聚合物干粉防水砂浆粘接材料的研究

   日期:2021-07-01     浏览:210    
核心提示:前 言砂浆在建筑业中的应用十分广泛,它以薄层发挥黏结、衬垫、防护和装饰作用,几乎涉及到建筑和装修工程的每一方面。传统砂浆一
前 言
砂浆在建筑业中的应用十分广泛,它以薄层发挥黏结、衬垫、防护和装饰作用,几乎涉及到建筑和装修工程的每一方面。传统砂浆一般都在施工现场拌制,砂浆抗渗性差、收缩率大,现场非准确计量配制砂浆,不可避免的造成资源浪费和环境污染。聚合物乳液改性水泥砂浆虽然粘接力强,有机硅乳液改性水泥砂浆防水性能虽好[ 1 - 3 ] ,但由于它们为双组分供应形式,运输和配制非常不方便。而以经干燥筛粉处理的骨料、无机胶凝材料和功能性有机添加剂按一定比例混合而成的干粉砂浆,可采用包装或散装的形式运至工地,按规定比例加水拌和后即可直接使用,具有操作简便、产品质量高、生产效率高、环境污染小等众多优点。聚合物改性水泥砂浆的明显的特征之一是显著提高复合材料的粘接性能和抗弯性能[ 4 ] 。目前已出现了很多粉状有机聚合物改性干粉砂浆,如可再生胶粉[ 5, 6 ] ,这些聚合物各有自己独特的方面,它们广泛应用于黏结砂浆、抹灰砂浆、饰面砂浆、自流平砂浆、修补砂浆等,适于地面、墙面等的抹灰和瓷砖、饰面饰材、保温材料等的粘贴及路面、防水层、混凝土结构等的修补等。本文研究了以价廉物美的不同醇解度的室温水溶性聚乙烯醇粉末、憎水性表面活性剂长链烷烃羧酸盐微粉、憎水性强的有机硅聚合物粉末和有机硅- 硅溶胶杂化微粉为主要添加剂的干粉水泥砂浆的性能和应用。

1 实验部分
1. 1 主要原料
325#白水泥, 80目细石英砂;聚醋酸乙烯酯PVAc、氢氧化钠、金属氢氧化物M (OH) m、长链烷烃羧酸RCOOH、含氢硅油、03 硅树脂、四甲基环四硅氧烷DH4 、硅溶胶均为工业品;憎水性长链烷烃羧酸盐微粉、有机硅聚合物粉末、有机硅- 硅溶胶杂化微粉等均为自制样品。

1. 2 水溶性聚乙烯醇粉末的制备(图1中Scheme 1)将聚醋酸乙烯酯PVAc加入80℃的热水中,搅拌下逐渐滴加计算量的溶液(用于催化中和产生的醋酸) ,保持此温6h,冷却,透析,浓缩,干燥。研磨,过100目筛。

1. 3 憎水性长链烷烃羧酸盐微粉的制备(图1 中Scheme 2)将长链烷烃羧酸加入70~80℃的热水中,然后搅拌下加入金属氢氧化物M (OH)m ,加完后保持此温继续搅拌3h,冷却、过滤、干燥,研磨,后过100目筛。

1. 4 有机硅聚合物粉末的制备
室温搅拌下将含氢硅油、四甲基环四硅氧烷DH4滴加入含有催化剂的无水乙醇中,加完后继续在室温搅拌8h,放置1d后除去剩余的乙醇,干燥,研磨,后过180目筛(图1中Scheme 3) 。将03硅树脂溶液加入适当的催化剂,干燥除去溶剂后,研磨,后过120目筛。

1. 5 杂化微粉的制备(图1中Scheme 4)
室温搅拌下往100g 30%的硅溶胶中滴加计算量(杂化比为有机硅质量与硅溶胶固体质量的百分比)的30%有机硅的异丙醇溶液,滴加完毕后在室温下继续搅拌3h,然后滴加30 g异丙醇溶液,析出凝胶。放置1d后于105℃下烘干,研磨,过180目筛。


1. 6 测试和方法
1. 6. 1 水泥砂浆强度测试方法:按水泥与细砂质量比1∶1、水灰比0. 46 拌和后成模室温养护,参照GB /T 17671 - 1999检测水泥砂浆强度,粘接强度按8字模法检测其拉伸强度。
1. 6. 2 吸水性测定:长方体水泥砂浆模块圆锥形长160mm、宽40mm、高40mm,参照日本工业标准J ISA6203检测。
2 结果与讨论
2. 1 有机聚合物粉末的红外光谱
图2、图3 分别是长链烷基羧酸盐、PVA 的IR谱图。从图中可清晰看到长链烷基羧酸盐的红移羧基强而宽的特征峰( 1560cm- 1 ) ,聚乙烯醇PVA 的羟基特征峰(3405cm- 1 )及其部分未水解的乙酰氧基中的羰基特征峰(1733cm- 1 ) 。

图4是有机硅聚合物粉末的IR谱图。含氢硅油(H)或含氢环状硅氧烷(DH4 )在催化剂作用下与乙醇充分反应聚合而成固体粉末,粉末中不再含有Si - H的特征吸收峰(2362cm- 1附近) 。图5是硅溶胶及几种有机硅与硅溶胶( silicasol)杂化微粉的IR谱图。图中二乙(B iethoxy + sili2ca) 、四甲基环四硅氧烷(DH4 + silica) 、含氢硅油(H+ silica)在2969cm- 1附近显示了Si - CH3 中碳- 氢伸缩振动峰,并且后两者不再显示Si - H的特征吸收峰(2362cm- 1附近) 。有机硅与硅溶胶中的活性羟基发生键合成杂化微粉,使其具有显著的憎水效果。

2. 2 聚乙烯醇粉末对水泥砂浆强度、粘接和防水性能的影响
以聚合物改性水泥基干混砂浆制得的装饰用砂浆,在欧洲广泛替代涂料、瓷砖,用作建筑外墙装饰的材料、陶瓷墙地砖防水粘贴和勾缝、混凝土界面粘接剂、防水防潮工程和防水堵漏等,具有成本低、外观好和易操作等特点,装饰效果自然独特,防水透气抗裂,效果持久。本文合成的室温可水溶性的聚乙烯醇PVA粉末的关键在于控制适当的水解条件合成具有醇解度为85% ~90%的聚乙烯醇。PVA 粉末在室温加水拌和时易溶解分散,并且聚乙烯醇分子侧链有一定数量的乙酰氧基- O - COCH3 (此基团极性对水泥砂浆粘接性能有较大贡献) ,用其改性的水泥砂浆可使砂浆的粘接力上升(见表1) 。由表可见,虽然有机聚合物粉末对水泥砂浆的早期3d抗压强度和28d抗压强度有所下降,但抗折强度明显上升,折压比大大提高,粘接性能显著增强,特别是在干态8字模的界面下,粘接强度空白值仅为0.5MPa (而湿基面达1. 2MPa) ,而掺入PVA粉末的水泥砂浆的干湿基面的拉伸粘接强度都在1. 5MPa以上,这是由于有机聚合物的保水作用和极性键作用使被粘接界面处的水泥砂浆不至于脱水而影响水泥水化硬化并使其与底材牢固结合。
表1 PVA粉末改性白水泥砂浆的强度和吸水性(25℃)

附:用量为固体添加剂与水泥砂子的总质量的百分比,以下均同

2. 3 憎水性粉体对砂浆强度和防水性能的影响
表2 几种憎水性表面活性剂改性砂浆的性能(25℃,杂化比20% )

 保护建筑物和结构不受湿气和水的侵入对于其长期耐久性是十分必要的,含盐分的水的侵入可导致大量结构发生破坏,水的侵入也会导致冻融过程中水的相态变化产生的体积膨胀和收缩而产生应力破坏,因此砂浆防水功能是相当重要的。通常的水泥砂浆具有高的孔隙结构和界面能,亲水性很强,必须进行改性。憎水性可通过添加憎水粉末来实现。表2列出长链烷烃羧酸盐和有机硅聚合物憎水性粉末改性水泥砂浆的实验数据。由表可见,这些憎水剂大部分(除03硅树脂外)都降低了水泥砂浆的早期强度,具有缓凝作用, 28d强度比空白34. 5MPa稍低;而从吸水性看,有机硅(线形的含氢硅油或环状含氢硅烷DH4 与乙醇的反应物, 03硅树脂即烷氧基聚硅氧烷)聚合物粉末的憎水性能远高于价廉的长链烷烃羧酸盐。经溶胶- 凝胶法制备的有机硅- 硅溶胶杂化微粉同样也具有显著的憎水作用(空白吸水性为12. 6% ) 。

图6、7显示了长链烷烃羧酸盐的碳链长度对水泥砂浆强度和防水性能的影响。由图可见,砂浆强度在加入羧酸盐或PVA时抗压强度随羧酸盐中的碳数增加而有所上升,但整体是比空白低;吸水性则随其碳数增加疏水性增强而大大降低。

2. 4 有机硅微粉对水泥砂浆强度和防水性能的影响
如前所述,除03树脂对28d砂浆强度略有增强外,由线形的含氢硅油和环状含氢硅氧烷制备的有机硅微粉降低了砂浆抗压强度,这种趋势随图8中有机硅用量的增加下降更加明显,特别是后者,可能
是由于环型结构阻碍了水泥的水化结晶。随憎水性有机硅用量的增加,砂浆的吸水性降低(图9) ,防水性能提高。

图8 有机硅用量对砂浆强度的影响


2. 5 有机硅- 硅溶胶杂化微粉对水泥砂浆强度和防水性能的影响
硅溶胶是一种价廉的以水为分散介质的纳米级高分子无机聚偏硅酸的胶体溶液,呈弱碱性,能明显加速水泥的硬化。硅溶胶颗粒细微,硅羟基具有较高的活性,易与水泥类碱性物质发生配位反应,能与某些无机盐、金属氧化物生成新的硅酸盐无机高分子化合物。将有机硅与硅溶胶通过溶胶- 凝胶法制成杂化微粉,不仅可降低材料的价格,还有可能提高砂浆的密实性、强度和防水性能。其结果列于表3中。从表可见,随有机硅与硅溶胶杂化比的增加,原始有机硅总的用量增大(此时仍小于0. 23% ) ,抗压强度有所下降,而防水性能明显提高。

2. 6 PVA与憎水性粉末联合使用时水泥砂浆的强度、粘接性能和防水性能
高性能的防水砂浆由多种材料如水泥、砂、细填料、有机聚合物粉末、防水粉末及其它添加剂组成。与其它材料不同,干粉砂浆通过加入有机聚合物粉末和憎水性表面活性剂,在保留了开孔结构优点的同时,其憎水性及抗裂、抗弯和粘接性能也明显提高。这里采用有机聚合物粉末与憎水性粉末联合使用的方法,结果见表4。由此可见, PVA粉末与憎水性粉末联合使用不仅基本保持砂浆的抗压强度,还能使空白砂浆的湿基面粘接强度从1. 2MPa提高到2. 0MPa左右,同时防水性能大大提高。
表3 杂化微粉杂化比和用量对水泥砂浆强度和防水性能的影响(25℃)


表4 0. 5% PVA与粉末共用时砂浆的强度、粘接性和防水性(25℃,杂化比20% )

3 应 用
本实验配制中的干粉防水砂浆粘接材料,不仅可应用于陶瓷墙地砖防水粘贴和勾缝、混凝土界面黏结等,还可应用于建筑外墙涂料装饰、新型墙体材料的防水抹面、防水防潮工程和防水堵漏工程的刚性防水层,具有操作简便、计量准确和性能良好等特点。在施工中将干粉砂浆加水搅拌均匀后,在普通水泥砂浆抹灰找平的墙面上,施抹一层3mm厚的干粉砂浆胶结层,凝结后,再进行陶瓷墙地砖粘贴和勾缝,具有黏结强度高、抗渗防漏性好、操作性能优良等特点。它可以从根本上消除传统陶瓷墙地砖粘贴工艺复杂、易脱落、难修补等弊病,有效地解决墙体渗漏水的难题;或者将干粉砂浆胶结粉加水搅拌均匀后,采用抹灰的操作方式,可直接在混凝土接合面上进行界面黏结,厚度3mm,可形成一层坚实的接合层。施工抹平凝结后,形成粗粒状表面,十分有利于新的混凝土及砂浆的结合,起到性能优良的界面处理剂作用。只要施工得当,完全可以达到预期的性能和要求。
 









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