干粉砂浆与现场拌制砂浆相比具有品质高、生产效率高、对环境污染小、便于文明施工等特点, 自20 世纪50 年代后期以来, 干粉砂浆已在欧洲及其他一些发达国家如德国、日本、美国等广泛应用, 目前在亚洲一些国家如韩国、泰国、马来西亚、新加坡等国都建立了大规模的干粉砂浆的生产厂。我国在此方面处于起步阶段, 随着干粉砂浆的主要外加剂可再分散聚合物乳胶粉的研究开发日益深入, 瓷砖干粉粘结剂的性能也有了很大的突破。目前, 欧洲和美国已铺贴的瓷砖90% 以上采用的是薄层技术。因此,薄层技术也制定了相关标准, 规定了对薄层瓷砖粘结剂的要求。瓷砖粘结剂的最主要的指标是其粘结力。本实验重点研究瓷砖拉伸粘结强度。通常导致瓷砖剥落破坏的因素有: (1) 新混凝土基面干缩变形。基面的干缩要在1～ 3 年内才能完成,而瓷砖的粘结工作在主体工程完成后就开始进行, 这样就为瓷砖的剥落提供了可能性。(2) 由于外界因素如建筑物沉降及蠕变。建筑物结构的位移导致粘结剂的变形、开裂。(3) 温度的骤变。外墙的瓷砖暴露在炎热的阳光下, 表面温度可超过50 ℃, 若此时遇到下暴雨, 则温度急剧下降, 这种温度的骤变将在粘结剂中产生较大的剪应力, 导致瓷砖与墙体粘结的破坏。(4)多孔瓷砖中的水气膨胀产生剪应力。(5) 使用瓷砖时,由于没有或几乎没有微孔、坑洼及空隙可以锚固无机砂浆, 因而如果使用普通水泥砂浆固定瓷砖, 则不可能通过机械固定或锚定的机理来实现好的粘结, 即使是因受热或机械动荷载作用而引起的很小的剪应力,也可导致粘结失效。由此可见, 由于普通的水泥是脆性材料, 难以适应基材的收缩和其它因素引起的变形要求, 作为瓷砖胶粘剂必须克服这种弱点。解决方法是: 采用聚合物改性的砂浆, 用可再分散乳胶粉改性砂浆可显著提高抗拉强度和粘结强度, 并配套薄抹灰粘贴瓷砖的特殊工艺, 能很好地解决上述问题。
1 试验材料介绍
1. 1 原材料
( 1) 可再分散乳胶粉: 乙烯—— 醋酸乙烯酯即EVA 基粉末。(2) 水泥采用亚泰水泥厂生产的鼎鹿牌42. 5 普通硅酸盐水泥。(3) 砂: 70-140 目和40-70目混合砂。(4) 甲基纤维素醚。(5) 重质碳酸钙。
1. 2 关键材料的性能
(1) 可再分散乳胶粉: 作为粘结砂浆的主要成分, 具有工作时间长, 高抗下垂能力、具有充分的抗冻性, 具有更好的耐高温性。
(2) 甲基纤维素醚: 是一种重要的纤维素醚, 是天然纤维经过化学改性后所获得的一种水溶性较好的聚阴离子化合物, 易溶于冷热水。它具有乳化分散性、固体分散性、不易腐败、生理上无害等不同寻常和极具价值的综合物理、化学性质, 是一种用途广泛的天然高分子衍生物。具有优越的增稠性、保水性和分散稳定性等, 可作增稠剂、保水剂、润滑剂、乳化剂、助悬浮剂等。
1. 3 可再分散乳胶粉的作用机理
可再分散乳胶粉是乳液经过喷雾干燥后制得的, 这种粉末与水或在砂浆中与水混合, 会形成与原始乳液相同的稳定分散体。其特点在于这种粉末只能再分散一次, 当砂浆硬化后再次遇水变湿时, 它不会再次分散。在粘结砂浆搅拌过程中, 胶粉颗粒会自行再分散到整个新拌砂浆中, 而不会与水泥颗粒聚结在一起, 可再分散胶粉颗粒的润滑作用使砂浆具有较好的流动性, 从而获得更佳的施工性能。此外, 可再分散乳胶粉的引气效果使砂浆变得可压缩,因而更易于慢抹作业。
1. 4 胶粉改性砂浆对瓷砖粘结强度的影响及可再分散乳胶粉的制造过程
可再分散乳胶粉对瓷砖粘结砂浆的粘结强度有直接和间接的影响。乳胶膜一方面在砂浆和瓷砖之间形成柔性连接, 这是直接影响。另一方面, 在新拌砂浆中可再分散胶粉使含气量增加, 并影响到表面的形成和可润湿性。随后在凝结过程中, 可再分散乳胶粉还会对粘结砂浆的收缩和水泥的水化过程产生较佳的影响。这是可再分散乳胶粉对砂浆的粘结作用的间接影响。当水泥体系中含有可再分散乳胶粉时, 这些胶粉将立即分散并富集在富水区域, 即这些孔腔之中。水干涸后, 聚合物即在孔腔四周形成一层膜, 从而对这些薄弱的部位进行加强。这也是加入少量的可再分散乳胶粉显著地提高了粘结强度的原因。可再分散乳胶粉的制造过程分2 步: 第1 步通过乳液聚合反应制得聚合物胶乳。第2 步, 通过喷雾干燥制得可再分散乳胶粉。制造时应注意的是在喷雾干燥之前, 乳胶粉应进一步与一些组分(如杀菌剂、喷雾干燥辅助剂、消泡剂) 配合, 把防粘剂(如粘土、二氧化硅、碳酸钙) 在喷雾干燥期间或之后, 加到聚合物胶粉中以防止在储存期间胶粉结块。
2 试验部分
选出可再分散乳胶粉改性砂浆的各个影响因素和水平数, 运用正交设计选出最佳的方案, 进行各指标的试验分析。
(1) 可再分散乳胶粉因数和水平的选择。掺可分散乳胶粉的因数和水平的选择: 确定为3 因素、3 水平。因素为: 胶粉的掺量(% )、纤维素的掺量(% )、粗细砂的比例。水平分别为胶粉的掺量1. 5%、2. 0%、2. 5% , 纤维素的掺量为: 0、0. 5%、1% , 砂的比例(细砂∶粗砂) 为: 1∶1、2∶1、3∶1。
(2) 正交设计表头的选择:L 9 (34) 的正交表。可再分散乳胶粉改性砂浆的表头设计如表1 所示, 正交设计过程及极差分析如表2 所示。
影响强度的因素依次为: 纤维素掺量→可分散胶粉→砂的比例。
用因素的诸水平作横坐标, 用平均试验指标作纵坐标, 采取作图的方法, 可以更直观地分析试验结果, 见图1。
从图1 可知, 随可再分散乳胶粉含量增加, 拉伸粘结强度增加, 但在2% 以内增长快, 2% 以上增长较慢。砂1 与砂2 重量比为2∶1 拉伸粘结强度最大。随纤维素掺量增加, 拉伸粘结强度增加, 0. 5% 以内增长迅速, 0. 5% 以上增长缓慢。从拉伸粘结强度和经济性2 方面综合考虑, 可再分散乳胶粉含量为2% ,砂1 与砂2 重量比为2∶1, 纤维素掺量为0. 5% 为最佳配合比。
3 瓷砖粘结砂浆的技术性能指标
根据大量试验总结出最佳配比, 测出瓷砖粘结砂浆的技术性能指标如表3 所示
由表3 可知: 可再分散乳胶粉改性的瓷砖粘结砂浆的各项性能指标均满足国家行业标准JCöT 54722005《陶瓷墙地砖胶粘剂》的要求, 可以在工程中普通使用。
4 结 论
(1) 随着可再分散乳胶粉掺量的增加, 其瓷砖粘结砂浆的拉伸粘结强度相应提高了。
(2) 作为建筑胶粘剂的细集料, 应采用细砂∶粗砂(粗砂为40-70 目, 细砂为70-140 目) 为2∶1 为最佳级配。
(3) 甲基纤维素醚在可再分散乳胶粉瓷砖粘结砂浆中产生重要的作用, 随甲基纤维素醚的掺量增加, 改性砂浆的拉伸粘结强度增加, 取其掺量为0. 5% 时最为合理。
(4) 采用可再分散乳胶粉的改性砂浆的各种指标, 均符合国家行业标准JC/T 547-2005《陶瓷墙地砖胶粘剂》的要求。