（材料学专业论文）可再分散胶粉对干粉砂浆性能的影响.pdf

摘要 可再分散胶粉是将特殊的乳胶喷雾干燥加工而成，其与无机胶凝材料一起 使用时对砂浆性能的影响问题一直是大家比较关注的问题。 本论文通过对砂浆的柔韧性、不同基材的粘结强度、吸水量等系列试验 研究了不同掺量、不同结构和性质的可再分散胶粉对干粉砂浆性能的影响，结 果表明：可再分散胶粉的加入使得砂浆的抗压强度随着胶粉掺最呈现先降低后 提高的趋势；对抗折强度的影响是随着胶粉掺量的增大而增大；可再分散胶粉 的加入对砂浆的粘结强度的影响也随着不同的养护制度及不同的基材的变化而 有所不同，但总体趋势是随着胶粉的掺量的增大而提高；砂浆的吸水量也随着 胶粉掺量的增大而大幅度降低。在同一水平进行比较发现：不同结构和性质的 可再分散胶粉的加入使砂浆的可操作时间大大延长并改善了砂浆的施工性，同 时它的加入使各项性能均有不同的优良表现。 利用扫描电镜，x 射线衍射及红外光谱等测试手段，对可再分散胶粉在砂浆 微观结构进行了分析，可再分散胶粉的加入，使砂浆的结构更致密、并以聚合 物膜及化学键的形式存在于砂浆中，提高了砂浆的粘结强度及各项力学性能。 关键词千粉砂浆；可再分散胶粉；机理 北京工业大学工学顿士学位论文 a b s t r a c t t h ei e d i s p e 摊沿l e 笋w 妇i s 笋溉s s 融哇u 啦哪解8 聪敷y 珏e s s 畸e 售p i a l l a t e x ，l h a te v e r y o n ec o n c c m st h ep m b l c mt h a th a v et l l ei n n u e n c et 0t h ef u n c t i o no f l b e 勰越攮1w h 镰疑毽s e s 协g e 鼍羲错沁也。癌泌g e 辕l i 董l c 艇繇辍琏钝娃采 伯i st h e s i ss t u d i e dt h ei 娟u e n c c so fr e d i s p e f s i b l ep o w d e ro fd i 蛹r e n ta m o u n t a n d p r o p c r t i e sa n ds t r u c t u r e st oi n o r t a rt h r o u g l las e r i e so ft e s to ft h cp l l 韪n dt o u g h 、 睡# a 蘸e s i w 鞋黻l g 睡o f 援至董；e 辩掇罄e 窭a | e 、氇ea 瓠鼬i 鹊w a e r 攀勰浓y 鲑囊e 如【o r t a r r e s c a r c hs h o w st h a tw 蚀蠊ea h l o u n to f 也er e d i s p e f s i b l cp o w d c rt h e c o 盯l p r c s s i v es t r e n g t l lo fm o r t a ra p p e 盯l h ed i r e c t i o f 脚lt h c ne n h a n c i n g ；m e 蜒瓤e 羲e e 量ol 酶纛e x u 豫ls l 撑鞋g i 魏i s 囊珏g 整e 燃a 轴拄gw 主圭h 氇e 鞠轷d e r ；氇e 遮：l 娃强c et o | l l eb o n d i l l gs t r c n g t hi sv a r i e dw i t hd j f 托r c n tm a i n t a i n i n gs y s t e ma i i dd i f 鲰r c n tf i l n d u s ， b u tt h ed i r c c t i o ni si n c r e a s c dw i 毫h 融e 锄o u n to ft h e f c d i s p e r s i b l e ；t h e 曲s o r b i n g w a e r 邵勰l i l y 娃砖m o 撒f s 糟茁矗d e c 羚辐e 哇喇壤娃捃a 娜婚嘲t 醛蛀砖p 滞如w e 髓n 彝堋疆鑫t 弼强 c o m p 蚵n gt h ef i m c n 蛐o fm o r i a ra it h e 趾m el e v e lt l l ea d d i n go fp o w d e r0 fd i 丘e r e n t p 唧e f t i e sa n ds t m c 童u f e sc 强p 舯l o n g 曲ew o f ka _ b l e i m e 舻翻y ，墨丑di m p r o 审e 趣e w o 嬲n gf l l n d i o 轧s 诚u l t 瓶e i 锻矗sa d d i 珏ge 趣f lm a l 【e 璩ee v e f yf t l n c 硅0 精艚m o 啦r p r e s e n tt h ec x c e l l e n te x h i b n i o n b ym e a n so fs e m 、x r d 勰d 猿，w e 张鞋l y s i s | h em i 甜燃戚em 鳓必i s 扭疆 m 瓣a f t c s tf c s u l ts h a wt h a tt h ea d d i n go fp 泊e rc a nm 蝣i o f a l i o nt h em i a o c o s m i c m e “a n i s mo fm o f t a r m a k et h em i c r o s t n l c t u f es t m n 舀a i l de x i s ti nt h ef o 瑚o f p o l y m 嚣臻l sa 矗| 藿臻嚣穗e 斑j c 越瓣a 娃i o 珏，堍e 弹玲y 巍c a ni n e 糟鑫s e 攮ea 魏e s n 。s t 嬲g 斑 a n de v e r vm e c h a n j c sf i l n c t i o no fm o r a r 踟”粕耀s哪搬i x e d 翔。矗8 f ；戚i s p o 稻i 醚e 筘释d e 秘瑶e c h 建砖s m i i 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：超日期：址 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名 1 1 课题研究背景 1 1 1 砂浆的应用与发展 第1 章绪论 以石灰、水泥或石膏等无机粘结剂为胶结材料的砂浆在建筑工程中已经使 用了8 0 0 0 多年。巴比伦人在大约6 0 0 0 年以前已经使用石膏灰浆，而以火山灰 为基材的水硬性砂浆的使用历史可能已经超过3 0 0 0 年古腓尼基人、希腊人和 罗马人曾大量使用含宥火山喷发物质的火山灰质砂浆。在最近1 5 0 年的历史中， 波特兰水泥基砂浆作为标准材料广泛用于建筑物的旌工。近年来，由于各类基 础设施建设和高楼大厦开工项目日益增多，对建筑砂浆需求量越来越大，据统 计水泥总量中2 5 一4 0 用于配制建筑砂浆。建筑砂浆广泛应用于砌筑、粉刷、 地面找平等工程中。传统的建筑砂浆一般都是在施工现场拌制，其质量取决于 原材料的质量、适宜的配比和配料的计量、拌合物的均匀性及砂浆的和易性或 流变性。而在施工现场搅拌生产的砂浆质量稳定性差、收缩性大、粘结强度低、 抗渗性差、易剥落，是建筑工程中裂缝、空鼓、渗漏等质量问题发生的主要原 因。另外现场拌制砂浆也对环境造成较严重的污染且噪音也较大。随着建筑 业技术的发展和文明施工的需要，以工业化生产的商品砂浆逐渐的取代了现场 拌制的砂浆。商品砂浆按产品形式分为预拌砂浆和干粉砂浆两种。 干粉砂浆是经烘干筛分处理的细集料与无机胶结料、保水性增稠材料、矿 物掺合料和添加剂按一定比例混合而成的一种颗粒状或粉状混合物，它可由专 用罐车运输至工地后加水拌和使用，也可采用包装形式运到工地后拆包并现场 加水拌和使用“。“。 干粉砂浆分为两大类”5 “”：普通干拌砂浆和特种干拌砂浆。普通干拌砂浆 包括砌筑、抹灰和地面找平砂浆；特种干砂浆产品包括瓷砖胶、保温系统粘结砂 包括砌筑、抹扶和地面找平砂浆；特种干砂浆产品包括瓷砖胶、保温系统粘结砂 北京薯姑大学工学碱士学位论文 浆和抹谣砂浆、蟊流平砂浆、躲予、装饰抹灰和子粉涂辩、瓷砖填缝裁、修朴砂 浆和防水密封砂浆游。可以说千粉砂浆的应用十分广泛，就目前的品种来说已研 割出逑台甭霹功戆鬃蒜懿系列产溜，且乎覆蔗扶地下室至g 燧嚣，获乡 壤爨痞墙， 扶德痨房到游泳漶，从桥梁到隧道，从饮水工程至污水处蘧厂等工程，并且仍不 断地在研发新产鼎，以利于行业的持续发展。 攘对于在麓王瑷绣嚣剿秽浆熬砖统工艺，于拌移浆具露戳下特杰鲫“”。“： 1 产品质量商 不同用途的砂浆如砌筑砂浆、墙面砂浆、地坪砂浆等，对材料的抗收缩、抗 鼋袋、爨湿、藤灞簿褥筏懿要袋举鞫，显藏王蘩求鹣逶宣魏、绦拳夔、凝霹薅溺 等也不同。这些特性是需要按照科学的配方合理配制、严格生产控制才能实现的。 建筑施工现场无法铸齐要求的所有原料，现场的施工操作设备也无法保诞严格按 聚方黉求、准确称麓配翻及粒凌懿控麓，碜浆酌震垂差暴缀大。瑶场瓣久工配裁 的砂浆更是无法保证满足质量璎求，而大规横自动化生产出来的预制砂浆，产品 质量弼靠且稳定，许多微量化学添加刹保证了产晶满足特羰躯质量要求。 2 生产效率离 国外许多干粉料生产厂的馨产量都在3 0 5 0 万吨左右，有各种干粉砂浆产 晶，麓秘齐全，产熬多迭上予静，嗣户可以报据壹基的器簧泉选择不秘功能貔产 晶，满足市场的需求。采用预制千粉料后，不仅大大提商建筑施工速度，而且便 于管璃以及现代化的自动施工机具的推广使用，从而提高建筑业整体现代化施工 隶平。 3 使用方便 于粉砂浆是一种单组分体系，使用时只霈加入规定量的清水搅拌即可。干粉 砂浆繇萄班手工藏工，氇秀魏援簇工。与现穗搅肄移装穰魄，嚣者虿提崧效率l 2 倍以上，后者则研提高效率3 5 倍，大大熄节省了施工时间，降低了势动强度。 同时强施工过程中，由于采用合适的施工方法和工具，可节约大量的材料。事实 证麓，健灞予耱砂浆不缓挺寒了建筑覆爨，瑟鬣节终了太爨浆大力、耱力箨辩淘、 工程总体造价会显著降低。 4 环境污染小，便于文明施工 第1 章绪论 大规模集中生产的于粉砂浆，不仅原材料损耗低、浪费少，而且部分产品如 地坪砂浆，可利用如粉煤灰等工业废料，变废为宝，成为一定意义上的“绿色建 材”。干粉砂浆的定量包装，便于运输与存放。施工单位可以根据需要定量采购， 既节约了原料又方便了施工单位。施工现场没有堆积如山的各种原料，减少了对 施工周围环境的影响。尤其大中城市、拥挤的交通、狭窄的施工现场，预制干粉 砂浆可以解决很多问题。 1 1 2 可再分散胶粉及其在干粉砂浆中的应用 胶乳是用于水泥改性的最普通的聚合物添加剂，它是悬浮在水中的一种聚 合物颗粒，这类聚合物可分为聚合物橡胶弹性体和热塑性合成树脂。悬浮液在 重量上通常含约5 0 的纯聚合物。胶乳是由单体物质在水中经乳液聚合而成， 因此也称为乳液。在胶乳中，主要的聚合物橡胶弹性体有：天然橡胶，苯乙烯 丁二烯共聚物，丙烯晴丁二烯共聚物和氯丁烯；主要的热塑性合成树脂有：醋 酸乙烯酯和带有乙烯，叔碳酸乙烯酯，氯乙烯，偏二氯乙烯，丙烯酸酯，月桂 酸乙烯酯，苯乙烯等单体的共聚物。由于热塑性合成树脂的耐久性优于聚合物 橡胶弹性，所以从4 0 年代至今都被广泛的用于水泥砂浆或混凝土的改性中。 聚合物对水泥的添加方式可以是液体的形态( 习惯称之为双组分体系) ，即 粉料组分和液料组分，在条件严酷的拌合现场( 此外，还必须考虑水的需求量) 常常会产生许多错误。然而这种方式在2 0 世纪5 0 年代前是唯一的，但随着建 筑新材料，新工艺，新技术的出现，随着人类能源，环保意识的不断提高，人 们迫切希望聚合物能以固体形态添加到水泥中( 习惯称之为单组分体系) ，使之 无论从应用还是从储存方面来说都更方便“3 + “1 。可再分散胶粉就是一种能在水 中再分散的粉末状聚合物，它的出现使人们的希望变成了现实。 可再分散胶粉是将特殊的乳胶喷雾干燥加工而成“5 ”。“。可再分散胶 粉所用聚合物的耐碱性、耐水性、最低成膜温度、可再分散性是影响其使用的 重要性能。可再分散乳胶粉的研究始于1 9 3 4 年德国的聚醋酸乙烯( p v a c ) 类可 再分散乳胶粉、二战中日本的粉末乳胶。2 0 世纪5 0 年代后期，原西德开始可 北京工业大学工学硕士学位论文 再分散乳胶粉的工业化生产。当时，可再分散乳胶粉也主要为聚醋酸乙烯类型， 主要用于木胶、墙面底漆和水泥系壁材等。但是由于可再分散乳胶粉的可再分 散性、最低成膜温度、耐水性和耐碱性等性能的局限，其使用受到了较大限制。 直至六十年代，可再分散胶粉的生产技术和应用技术在欧洲目臻成熟并得到了 更为广泛的应用。国内可再分散胶粉的研究和生产是从本世纪开始，但发展速 度非常之快，现已形成万吨级的生产能力，随着可再分散胶粉产业的不断成长 和市场需求的迅速增加，可再分散胶粉应用性能的研究将成为人们格外关注的 焦点。 目前市场上应用的可再分散乳胶胶粉有：醋酸乙烯酯与乙烯共聚胶粉 ( v a c e ) ，醋酸乙烯酯与支链高级脂肪酸乙烯酯共聚胶粉( v a c v e o v a ) ，醋酸 乙烯酯与乙烯，支链高级脂肪酸乙烯酯三元共聚胶粉( v a c e v e o v a ) ，丙烯 酸酯与苯乙烯共聚胶粉( a s ) ，醋酸乙烯酯与丙烯酸酯及支链高级脂肪酸乙烯 酯三元共聚胶粉( v a c a v e o v a ) ，醋酸乙烯酯均聚胶粉( p v a c ) ，苯乙烯与 丁二烯共聚胶粉( s b r ) 。其中前三种胶粉在全球市场上占有几乎8 0 以上的份 额。所以本文将把醋酸乙烯酯与乙烯共聚胶粉( v a c e ) ，醋酸乙烯酯与支链高 级脂肪酸乙烯酯共聚胶粉( v a c v e o v a ) ，醋酸乙烯酯与乙烯，支链高级脂肪酸 乙烯酯三元共聚胶粉( v a c e v e o v a ) 作为研究的主要原材料。 可再分散乳胶粉是水泥基或石膏基等干粉砂浆的主要添加剂，采用可再分 散胶粉改性的干粉砂浆产品其与水拌合后，会形成一个高质量、具有鲜明一致 特性的聚合物改性水泥基或石膏基砂浆。对于其形成过程比较普遍认同的理论 就是成模理论。1 2 4 4 “：可再分散胶粉聚合物胶粉在水中具有可再分散性，在 混合料与水拌合后，胶粉遇水后变为乳液，聚合物颗粒逐渐分散于水泥浆中。 当水泥水化时，水耗尽，然后胶乳形成丝状的薄膜贯穿于水泥浆中。一般认为， 水泥浆是通过较弱的范德华力的作用集结在起的硅酸钙水化物颗粒的团聚结 构，所以当其受到压力时，极细的裂缝很快形成并进步扩大，导致砂浆具有 很差的抗张强度和断裂韧性，而聚合物膜的存在能像小桥似的将这些微小的裂 缝连接起来，阻碍它进一步形成。同时，聚合物的颗粒填充了部分水泥浆中的 孔洞，大大减小了水泥的渗透性。 弟1 章绪论 通过在干粉砂浆中加入可再分散胶粉可改善砂浆的多种性能：提高新拌砂 浆的保水性和可工作性；提高对不同基材的粘结性；改善砂浆的柔性和变形性 能；增强砂浆的抗折强度、耐久性、耐磨性；此外，特殊的可再分散胶粉还具 有疏水效果，赋予砂浆较强的憎水性。 可再分散胶粉在干粉砂浆中的典型应用为配制瓷砖和建筑粘结剂，瓷砖勾 缝剂保温板的粘结砂浆，自流平地面找平层，混凝土修补和修复砂浆，不同 类型的抹灰砂浆、批荡砂浆和矿物饰面层，石灰水泥和非水泥基粉末涂料，密 封浆料，填缝剂，镘抹平滑砂浆1 。只有较为简单的产品如砌筑砂浆、厚找平 层和底层批抹灰或批荡材料以及混凝土通常不采用可再分散乳胶粉进行改性。 新的施工方法和建筑材料的出现以及对其安全、可靠、有效和经济使用性的要 求使得可以生产高质量砂浆的现代化方法如干拌砂浆技术能够得到实施。因此， 在世界范围内施工现场搅拌技术和现场采用液体聚合物改性砂浆的技术正在逐 渐被特别为现代建筑技术、材料和环境设计且具有不同特性的聚合物改性干拌 砂浆产品所替代。在应用可再分散胶粉过程中应该注意的是，可再分散胶粉和 水泥是砂浆中两个最主要的活性组份。一般来说，它们的功能互补，因此两个 组分必须起到不同的作用，但同时工作。正因为如此，低质量的水泥和错误使 用的可再分散胶粉是不能简单地通过优化配方中的其它参数而获得补偿的。每 一种组分应根据其质量和对整个配方性能的总体影响来进行选择。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 千粉砂浆研究现状 由于干粉砂浆省时省力、机器施工，加上卓越的性能，已经得到行业的普遍 认同。发展到上世纪8 0 年代，干粉砂浆在西方得到了最广泛的应用。目前仅德国 就有3 0 0 多家干粉料生产厂家，年产量达1 0 0 0 万吨以上，全世界干粉料生产厂家 则高达6 0 0 多家。而干粉料的生产更是突飞猛进，产品品种达1 0 0 0 多种。干粉料 在亚洲的发展也十分迅速。早在1 9 8 4 年，新加坡建立第一个干混料生产厂，迄今 北京工业大学工学硕士学位论文 产量超过了3 0 t h 的厂已有5 家。马来西亚于1 9 8 7 年也投产了一条干混料生产线。 目前在韩国、日本、泰国、马来西亚、新加坡等亚洲国家，都有大规模的专业干 粉砂浆生产厂。 我国干粉砂浆的发展虽然起步较晚，但发展十分迅速。1 9 9 8 年广东省建成国 内第一条干粉砂浆生产线；香港特别行政区2 0 0 0 年4 月建成投产一家年产1 5 万吨 的干粉砂浆生产厂；上海水泥厂2 0 0 1 年投产一条生产线，设备与原材料均取自国 内，年生产能力1 5 万吨；北京、湖南、浙江等省份也开展了应用技术研究，并 有生产线建成。然而，就我国目前的发展现状来看，仍然存在着市场分布不均， 大规模专业生产厂家不多等缺陷。 目前国外对干粉砂浆研究关键及问题主要集中在新品种的开发、生产及施工 机械以及降低成本上。由于国外对千粉砂浆的研究和应用开展得比较早，现已形 成了8 大类2 6 0 多个品种，新品种的开发基本上按用户的要求来进行的。同 时，由于干粉砂浆对生产设备的要求较高，生产设备不但要将实验室中所做的配 方准确无误、无损失的放大生产出来，并且还要灵活、可靠和经济。因此为推广 普及干粉砂浆及使其健康发展，国外大企业也广泛研究了用于干粉砂浆的建筑物 流系统及施工机械，从而也为降低砂浆成本寻找到了一个有效途径。 而我国对千粉砂浆的研究，还处在生产工艺和应用技术研究阶段。虽然我们 已经拥有了众多产品品种，其中，水泥基产品主要包括：粘结剂、界面剂、地面 自流平材料、耐磨地坪、外墙外保温粘结及抹面砂浆等；石膏基产品主要包括以 半水石膏或无水石膏为胶凝材料的粉刷石膏、粘结石膏、嵌缝石膏等；石灰基产 品主要包括以消解石灰为胶凝材料的耐水腻予等。但不可否认的是，不管是研究、 生产、技术、设备还是服务方面我们只能说是初具规模，尤其在一些新产品如饰 面砂浆、修补砂浆、锚固材料等产品的研发应用方面还处于摸索阶段，因此与西 方国家相比仍然具有一定的差距。 未来的2 0 年是中国城市化进程最快的2 0 年，也将是中国千粉砂浆实现工业 化、商品化最好的时期。中国国家建材局已将干粉砂浆列入2 0 0 0 年新型建筑 材料及制品发展导向目录( 建材规划发 1 9 9 9 1 6 3 号文) ，上海市建设和管理委 员会于2 0 0 0 年7 月1 日开始实施干粉砂浆生产与应用技术规程( d g t j 0 8 5 0 2 第1 章绪论 一2 0 0 0 ) ，北京市也于2 0 0 3 年1 0 月1 日起执行干拌砂浆应用技术规程( 试行) ( d b j t o l 一7 3 2 0 0 3 ) ，推广使用建筑千混砂浆，促进建筑业的技术进步、文 明施工和环境保护。这些法规的出台必然会推动干粉砂浆在全国的推广使用，相 信干粉砂浆在我国的建筑行业将会迅速地发展起来，有着十分广阔的市场前景。 1 2 2 可再分散胶粉的研究现状 干粉砂浆行业的快速发展，一方面对可再分散胶粉的需求量增大，另一方 面也对可再分散胶粉对砂浆的改性问题提出了更多的品种及更高的质量要求。 因此，对可再分散胶粉及其应用研究也就极为重要。 目前，国外研究生产的可再分散胶粉主要是醋酸乙烯乙烯共聚、醋酸乙烯 乙烯叔碳酸乙烯酯三元共聚及丙烯酸系列的产品。而国内对可再分散胶粉的 生产研究只是初具规模，主要以醋酸乙烯叔碳酸乙烯醅系列产品为主。 除此之外，对于可再分散胶粉作用机理及应用的研究也是受到行业广泛关 注的一个重要问题。目前，国外关于可再分散胶粉的应用及其机理方面的研究 较多，尤其是一些大公司、技术中心等，例如：国民淀粉、v i n n a p a s 等大型国 外企业，对可再分散胶粉在干粉砂浆中的影响、应用及作用机理做了大量的工 作。他们将可再分散胶粉试用于各个建筑工程产品中，从而研发出众多具有优 异性能的砂浆产品，同时对可再分散胶粉在应用中可能出现的问题及解决方法 进行了详尽的探讨；同时，还对可再分散乳胶粉在干粉砂浆中的作用机理问题 上提出两种理论，一种是学者们普遍承认的成模理论，除此之外，还有人提出 聚合物与水泥化合物之间可以形成离子键形式的化学作用，尤其在聚合物中 有聚电介质的情况下可通过离子键而形成化学作用，但这种作用到底起多大作 用目前还没有说明。 然而，我国由于干粉砂浆起步较晚，因此对于可再分散胶粉在干粉砂浆中 的应用研究很少，近几年才得以更多的关注。另外，由于砂浆产品地域性强、 组分多、产品种类多，使得可再分散胶粉与砂浆其它组分之间的适应性的问题 就较为复杂，需要我们不断的去探究。 北京工业大学工学硕士学位论文 1 3 选题目的及意义 1 3 1 选题目的 由于干粉砂浆的组成材料数量大、品种多、原料来源变化大，同时由于我 国还处于初级发展阶段，缺少严密的、先进的工艺精度，因而对组成与结构复 杂的干粉砂浆的研发、制造与应用技术还不成熟。同时，由于国内关于可再分 散胶粉的生产以及机理的研究一直比较少，只是近几年各科研院所及一些企业 才开始对胶粉进行研究，因而缺乏对无机胶凝材料与有机胶凝材料的复合应用 方面的深刻认识。而可再分散胶粉是聚合物改性水泥砂浆的重要组成部分，它 的加入对砂浆性能会产生很大影响。因此，对可再分散胶粉对干粉砂浆性能影 响的研究是十分必要的。本文针对这一问题从可再分散胶粉的组成、结构出发， 对干粉砂浆的基本性能如柔韧性、粘结强度等进行测试并辅以适当的微观测试， 从而对可再分散胶粉在干粉砂浆中的作用及影响进行研究探讨，以对应用进行 指导。 1 3 2 选题意义 干粉砂浆是一种绿色环保型建材，它的生产是大规模集中生产，不仅原材 料损耗低、浪费少，还可以大量利用矿渣、炉渣、粉煤灰等工业废料，既减少 了对资源的破坏，又降低了生产成本。同时，定量包装的干粉砂浆便于运输、 存放和施工。施工单位可根据施工要求和使用量定量采购，既可解决城市建筑 施工现场狭窄的问题，又可消除施工现场堆积如山的各种原材料在运输过程中 造成的飞灰撒漏现象，减少了粉尘、物料、废水对周围环境的污染和对城市市 容的影响，促进了文明施工。从这一方面来看，研究可再分散胶粉对砂浆性能 的影响以最大程度的提高砂浆质量及降低成本就更具有重大意义了。 随着现代新建筑技术的飞速发展，传统意义上的砂浆已很难满足要求，而 大规模自动化生产出来的砂浆，产品质量好且稳定，不但便于各种现代化自动 化施工工具的使用，提高了建筑施工速度，而且许多精心选择出来的微量化学 第1 章绪论 添加剂还可保证产品满足用户提出的各种要求。使用千粉砂浆为提高建筑业整 体现代化水平、开发新工艺和施工新技术创造了有利条件。因此，本论文研究 的可再分散胶粉在砂浆中的作用及影响可以对研发更新更优的砂浆产品提供一 定的依据，从而也为可再分散胶粉本身的研究提供反馈指导作用。 1 4 主要研究内容 1 不同掺量的可再分散胶粉对砂浆性能的影响 由于可再分散胶粉是一种热塑性树脂，它的各项性能有别于传统的胶凝材 料，本课题就是针对这一闯题来探讨可再分散胶粉掺量的变化对砂浆性能的影 响规律，并从应用角度上来研究不同聚合单体的可再分散胶粉在实际应用中的 推荐掺量。 2 不同结构的可再分散胶粉对砂浆性能的影响 不同单体聚合而成的可再分散胶粉，其玻璃化转变温度及最低成模温度可 能会有所不同，使其在应用中会有所不同，我们从应用角度出发，根据可再分 散胶粉的不同共聚单体、不同玻璃化转变温度分别探讨其对砂浆性能的影响。 3 不同结构的可再分散胶粉在养护温度变化时对砂浆性能的影响 每一种产品的推出，都脱离不了实践的检验。那么对我们的建筑产品来说， 最大的问题是是否能在低温甚至负温的情况下继续施工，这是关系到工程进度 的中心问题。为了防止砂浆受冻，有些厂商会在砂浆中添加防冻剂。尽管目前 有关混凝土负温施工的资料和经验很多，但针对薄层砂浆的负温性能甚至负温 下旌工和使用时的性能变化并不清楚。我们根据可再分散胶粉的不同成模温度， 分别对在不同温度养护后的试件进行测试，以研究低温甚至负温下可再分散胶 粉对砂浆性能的影响。 4 可再分散胶粉对干粉砂浆影响的机理研究 目前可再分散乳胶粉在干粉砂浆中的作用机理大体上有两种理论，一种是 学者们普遍承认的成模理论，除此之外，还有研究。73 提出聚合物与水泥化合物 之间可以形成离子键形式的化学作用，尤其在聚合物中有聚电介质的情况下可 轻衮王筵走掌工学骥攀垃论文 通过离子键丽形成化学作用，但这种作用到底起多太侔用目前还没肖说明。通 过霹甏分数羧粉在骖浆孛瓣务矮瞧憝试骚分疆嚣，我爨誉蘩霹叛凌试验翡蓦懿 上，用微观测试来研究可褥分散胶粉对砂浆的影响。 第2 章试验方法与仪器 2 1 试验用原材料 2 1 1 水泥 作为胶凝材料，水泥是干粉砂浆中重要的组成成分，起着粘结剂的作用。与 传统的混合砂浆相比，用于千粉砂浆中的水泥对质量要求更高且更为严格，尤 其强调水泥质量的稳定性。本试验所用水泥采用太行前景普通硅酸盐4 2 5 水 泥，其化学成分及物理性能如表1 1 和表1 2 所示： 表l l 水泥化学成分 2 1 2 砂 1 曲l c1 - 11 1 l ec h e i i l i c a lc o m p o m n to fo 如把n t 表l 一2 水泥物理性能 t a b kl - 2t h ep h y s i c a lf i l n c t i o n0 fc 锄蜘t 干粉砂浆中的骨料有细集料( 建筑砂) 、装饰骨料( 石英砂、色石渣、膨胀 珍珠岩、云母等) 。其中，应用最广泛用量最大的主要是建筑砂。本试验采用建 筑细砂，其细度模数为1 8 。 北京工业大学工学硕士学位论文 2 1 3 纤维素醚 干粉砂浆中应用最广泛的化学添加剂主要为甲基纤维素醚，它可以使灰 ( 砂) 浆材料获得适宜的保水性和稠度，有效地提高抹灰材料的工作性；同时， 可以使水分在很长的一段时间内逐步释放，从而保证灰( 砂) 浆与基底的结合。 本试验采用的是w a l o c e l 唧4 0 0 0 0p f v 。 2 1 4 可再分散胶粉 表2 一l 显示了所选可再分散胶粉的基本参数。图2 1 是可再分散胶粉的红 外分析。 表2 1 可再分散胶粉的基本参数 t a b l e2 11 r h eb a s j cp a r a m t e r0 fm d i 唾埘s i b l ep o w d e r 2 2 试验仪器与设备 2 2 1 宏观测试用仪器设备 本试验所用试验仪器及其型号如表2 2 所示 第2 章试验方法与仪器 表2 一z 试验用仪器 t a b l e2 - 2t e s t i i l ga p p a r a t u s 仪器名称 型号 行星式水泥胶砂搅拌机 水箱 电热鼓风干燥箱 h a i e r 冰箱 粘结力试验机 2 2 2 微观测试用仪器设备 本试验中可再分散胶粉对干粉砂浆性能影响的机理研究主要采用微观测试 方法，所用测试仪器及其型号如下表所示： 表2 3 微观性能测试用仪器设备 1 a b l e2 - 31 b s 血g 叩p 盯a t 惦f o rm i 啪s t m c h i 地 名称型号 x _ 一射线衍射仪 扫描电子显微镜 红外光谱 b m k e rd 8a d v 柚c e f e i c u a n t a2 0 0 f i i f 一1 7 3 0 2 3 试验方法及测试内容 2 3 1 宏观性能试验方法 a 料浆制备 标准试验条件：环境温度( 2 3 2 ) ，相对湿度( 5 0 5 ) ，试验区的循 环风速小于o 2 m s 。 按照试验方案的要求，分别称量不同的原材料。将水( 或胶液) 倒入料锅内， 型 卅 ； = 兰麟 北京工业大学工学硕士学位论文 在液体表面均匀倒入粉料，搅拌3 0 s ，取出搅拌叶，在l m i n 内刮下搅拌叶和料 锅壁上的拌合物，重新放入搅拌叶并搅拌3 m i n ，砂浆放置1 0 m i n 后再搅拌至均 匀。 b 试件制各及养护 1 ) 柔韧性( 压折比) 抗压强度、抗折强度试件制备及测定按g b t 1 7 6 7 1 “水泥胶砂强度检验方法 进行，试件龄期2 8 d ，常温养护。 2 ) 拉伸粘结强度( 与水泥砂浆) 将成型框放在标准试验条件下的水泥砂浆试块的成型面上，将制备好的料 浆倒入成型框中，压实，抹平，脱模，五个试件为一组。 a 常温常态 出模后的试件在标准试验条件下放置1 4 d 后进行测试。第1 3 d 时将拉伸夹 具用环氧树脂粘结剂粘在被测样品的表面，用1 k g 砝码在拉伸夹具上放置2 4 h ( 以下试验均如此) 。 b 耐水强度 试验条件下放置1 4 d 后将试件放入2 0 2 0 c 的水中浸泡4 8 h ，取出后在试 验条件下放置2 4 h 后进行测定。 c 耐温强度 将成型后试件，在试验环境下放置7 d 后，在7 0 2 。c 的干燥箱内放置2 4 h 取出，在试验条件下放置3 6 h 后进行测定。 d 耐碱强度 将成型后试件，在试验环境下放置7 d 后放入碱水中浸泡7 d ，取出后在试 验条件下放置2 4 h 后进行测定。 3 ) 拉伸粘结强度( 与聚苯板) 试件制备及养护与水泥砂浆相同。 4 ) 吸水量 将制备好的料浆倒入2 2 0 m 2 2 0 唧5 0 m m 的聚苯板上，并加贴耐碱型网格 布，压实，抹平，在试验条件下放置2 8 d ，试件数量为3 块。在每块试件的四 第2 章试验方法与仪器 周包括保温材料的四周做密封防水( 蜡成防水涂料) 处理，以保证在做接下来 的试件时只有抹面砂浆层吸水。在确保磷封防水材料完全干燥后用天平称量制 祭好匏试释爱爨疆l ，然嚣褥渡锌弱菰甏妙浆瑟自下溪窳，秀保证魏鬻殄浆表嚣 究全浸水，在浸水时应倾斜入水，浸水的高度为3 m m 5 m m 。在2 0 士l o c 水中浸 泡2 4 h 2 0 m i n 取出后用湿嘏巾迅速擦去试件表面的水分，称其吸水2 4 h 后的质 爨鹣。 c 试验结果评定 1 ) 压折比按式( 2 1 ) 计算 z 怒 ( 2 一1 ) 式中z 压折比( 抗雎强度抗析强度) ； 怒抗压强壤，m p a ； 静抗折强度，m p a ； 计算三次试验数据的算术平均值，精确至o 1 。 2 ) 拉 枣糖绩强度按式( 2 一簿净算，耩撩至o 。o l 酝p a 。 r 艏删( 2 2 ) 式中r 贽_ 一拉伸粘结强度，m p a f 试终破舔辩的蓑载，n “粘结面积，m m 2 计算五个试验数据的算术平均值；禽去超出平均傻范围土2 0 的数值；如 聚迩蜜毒三个域三令浚主静数据，囊谤爨赫夔孚驽鏊；确定溅试试终懿穰环形 式，如果试件由非粘结面( 环氧树脂) 断开，应重新进行试验。 3 ) 2 4 h 吸水量按式( 2 3 ) 计算 醒i 鼍m r 辩i j 髓迂一麓 式中脯2 4 h 吸水墩，咖2 ； 掰一吸水2 4 h 斌试件质量，g ； 蜥广一干燥试佟蕨量，g ； 一一抹面砂浆的吸水面积，m 2 计算三次试验数据豹鲮术乎均值，糟骥至1 9 加2 。 北京工业大学工学硕士学位论文 2 3 2 微观- 陛能试验方法 按照试验标准制备试样，并将其分别在不同养护条件下进行养护，达到养 护龄期后取出，敲成2 哪左右的小块，立即放入无水乙醇溶液中密闭保存，以 备后续实验所用。 2 3 2 1 ) 卜射线衍射( x r d ) 分析聚合物水泥砂浆水化产物组成将规定龄期 的砂浆试块破型后，放入无水乙醇溶液中中止水化，取出后制成x r d 所需的测 试样品进行测试。 2 3 2 2 扫描电镜( s 酬) 观察聚合物水泥砂浆水化产物的形貌按不同龄期从 无水乙醇溶液中取出各龄期水化水泥砂浆的小试块，制成扫描电镜所需的水泥 石测试样品，放入7 0 0 c 的烘干箱内烘干2 小时后对小试样进行抽真空喷金处理， 用扫描电镜观察水泥砂浆水化产物的形貌。 2 3 2 3 红外光谱通过分别测定具有不同性质、结构特征的可再分散胶粉本身 及加入水泥后和不加水泥时的红外光谱图，由谱图特征判定不同特征可再分散 胶粉与水泥胶凝相的结合方式。在一个分子的红外光谱中，有一组的谱带与分 子中的某一基团相对应。这些谱带表征的是这一基团的各种振动形式的基频、 倍频或合频的吸收，并且这些振动形式的基频、倍频或合频的吸收，根据基团 在不同的环境中，会有明显可见的位移。根据红外吸收的位移，可判定可再分 散胶粉与胶凝相的作用方式，即判断它们是物理复合还是价键结合。 将聚合物改性水泥净浆和普通水泥净浆养护至7 d 后碾碎，测定其红外吸 收光谱。根据普通水泥净浆旧峰的消失、减弱、迁移或增强来分析乳液对水泥 净浆的影响，判断水泥水化过程中聚合物乳液是否参与化学反应。 第3 章可再分散胶粉的掺量对砂浆性能的影响 一直以来，材料掺量的变化对材料性能的影响极为重要，甚至它的微小变 化都会对材料的性能带来完全相反的现象。随着干粉砂浆在建筑行业的快速发 展。使得可再分散胶粉的应用越来越重要。可再分散胶粉是一种热塑性材料， 它与无机胶凝材料构成了一个理想的粘结体系，各成分带入其自身的性能并相 互取长补短，共同构成一种水泥和可再分散胶粉单独使用都无法达到的性能。 将可再分散胶粉应用到砂浆产品中，可改善多种性能，如：提高粘结力；提高 内聚力；降低弹性模量；增强抗折强度；增加弯曲度；提高抗冲击性；提高耐 磨性；降低吸水性；提高施工性；增强耐久性；提高保水性等。然而，为了得 到相对较好的性能，且考虑到砂浆的成本问题，并不一定是可再分散胶粉的掺 量越多才能达到所要求的性能，也并不一定是其掺量越多砂浆的性能越好，因 此其应该存在着一个适宜的掺量，做到既提高砂浆的性能，又达到节省成本的 理想效果。我们通过试验对可再分散胶粉掺量对砂浆性能的影响进行研究和讨 论，并进一步寻求其撮适宜掺量。 本章主要通过对砂浆柔韧性、不同基材及不同养护制度下的粘结强度、吸 水量等试验来研究可再分散胶粉掺量对干粉砂浆性能的影响。 3 1 试验方案的确定 3 1 1 灰砂比对砂浆性能的影响 不同的灰砂比，对砂浆的性能，尤其是力学性能会产生较大的影响。配制 砂浆首先要保证其具有良好的和易性与施工性。要做到这一点，就要保证砂浆 具有足够的水泥浆体。水泥浆体的需求量取决于砂子的空隙率和总表面积的大 小，如果水泥浆体数量不足，就难以保证砂浆的性能。但如果一味的增加水泥 用量，那么不但会增加成本，而且会使砂浆收缩增大，甚至造成建筑裂缝。因 用量，那么不但会增加成本，而且会使砂浆收缩增大，甚至造成建筑裂缝。因 北京王业大学工学硕士学位论文 此灰砂眈的确定要综合考虑往熊及经济因素。我霄j 对此避行了不同灰砂魄试验， 以确定适宜的灰砂比，试验用原材为建筑砂，加入2 的w 褥分散胶粉4 料，纤 维素懿为o 2 筠。终巢璺表3 1 。 表3 一l 灰砂比对砂浆性能的影响 t a b l e3 1m ei n f l u e n c eo f c e m 锄怕a dr a t i ot ot h ep e r f o “n a n c eo f m o r l 噩r 秩袭孛分耩，我嚣j 认为劳誉蹩灰砂魄越巅静砂浆越努，获砂院秀l ：l 露虽 然萁强度性能较好，但是其和易性并不是最好。同时从表中看出，当灰砂比为 l ；2 对，砂浆的翮耪蛙好，虽英挽鹾强度、挽辑强度、牯终强度均糍达剿要求， 蠢诧我霄，确定试骚掰灰砂眈为l ：2 。 3 。1 。2 砂豹级酝对砂浆牲熊酌影晌 砂子的级配对砂浆的性能衾产生很大影响，比如它会影响砂浆的霈水量、 攘爨溅发、获辑强发等，霾魏靛癸求寿一令会毽羲缀配麸鼹给予砂浆受德异豹 表3 2 砂子对砂浆性能的影响 拍b j e3 - 21 _ 1 l ei 艘u 蝴c eo f n dt ot h ep e r f o f n l 卸c l 拳o f m o n a r 第3 章不同掺量豹可再分靛胶粉对砂浆性能影响 性能。理论+ 己鬻乏说，较好的砂子级配应巍是：砂予的掇隙率小，总波面积小， 肖适当的细砂子。为此，我们将砂子单独或按不同质嫩进行混合添加到砂浆中 溅试其强褒，扶蠢褥至l 较撬懿骖级嚣，镱皋凳裹3 2 。 从上表分析，将不同级鞲已的砂予混食使用使砂浆的和易性较好，而在砂予 敷配为1 ：1 2 时，不但砂浆的强度性能自达到要求，黼且其和易慢也好。因此 选取复配骖为l ：1 2 秀逶纛试验焉级配。 3 。3 纤维素醚对砂浆熄戆的彰晌 纤维素醚怒碱纤维索与醚化剂在一定条件下反应嫩成一系列产物的总称。 将怠热入到砂浆孛可以赋予秒浆良驽豹缣窳性农工撵梭。一般来说，终维素醚 的添加量对僳承性的影响 醚犬，但由于本试验主要为研究可再分散胶粉对砂浆 憔能的影响，阑此试验过稷中纤维素醚的添加量采用厂家推荐掺量o 2 。 3 4 试验方案 灰碜魄袋趱l ：2 ；砂予翘建襞强秽，袋霉将4 0 7 0 瓣与? 0 一l 约瓣耱移子送 行l ：1 2 复配；纤维素醚的掺量为0 2 ；可再分散胶粉的掺量为别为0 、1 、 2 、3 、4 、5 ；拌合水的用量根据新拌砂浆稠度确定，所有砂浆的稠度控制 嶷? o 一9 蕊融藏黧肉。 3 。2 柔韧性试验 柔韧性是反狭砂浆柔韧蹙形性能好坏的指标。砂浆柔韧性的好坏可以用砂浆 抗驱强溲与抗掰强度豹比後( 鄯压折比) 采鬟量，匿援魄越小，爱g 妙装柔翅性越 好。 北京工业大学工学硕士学位论文 3 2 1 抗压强度试验 从胶凝材料学角度来看，水泥基体的孔隙率是影响其抗压强度的关键性因 素，其孔隙率大小又是由水灰比和含气量来决定的。而从高分子学角度来看， 可再分散胶粉是一类玻璃化温度低于3 0 。c 的热塑性树脂，故它的加入本身不 会对水泥基体的抗压强度有任何贡献”。因此，我们认为，如果能保持水灰比 ( w c ) 和含气量恒定，则加入柔性的热塑性材料不能提高砂浆的抗压强度；反 之，如果加入聚合物后可以使w c 或是含气量降低则砂浆抗压强度将会提高。 从图3 1 中可以看到，在胶粉掺量为0 3 时，分别掺加五种胶粉的砂 浆随着胶粉掺量的增加聚合物砂浆的抗压强度呈现出先降低后提高的趋势。其 中，掺加1 # 、2 # 和3 # 胶粉的砂浆在掺量为1 时出现最小值，而掺加4 # 和 5 # 胶粉的砂浆在2 时出现最小值；在胶粉掺量为3 5 时其强度变化趋势则 有所不同，1 # 、2 # 和4 # 呈现持续提高的趋势，而3 # 和5 # 则有少许下降。 然而，从五种胶粉对砂浆抗压强度影响的整体趋势来看，我们可以看出随着胶 粉掺量的增加强度提高的幅度要远大于降低的幅度。 。一 图3 一l 胶粉掺量对抗压强度的影响 f i g 3 - 11 r h ea m o u n io fr e d i s p e 档i b kp o w d e r i i i f l u e n 。ct h cc o m p r c 锚i v es t f e n g i h 我们分析认为可再分散胶粉的加入之所以使砂浆的抗压强度出现先降低后 提高的趋势其原因可能是：首先，聚合物的加入使引入的空气量增多，造成孔 隙率大，结构疏松，从而使抗压强度下降；其次有机物质的加入破坏了原有的 一2 0 第3 苹不同拳量曲可再分散艘糟对砂浆性能影响 焉机物体系间的离子键，而在极少的掺激下所加入的聚合物与无机物体系间所 形成的离子键、氢键、范德举力及互交网络结构力尚不足以弥补所损失的键力， 放嫒获压强度下驿。熬瑟聚念懿豹掺耋壤大震瑟影残麴键藐弥孝 逡弹接失， 因而砂浆的抗聪强度又有所提高。 在本试验巾，在保持各个胶粉不同掺爨的同时，水灰比基本不变。因此， 试验中影确蕊覆强度静嚣素藏灵舂含气爨。那么，旋鬻3 2 蠢线走怒我靛分撰 来看，在胶粉掺量为o 3 时，五种砂浆样品的含气嫩基本上均出现先提高后 降低的趋势，阏榉，l # 、2 # 和3 # 胶粉的砂浆在掺爨为1 时出现最丈僮，两 掺加4 # 和5 # 胶粉鲍移浆焱2 | l 季出现袋大值；在胶粉掺量为3 对也爨现 激异。总体上来说它们与胶粉对砂浆抗愿强度的影响髓势大致相反，从这一点 上餐芷可以印谖聚合貔胶粉对砂浆抗压强度的影响趋势。 2 8 2 6 i 2 4 l 篙2 2 l 善2 0 篱 o1 8 | 1 6 1 4 1 2 舞 i u * 嘣 埔t h e 恐u t 。f d e r 蚺 韩 国3 2 胶粉掺量慰砂浆畲气量的影螭 f g 。3 1 2 瓢e m o u n o f 捌i s p e 曲l e p o 删e f i n 丑u e n c et h ea i f n t e m 3 2 2 抗折强度试验 鼓往豹承溅移浆，由予窳淀骏凝材糕本身难班交溅瓣缺陷，热：疆疫大、 脆性较大等。因此，使得未改性的水泥砂浆最终的抗折强度及体系柔软度都比 较低。然而，w 再分散胶粉的引入对此