聚合物改性水泥基外墙腻子研制

聚合物改性水泥基外墙腻子研制

顾期斌1,柯劲松2,刘锦子1,王官智3
(1.湖北教育学院,武汉 430000;2.武汉市建筑材料研究所,武汉 430051;3.枣阳市建委,枣阳 441200)

外墙腻子是建筑涂料涂装过程中的重要配套材料。国内现今一般采用丙烯酸乳胶、丁苯乳胶、氯丁乳胶、聚乙酸乙烯乳液等,都是双组分体系,即粉料组分和液体组分。由于要考虑水的用量,在施工过程中,存在较大的不稳定因素,且乳液在贮存及运输方面并不方便。本文采用可再分散胶乳粉对水泥进行改性,通过外加填充材料及活化处理来研制单一的粉料聚合物改性水泥基外墙腻子。

1 实验
1.1 原理
新型外墙腻子是通过聚合物对水泥基的改性处理,极大提高了材料的吸附粘结力。当加水拌合时,水泥水化析出的和掺入材料中的无机阳离子都参与形成交联的阳离子/ 聚合物复合结构。多价阳离子(Ca2+、Al3+)与聚合物交联后形成稳定的分子结构,对水泥水化影响较小;而单价阳离子(K+、Na+)与聚合物反应形成不稳定的盐,加速水泥水化,并促进水化析出的金属离子与聚合物交联反应。随着水泥水化的进行,水泥从聚合物中吸收水分而不断水化,同时聚合物颗粒相互粘接,在水泥水化物周围和集料表面成膜,水化产物之间以及水化产物和集料间的结合力增强。同时聚合物颗粒对水泥浆孔隙的填充作用提高了浆体的密实度,使水泥石空间骨架的孔隙被聚合物柔韧的质点、网络、膜层胶结成空间网结构,使聚合物的柔性与水泥的刚性结合在一起,初期形成一层略有柔性的复合体。随着时间的增长,原有的聚合物胶液已硬化,而水泥从空气中吸收水分还不断水化,强度越来越大,刚性也越来越强,最后形成坚硬的刚柔结合防水层。同时掺入的一定活性的高强度混合材(硅灰石、粉煤灰等)以减少未水化的水泥颗粒在整个体系中的比例,使其热力学不稳定性降低。加入一定量的辅助材料,有利于促进水泥颗粒分散,阻止聚合物水泥粒子的凝聚,保证其混合物均匀和稳定,有利于聚合物发挥出更大的作用[1,2]。

1.2 外墙腻子组成
在反复实验优化的基础上,确定外墙腻子的组成如下:水泥50%~60%,填充材料29%~41%,聚合物5%~10%,辅助材料3%~5%。
相应的原料分别为:硅酸盐水泥、石膏、硅灰石、粉煤灰、膨润土、活性矿粉、聚合物等。

1.3 生产工艺过程
水泥 :符合GB 175-1999 标准的525R 水泥;填充材料:烘干,研磨,筛分,严格控制水分1.0%;聚合物:经过预活化处理;辅助材料:磨细。将上述组成配成的配合料放入混合机中充分混合,取出冷却,装入密封容器备用。

1.4 测试
1.4.1 抗压强度
材料的水粉比,粉:水=5.5:1 ;成型按GB 177执行 ;试块在养护室中养护2 d脱模,按GB 177执行,测7 d抗压强度。
1.4.2 粘接强度
按重量比,425# 水泥:标准砂:水= 1:2:0.5的砂浆,在具有截面挡板的8字模中成型5个试块,24 h后脱模撤掉挡板,将8字试件置养护室养护14 d后,取出凉干,将一半8 字试件放置8 模中。按重量比,粉:水=5.5:1配料,搅拌3min倒入已经放置了一半8字试件的模中,在养护室放置2 d后脱模;继续养护14 d后,在抗拉试验机上测定粘结面的粘结力。删除最大和最小的两个读数,取余下三个读数的平均值做测定值。
粘结强度计算:t= P / M
式中:t -粘结强度,MPa;P -粘结力,N;M -粘结面积,m m 2

1.4.3 抗渗压力
1.4.3.1 涂层抗渗试验
试体成型和养护 :①基体块的制备:采用425#水泥,按重量比,水泥:标准砂:水=1:4:1,将上述料在水泥砂浆搅拌机中混合3 min,迅速倒入上口直径70 mm、下口直径80 mm、高30 mm 的试模中,在振动台上振动成型。带模养护24 h 后,入水养护7d后取出,用砂布把表面打磨后(保持基体块高度在28 mm),使表面粗糙、干净、风干。基体块的抗渗强度应在0.2 MPa以下。②涂层:将粉:水=5.5:1(重量比)搅拌均匀,制成料浆刮涂在基体块表面,充分抹实,一般涂层厚度为2 mm。置养护室养护2 d 后转入水中养护14 d,取出洗净、风干。每组测试的试件为6 个。③抗渗强度测试:在砂浆抗渗仪上作迎水抗渗试验,以每小时0.1 MPa的速度,直到6个试件中有2 个试件表面透水为止,该压强为涂层与基体合计的抗渗压,其值为P1。空白基体块也按上述方法进行抗渗压试验,其测得抗渗压值为P0。
涂层抗渗压值 P = P1 - P0
1.4.3.2 试块抗渗试验
按重量比,粉:水= 5.5:1 配料,一次装满如涂层抗渗试验规定的试模,在混凝土振动台上震捣3min,抹平,放入养护室2 d 后脱模,转入水中养护14 d后,按涂层抗渗试验的方法进行试验。
1.4.4 冻融试验
涂层制备 :按1.4.3.1中②的方法将涂层涂在经水充分浸泡后的陶质砖背面上,制成6 块试件,置养护室养护14 d后开始检测性能。将试件置温度已达-20℃±2℃的冰箱中冻2 h,取出后立即在20℃±2℃的水中浸泡2 h,连续25次循环。每一循环后检查试件有否开裂、起皮、剥落现象。若有两块出现上述现象,即终止试验。
1.4.5 耐高温试验
按冻融试验方法制备试件3 块,在养护室养护至14 d 后取出,置100℃沸水煮5 h。3块试件涂层都应无起泡、裂纹、脱落、粉化等现象。
1.4.6 耐低温试验
按冻融试验方法制备试件3 块,在养护室养护14 d后取出,置温度已经达-40℃的冰箱中5 h。3块试件涂层都应无起泡、裂纹、脱落、粉化。

2 测试结果
表1 外墙腻子主要技术指标及测试结果

3 结果及讨论
(1) 通过聚合物的活化可以减少聚合物的掺入量。
(2) 适量活性填充料的加入,有利于减少水泥后期水化过程。
(3) 聚合物改性水泥呈粉状,运输、存放及使用十分方便,产品的质量也易于在生产、施工过程中得到控制和保证。
(4) 研制的聚合物改性水泥成本低廉,无毒,符合环保要求。
(5) 聚合物改性水泥配制的聚合物改性水泥基复合材料和聚合物改性水泥砂浆具有优越的使用性能,不分层,不泌水,显著提高粘结强度、抗剪强度、抗渗强度以及抗裂能力和抗冻性能。

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