抗泛碱瓷砖粘结剂的研制

0 引言
瓷砖饰面外墙外保温工程施工一段时间后,瓷砖饰面尤其是砖缝处常常出现白色沉淀物,即泛碱现象。泛碱不仅影响建筑物外观,还不利于外墙外保温系统的长期稳定。一些处治方法往往只能暂时清除白色沉淀物,一段时间后常再次出现,因此,最好的办法是预防泛碱。泛碱通常为硅酸盐水泥的主要成分硅酸钙水化后生成的Ca2+和OH-在毛细孔压力下渗透到表面,并与空气中的CO2生成不溶于水的白色碳酸钙晶体。所以,不仅要选好填缝剂,配制瓷砖粘结剂时,应控制水作为碱性物质载体的引入,降低粘结剂中Ca2+、Na+、K+等可溶性离子的含量与析出量,减少离子由内向外渗透的通道,即毛细孔和空隙,同时增强毛细孔内壁憎水能力,以提高抗泛碱能力。

1 试验
1.1 原材料
水泥:吉林亚泰水泥有限公司生产的42.5 硅酸盐水泥;石英砂:50~100 目;粉煤灰:Ⅰ级;聚合物干粉:(1)羟乙基甲基纤维素醚,MKX45000PF20L(简称聚合物M),白色粉状,易溶于水,(2)乙烯-醋酸乙烯共聚胶粉,VINNAPAS 5044N(简称聚合物V),白色粉状,易溶于水,成膜后有一定柔韧性;木质纤维:有优良的柔韧性、分散性和化学惰性;减水剂:萘系高效减水剂。

1.2 试验方法
(1)砂浆14 d 抗压、抗折强度按GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO 法)》进行测试。依照JG 158—2004《胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统》进行养护:成型后用聚乙烯薄膜覆盖,在实验室标准条件下养护2 d 后脱膜,继续用聚乙烯膜覆盖养护5 d 后,去掉覆盖物在实验室标准条件下养护7 d。

(2)14 d 拉伸粘结强度试件依照JG 158—2004 进行养护:成型后用聚乙烯薄膜覆盖,在试验室标准条件下养护7 d 后去掉覆盖物,继续在试验室标准条件下养护7 d。至龄期后沿试件表面垂直方向以5 mm/min 的拉伸速度进行测试。

(3)泛碱测试:养护24 h 后进行21 次露天淋水→自然干燥→淋水循环处理,检查试样表面是否出现颜色不均匀变浅或显现出水迹,并与实验室标准条件下的试块对比(试验时,外界温度15~23 ℃,相对湿度35%~60%),放大试样照片,计算泛碱面积。

1.3 正交试验设计
据有关文献及初步试验,粉煤灰掺量为20%~35%等量取代水泥用量,聚合物M 掺量占干拌料的0~0.6%,聚合物V 掺量占干拌料的0~3%,木质纤维掺量占干拌料的0~0.6%,拌合水用量根据新拌砂浆流动度确定。安排4 水平、4 因素正交试验L16 ( 44)(见表1),研究各因素对瓷砖粘结剂抑制泛碱及力学性能的影响。
正交试验L16 ( 44)因素-水平

2 结果与讨论
正交试验具体配合比及试验结果见表2。
不同配合比瓷砖粘结剂的泛碱面积与力学性能
2.1 各因素掺量对瓷砖粘结剂抑制泛碱作用分析
各因素掺量与泛碱面积的关系见图1。
各因素掺量与瓷砖粘结剂泛碱面积的关系
由表2 和图1 可见:
(1)随着粉煤灰掺量的增加,泛碱面积下降,说明其抑制泛碱作用强。这主要是由于:①粉煤灰中可溶性的SiO2、Al2O3等活性成分在有水存在时,可与Ca(OH)2 反应生成水化硅酸钙(C-S-H)和水化铝酸钙(C-A-H),消耗Ca2+,降低Ca2+析出表面概率。早期粉煤灰活性较低,但粉煤灰等量替代水泥使砂浆中单位质量水泥含量降低,水泥水化产生的Ca(OH)2 减少,有效地减少了Ca2+析出。②粉煤灰形态效应改善了砂浆的和易性、均匀性,同时增强了流动性、保水性,使拌和需水量降低,减少了水作为碱类物质载体的引入。③粉煤灰的微集料效应使集料的匹配更加合理、水泥的分散更均匀,水化更充分,同时粉煤灰火山灰反应活性使其形成一种粉煤灰水化凝胶,填补水泥骨架空隙,砂浆密实度提高,减少离子由内向外渗透的通道,有效地抑制了泛碱。

(2)聚合物M 对抑制泛碱作用影响较大,当掺量由0 增加到0.4%时,泛碱面积下降较明显,说明抑制泛碱作用较强;掺量为0.4%~0.6%时,抑制泛碱作用有所下降。这是由于:①当掺量在0.4%以内时,聚合物M 降低了水胶比,减少了水的用量,改善了孔结构,而且网状聚合物膜填充作用减少了界面过渡区的孔隙率,使离子由内向外渗透的通道减少;②聚合物M 在拌合时引入许多微小气泡并被聚合物膜包裹,凝结硬化后起到一定阻断毛细孔的作用,同时还可能由于聚合物M 在砂浆表面富集对水和碱性物质析出起到了一定封闭作用;③当聚合物M 掺量超过0.4%后,强烈的保水作用影响了水泥水化,硬化水泥石中自由水和吸附水增多,并通过聚合物网状薄膜向外扩散,砂浆孔隙率增加,连通孔增多,离子由内向外渗透的通道增多,抑制泛碱能力下降。

(3)随着聚合物V 掺量的增加,泛碱面积有所下降。主要由于:①除了聚合物V 引气作用,其在水泥凝结硬化后形成
一种凝聚结构的薄膜(乳胶膜)主要分布在水泥基体内,不仅填充一部分孔隙,使连通孔隙变少,而且乳胶膜较好的致密性对水的迁移有一定阻碍作用。②聚合物V 分子结构中的—CH2可与无机物发生化学吸附,分子链上的酯基水解后与盐类生成—COOCa2+型化合物,能降低Ca2+、Na+等的析出量。

(4)木质纤维对抑制泛碱作用不明显。可能由于木质纤维的保水性使水蒸发速率变缓,泛碱面积稍有下降。抑制泛碱效果最佳的配比为A4B3C4D4,即35%粉煤灰等量取代水泥、0.4%聚合物M、3%聚合物V 和0.6%木质纤维。

2.2 各因素掺量对瓷砖粘结剂力学性能的影响(见图2、图3)
各因素掺量与瓷砖粘结剂拉伸粘结强度的关系
由图2、图3 可见:
(1)随着粉煤灰掺量的增加,瓷砖粘结剂的拉伸粘结强度有下降趋势,但幅度很小;压折比随粉煤灰掺量增加逐渐下降。用35%粉煤灰等量取代水泥不仅有利于抑制泛碱,同时改善了瓷砖粘结剂的柔韧性,拉伸粘结强度虽有下降,但影响很小。

(2)当聚合物M 的掺量由0 增加到0.6%时,瓷砖粘结剂的拉伸粘结强度逐渐增大。聚合物M 的保水作用使砂浆有更长的开放时间改善粘结性能,而且成膜(网状结构)作用提高了砂浆界面过渡区的粘结力和与瓷砖接触面处的粘结强度;其成膜的柔性填充作用提高了粘结剂柔韧性,压折比随聚合物M 掺量增加显著下降。聚合物M 掺量为0.4%时,不仅有良好的抑制泛碱效果,而且压折比下降42%,拉伸粘结强度上升14%(掺量0.6%时抑制泛碱作用下降,不予考虑)。

(3)随着聚合物V 掺量的增加,瓷砖粘结剂的拉伸粘结强度明显提高。主要由于聚合物V 在水泥基体内形成一种薄膜(凝聚结构),其较高的抗拉强度使砂浆内聚强度增大,而且在瓷砖接触面形成了较牢固的柔性桥联;聚合物V 掺量增加,压折比呈下降趋势。聚合物V 掺量为3%时,不仅抑制泛碱作用最好,而且压折比下降了14%,拉伸粘结强度提高了1 倍以上。

(4)木质纤维掺量变化对瓷砖粘结剂的粘结强度影响不大,掺量为0~0.2%时,压折比随掺量增加呈下降趋势;掺量为0.2%~0.4%时,压折比略有上升。木质纤维掺量为0.2%时,不仅经济,提高了拉伸粘结强度,降低压折比,而且基本不影响抑制泛碱。

综上所述,抗泛碱瓷砖粘结剂的最佳配比为:A4B3C4D2,即35%粉煤灰等量取代水泥、0.4%聚合物M、3%聚合物V、0.2%木质纤维。按最佳配比配制的抗泛碱瓷砖粘结剂的综合性能见表3。
泛碱瓷砖粘结剂的综合性能
3 结论
(1)对抑制瓷砖粘结剂泛碱作用大小的次序为:粉煤灰最大,聚合物M 较大、聚合物V 其次,木质纤维不明显。
(2)I 级粉煤灰能有效抑制泛碱,降低水泥用量,改善砂浆柔韧性,虽降低了拉伸粘结强度,但幅度很小。
(3)聚合物M 掺量超过0.4%时,抑制泛碱效果下降。
(4)综合抑制泛碱效果和力学性能的影响,抗泛碱瓷砖粘结剂的最佳配比参数为:在普通水泥砂浆中以35%粉煤灰等量取代水泥,掺0.4%聚合物M、3%聚合物V、0.2%木质纤维。按该参数配制的粘结剂抑制泛碱作用明显,同时具有良好的综合性能。

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