂浆的目的是为了改善界面处的粘结强度,但如果等到界面层完全干燥后再进行下一步抹灰施工,势必在界面层与抹灰层之间出现新的粘结界面,若这两层不能很好地结合,那么粘结的薄弱环节会在抹灰层和界面层之间,这样界面剂就没有起到应有的作用。鉴于此,我们测试了界面剂涂在聚氨酯保温板表面不同的时间后,再镘抹抹面砂浆对其粘结强度的影响,试验结果见表1。

注:①AF- PU表示破坏发生在PU板与界面砂浆(无处理时为抹面砂浆)之间的交界面;②CF- PU表示破坏发生在PU板内部。

表1 的结果表明,界面砂浆处理后的喷涂PU 板与抹面砂浆的粘结强度获得了很大的改善,且界面砂浆与抹面砂浆的施工时间间隔对粘结强度有很大影响,界面砂浆施工完紧接着就进行抹面层施工时,可以保证二者在新拌状态下形成湿碰湿的紧密结合,从而获得最佳的粘结强度。从破坏模式上看,只要在涂完界面砂浆后马上进行抹面砂浆施工的试件在7 d 标养后才达到最高粘结强度,并做到破坏发生在聚氨酯材料内,而其余试件破坏均发生在界面砂浆与聚氨酯材料的界面处。从浸水后的粘结强度来看,时间间隔在10 min 内试件的耐水粘结强度与其它情况相比提高了接近2 倍。虽然耐水粘结强度的破坏界面都是在界面砂浆与喷涂PU 之间,但是0.20 MPa 的湿粘结强度相对于导则中对抹面砂浆与聚苯板的湿粘结强度(大于0.10 MPa)相比已经很高。只是由于试验用的喷涂PU 板自身抗拉强度较高,所以破坏界面才未发生在PU 板的内部。
2.2 乳液界面剂对粘结强度的影响
目前市场上用于XPS 板的界面剂大多数为乳液界面剂,施工时将乳液界面剂直接滚涂在XPS 板表面,乳液干燥成膜后再进行下一工序,这样做可以提高抹面砂浆与XPS 板的粘结强度。为了探索乳液型界面剂用于PU 保温材料界面处理的可行性,我们采用市售的某苯丙乳液A 作为乳液界面剂,并测试了它对抹面砂浆粘结强度的影响。实验过程如下:用乳液涂刷喷涂PU 板,在乳液涂刷后分别在10 min 内、2 h 后和2 d 后镘抹抹面砂浆,然后测试抹面砂浆的原粘结强度(7 d标养)和耐水粘结强度(7 d 标养+7 d 浸水),抹面砂浆的配方与2.1 中所述基本相同,只是胶粉FX2350 的掺量有2 种,分别为3%和6%,测试结果见表2。

注:①AF- PU表示破坏发生在PU板与界面砂浆(无处理时为抹面砂浆)之间的交界面;②CF- PU表示破坏发生在PU 板内部;③AF-界面剂表示破坏发生在抹面层与界面剂之间。
从表2 可以看出,用乳液A 作界面剂的效果并不理想,特别是浸水后的粘结强度出现了大幅度下降,这与其用于XPS 板界面处理时的情况并不相同。从涂刷界面剂不同时间后抹面砂浆与喷涂PU 板的粘结强度试验结果看,其规律也与采用界面砂浆进行界面处理时的试验结果不同。界面剂涂刷后晾置的时间越长,原粘结强度反而越高。另外,尽管耐水粘结强度略有提高,但无论抹面砂浆中胶粉掺量是3%还是6%,均未达到导则规定的大于0.10 MPa 的要求,且破坏界面均为界面剂层与PU 板的交界面,说明是界面剂层与PU 板的耐水粘结强度是该系统耐水粘结的最薄弱点。将表1 和表2 的试验结果进行对比后可以发现,单组分聚合物改性水泥基界面砂浆对喷涂PU 板的粘结强度的改善效果更好,且耐水粘结强度也达到了导则中规定的大于0.10MPa 的要求。如果施工时在单组分界面砂浆施工完毕后立即进行抹面层的施工,那么抹面砂浆与PU 板的耐水粘结强度较其它处理方法提高近1 倍,达0.20 MPa。另外,聚氨酯界面剂除了提高与抹面砂浆的粘结强度之外,还对聚氨酯表面起到一定的保护作用,防止其在阳光的照射下发生变黄和粉化等不良现象。

2.3 PU 板保温系统与EPS 板保温系统抗冲击强度的对比试验
在导则规定的粘贴法中所用的PU 板是指表面有界面处理层的板材。我们在试验中采用了烟台同化生产的PU 板,这种板上下2 个表面均经过聚合物水泥浆的处理。PU 板与EPS板相比前者的抗压强度更高,但柔性较低,这样很可能导致采用这2 种不同板材的保温系统的抗冲击性能会有所不同。为此,我们测试了相同的抹面砂浆和网格布分别与2 种板材组合而成的外保温系统样块的抗冲击强度,试件抹面层的厚度分别为3 mm 和5 mm,网格布的位置控制在试件表面可见网格布的网纹,但看不见网格布的颜色。试件的养护制度分2种:(1)标养28 d,该制度与JG 149—2003 的要求相同;(2)标养14 d+浸水7 d+标养7 d,该制度与JC/T 993—2006《外墙保温用膨胀聚苯板抹面胶浆》中规定的抗冲击的养护条件相同。抹面砂浆的试验配方为:水泥,28%;重钙,10%;FX2350,3%;纤维素醚,0.2%;引气剂,0.03%;老标准砂和其它少量添加剂,58.77%。抹面砂浆的性能如表3 所示,保温系统的抗冲击强度见表4。


表4 的结果表明,按照JG 149—2003 中养护制度养护的试件抗冲击强度很高,其中单层网格布也能达到10 J 冲击无裂纹,EPS 系统和PU 系统几乎没有区别。但按JC/T 993—2006 的养护制度养护的试件抗冲击强度明显降低,且PU 系统抗冲击强度的下降更为明显。试件经过7 d 浸水和干燥处理后,测得的抗冲击强度比28 d 标准养护低很多的原因是:经过7 d 浸水养护,抹面层中未水化的水泥发生二次水化,导致抹面砂浆的强度明显提高,柔性下降,从而导致抗冲击性能下降。这种抗冲击测试的养护制度与ETAG004 中的规定相符,与28 d 标养相比,它更能体现系统长期使用后的抗冲击性能,因而更具有实际意义。在浸水养护后EPS 板系统较PU 板系统表现出更高抗冲击强度的原因可能是EPS 板比PU 板更软,使EPS 板系统更容易缓冲外力冲击。所以,我们认为用于PU 板薄抹灰外保温系统的抹面砂浆的柔性应比传统的EPS 薄抹灰系统抹面砂浆的柔性更高,这样才能确保系统长期使用后的抗冲击性能和抗开裂性能。

3 结语
(1)与乳液型界面剂相比,单组分聚合物改性水泥基界面剂(界面砂浆)更加适合做喷涂聚氨酯保温层的界面处理材料。
(2)单组份聚合物改性水泥基界面剂即干粉界面砂浆可以显著改善抹面砂浆与喷涂PU 板的粘结强度,如果在涂抹界面砂浆后立即进行抹面砂浆层的施工,则能获得更高的原粘结强度和耐水粘结强度。
(3)采用相同的抹面砂浆时,PU 板薄抹灰保温系统浸水处理后的抗冲击强度比EPS 薄抹灰保温系统降低更多,用于这一系统的抹面砂浆应具备更好的柔性。

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