聚合物保溫砂漿建筑節能體系基本包括界面層、保溫層、抗裂層和飾面層。在砂漿中摻入聚合物后，會引起砂漿性質的變化，如抗折性能的提高、抗壓強度變化、剛性降低、柔性增加等。用于砂漿改性的聚合物有四類：(1)水溶性聚合物：如聚乙烯醇，聚丙烯酞氨，丙烯酸鹽，纖維素衍生物等。(2)聚合物乳液：橡膠乳液，熱塑性樹脂乳液，瀝青乳液等。(3)可再分散性聚合物粉料：乙烯-乙酸乙酷共聚物，苯乙烯-丙烯酸酷共聚物等。(4)液體聚合物：環氧樹脂，不飽和聚酷樹脂。 1聚合物在保溫砂漿體系中的應用 1.1聚合物在改善保溫砂漿流動性、減水性和保水性中的應用 由于聚合物顆粒引入空氣滾珠效應以及聚合物乳液中表面活性劑的作用，一般聚合物的加入都能提高砂漿的流動性能。當一定稠度時，加入混合物乳液可以減少用水量，從而起到減水的作用，減水率隨聚合物加入量的增加而提高，且減水作用對提高混凝土強度和降低混凝土的干縮起到了很大的影響。與普通砂漿相比，聚合物保溫砂漿有相對好得多的保水性能。原因主要是聚合物乳液本身的親水膠體屬性和形成聚合物膜的填充及密封作用。因此，水泥水化的水基本上都保存在砂漿中，對大多數聚合物乳液體系來說，干養護比水養護要好得多。保水性與聚灰比有關，良好的保水性對于提高干養護的長期性有益。 1.2聚合物改善保溫砂漿抗壓強度和抗折強度的應用 聚合物改性砂漿的抗拉強度和抗折比砂漿有明顯的提高，而抗壓強度則沒有明顯的提高，甚至有所下降?？估涂拐蹚姸鹊奶岣咧饕怯捎诰酆衔锉旧磔^高的抗拉強度和水泥水化產物與骨料之間粘結的改善。丁苯膠乳(SBR)改性砂漿的抗拉強度隨灰聚比的增加而增加(見表1)。聚合物的保水性能在砂漿后期強度的增強起重要的作用[1]。 表1丁苯膠乳改性砂漿的抗拉強度 聚灰比057.51012.51517.5 抗拉強度4.95.46.06.16.26.78.5 聚灰比越大，保水性能就越好，干養護后期強度增加越多。未改性砂漿由于不能繼續水化，強度不再增強。鐘世云和sakai等研究了相同水灰比條件下，聚灰比對改性砂漿力學性能的影響。改性砂漿的抗壓強度隨聚灰比的增加而減小，抗折強度的變化同聚合物的種類相關，丁苯乳膠，氯偏乳膠和氯丁乳膠改性的砂漿在聚灰比小于5％時，抗折強度均有所增加。在相同的流動條件下，由于聚合物乳液的減水作用，聚合物乳液改性砂漿的抗壓強度和抗折強度都隨聚灰比的增加而提高。 Schulz研究了可再分散聚合物粉末改性砂漿的抗壓強度和抗折強度與水灰比和水泥含量的關系。在保持相同條件下，水灰比降低，改性砂漿的抗壓強度進一步提高[2-5]。 1.3聚合物改善保溫砂漿粘結性能和韌性的應用 聚合物改性砂漿的粘結一般比普通砂漿要好，這主要歸功于聚合物的粘結能力。一般地，聚合物乳液改性的砂漿粘結強度隨聚灰比增加而提高。水泥含量的增加，粘結強度會稍微增 加，但是遠不如聚合物含量影響大。潮濕狀態下，聚合物乳液改性砂漿的粘結強度比干燥狀態下要差一些，但遠優于未改性的砂漿。在其他條件相同情況下，聚合物改性砂漿韌性比普通砂漿要好得多。聚合物改性的砂漿沖擊韌性隨聚灰比提高而增大。表2列出了氯丁乳液(CR)改性砂漿的抗沖擊性能，表明抗沖擊性隨聚灰比的增加而增加，當聚灰比達到20時，沖擊韌性提高20％，韌性明顯提高[6-8]。 表2氯丁膠乳改性水泥砂漿的抗沖擊性能 聚灰比/％沖擊強度/cm相對系數 0310 51033 1012340 151447 201447 在聚合物改性砂漿中，聚合物填充或封閉了砂漿中較大的孔隙，而且這種效應隨灰聚比的提高而增強，所以聚合物改性的砂漿吸水性降低，不透水性提高。Saija[9]用聚丙烯酸乳液改性砂漿，吸水率下降可達到80％，改性砂漿的吸水率隨聚灰比的增加而降低。不同的聚合物改性對吸水率的影響仍然有比較大的區別。不同類型聚合物改性砂漿吸水性和透水性，聚乙酸乙酷(PVAC)改性的耐水性相對比較差，乙烯/乙酸乙烯共聚物((EVA)的耐水性相對較好。 1.4聚合物提高保溫砂漿耐候性的應用 聚合物本身一般都存在耐候性能較差的問題，引起耐候性能變差的原因有很多，主要影響因素是紫外線的影響。但實際上，由于聚合物一般被水泥和其他填料覆蓋，擋住了紫外線直接照射，所以，聚合物改性砂漿中聚合物的性能基本不受紫外線的影響。經過長期的室外暴露，聚合物改性砂漿的強度基本保持跟最初一樣，說明聚合物改性砂漿在耐候性方面不存在明顯的老化問題[10-11]。 2聚合物在水泥砂漿中的作用機理 在砂漿中摻入聚合物后，會引起砂漿性質的變化，如抗折性能的提高、抗壓強度變化、剛性降低、柔性增加等。聚合物對砂漿的改性作用，一般認為是聚合物在水泥漿和骨料間形成具有高粘結力的膜，并填充了砂漿中的空隙而實現的。砂漿中水泥的水化和聚合物成膜一同進行，形成水泥砂漿和聚合物膜相互交叉的網絡結構，同時具有大量反應基團的聚合物可能會跟砂漿中的氫氧化鈣表面或骨料表面的硅酸鹽發生化學反應，從而可能增強水泥水化產物與骨料之間的結合力，從而改善砂漿的性能。對于聚合物改性砂漿的機理研究，最廣為接受的是Ohama提出的模型。Ohama模型把聚合物改性混凝土的過程分為三個階段[12]： 第一階段：聚合物在水泥混凝土攪拌過程中加入混凝土或者砂漿中，聚合物顆粒均勻地分布在水泥砂漿中，形成聚合物水泥漿體，隨著水泥的水化，水泥凝膠逐漸形成并且Ca(OH)2達到飽和。同時，聚合物顆粒沉積在水泥凝膠顆粒表面。 第二階段：隨著水量減少，水泥凝膠結構在發展，聚合物逐漸被限制在毛細孔隙中，隨水化的進一步進行，毛細孔隙中的水量逐漸減少，聚合物顆粒素凝在一起。在水泥水化凝膠的表面形成聚合物密封層，聚合物密封層也粘結在骨料顆粒的表面及水泥水化凝膠與未水化水泥顆粒混合物表面，混合物中較大孔隙被聚合物填充。 第三階段：由于水化過程繼續進行，凝聚在一起的聚合物顆粒之間的水份逐漸被全部吸收到水泥水化過程的化學結合水中去。最終聚合物顆粒完全凝結在一起形成連續的聚合物網絡。聚合物網絡結構把水泥水化物聯結在一塊，水泥水化物與聚合物交織纏繞在一起，改善了水泥的結構形態。 在聚合物改性混凝土和砂漿方面，其他比較著名的模型有Konietzko模型和Puterman與Malorny模型。Puterman與Malorny模型提出了聚合物改性砂漿混凝土中聚合物結構形成過程的新模型，他們認為，在砂漿中仍然有自由水的時候，聚合物就能夠形成薄膜，如果養護溫度比乳液的最低成膜溫度低的話，聚合物堆積層不會形成連續的薄膜，這個堆積層的抗滲透性很差，即使能夠改善水泥基的強度和韌性。按照這種說法，水泥顆?？赡茉谒跗诰捅痪酆衔锊糠只蛘呷糠忾]，繼續水化時，聚合物被包覆在水泥水化物中，這一點是跟 Ohama模型有很大的不同。在Konietzko模型中，開始聚合物均勻地分散在水泥砂漿中，隨著水泥顆粒的水化，體系中一部分水被水泥水化所結合，因此懸浮液中的水份被轉移，聚合物顆粒也越來越多，逐漸溶解并形成聚合物膜。最后聚合物在砂漿中形成空間三維網絡結構。 3纖維增強聚合物的應用及對砂漿性能的影響 聚丙烯纖維具有耐化學腐蝕、加工性好、質輕、蠕變收縮小、價格低廉等特點，聚丙烯纖維耐酸堿、不與水泥基材料發生化學反應，在較低纖維摻量下，對砂漿混凝土的抗沖擊性能、韌性、耐干縮性、抗滲性能等方面都有明顯的改善。普通混凝土以及墻面抹灰砂漿方面，均可采用摻加聚丙烯纖維來獲得抗裂抗滲、增加水泥基材料的韌性和提高抗裂性能的良好效果。 在保溫砂漿中均勻地分散一定量的纖維，可以降低微裂縫尖端的應力集中，防止微裂擴展，防止裂縫出現。當保溫砂漿中一旦出現裂縫時，纖維與裂縫前端相交，使得引起裂縫前端的拉應力得以減弱，從而使裂縫的擴展得到很好的抑制。由于纖維在保溫砂漿中呈三維亂向分布，使宏觀裂縫大量減少，能很好地提高砂漿的質量。 砂漿收縮主要是塑性狀態及硬化狀態的收縮，糾其原因主要是由于砂漿表層水分流失，水泥中的毛細孔失水產生塑性收縮應力，從而導致形成微裂縫。隨著水泥的硬化，裂縫將進一步擴展，最終導致砂漿開裂。聚丙烯纖維的加入可以降低水泥砂漿的塑性干縮和硬化狀態的收縮開裂，聚丙烯纖維材料具有良好的化學穩定性和自分散性。能夠在砂漿拌制過程中，在砂漿內部無處不在地均勻分散并在其中形成均勻的三維網絡結構，承受由基材收縮引起的內應力，并降低了砂漿內部微裂縫擴展。改性聚丙烯纖維材料密度低、直徑細，纖維在砂漿中平均間距較小，單位體積砂漿中纖維的根數較多，與水泥基料粘結面很大，均勻密布的改性聚丙烯纖維形成一定支撐作用的微骨架，產生一種有效的二級加強效果，阻止了細基料的沉降，降低了砂漿表面的析水和集料離析。纖維在砂漿內部可以起傳遞應力的作用，降低收縮應力。同時，纖維可以擠壓砂漿內部的毛細管，甚至將其阻塞，這樣一來砂漿表面失水面積將有所減少，水分遷移困難，從而使毛細管失水收縮形成的毛細張力有所降低，纖維與水泥基之間界面粘接力會增加砂漿抵抗收縮變形和開裂的能力。 在砂漿中加入適量聚丙烯纖維可以阻止開裂并達到良好的抗滲效果。在砂漿中加入聚丙烯纖維，施工簡單，抹灰效果高，灰漿跌落少，抗裂性能強，工程質量好。因此，應用聚丙烯纖維砂漿進行內、外墻抹灰能很好地彌補新型輕質墻體材料推廣應用中易裂，抗滲不足的技術缺陷。并且極大地提高了施工抹灰效率，減少了損耗。丙烯纖維砂漿可有效彌補結構自防水，屋面防水等現代工程技術創新應用與發展的技術性能缺陷。由于砂漿中的聚丙烯纖維可大幅度地提高砂漿基體的抗裂延性，與自防水鋼筋混凝土墻體結構?；A底板結構屋面梁板結構配套使用，就可以作為非結構性補強材料來防止砂漿面層塑性收縮裂縫的產生。從而對RC結構本身形成一道有效的保護，增強其抗老化作用的能力，改善結構的耐久性能。聚丙烯纖維砂漿用于墻體抹灰，可以部分或全部替代鋼絲網的構造作用。由于各類單絲纖維材料與水泥基料能保持良好的粘結力，其分布又極其均勻和充分。形態學表現為類似于一種多維無序分布配置筋作用，這種作用可替代或部分替代鋼絲網的作用，且阻裂效果優于鋼絲網。這樣，對節約材料，降低成本起很大的作用。低摻量的聚丙烯纖維砂漿具有抗沖擊、耐磨、增韌、防腐等耐久性能均較好的優勢。且制拌工藝簡單，因此不僅適用于內外墻、樓地面、屋面、水池等抹灰面層或基層，也適用于耐磨抗沖擊的停車場、交通路橋、飛機場跑道等面層，以及有防腐特殊要求的工程。 4聚合物保溫砂漿的絕熱機理 保溫砂漿是采用水泥、石灰、石膏等凝膠材料與膨脹珍珠巖等輕質多孔骨料按一定比例配制的砂漿，其組分和配比決定了熱工性能。描述熱工性能的參數主要包括導熱系數、蓄熱系數、比熱、導溫系數、蒸氣滲透系數等，其中導熱系數和蓄熱系數對砂漿的保溫性能影響最大，因此，可直接反映保溫性能的優劣。導熱系數和蓄熱系數作為保溫砂漿的主要參數，分別用于描述反映保溫砂漿在穩定和周期性不穩定傳熱狀態時的保溫性能。它反映了保溫砂漿的導熱能力，在同樣溫差下，導熱系數值越小，導熱能力越弱，保溫性能越好。蓄熱系數反映了材料對波動熱作用反應的敏感程度，在同樣波動熱的作用下，蓄熱系數越大，表面溫度波動越小，熱穩定性好。其數值取決于材料的導熱系數、比熱、密度，同時也因波動熱作用的周期而異。保溫砂漿的絕熱機理遵循熱量傳遞的基本規律:q=-λ9t/9n，即通過保溫砂漿的熱量與導熱系數成正比，與法線方向的溫度梯度成正比，與厚度成反比，即保溫砂漿保溫性能與導熱系數和溫差成反比，與厚度成正比，而蓄熱系數與導熱系數成正比。因此，控制保溫砂漿的導熱系數和蓄熱系數在規定的范圍內，就能改善保溫砂漿的熱工性能。砂漿的絕熱性能直接由導熱系數和蓄熱系數反映，影響兩系數的主要因素有以下幾方面：保溫砂漿的組分與配比、線膨脹系數、保溫砂裝厚度、保溫砂漿的施工質量[13-14]。 參考文獻 [1]王培銘，許綺，StarkJ.橋面用丁苯乳液改性水泥砂漿的力學性能[J].建筑材料學報，2001，(4):1-6. [2]ObamaY.Polymer-basedadmixtures[J].Cementandconcretecomposites，1998，20:189-212. [3]鐘世云，陳志源，劉雪蓮.聚合物乳液共混物改性砂漿性能的研究[J].混凝土與水泥制品2000，(1):18-20. [4]SakaiE，SugitaJ.Compositemechanismofpolymermodifiedcement[J].Cementandconcreteresearch，1995，25(1):127-135. [5]GaoJM，QianCX，WangB，etal.Experimentalstudyonpropertiesofpolymer-modifiedcementmortarswithsilicafume[J].Cementandconcreteresearch，2002，32(1):41-45. [6]ScluilzeJ.Influenceofwater-cementratioandcementcontentonthepropertiesofpolymer-modifiedmortars[J].Cementandconcreteresearch，1999，29:900-915. [7]KimJH，RobertsonRE.Effectsofpolyvinylalcoholonaggregate-pastebondstrength andinterfacialtransitionzone[J].Advancedcementbasesmaterials，1998，(8):66-76. [8]買淑芳.混凝土混合物復合材料及其應用[M].北京：科學技術文獻出版社，1996. [9]SaijaLM.WaterproofmgofPortlandcementmortarswithaspeciallydesignedpolyacryliclatex[J].Cementandconcreteresearch，1995，25(3):503-509. [10]OliamaY，MasakiS，ShiroishidaK.Comparisonofperformanceofpolymerdispersionsforcementmodifiers[C].ProceedingoftheEuropeanConference，1980:103-104. [11]ObamaY，MasakiS，SbiroisbidaK.Weatherabilyofpolymer-modifiedmortarsthoughtenyearoutdoorexposure[C].Proceedingofthefourthinternationalcongressonpolymersinconcrete，1984:61-67. [12]OhamaY.Adhesiondurabilityofpolymer-modifiedmortarsthroughtenyearoutdoorexposure[C].ProceedingsoftheThirdinternationalconcressonpolymersinconcrete，1982:209-210. [13]PutennanM，MalornyW.SomedoubtsandideasonthemicrostructureformationofPCCinSandroliniF(ed.)[C].ProceedingsofIXInternationalcongressonpolymersinconcrete，Bologna，1998:166-178. [14]黃繼紅，呂子義.節能建筑中應用保溫砂漿的性能分析[Jl.工業建筑，2005，35:724-726. |
