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配方参数对单组份聚合物水泥防水砂浆性能的影响new

添加日期:2016/2/24 11:33:09   作 者:李树东  来源:   浏览次数:

 摘要: 

单组份聚合物水泥防水砂浆是以无机胶凝材料水泥、级配骨料及无机填料为主要材料,配以高分子聚合物,如可再分散乳胶粉、保水增稠剂、消泡剂、憎水剂等砂浆添加剂组成的干粉类防水砂浆。本论文通过文献提出的干粉砂浆配方设计思路,并结合实际的生产以及应用,在确定的基础配方上,通过改变配方中的相关参数,探索配方中可再分散乳胶粉和憎水剂类型、掺量等参数对防水砂浆性能(尤其是粘结强度以及吸水量)的影响,并确定了各配方参数的最佳掺量,相应指标均可满足JC/T 984—2011《聚合物水泥防水砂浆》在此方面的性能要求。

 

关键词:丙烯酸可再分散乳胶粉、憎水剂、单组份防水砂浆、粘结强度、吸水率

 

1 前言

 

随着人们对建筑工程质量及对建筑使用功能要求的提高,保护建筑物不受湿气和水的侵蚀对于建筑物的长期耐久性是十分必要的,因此墙体防水、潮湿基面的防水等问题越来越引起建筑行业的关注和重视[1]。而为了使建筑物具有防水功能,通常从两个方面进行处理:一是进行混凝土结构的自防水,即通过添加膨胀剂、防水剂、改变配合比制备的具有防水功能的混凝土;二是通过使用有防水功能的材料进行表面涂膜和接缝处理进行防水,如采用高聚物改性沥青防水卷材、合成高分子防水卷材、柔性水泥基防水涂料、防水密封材料、刚性水泥基防水砂浆和堵漏止水材料等,而在不同的防水材料市场上,聚合物水泥基防水材料占有相当大的比例[2]

聚合物水泥防水砂浆又称聚合物改性水泥防水砂浆,其分为干粉类(即单组份类)及乳液类(即双组分类),而乳液类聚合物水泥防水砂浆在应用过程中容易出现一些问题,如市场乳液质量及价格参差不齐,导致很多VOC含量不达标及劣质乳液的应用,不仅达不到防水要求,同时对居住环境不友好,对施工人员造成身体伤害及影响;施工时,施工人员的技术工艺及经验对双组分防水砂浆涂膜的厚度及均匀性不规范,对施工质量及防水性能的影响;施工人员为降低成本、减少用量,而在施工过程中加水稀释乳液后再拌合使用,造成防水砂浆的性能下降,达不到防水的作用;双组份防水砂浆施工后,防水层对基层的粘结强度小,涂膜容易软化或由于不透气导致涂膜起泡,而防水层上的下一步施工也产生影响,如涂膜对瓷砖胶的粘结强度减小导致瓷砖脱落或空鼓、抹灰层开裂空鼓等;对施工条件有一定的制约,在恶劣的施工环境或施工现场,不能保证砂浆的性能;同时双组分产品在包装的费用较高且生产时包装工艺复杂,在装卸、运输及储存等过程存在改变砂浆性能的风险,会出现液态乳液受冻后变质、破乳、微生物的侵蚀变质导致砂浆性能得不到保证等等问题。而以上问题中,归根到底很大部分都是由乳液导致的,即双组分的不稳定性。为了能很好的解决以上问题,使用聚合物粉末配制的单组份聚合物水泥防水砂浆应运而生,采用聚合物粉末配制的防水砂浆使得生产过程简单;包装工艺简单且包装成本大大降低、储存和运输过程中方便及对砂浆性能影响较小;产品质量可以得到很好的控制,因为不是所有类型的聚合物粉末都可以用在单组份防水砂浆中,其聚合物粉末(即可再分散乳胶粉)必须具有很好的粘结强度、耐水性、成膜性、一定的憎水性等,市场上可选择性较小;同时单组份聚合物水泥防水砂浆容易搅拌和施工,易于在不同形状的表面进行施工并且对基层具有良好的粘结性、耐候性、抗水性、抗刻划性和抗腐蚀性,同时防水层表面具有一定的拉毛效果,且具有一定的透气作用,能很好的增加上层施工产品对防水层的粘结强度,而且是一种无毒性的环保型产品;不过单组份聚合物水泥防水砂浆也有其局限性,如柔性较双组份防水砂浆有较大的差别,难于承受结构的变形而引起的裂缝,不能使用在变形较大的地方;施工厚度不易过厚,过厚会导致开裂的风险;施工过程粉尘较大等缺点。

本实验就对相应配方参数对单组份聚合物防水砂浆的粘结强度和吸水率展开研究,而在单组份聚合物水泥防水砂浆配方参数中,可再分散胶粉和憎水剂对整个砂浆体系的性能取到决定性的作用,其中可再分散乳胶粉在整个体系中的作用是不可代替的,因此本实验主要研究胶粉和憎水剂对粘结强度、吸水率的影响。以配制合理且性价比高的单组份聚合物水泥防水砂浆配方提供参考。

 

2 实验原材料和实验方法

 

2.1  实验原材料的选择

水泥:选择当地应用最广及公司生产所用的海螺P·O42.5,作为水硬性粘结材料,主要提高砂浆的强度,能为各类原材料提高各种性能的保证。

骨料:水洗砂40-70目和70-140目,选用市场常用水洗砂;合理的砂级配对提高砂浆性能有很好的帮助。

粉料填料:400目重钙,惰性填料;一级或二级粉煤灰,具有一定的活性,同时对提高砂浆的密实性、塑性、减小泌水和离析等作用。

聚合物可再分散乳胶粉:弗克纯丙烯酸可再分散乳胶粉FX-701,玻璃化温度为-7℃,良好的柔韧性,且纯丙烯酸胶粉具有比一般胶粉优异的成膜性、成膜耐水性、粘结强度还具有一定的憎水效果;国产丙烯酸胶粉A;进口丙烯酸胶粉B;市场上常用EVA可再分散乳胶粉C

保水增稠剂:选用山东40000 mPa.S粘度HPMC,提供很好的增稠保水性和施工性;进口淀粉醚,提供一定的增稠保水性、施工性及抗流挂性能。

减水剂:弗克聚羧酸减水剂C900,减低水灰比,提高一定的强度,同时降低加水量后,水分在砂浆体系中的含量减小,减少了体系中由于水参与水泥水化和水分蒸发过程中产生的毛细孔,增加体系的致密度,增加一定压折强度和防水性能。

憎水剂:选用S-l80,具有很好的斥水性,进一步提高砂浆的防水能力;

消泡剂:选用弗克粉体消泡剂S-83,在不影响施工性的情况下,消除部分由纤维素醚、胶粉及搅拌过程中产生的气泡,提高砂浆的密实性,从而提高防水抗渗性能和降低吸水率;

pp纤维:具有良好的分散性,提高砂浆的内聚力,降低开裂风险。

2.2   实验方法

标准实验条件:实验温度:(23±2 、实验湿度:(50±10%成型相应试件及养护;本实验严格按照JC/T 984—2011《聚合物水泥防水砂浆》标准进行实验,主要实验项目包括粘结强度和吸水率的测试。

粘结强度的测试方法为:采用橡胶或硅酮密封材料制成的模框,将模框放在采用符合GB175-2007的普通硅酸盐水泥成型的(70×70×20)mm的基准砂浆基块上,将砂浆倒入模框中,抹平,在标准实验条件下养护(24±2)h后脱模。 在标准条件下养护28d,粘结拉拔头,用万能测试机测试28d的粘结强度(MPa)。

吸水率的测试方法:使用GB/T 17671所规定的40mm*40mm*160mm的三联试模成型一组试块,脱模在标准实验条件下养护28d后,将试块放在(80±2的烘箱中干燥48h后取出,在干燥器中冷却至室温,迅速称取每个试块的重量(G0),并记录;再把试块浸泡在(20±2的水中48h后取出,用湿抹布擦去表面的浮水,擦拭用的抹布的干湿程度和试块表面的擦拭遍数也要控制相同,然后称取每个试块的重量G1;计算吸水率W=*100%

 

3 实验方案

 

可再分散乳胶粉是聚合物乳液经过喷雾干燥或其他手段得到的聚合物粉末,简称胶粉,作为一种非常重要的特种砂浆添加剂,在砂浆中能非常的显著提高和改善砂浆的粘结强度、抗渗性、柔韧性、内聚力等等,因此被广泛应用于建筑砂浆中。胶粉在单组份聚合物水泥防水砂浆中作为最主要的添加剂,对砂浆的各性能起到决定性的作用。在单组份防水砂浆中加水搅拌后,胶粉对防水砂浆性能的改善是通过胶粉颗粒的再次分散,恢复成乳胶颗粒,变成乳液的状态,然后与水泥的水化和乳胶的成膜,乳胶颗粒在砂浆中形成不溶于水的连续膜,从而提高砂浆整个体系的性能[3]

    憎水剂,顾名思义其具有很好的憎水作用,同时具有一定的抗渗防水作用,也称为防水剂,对于很多干粉砂浆产品是不可或缺的添加剂。在单组份聚合物防水砂浆中,能起到非常重要的憎水作用,能显著的降低砂浆的吸水率,当砂浆表面遇到水侵蚀时,能增大润湿角,使水能在表面形成短期的荷叶效应,水分短时间内基本不会渗入到砂浆内部,延缓和增加了砂浆的抗渗性[4]。而配合配方中的减水剂使用,还能进一步增加砂浆的防水能力,同时憎水剂的加入还可以保持砂浆具有一定的开放性,是砂浆具有一定的透气性且不会影响防水和憎水的效果,本配方使用的憎水剂为有机硅烷类改性的憎水剂,为粉末状,具有很好的分散拌合性能,是砂浆整体产生很好的憎水防水作用,并维持长期的作用效果。

本实验主要从胶粉和憎水剂对砂浆粘接强度、吸水率等的影响展开实验探究,根据JC/T 984—2011《聚合物水泥防水砂浆》要求达到的标准如表1

技术指标

检测项目

标准要求

28d粘结强度/MPa

1.0

28d吸水率/%

6

3.1  实验基础配方

通过文献查阅,以及大量对比实验和施工性的实验,确定基础配方表2

基础配方

原料

组分/kg

P·O42.5水泥

350

40—70目水洗砂

400

70--140目水洗砂

200

重钙

30

粉煤灰

20

胶粉

35

HPMC4mPa.S

0.7

淀粉醚

0.3

消泡剂

2

憎水剂

3

减水剂C900

0.7

PP纤维(3mm

0.5

加水量

18%左右

3.2  胶粉对单组份聚合物水泥防水砂浆粘结强度影响

3.2.1   胶粉类型对粘结强度的影响

实验配方及数据:见表3

胶粉类型对粘结强度的影响

原料

组分/kg

P·O42.5水泥

350

胶粉掺量

35

……

……

胶粉类型

弗克FK-701

国产丙烯酸A

进口丙烯酸B

常用EVA胶粉C

粘结强度/MPa

1.34

1.29

1.43

1.04

 

1   胶粉类型剂粘结强度影响

    不同的胶粉具有不同的性能和用途,会对聚合物砂浆的结构和性能产生不同的影响。胶粉类型对单组份聚合物水泥防水砂浆粘结强度影响如图1所示,实验中确定各类型胶粉的掺量同为3.5%,由实验数据及图1可以看出,当胶粉掺量为3.5%时,砂浆的粘接强度都能达到标准要求,即28d的粘接强度大于1MPa,但丙烯酸类胶粉对砂浆的粘接强度比常用EVA胶粉对砂浆粘接强度要高,且各种不同的丙烯酸类胶粉对粘结强度的大小波动范围很小。因为丙烯酸类胶粉较EVA类胶粉具有更好的成膜性、耐候性、粘结性能,同时丙烯酸类胶粉用在砂浆中对砂浆与基层界面区内部的扩散和渗透作用比EVA类的明显,这些都会影响砂浆的粘结强度。所以单组份聚合物防水砂浆选用丙烯酸类胶粉作为有机聚合物胶凝材料,且弗克自主研发的专门用在单组份聚合物水泥防水砂浆中的丙烯酸胶粉FX701也能提供较高的粘结强度,在价格和性能上较国产丙烯酸胶粉和进口丙烯酸胶粉都有一定的优势。

3.2.2   胶粉掺量对粘结强度的影响

实验配方及数据:见表4

胶粉掺量对粘结强度的影响

原料

组分/kg

P·O42.5水泥

350

……

……

胶粉弗克701

15

25

35

45

55

粘结强度/MPa

0.87

1.18

1.34

1.49

1.73

 

2   胶粉掺量对粘结强度影响

聚合物乳胶粉可以显著改善水泥砂浆粘结强度、防水性和柔韧性[5],聚合物掺量对粘结剂性能有决定性影响,由实验数据和图2可以看出,随着FX701掺量的增加,砂浆的粘结强度都相应的增加,即使在掺量较低时2.5%,粘结强度也可以达到标准要求,即28d的粘接强度大于1MPa。这是因为聚合物水泥砂浆结构可分为水泥石相、聚合物相、毛细孔三类,其中硬化后的结构主要由水泥石相和聚合物相构成,在砂浆结构中这两相通过无机颗粒与聚合物颗粒间的界面粘结在一起,聚合物在聚合物水泥防水砂浆中的效能就取决于聚合物胶粉与水泥间的存在形式和相互胶结和扩散渗透作用。因此随着胶粉掺量的增加,这种相互交接和扩散渗透作用越明显,粘结强度也就随着增大,因此在此配方中胶粉的掺量至少得大于2.5%

3.2.3 憎水剂掺量对粘结强度的影响

实验配方及数据:见表5

5   憎水剂掺量对粘结强度的影响

原料

组分/kg

P·O42.5水泥

350

……

……

胶粉弗克701

35

憎水剂掺量

1

2

3

4

粘结强度/MPa

1.58

1.44

1.34

1.12

 

憎水剂掺量对粘结强度影响

砂浆的粘结强度主要由水泥和胶粉提供,由实验数据和图3可以看出,在水泥掺量和胶粉掺量不变的情况下,随着憎水剂掺量的增加,砂浆的粘结强度减小,且当掺量增加到0.4%时,粘结强度减小趋势减小较明显,这是因为,憎水剂在砂浆中使用时,憎水分子结构容易向表面迁移,憎水剂在砂浆中在表面产生化学结合,形成牢固的憎水防水面层后,降低了砂浆和基面层接触后的润湿性能,相应的降低了砂浆和基面层的结合及向内部渗透和扩散的作用,导致随着憎水掺量的增加反而降低了砂浆的粘接强度,因此在单组份聚合物水泥防水砂浆中需选择一个合理的憎水剂掺量。

3.3   配方参数对单组份聚合物水泥防水砂浆吸水率影响

3.3.1   胶粉类型对单组份聚合物水泥防水砂浆吸水率的影响

实验配方及数据:见表6

6   胶粉类型对吸水率的影响

原料

组分/kg

P·O42.5水泥

350

……

……

胶粉掺量

35

胶粉类型

弗克701

国产丙烯酸A

进口丙烯酸B

常用EVA胶粉C

吸水率/MPa

4.52

4.87

4.39

9.24

 

4   胶粉类型对吸水率的影响

胶粉在砂浆中加水搅拌分散后,待砂浆水化硬化后,形成连续的膜,提高砂浆耐候性等,而不同的胶粉在砂浆中的作用具有不同表现和持久性。由实验数据和图4可以看出,在胶粉掺量都为3.5%的情况下,三种丙烯酸胶粉在砂浆中的吸水率都较低,吸水率都在5%以下,都能达到标准要求的小于6%,但使用EVA胶粉的砂浆,吸水率剧增将近两倍,远高于标准要求,因此如果在砂浆中不添加任何胶粉的话,吸水率将会非常大。这是由于丙烯酸类的胶粉具有很好的成膜性、耐候性,特别是耐水性,在饱水状态下成的膜不容易分解,因此在泡水的过程中能长久保持砂浆的密实性。

3.3.2   胶粉掺量对单组份聚合物水泥防水砂浆吸水率的影响

实验配方及数据:见表7

胶粉掺量对吸水率的影响

原料

组分/kg

P·O42.5水泥

350

……

……

胶粉弗克701

15

25

35

45

55

吸水率/%

13.41

9.28

4.52

3.23

2.87

 

胶粉掺量对吸水率的影响  

胶粉在砂浆中不仅能提高砂浆的粘接强度,也能提高砂浆的密实性,同时丙烯酸类胶粉具有一定的减水和憎水作用。由实验数据和图5可以看出,随着胶粉掺量的增加,砂浆的吸水率逐渐降低,特别是当胶粉掺量从1.5%增加到3.5%的过程中,吸水率降低的幅度非常明显,且当掺量为3.5%时,砂浆的吸水率能达到标准要求,即小于6%;而当胶粉掺量从3.5%增加到5.5%时,砂浆的吸水率降低的幅度减小,这是因为随着胶粉掺量的增加,胶粉在砂浆体系内形成连续的膜在砂浆中所占的比例增加,增加了砂浆的密实性从而降低了砂浆的吸水率;而当胶粉掺量的增加时,在其他添加剂不变的情况下,胶粉所带入砂浆体系的气泡也相应的增多且胶粉所成的膜自身也具有一定的吸水率,因此在胶粉增加到一定掺量时,吸水率的变化相应的减小,同时也说明砂浆的吸水率也不能单独依靠增加胶粉的掺量就能达到标准要求或很低的吸水率,且砂浆也不存在绝对的密实状态而不吸水。

3.3.3   憎水剂掺量对单组份聚合物水泥防水砂浆吸水率的影响

实验配方及数据:见表8

憎水剂掺量对吸水率的影响

原料

组分/kg

P·O42.5水泥

350

……

……

胶粉弗克701

35

憎水剂掺量

1

2

3

4

吸水率/%

8.65

6.47

4.52

3.71

 

6   胶粉玻璃化温度对横向变形影响

有机硅类憎水剂在水泥砂浆中加水拌合分散后,在砂浆内部和表面形成网状硅烷分子膜,具有很低的表面张力,能均匀分布在多孔硅酸盐基材内部和表面,是砂浆体系的微孔孔壁上具有很好的憎水性,同时提高砂浆的抗渗性能[2]由实验数据和图6可以看出,随着憎水剂掺量的增加,砂浆的吸水率逐渐减小,当掺量为0.3%时,砂浆的吸水率达到标准要求小于6%。这是由于随着憎水剂掺量的增加,砂浆内部和表面形成的网状硅烷分子膜分布增多,提高了砂浆的抗渗性和耐水性,使砂浆在浸水过程中也能长久保持很好的憎水性。而从胶粉掺量对吸水率的影响的数据和图5实验数据可以看到,当胶粉掺量为2.5%、憎水剂掺量为0.3%时的吸水率为8.28%,而在憎水剂掺量对吸水率影响和图6的实验数据可以看到,当胶粉掺量为3.5%、憎水剂掺量为0.1%时的吸水率为9.28%,对比两组数据可以看到,胶粉的掺量比憎水剂的掺量对吸水率的影响大,因此也说明憎水剂具有一定的憎水和防水作用,单组份聚合物水泥防水砂浆中胶粉是长期起防水作用的最重要的添加剂。

 

4 结论

 

(1)      丙烯酸类胶粉在单组份聚合物水泥防水砂浆中较EVA类胶粉对砂浆的粘接强度、吸水率、耐候性和抗渗性等方面具有明显优势,且合理配合其他添加剂使用时,当掺量在3.5%左右时,砂浆的粘接强度、吸水率等都能达到标准要求。

(2)      随着胶粉掺量的增加,不仅能提高砂浆对基层的粘接强度,也能很明显的降低砂浆的吸水率;同时随着胶粉掺量的增加,能提高砂浆的内聚力、抗渗性和柔韧性等,提高砂浆防水性能、耐候性和降低开裂的风险等。

(3)      当憎水剂的掺量增加时,会降低砂浆对基层的粘接强度;同时随着憎水剂掺量的增加,对砂浆的吸水率有一定的影响,但憎水剂所起的作用,没有胶粉所起的作用明显,因此憎水剂的掺量在0.3%左右时,为在砂浆中的最优添加量。

(4)      胶粉的加入对砂浆的防水作用是长期,而憎水剂所起的作用只是前期的憎水和部分防水作用,两者同时使用时使砂浆的防水性能具有长久性。

 

参考文献

 

[1]路国忠,浅析聚合物水泥防水砂浆的研制 [J],水泥工程,2010(12)

[2]沈春林,聚合物水泥防水砂浆[M],化学工业出版社.

[3]张量,单组份聚合物水泥防水砂浆的应用潜力[J],中国砂浆,200907

[4]郭群 陈晶等,砂浆实验及检测培训教材[M],中国建材工业出版社.

[5]买淑芳,混凝土聚合物复合材料及应[M]科学技术文献出版社.


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