可再分散乳胶粉对干粉砂浆改性作用及其机理研究

可再分散乳胶粉对干粉砂浆改性作用及其机理研究

黄龙香

科顺防水科技股份有限公司佛山528000

摘要：干粉砂浆一般存在和易性差、凝胶快、粘结性不足，易剥落，在使用过程中抗裂性能低等缺陷。本文对可再分散乳胶粉改性干粉砂浆的新拌和砂浆和易性、砂浆使用的粘结强度、抗压强度、抗折强度、抗裂性能、抗冲击能的影响进行研究分析，结果表明，可再分散乳胶粉的掺入量达到合适比例时，改性干粉砂浆的和易性明显提升，此时粘结强度和抗裂强度也达到最大值，综合性能比未使用可再分散乳胶粉的改性干粉砂浆有显著提升。

关键词：干粉砂浆可再分散乳胶粉强度抗裂性柔韧性

Abstract：Powdermortargenerallyhassomedefects,suchaspoorworkability,fastgel,lowcohesiveness,easypeelingoffandlowcrackresistanceduringusing.Thispaperresearchedtheinfluenceofredispersibleemulsoidpowderonnewmotarworkability,bondingstrength,compressivestrength,flexuralstrength,fractureresistance,impactenergywhenusing.Theresultshowedwhenthepercentageofpowderisappropriate,theworkabilityofthemodifieddrypowdermortarobviouslyimproves,andthebondingstrengthandcrackresistancereachthemaximum,andthecomprehensiveperformanceissignificantlyhigherthanwithoutpowdermodifieddrypowdermortar.

Keywords:mortar;redispersibleemulsoidpowder;strength;anti-crack;flexility

0引言

干粉砂浆又称为干混砂浆、干砂浆等，它是将水泥、砂、矿物掺合料及功能性添加剂等材料按一定比例经充分搅拌混合而成的一种颗粒状或粉状混合物。与传统施工现场配制工艺相比，干粉砂浆具有品种齐全、质量优异、品质稳定、施工性能良好、使用方便、施工工效高和环保等特点。

因其诸多优点，在欧洲，从20世纪60年代开始，就进行大量生产应用。自20世纪60年代以来，世界各地已经建立起许多产量达数百万吨的现代化干粉砂浆工厂。到20世纪90年代，欧洲干粉砂浆的使用率已达到90%。干粉砂浆这种新型、绿色、环保的建筑材料已经逐渐被人们所接受，并成为世界建材行业中发展最快的一种新产品［1］。在此过程中，很多与干粉砂浆相关的优秀化工企业也得到了快速地发展，如瓦克化学、巴斯夫建筑聚合物、德国信越、德国马科姆等企业，科研并开发出多种应用于干粉砂浆的原材料，如可再分散乳胶粉、减水剂、增稠剂、触变剂、纤维素醚等功能性助剂。

我国发展干粉砂浆起步较晚，直到20世纪80年代才开始被关注，初期发展速度缓慢。自90年代开始才陆续在上海、北京、江苏、广东等建筑较为发达的城市出现一些小型的进口产品代理商。发展干粉砂浆是节约能源、保护环境的重大技术经济措施，是建筑、建材领域推进增长方式转变、调整产业产品结构的重要内容，具有显著的社会效益、经济效益和环境效益［2］。在国家的积极引导下，相关部门出台相关的诸多政策支持，我国干粉砂浆也在快速地发展。在这个过程中，也涌现出一大批专业干粉砂浆生产企业，如科顺依莱德、东方雨虹华砂等。随着行业的进一步规范化、产品精益化、产品细分化，可再分散乳胶粉等原材料越来越受重视，其改性作用的机理等研究也越来越深入，对可再分散乳胶粉的要求也越来越严格，越来越细化。

1可再分散乳胶粉的简介

可再分散胶粉是通过乳液聚合生产高分子聚合物乳液，聚合物乳液再经喷雾干燥，以及后续处理而成的粉状热塑料性树脂。可再分散乳胶粉通常为白色粉末，但也有少数有其他的颜色。其与水混合进行再乳化后，具有与原乳液相同的性质，水分蒸发后会成为连续聚合物薄膜，这种聚合物薄膜具有高度韧性，且与各种基材的粘结性都非常好，可改善多种性能，如提高粘结力、提高内聚力、提高耐冲击性、提高耐磨性、耐擦拭性、降低弹性模量、增强抗折强度、增加弯曲强度、提高耐磨性、提高施工性能、增强耐久性、降低吸水性、提高保水性等，而且符合环境保护观点中的生态安全性及能源节约性［3］。

可再分散胶粉的技术性能仍在不断地发展，大型工厂投产，生产规模不断得到壮大，这主要得益于高分子合成和化学工业生产技术的不断进步，以及干粉砂浆后续应用对可再分散乳胶粉性能的不断要求。

2试验

2.1原材料

水泥：英德海螺水泥有限责任公司生产的P.O42.5R水泥，水泥主要化学成分和基本性能见表-1和表-2；砂：细度模数：1.02，含泥量：1.12%。可再分散乳胶粉：瓦克化工VINNAPAS?RE5044N

表1水泥的主要化学成分

2.2实验方法

砂浆新拌性能和物理力学性能实验参照JGJ/T70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》进行［4］。砂浆力学性能实验参照JC/T984-2011《聚合物水泥防水砂浆》。断裂能用Instron-1346试验机，采用三点完全法测试，试件规格为40mm*40mm*160mm。开裂性能采用开裂指数的大小值来评定，方法是参照文献。

2.3试验基本配方

砂浆的灰浆比固定为：1:2.5；稠度定为（80±5）mm；乳胶粉掺量从0~3%（占灰浆总质量的百分比）

3结果与讨论

3.1可再分散乳胶粉对新拌砂浆性能影响

可再分散乳胶粉的滚珠作用和引气作用能改善新拌砂浆的和易性［5］。使用可再分散乳胶粉对干粉砂浆进行改性，长时间范围内砂浆中保持充足的水分即可满足施工性。水灰比和湿润密度明显降低，湿密度的降低意味着工程中单位面积的水泥砂浆的用量将减少，降低原材料的耗量［6］。

表3可再分散乳胶粉对新拌砂浆物理性能的影响

Tab.3TheeffectofquantityofRedispersibleemulsoidpowderonthephysicalproperties

在可再分散乳胶粉改性改性干粉砂浆中，加水进行搅拌时，乳胶粉颗粒自行分散，并不会和水泥粘聚，一方面由于可再分散乳胶粉颗粒之前润滑作用，使砂浆的组份能够单独流动；另一方面可再分散乳胶粉对空气有诱导作用，赋予砂浆有可压缩性，因此，可以改善砂浆的施工和易性。

3.2可再分散乳胶粉对粘结强度性能的影响

用可再分散乳胶粉对干粉砂浆进行改性作用，大幅提高砂浆与混凝土基体或与建材（瓷砖、大理石等）的粘结强度。表4表明了可再分散胶粉对砂浆进行改性，砂浆粘结强度的提高，在一定范围内随着可再分散乳胶粉的掺加量增加，砂浆与混凝土之间的表面粘结强度也逐步提升，在28天标准养护与7天标标准养护下均是。

表4胶粉掺量对改性砂浆粘结强度性能的影响

Tab4Theeffectofridispersibleemulsoidpowdercontentonbondingstrengthofmodifiedmortar

可再分散乳胶粉改性砂浆粘结强度，主要有以下两个方面的影响机理。一、可分散乳胶粉作为一种粉末状聚合物，在改性砂浆中起到了保水作用。水泥的水化和凝结硬化是从水泥颗粒表面开始，逐渐往水泥颗粒的内核深入进行，这是一个缓慢的过程，完成这个过程需要几周到几个月，甚至更久的时间［7］。因此胶粉的保水性可为砂浆缓慢的水化与凝结硬化提供水分，增强后期砂浆粘结强度。二、胶粉改性砂浆不仅有物理的机械作用，还有化学粘结作用。无机胶粘剂对材料的粘结是通过机械嵌固原理而达到的。水泥浆料扩散、渗透到其他材料的空隙中，形成机械的“钩键”、“锚键”，逐渐固化，最后将砂浆抓附在材料表面。聚合物的化学粘结机理则是：可再分散乳胶粉改善砂浆加水拌和时，在水化反应、基层吸收和表面蒸发等作用下，水分逐步减少，砂浆与聚合物已形成的堆积层聚集成为连续网状膜结构，将水化反应产物粘结在一起形成一个完整的网状结构［8］。同时聚合物是以分子间作用力与其他材料表面进行粘结。扫描电镜（SEM）是一种极好的观察砂浆中聚合相的工具。其物理的机械作用与化学粘结作用，共同的结果可使砂浆的粘结强度性能得以大幅提升。

3.3可再分散胶粉对抗压强度、抗折强度性能的影响

砂浆的抗压强度、抗折强度是表征水泥基材脆硬性的主要力学性能指标。可再分散乳胶粉对干粉砂浆的抗压强度、抗折强度，以及压折比（抗压强度/抗折强度之比值）如下表5。

表5胶粉掺量对改性砂浆抗压强度、抗折强度性能的影响

Tab4Theeffectofredispersibleemulsoidpowdercontentoncompressivestrengthofmodifiedmortar,flexuralstrengthofmodifiedmortar

由表5可知，当胶粉掺入量由0.5%增大到3%的过程中，抗折强度在逐渐升高并趋于稳定。抗压强度先降低后升高，到24MPa左右趋于平衡，这种变化趋势可能和可再分散乳胶粉在砂浆中的引气作用和减水作用有关［9］。可再分散乳胶粉引入的微小气孔使砂浆的强度降低，相反减水作用使水泥砂浆变得密实，提高砂浆强度［5］。胶粉掺量≥1%时砂浆的压折比开始低于3，达到JG/T230-2007中对多种砂浆的压折比≤3.0的性能指标要求。

3.4可再分散胶粉对抗裂性能的影响

从图1和图2可以看出当胶粉掺入量超过1.5%时，改性砂浆的断裂能的增长幅度快速增大。当胶粉掺入量超过1%时，改性砂浆的抗冲击能快速增大。

图2可再分散乳胶粉掺量对改性砂浆抗冲击能的影响

Fig.2TheeffectofRedispersibleemulsoidpowderontheimpactresistanceofmodifiedmortar

可再分散乳胶粉改善砂浆施工后，在水化反应、基层吸收和表面蒸发等作用下，水分逐步减少，随着水分在的逐步减少，最终固化成为连续的高聚物薄膜。在固化的砂浆中形成了由无机和有机粘接剂构成的脆硬性骨架，可再分散乳胶粉在间隙和固体表面成膜构成柔韧性连接［7］。由于高聚物薄膜的柔性和形变能力远高于如水泥混凝土结构，砂浆的可柔韧性得以提高，能有效的吸收微裂纹扩展时所需要的能量，分散应力的作用得到大幅提高，从而提高砂浆的抗裂能力［7］。由于高聚物薄膜的拉伸强度、断裂伸长率通常远高于水泥，使得砂浆自身内聚力得到增强，从而提高砂浆的抗冲击能力。

而有的学者也认为，可再分散乳胶粉引气作用与滚珠作用，使得所引入的微小气孔均匀分散在砂浆中，减少了砂浆内部的应力集中，防止了粗大裂纹的产生，增强了可再分散聚合物胶粉改性砂浆的抗裂性能［10］。

3.5可再分散胶粉的使用时注意

作为基本化工产品，由厂家提供的可再分散胶粉的技术资料表即为产品的技术质

量说明及产品生产厂检验规范。通常可再分散胶粉进厂后，干粉砂浆厂家可根据产品技术资料表对可再分散胶粉进行抽检，其主要的检测为：

（1）外观

产品外包装是否正常，有无破损，外包装、标签信息与产品实物是否相一致。产

品有无受潮或者结块等必要的外观检验。产品应为颗粒分布均匀、颜色均匀、无颜色托尾、无结块的粉料。

（2）实验室检验

根据企业制定的质量管控规定，按要求进行抽样检测。试验项目包括：

①固含量

在标准室温条件下（23±3）℃，（50±5）%RH下，称取一定质量的胶粉，倒入到

已干燥称取的培养皿（m0）并铺平底部，立即称量质量为m1。然后在105℃恒温烘烤3h，干燥器中冷却到室温后再称重m2，将干燥后的胶粉质量除于起始的胶粉质量应当不低于技术资料表中的固含量［7］。

固含量（solidcontent）：

X=（m2-m0）/（m1-m0）*100%

②负压筛筛分实验

按照可再分散胶粉厂家提供的技术资料表，选用相应的筛网，在负压筛分机（如水

泥细度负压筛分仪）上测试筛余是否符合技术资料表上的数据。

③灰分

将在标准室温条件下（23±3）℃，（50±5）%RH下，称取一定质量的胶粉，倒入到已干燥称取的培养皿（m0）并铺平底部,在105℃烘烤3h，并于干燥器中冷却到室温后称量,记为m1，然后使用坩埚将胶粉放入450℃的马福炉中燃烧5h，坩埚钳取出至于原培养皿中，在干燥器中冷却至室温后再称重,记为m2，将胶粉起始质量减去胶粉烧后质量再除于起始质量即为灰分，应符合胶粉厂家的技术资料中灰分的数据［7］。

灰分（ashcontent）:

A=（m1-m2）/（m1-m0）*100%

④标准配方中的检验

较为科学、合理的检验即为模拟施工，将其加入标准配方中，然后检测其物理性能（初凝时间、终凝时间、和易性、粘结强度、抗压强度、抗折强度、耐酸碱盐性、抗冻凝性等），当然这就需要其他原材料（水泥、纤维素醚、集料等）也要有一定的稳定性。通过分析结果的稳定性评判胶粉的一致性。

4应用

可再分散乳胶粉的种类很多，用途很广泛。可再分散乳胶粉应用于改性砂浆时，乳胶粉分散后成膜并作为第二种胶粘剂发挥粘结增强作用，成膜的胶粉树脂作为增强材料分布于整个砂浆体系中，从而增加了砂浆的内聚力，同时提高刚性骨架的弹性和韧性，使砂浆具有更强的抗开裂性能。主要应用于：

（1）瓷砖胶粘剂：瓷砖胶粘剂由高品质水泥、集料（如石英砂、河砂、重钙等）、再分散乳胶粉、纤维素醚等材料经充分搅拌配制而成。可再分散乳胶粉改性瓷砖胶砂浆，可延长新拌砂浆的工作时间、调整时间，提高保水性能，与基材粘结性好，有很好的变形性能力，良好的抗滑移性［11］。

（2）外墙保温体系砂浆：可再分散乳胶粉在外墙保温体系中主要用于将聚苯乙烯（EPS）板粘结在墙面（粘结砂浆），砂浆保护层和装饰砂浆。可再分散胶粉不仅与EPS粘结良好，能分散收缩应力，避免开裂，在苛刻的气候下更提供了良好粘结性、抗冲击性、低吸水性和高柔韧性［12］。

（3）自流平涂料：自流平砂浆主要由：高品质水泥、集料、消泡剂、减水剂、可再分散乳胶粉、甲基纤维素醚、防收缩剂等材料经充分搅拌配制而成。可再分散乳胶粉改性自流平涂料，可协助提高砂浆的流动性、提供内聚力，减少分层，提高表面光滑度，避免早期龟裂。在长期的使用过程中，可以提高自流平砂浆的抗裂性，提供自流平砂浆的抗弯折强度，显著提高自流平砂浆的粘结强度、柔性。

（4）建筑腻子：单组份建筑腻子粉由可再分散乳胶粉、凝胶材料、集料和功能性助剂等经过充分混合搅拌配制而成。它具有良好的柔韧性、耐水性、粘结强度，可延长新拌和开放时间，可确保腻子的长期装饰效果［13］。

（5）防水砂浆：防水干粉砂浆主要由普通硅酸盐水泥、石英砂、消泡剂、可再分散乳胶粉、纤维填充料、触变剂、流化剂等材料经充分搅拌配制而成。可再分散乳胶粉可提高施工性，增加和易性，降低砂浆弹性模量，增加柔性，抗开裂，增加粘结力。

5结论

（1）干粉砂浆因其品种齐全、质量优异、品质稳定、施工性能良好、使用方便、施工工效高和环保等特点而受到国内外的关注与广泛使用。其相关的功能性助剂可再分散乳胶粉也得到了快速地发展。

（2）可再分散乳胶粉的滚珠作用和引气作用能改善新拌干粉砂浆的和易性，长时间范围内砂浆中保持充足的水分满足施工性，明显降低水灰比和湿润密度明显降低。可再分散乳胶粉改性的干粉砂浆其物理嵌固作用、化学粘结作用，使得其粘结强度大幅提高，可使用SEM来进行观察粘结面。胶粉掺量的增高，使得砂浆水化产物表面形成连续性高聚物膜，使得砂浆的脆性逐渐降低，柔性逐渐升高，显著提升砂浆的抗裂性能，降低压折比。

（3）可再分散乳胶粉在使用时，应根据产品技术资料进行抽检。内容可包含：外观、固含量、筛余量、灰分、堆积密度等外观性检测，也可以配置成标准配方用于检查物理性能指标，如开放时间、抗垂流、粘结强度、抗压强度、抗折强度、耐碱性、抗冻性等物理性能。

（4）可再分散乳胶粉广泛应用于瓷砖胶黏剂、外墙保温体系砂浆、自流平涂料、建筑腻子、防水砂浆等各类改性砂浆材料，与其他功能性助剂的合理搭配使用，可以提高砂浆的力学性能、柔性、抗开裂性、粘结强度等性能。

参考文献:

［1］肖力光，周建成.可再分散聚合物乳胶粉对建筑砂浆性能的影响［J］.吉林建筑工程学院学报，2002.

［2］王培铭，张承志，孙振平，等.商品砂浆的研究进展［M］.北京，机械工业出版社，2007.

［3］何倩倩，姚金水，张稀岩，等.可再分散乳胶粉的研究进展及应用前景［J］，涂料工业，2007.

［4］彭家惠，毛靖波，张建新，等.可再分散乳胶粉对水泥砂浆的改性作用［J］，硅酸盐通报，2011.

［5］周美茹，张会文，外加剂对干混砂浆性能的影响［J］.混凝土，2007.

［6］彭家惠，毛靖波，张建新，等.可再分散乳胶粉对水泥砂浆的改性作用［J］，硅酸盐通报，2011.

［7］王新民，薛国龙，何俊高编著.干粉砂浆百问.北京：中国建筑工业出版社，2006.

［8］王栋名，张琳编著.干混砂浆原理与配方指南.北京：化学工业出版社，2010.

［9］王培铭，刘恩贵.苯丙共聚乳胶粉水泥砂浆的性能研究［J］。建筑材料学报，2009.

［10］乔渊，李运北，李春亮.可再分散聚合物乳胶粉对水泥砂浆微结构性能作用的研究［J］.新型建筑材料，2006.

［11］王新民等编著，新型建筑干拌砂浆指南.背景：中国建筑工业出版社，2004.

［12］张杰，可再分散乳胶粉对外墙外保温及饰面系统性能的影响［J］.新型建筑材料，2001

［13］张心亚，夏正斌，涂伟萍，等.建筑腻子的现状与发展方向［J］.化学建材，2001.