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西安建筑科技大学硕士论文 粘结干粉砂浆的试验研究 专业：黼 硕士生：辛全仓 指导老师：何廷树教授 摘要 针对传统粘结砂浆施工和易性差、粘结力低、耐久性差及外墙饰面砖易脱落等问题， 本文作者系统的研究了狄砂比、有机聚合物种类及掺量、纤维种类及掺量和各种矿物掺合 料等因素对砂浆的粘结力及耐久性等眭能的影响，开发出了种性能优良的粘结二f 二粉砂 浆。 以单因素试验为基础，通过对各种聚合物对粘结砂浆性能的影响比较，得出羟乙基甲 基纤维素醚( m k x 4 5 0 0 0 p e 2 0 l ) 与可再分散乳胶粉( v i n n a p a s r e 5 0 1 0 n ) 复合使用， 不但可以提高粘结砂浆的综合性能，而且可以适当降低成本；i 豳过对各种纤维对粘结砂浆 性能的影响比较，得出了掺入占干拌料的o 1 的木质纤维，可有效的提高粘结砂浆的抗 折强度，显著提高砂浆的抗收缩性能；矿物掺合料等量取代水泥的研究表明，采用i 级粉 煤狄取代3 0 的水泥，不但可以降低粘结砂浆的成本，而且可以提高砂浆的和易性、抗折 强度及耐久性。 根据相关标准，作者还列所开发的干粉粘结砂浆进行了粘结强度、耐水陛、抗收缩肚 能、晾置时问、耐热性能及抗冻性能等指标进行了系统的测试，测试结果表明：开发的干 粉砂浆各项性能均符合标准要求，且性能优异。同时研究还表明，该粘结砂浆能够满足一 2 0 。c 左右的冬季施工环境要求，具有良好的防冻性能。 关键词：聚合物；胶粘剂：干粉；粘结砂浆；粘结力：性能；粉煤挑；纤维 西安建筑科技大学硕士论文 e x p e r i m e n t a lr e s e a r c h e so nb o n d i n gd r yp o w d e rm o r t a r s p e c i a l t y ： m a t e d a ls c i e n c e n a m e ：x i n q u a n c a n g h l s 廿恤：t o r ：p r o f h et m g s h u a b s t r a c t o w i n gt ot h ed i s a d v a n t a g et r a d i t i o n a lb o n d i n gm o r t a rw i t hb a dc o n s t r u c t i o nw o r k a b i l i t y , l o w a d h e s i v es t r e n g t h , b a dd u r a b i l i t ya n dc a s to f o u t e a - c e r a m i ct i l e s ，t h es e v e r a lf a c t o r si n f l u e n c i n go n t h ea d h e s i v es t r e n g t ha n dd u r a b i l i t yo f b o n d i n gm o l t f l rw e r es t u d i e ds y s t e m a t i c a l l y , w h i c hi n c l u d e r a t i oo fc e m e n tt os a n d , k i n da n dd o s a g e so f p o l y m e r s , k i n da n dd o s a g e so fl i b e l s , a n dm i n e r a l a d m i x t u r e s e t c 1 1 1 e i lat y p eo fb o n d i n gd r yp o w d e rm o r t e f fw i t he x c e l l e n tp e r f o r m a n c e sw a s d e v e l o p e d b a s e do nm o n o - f a c t o re x p e r i m e n t , b yc o m p a r i n gt h ei n f l u e n c eo f d i f f e r e n tp o l y m e r s0 1 1t h e p e r f o r m a n c e s o fm o r t a r , i tw a sf o u n dt h a tt h e c o m p o u n d i n g t l s eo f h y d r o x y e t h y l m e t h y l c e l l u l o s e ( m k x 4 5 0 0 0 p e 2 0 l ) a n dr e d i s p e m b l el a t e xp o w d e r ( v n 蝌a p a s c r e s 0 0 n ) n o t o n l yi m p r o v e dp e r f o r m a n c e s ，b u ta l s od e c r e a s e dp r o p e r l yt h ec o s to fb o n d i n gm o r t a r b y p a d l 培t h ei n f l u e n c eo f d i f f e r e n tf i b e r so nt h ep e r f o 蝴o f m o r t a r , t h ew _ l t ss h o wt h a t a d d i n go 1 d o s a g e so fm o o df i b e ri nd r ym o r t a rc 锄e f f e c t i v e l yi n c r e a s ef l e x u r a lm e n g t ha n d a n t i - s h r i n k a g eo f m o t t o b y 岫e s t i 卿n g o n s u b s f i t u a n gm i n e r a la d m i x t l 皿e sf o rp a r to f c e m e n t , i t w a s 珥e s e n t e dl h a ts u k 斑删曲gf a - if o r3 0 o f c e m e n tc a nn o to n l yd e c r e a s et h ec o s to f b o n d i n g m o r t a r , b u ta l s oi n c r e a s et h ew o r k a b i l i t y , f l e x u r a ls t r e n g t ha n dd i n a b i l i t yo f m eb o n d i n gm o r t a r a c c o r d i n gt ot h er e l a t i v ec r i t e r i o n s t h ed i f f e r e n to f 位d e v e l o p e dd r yp o w d e rm o r t a rw e r e s y s t e m a t i c a l l yt e s t e d ，w h i c hi n c l u d eb o n d h a gs t r e n g i l l ，w a t e rr e s i s t a n c e ，a n t i - c r a c k , o p e nt i m e , h i 曲 t e m p e r a t u r er e s i s t a n c ea n df r e e z i n g - t h a w i n g , e t c t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ed a 两n l a n c e so f 山e d e v e l o p e db o n d i n gm o r t a ra v eo e n ta n da c c o r dw i t ht h er e l a t i v ec r i t e r i o n si nt h em c a l lt i m e t h ei n v e s t i g a t i o n sa l s os h o wt h a tt h eb o n d i n gm o r t a rc a nm e e tt h ed e m a n d so f c o n s t r u 血o nu n d e r w i n t e rw e a t h e ro f 一2 0 t e m p e r a t u r e ，a n dh a sg o o dp e r f o r m a n c e o f a n t i f r e e z i n g k e y w o r d s ：p o l y m e r ：c e r a m i c l i l e s a d h e s i v e ；d r y ；b o n d i n g m o r t a r ；c o m p o u n d i n g ：p r o p e r t y f l ya s h ；f i b e r 2 声明 x8 i $ 2 2 本人郑重声明我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，也不包含本人或其他人在其它单位 已申请学位或为其它用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的 所有贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了致谢。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名： 辛全龟 目期：上t o j ，口 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安建筑科技大学有关保留、使用学位沦文的规定，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、缩印或者其它复制手段保存论文。 ( 保密的论文在论文解密后应遵守此规定) 论文作者虢孚奎惫翩虢够扩吼埘眵 注：渍蒋此页酣在论文首页。 西安建筑科技大学硕士论文 1 绪论 1 1 1 干粉砂浆 砂浆是建筑工程中应用十分广泛的一种重要建筑材料。在建筑工程中，建筑砂浆的用 量仅次于混凝土，其水泥用量占全部建筑工程水泥用量的2 5 4 0 。与混凝土相比，建 筑砂浆的专业化生产发展比较缓匣”。在我国，传- 统t x z ，绝大部分建筑砂浆是在施工现场 配制的。现场配制的砂浆由于受各种条件的限制，通常存在计量准确度低、质量稳定l 生差、 收缩陛大、粘结强度低、抗渗性差、易剥落等技术问题，是建筑工程粉刷层开裂、瓷砖空 鼓脱落、墙体渗漏等质量问题发生的主要原因，同时还造成材料的浪费以及施工环境的污 染。随着城市化进程的快速发展、现代化建筑技术要求的不断提高以及绿色环保的迫切需 要，传统的砂浆现场拌制方式已经不适应社会发展的要求，也无法满足砂浆品种多样化的 需求。针对现场拌制砂浆的这些缺点，建筑业逐步形成了集中拌制、规模化生产、机械化 运输的商品建筑砂浆，实现砂浆专业化集中生产和商品化供应，以促进建筑施工现代化， 提高建筑工程质量，节约资源，保护环境，实现人与自然的协调发展【列。 商品建筑砂浆按产品形式可分为预拌砂浆( 湿) 和干粉砂浆( 于) 两种一，其中干粉砂浆 ( 又称干混砂浆、干拌砂浆或干粉料) ，英文名称为d i y m i x e d m o r t a r l 4 1 ( 或d r y m i x n ) 。它 是将干粉状的建筑骨料( 砂子) 、胶凝材料( 7 k n 、石膏、石灰) 与各种添加剂等按用途 的不同采用相应的配比，通过计算机计量控制、机械化生产、在搅拌设备中混合均匀后， 用袋装或散装的形式运到建筑工地，作业时只要按一定比例加水搅匀后，就可直接使用的 建筑砂浆：l 4 q 。 根据砂浆的使用功能，干粉砂浆可分为： ( 1 ) 粘结砂浆( 包括墙地砖胶粘剂、外墙保温粘结砂浆等) ； ( 2 ) 抹面砂浆( 包括外墙腻子、抹灰砂浆、装饰砂浆等) ； ( 3 ) 地坪砂浆( 包括底层、表层的自流平砂浆、耐磨地坪砂浆等) ： ( 4 ) 砌筑砂浆( 包括砖砌砂浆、修补砂浆等) 。 1 1 2 陶瓷墙地砖胶粘剂 瓷砖是建筑业中重要的地面及墙面覆盖材料，参考中圜瓷砖网上的数据，2 0 0 4 年全球 共生产瓷砖6 0 亿秆左右，其中中国的产量为3 6 亿m 2 。随着社会经济的飞速发展和人们 生活水平的不断提高，人们对当代建筑物的物理及审美方面提出了新的要求。当前国内外 许多城市建筑物的装饰多采用粘结饰面瓷砖的做法以改善其审美效果，尤其是在中高档公 共建筑中使用更多。饰面瓷砖可保护结构及构件，延长建筑物的使用寿命，增加建筑物的 i 西安建筑科技大学硕士论文 幽卜l 水泥与砂子按一定比例混合后使用与干粉砂浆加入水搅拌后 f t d 4 d 的t 艺区别 干粉砂浆类陶瓷墙地砖皎粘剂是通过在普通砂浆干拌料中掺加孚嗽粉、纤维素醚、增 稠剂等高分子聚合物来提高其粘结能力的千粉砂浆。它能在墙面、地面、保温板材、装饰 西安建筑科技大学硕士论文 材料( 主要指外蹯饰材，如各种瓷砖、大理石、花岗岩、水磨石贴面砖、淘瓷锦砖等) 以 及混凝土界面等各种表面之间形成具有较强粘结能力的薄层，并将它们紧密结合在_ 起。 干粉砂浆类陶瓷墙地砖咬粘剂主要应用领域：墙地砖粘结、石材粘结、新老混凝土 ( 砂浆) 界面处理、外墙外保温用粘结、找平用粘结、板缝用粘结、修补用粘结等方面。 1 2 国内外干粉砂浆类陶瓷墙地砖胶粘剂研究应用现状 由于饰面瓷砖具有丰富多彩的装饰效果，而且坚固耐用、色泽稳定、易清洗、耐磨、 防火、抗水，因此在国内外建筑物的内外装饰中得到了广泛的应用。但是，不少建筑镶贴 的饰面瓷砖由于各种原因，在使用不久即开始起鼓脱落。这不仅会影响饰面的美观，而且 对于多层和高层建筑来说，其外墙饰面瓷砖的脱落还会对建筑物下面的人群的安全造成威 胁。对于带有各种特殊图案的饰面瓷砖，如成套供应的各种风景画、壁画等，一旦因脱落 而损坏，修复将比较困难”。 造成瓷砖脱落的主要原因，除了瓷砖本身质量问题及各种施工因素外，其中的关键因 素就是瓷砖与基体间的胶粘剂。我国粘贴瓷砖的传统方法是采用普通水泥砂浆或采用1 0 7 胶改性水泥砂浆作为粘结剂。原料按比例在现场混合拌匀后采用点贻去厚涂工艺，将水泥 砂浆涂在预浸水的瓷砖背面约l o 2 5 m m 厚，然后贴到墙上或地板匕，再轻轻敲打瓷砖以 保证一定的平整均匀度。这种做法常常引起瓷砖背面的水泥浆体的变形和错位，造成瓷砖 和浆体之恻形成层极富水的砂浆层，干燥后会引起“空鼓”，其强度虽无问题，但存 在砂浆不易饱满，粘结不易牢固等问题。另外，般砂浆都不可避免地存在表面析水现象， 而这种析水现象对瓷砖或水泥砂浆基层，均会带来极坏的影响，在定程度上削弱了粘结 强度，从而造成粘结砂浆空鼓和饰面瓷砖脱落的现象。 1 2 1 国外陶瓷墙地砖胶粘剂研究应用现状 瓷砖属古老的建筑装饰材料，考古出土文物( 例如：巴比伦狮子门铜证明了瓷砖美学 功能的耐久性。然而近百年来，瓷砖的外部应用在多数国家已退居次要地位，仅在潮湿房 间f 如：浴室、洗手间、厨房等) 的应用仍占主导地位。导致这一发展趋势的原因首先在于 瓷砖蝴帕蹶量欠佳，以及采用所谓“厚层技术”的传统粘贴方法，导致较高的劳动强 度，以及需要作业熟练的泥瓦工等施工不利因素。近4 0 年来，在粘结体系的改进和简易 新型粘贴技术，即所谓的“薄层技术”，的推动下，喾新专才再度广泛应用于建筑工程中【l 。 干粉砂浆产品于18 9 3 年被奥地利的t e r r a - - n o v a 公司发明。但在2 0 世纪6 0 年代初以 前，干粉的应用还很有限j 。 自2 0 世纪5 0 年代起，随着国外发达国家经济的增长和建筑工业化的开展，相对丰富 的生活水平和原材料基础，促使工效高、胶层薄、自重轻、粘结力强的各类陶瓷墙地晴胶 西安建筑科技大学硕士论文 粘剂应运而生1 1 2 1 。 国外较典型的陶瓷墙地砖胶粘剂品种： ( 1 ) 美国l a t i c r e t e 陶瓷墙地砖胶粘剂系列【1 j 1 3 】： l a t i c t h r e t e 是一种聚合物胶乳和水泥砂浆复合的陶瓷墙地砖( 石材) 胶粘剂系列产品，属 于c 类f 级胶粘剂。它的特点是高强、耐水、耐候、耐胀缩，施工效率高、自重轻、造价 低。由于有优良的操作畦能和粘结强度。因此该系列胶乳砂浆成功地用于世界各地，即使 高温干热的沙特阿拉伯的利雅得市用该系列产品直接j 备大理石粘贴于混凝土墙、地面；新 加坡的金山广场用该系列产品无钉粘贴尺寸为3 0 c m x 6 0 c m x1 2 0 c m 的大理石；佛罗里达 银行大楼无钉粘贴尺6 0 c m 9 0 c m 的大型天然石材，历经室外变温温差使用达2 0 年之久 完好如初，足证明该系列产品的可选性和耐久眭。 ( 2 ) 英国b a l 陶瓷墙地砖胶粘剂系列 t 2 , 1 3 】： b a l 公司始建于1 9 6 2 年，是个建筑胶粘剂专业生产厂。产品包括a 、b 、c 、d 、 e 各种胶粘剂、色缝剂以及与瓷砖配套的底涂料、砂浆和混凝土外加剂、自流平材料、密 封膏、添缝色料、清洗齐峤各种施工机具等。 b a l 公司施胶方法有两种。其一是非满涂法，适用于室内干墙，其抹刀的缺口又分 方形和方园形两种胶层厚度分别为3 m m 和3 6 m m ，前者砖背胶层覆盖面积达5 0 7 5 ，后者砖背胶层覆盖面积7 5 - - 9 0 ；其二是满涂法，适用于地面、外墙、室内潮湿 墙面，所用的抹刀的缺口和造型使其施胶时，无论是薄胶层或厚胶层砖背覆盖面积都是 1 0 0 。 b a l 对不同基层、不同部位的陶瓷墙地砖粘贴有不同的施工体系。不同地面例如整体 浇注混凝土或砌块混凝土找平层的厚度，难粘砖、石材例如大理石、玻璃马赛克的粘结， 快速粘结，瓷砖立面与平面缝处理，埋有地下管道的地面基层处理等都有特定的施工程序。 ( 3 ) 英国粘固宝陶瓷墙地胶粘剂系列豫3 】： 粘固宝瓷砖胶粘剂系列是在中国展示应用较早的进口品种之一。该公司除有a 、b 、 c 、d 、e 各种胶粘剂外，还有配套使用的各种色缝剂、抹面材料、密封膏、砂浆和混凝土 外加剂、表面处理剂及施工机具等5 0 多种产品。现歹4 举粘固宝三种类型产品。 粘固宝c 1 3 0 0 瓷砖胶粘剂 c t 3 0 0 属于a 类f 级胶，适用于室内夕 陶瓷墙地砖、马赛克与混凝土、粘土砖水泥 砂浆抹面基层的粘结，例如游泳池、室外墙面、浴室、厨房等潮湿部位的粘结。c t 3 0 0 胶 层厚度从3 l o n m a 不等，视使用场合而定，防水、粘结力强，其性能超过英国标准陶瓷 墙地砖胶粘剂5 9 8 0 t 9 8 0 一型a a 级的要求。 粘固宝勾缝剂 这是以水泥为基材的勾缝剂，防水但对蒸汽有渗透性，色泽可按需要调配，宽3 2 0 m m ， 4 西安建筑科技大学硕士论文 深6 - q 5 m m 的接缝都可用它进行有效嵌缝。 膏糊状瓷砖胶粘剂 这是一类以乳液为基料的c 类成品胶。胶层施工厚度3i n n l ，操作性能好，施工时， 瓷砖一胶层不会下滑，对干净牢固的墙面具有优良的粘结力，胶层对瓷砖的应力很低，不 霉变，适用于陶瓷墙地砖或马赛克与水泥砂浆、各种墙板、油漆面、旧瓷砖、砌块表面的 粘结，也可用于聚苯乙烯板材的粘结【1 1 3 1 。 ( 4 ) 意大利马贝( m a p e i ) 陶瓷墙地砖胶粘剂系列【1 q ： 马贝公司已有5 5 年历史，以生产陶瓷墙地砖皎粘剂及其配套产品见长。拥有a 、b 、 c 、d 、e 各种胶粘剂、普通类彩色勾缝剂、弹性类彩色勾缝栅包括基层处理剂、聚氨酯 泡沫嵌缝条) 、耐蚀勾缝剂、基层表面底涂料、防水膜、各种自流平材料、酸f 生清洗剂以及 各种专用工具等1 5 0 多种产品。 与上述公司一样，对不同基层、不同砖、不同石材、不同使用条件，马贝公司也有一 整套施工指南。它的设计、旌工考虑基本上与e 述产品类同。特别是马贝公司很重视勾缝 及其配套产品的开发，以适应不同施工要求的勾缝装修，使勾缝兼具结构和装饰双重作用。 由上述国外典型产品介绍不难看出它们的共同点，可将其共性归纳成以下三条： ( 1 ) 国外陶瓷墙地砖胶粘剂产品多种多样，当被粘基层为混凝土、砂浆抹面时，普 遍采用技术经济效果良好的a 类和c 类胶粘剂，这二类胶粘剂也是目前国内开发的主要 胶种。 ( 2 ) 陶瓷墙地砖皎粘剂的选用，除考虑胶粘剂本身技术经济因素之外，还应根据被 粘基层、陶瓷墙地砖品种规格、使用部位进行选材、设计和施工。例如被粘基材有现浇混 凝土、预制混凝土、各种砌块、粘土砖、塑料贴面板、胶合板、纤维水泥板、油漆面、老 瓷砖面、灰浆抹面等；陶瓷墙地砖则有吸水率、尺寸规格、材质本身机械强度等等的差别， h # p a z , 然产生因材质、使用条件而异的胶种选用及其施工方法的差别，仅仅靠种胶的施 工方法当然不能取得良好的效果，各种施工用机具和形状缺口不一的抹刀，以适应不同胶 层厚度的施工以及整套的施工指南等等。每家公司都将陶瓷墙地砖胶粘剂的丌发应用视作 一项系统工程，比较完善的思路和体系几乎能解决所有的施工难题，从而保证了胶的应用， 这种开发思路和体系也值得借鉴【l q 。 ( 3 产品严格按照专用胶标准评估也是欧美工业国陶瓷墙地砖胶粘剂开发应用的共 同特点。产品说明书无一不列出执行的标准号，以标准来自觉规范胶粘剂的质量和使用， 这对国内刚刚起步的陶瓷墙地砖胶粘剂的丌发具有示范性。 近年来随着粘结体系的改进，欧美流行一种典型的施工技术，即“薄层施工技术”， 耳6 i 这种新粘贴方法在全球也越来越普及。所谓的薄层技术b 陟口馒刀技术，是先将胶粘 剂用抹子厚度均匀地涂抹在要贴瓷砖的整个墙面上，然后用缺口馒，j ( 一种每隔6m m 即 5 西安建筑科技大学硕士论文 有一高6 m m 齿的抹子) 梳刮，使薄层砂浆的表面产生6 m n l 高的条纹状砂浆条( 见图i - 2 ) 。 放上瓷砖时砂浆受到挤压形成均匀的大部分无空腔的3i t i i r 1 厚的粘结层，其厚度小，致使 材料消耗量少，而不用定距隔板的简易技术可将粘贴速度提高5 倍。 图1 - 2 片j 薄层技术粘结瓷砖( 明显可见条纹状的涂覆砂浆) 目日u 在欧洲，为了满足先进的质量要求，9 0 以上的砂浆类瓷砖皎粘剂已由生产厂家 混合好的干粉砂浆( 称为单组份体系，亦称干混砂浆) 。除砂子和水泥外，最主要的添加剂 是水保留剂和增韧性聚合物。它们一方面保留住更多地水，另一方面使砂浆层达到足够的 韧性。干粉砂浆在建筑工地仅需掺入达到期望稠度所需的水加以混合即可。 由于使用干粉砂浆，仅唯一的包装纸袋属垃圾，从环境保护角度又增加了一个积极的 附带效应。 目前，欧洲和美国已铺贴的瓷砖9 0 以上采用的是薄层技术。因此，薄层技术也制定 了相关标准。其中一个最重要的标准是欧洲的d i n l 8 1 5 6 1 标准，该标准规定了对薄层瓷砖 胶粘剂的要求；另一个为规定其使用方法的欧洲的d i n l 8 1 5 7 i 标准。瓷砖胶粘剂的最主要 指标是其粘结力( 或按照其他标准，为抗剪切强自。按照常用标准，其粘结力在标准存贮、 含水存贮、高温存贮和冻融循环存贮后不得低于0 5 m p a 1 0 l 。 1 2 2 国内陶瓷墙地砖胶粘剂研究应用现状 我国建筑胶粘剂的大量匣用开始于2 0 世纪8 0 年代，建筑胶粘剂的应用对提高施工速 度、美化建筑物，改进建筑质量等方面具有重要意义。当前建筑胶粘剂已广泛应用于施工、 装修等领域，成为必不可少的嬲e 套材料。随着我国城市化建设的加快以及现代化建筑 技术要求的不断提高，我国的建筑产业规模不断扩大，同时也为建筑胶粘剂的发展提供了 广阔的发展空问。 ( 1 ) 我国建筑胶粘剂生产及使用现榭” 6 西安建筑科技大学硕士论文 生产企业规模小、技术落后 我国各城市都有很多建筑胶粘剂的生产企业，仅北京市目前建筑胶粘剂的生产企业近 3 0 0 家，但生产规模普遍较小，绝大多数生产企业生产设备落后，生产工艺控制不严格， 产品研发能力差，缺少龙头企业、知名品牌。 销售市场缺乏规范 当前产品市场较为混乱，产品名称不规范，如有1 0 5 胶、1 0 7 胶、7 9 1 胶、8 9 1 胶、8 0 1 胶、8 1 8 胶、8 8 1 胶、9 1 1 胶、9 2 1 胶、9 7 1 胶等等；产品用途不清楚，万能多用途胶多， 同一名称不同用途的胶多，同一用途不同名称的胶多，同名称同一用途不同使用比例的 胶多，同样的胶用途万能，( 与水、灰) 配比多样等。 产品质量参差不齐 同样用途的胶粘剂因使用原材料不同，产品质量差异较大。低档次低性能的胶粘剂占 据大部分的市场份额，而一些高质量高性能的产品由于价格等因素应用比较少。 配制质量不易控制 目前，国内使用的胶粘剂大多是需要在施工现场与水泥和砂子按液体胶粘齐峤雌商提 供的比例进行配制，这种现场搅拌施工方法有许多缺点：计量不准确或根本不计量( 很少 见到工地施工人员搅拌时有计量工具) ，加胶量和水泥、砂的比例凭施工人员的经验，随 意性大；不同人或同一个人每次搅拌的样品不致：由于施工的砂、水泥质量的改变造成 最终胶粘剂的质量不稳定；施工工地搅拌不均匀；出现质量问题，责任不清。 采用“厚层施工技术”，施工技术落后 传统粘贴工艺是在建筑工地上以砂、水泥和水制成的混合物为基础，旋工时将这种混 合物涂覆在瓷砖背面后，再将瓷砖压到墙体上持续一定时间，让水泥渗入瓷砖背面孔隙中 并开始凝结硬化，以形成较小的粘结力。由于该粘结力仅够阻止瓷砖从墙体表面脱离，却 不足以阻止瓷砖因自重而向下坍落，放需要由下而匕逐行粘贴，同时由下行支承上行。如 果要求在瓷砖间留有可填入装饰性嵌缝剂的间距，则必须用金属塑料或木材制成的间隔板 保持间距。尽管如此，仍难以使瓷砖均匀整齐。瓷砖背面不均匀的砂浆涂覆还易导致瓷砖 下出现空鼓，空腔中集满水后在霜冻时会使瓷砖破裂。由于这种粘贴方法要求粘结层厚度 为1 0 2 5m m ，因此这种方法非常耗时，材料用量大并且需要熟练的技术工人i 。 施工时不按施工规范执行 以瓷砖胶粘剂为例，建设部于2 0 0 0 年发布了j g j1 2 6 - - 2 0 0 0 外墙饰面砖工程施工及 验收规程，该规程为强制性行业标准，2 0 0 0 年8 月1 日起实施。该验收规程中3 2 2 条规 定外墙饰面砖粘贴应采用水泥基粘结材料，其中包括现行行业标准j c t 5 4 7 - - 9 4 陶瓷墙 地砖胶粘剂的规定的a 类、c 类产品，不得采用有机物作为主要粘结材料。该规程的实 施主要是解决施工中的胶粘剂以外的因素对施工质量的影响。而目前建筑市场很少采用a 7 西安建筑科技大学硕士论文 类和c 类产品，更多的是生产厂提供液体类胶粘剂，由旌工单位准备水泥、砂子进行现场 配制后施工。 此外在j g j l 2 6 - - 2 0 0 0 外墙饰面砖工程施工及验收规程中规定面砖的工艺流程：清 除基层一找平基层一刷结合层一排砖、分格、弹线一粘贴瓷砖一清理表面。但在实际施工 中却几乎没有找平基层这道工序，更多的是采用背粘法即在瓷砖的背面抹粘台剂然后粘在 基层上，这种方法使得粘合剂的厚度比较厚，通常在1 0 2 0 m m 之问，局部甚至更厚，粘 合剂不仅有粘结的作用更重要的是起到了找平的作用，此种方法费工费时又增加成本，也 使得国外的先进的薄层技昶馒刀法) 施工的推广受到限肯护4 1 。 1 2 3 国内外陶瓷墙地砖胶粘剂研究应用的发展趋势 ( 1 ) 液体胶粘剂将逐步被干粉粘结剂取代嘲 粘结干粉砂浆( 粘结剂) 具有实现标准化的生产控制，质量均匀可靠；使用、运输及 贮存都比较方便：施工时只需要加水搅拌，产品的质量得以保证等优点正逐步被接受，发 达国家的建筑胶粘剂的发展过程即是现场搅拌一千混砂浆的工业化生产一干粉砂浆加机 械化现场施工。随着中国加入w t o ，发达国家的产品和技术已经开始被国内接受。目前 我国已建和在建的干粉砂浆工业化生产线将推动干粉砂浆的生产，使液体胶粘剂逐步减 少。 ( 2 ) 高性能聚合物改性的粘结剂将成为产品的主流嗍 以传统的纤维素醚、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺等大分子水溶液配制的胶粘剂，虽然粘度 高，但粘结力、耐水、耐温性能较差，将逐步被高性能的乙烯徽乙烯酯共聚和丙烯酸酯 类高分子树脂为主要粘结材料的产品所取代。 ( 3 ) 产品的种类和功能进步细化 随着建筑结构的变化和新型材料的不断出现，建筑胶粘剂的种类和功能也将细化以满 足不同的基层、不同的环境以及使用者的不同需要。特别是干粉粘结荆的发展，将使产品 的使用功能和领域得到极大的扩展。 ( 4 ) 施工工艺和技术的改进向欧美“薄层施工技术”看齐 “薄层施工技术”与我国传统的“厚层施工技术”相比具有很多优点，具体见下表 1 1 。 国内外胶粘剂f 向粉末状、水溶性、高性能、环保、无毒害方向迅速发展，我国建筑 用胶粘剂中的有害成分及劣质低档产品已被严格限制、淘汰。不久前原国家经贸委、国家 建设部已分别下文淘汰聚乙烯醇1 0 7 胶系列、改性淀粉、改性纤维素及熟h 变粉制作的涂料 和内外墙腻子。另外，室内装饰装修材料有害物质等1 0 个国家强制性标准已从2 0 0 2 年7 月l 同起实施。所以，国内市场急需具有先进生产工艺的新型建筑胶粘剂，这将无疑给掺 西安建筑科技大学硕士论文 加高分子水溶性聚合物的干粉砂浆类墙地砖胶粘剂带来了世纪难逢的市场机遇。根据报 道，在我国北京、上海、唐山等市己建立了多个大型聚合物干粉砂浆生产厂，生产包括粘 结砂浆等各类专用的干粉砂浆，唐山冀东水泥厂投资近3 0 0 0 万元建设的盾石干混砂浆系 列产品就是其中的优秀代表，其经济效益和社会效益显著。 表卜1 薄层粘结工艺与传统粘结工艺施工方法的比较 序号对比项目薄层粘结工艺传统粘结工艺 1 发展趋势广泛采用利认可逐步被淘汰 2选州材料高分子聚台槐高强水泥细石英砂 聚合物很少或没有冰泥砂子的随意性人 3 刖氧唔，m 2 ) 阜击 8 1 2 4粘结厚度m m3 58 2 0 5人员要求般人员具有一定经验和施工水平 6 环保胜能完全环保不一定 7 运输次数一次多次 8 是否浸水瓷砖不需要提前浸水瓷砖需提前2 2 4 小时浸水 9 空鼓、脱落现象消除 存在 i o l ：效m 2 ( d 人) 2 0 1 0 粘结干粉砂浆能够完全达到现行的建筑砂浆标准，可以广泛应用于瓷砖、饰面饰材、 保温材料等的粘结，施工方便快捷，质量稳定可靠，中间环节少，有利于提高旋工进度和 改善施工现场环境，推广应用粘结干粉砂浆，不仅会大大提高建筑质量，节约了大量人力、 物力和时问，显著降低工程总造价：而且有利于促进建筑材料的技术进步、文明施工和环 境保护“。 干粉砂浆发展到今天，在欧美等发达国家，干粉砂浆产品已成为使用非常普遍的建筑 材料，在全球范围内有几十种干粉砂浆产品在各个建筑工地匕使用“，粘结干粉砂浆只是 干粉砂浆的种。在我国，建筑干粉技术涉及许多行业，是一项很大的系统工程，需要各 行业的相互配合，才能达到推广干粉砂浆的目的：“更好，更快，更省，更干净和更安全” 的建筑。干粉砂浆的发展有赖于经济技术的发展，随着我国经济实力的不断提升，人们对 城市环境保护的r 益重视，现代建筑文化的更新，使用干粉砂浆的呼声同渐高涨，千粉砂 浆有其广阔的市场应用前景。 1 3 瓷砖粘结失效原因分析 对瓷礴粘结失效导致剥落的原因，以往人们直观地笋4 断为粘结剂强度不够，现在已公 9 西安建筑科技大学硕士论文 认为是由于材料不同，受环境影响而发生不同变形所至( 若粘结剂不能适应基材的变形 便发生剥落) i o o 图l _ 2 表示了基材收缩变形对瓷砖粘结的影响。 1 一g 睛，2 一粘结剂，3 一基材 图卜1 基材收缩变形对瓷砖粘结的影响 导致瓷砖剥落破坏的主要因素有： ( 1 ) 新混凝土基酐缩变形。一些国家，例如德国对此作了规定：粘贴瓷砖装饰等 工程必须在主体工程完工后( 6 个月甚至更长时间后进行。实际上，基面的干缩要在更长 的时j 白j ( 1 3 年) 才能完成，瓷砖的录落也常常在这个时候发生。 ( 2 ) 由外界因素如建筑物沉降及蠕变、建筑物结构的位移等导致粘结剂的变形。 ( 3 ) 温度的骤变。如彩色瓷砖( 特别是深色的) 暴露在炎热的阳光下，表面温度可 以超过5 0 。c ，若此时遇到下暴雨，则温度急剧下降。这种温度骤变将在粘结剂中产生较大 的剪应力。 ( 4 ) 多孔瓷砖中的水气膨胀产生的剪应力。 ( 5 ) 当使用锦砖时，由于没有或几乎没有微孔、坑洼及孔隙可以锚定无机砂浆，因而 如果使用普通的水泥砂浆固定瓷砖，则不可能通过机械固定或锚定的机理实现良好的粕 结，即使是因受热或机械动载荷作用而引起很小的剪切力，也可导致粘结失效。 由此可见，由于普通水泥是脆性材料，难以适喇收缩和其它因素引起的变形要求。 作为瓷砖粘结剂，必须克服这种弱点，用聚合物对其进行改性，以提高其适应变形的能力 【帕 1 4 聚合物改性粘结砂浆的作用机理 粘结砂浆中，除砂子和水泥外，展主要的添加剂是聚合物增稠剂和增韧隆g 邑合物。它 们一方面促使水更多地被保留，另一方面使砂浆层达到足够的韧性。 聚合物加入砂浆可通过掺加、拌合及浸渍等方法，因此聚合物砂浆可分为聚合物浸渍 砂浆( p d “) ，聚合物改性砂浆( p c m ) 和聚合物砂浆( p m ) 三类。p i m 性能优异，但存 在工艺复杂、成本高等缺点；p m 也因聚合物的用量大、价格高而不能广泛用于普通的建 筑工程中；p c m 则克服了p i m 的工艺复杂，p m 的聚合物用量大的缺点，同时又能提高 普通砂浆的强度、粘结性、耐候性，刚氐其脆性和成本i i 刚”。 下面来说明一下p c m 的结构形成过捌”】：聚合物加入砂浆的形式主要有以下几种： 1 0 西安建筑科技大学硕士论文 乳液的方式、可在分散乳胶粉或水溶性聚合物粉末的方式以及单体或聚合物的液体树脂的 方式。以乳液或聚合物粉末形式掺加到砂浆中的聚合物，在砂浆中搅拌均匀后聚合物颗 粒相当均匀地分散在砂浆体系中，随着水泥的水化，体系中的水不断地被水化水泥所结合， 聚合物颗粒会融合在起，随着水分的不断减少，聚合物在砂浆中形成空问网结构。这种 结构形成过程的模型最著名的有o h a m a 的单空间网结构模型【d 2 l l k o n i e t z k o 的双空间网结 构模型 4 3 1 。o h a m a 的单空间网结构模型认为，在p c m 中聚合物形成连续的空间网结构， 并包围着不成网的水泥( 或更正确地说是水泥化合物) 及骨料等，该模型把整个结构分为 3 个阶段。但并非所有的聚合物都在砂浆体系形成上述结构。k o n i e l z k o 发现，有些聚合物 在某些情况下不能在砂浆中形成连续结构，而是以聚合物颗粒的形式堆积在一起，聚合物 仅起填充孔隙的作用1 1 7 - 2 0 1 o 聚合物与水泥是怎么相互作用的呢? 聚合物与水泥水化物的相互化学作用问题目前 还没有统的解释。早期一般认为，聚合物与水泥水4 t , 物z 间并没有发生化学作用，但近 来的研究表明：聚合物与无机胶结材料之间可以形成离子键形式的化学作用，尤其在聚合 物中有聚电解质的情况下可j 蘑过离子键而形成化学相互作用，有文献介绍的红外光谱分析 证明了这一点掣j 。 c h a n d r a 和f l o d i n 认为：当聚合物彩洧机化合物及硅酸盐水泥与水一起搅拌时，在聚 合物颗粒与水化产物之间就产生了离子键型的化学结合。这种化学作用既对聚合物成膜， 又对水f f o k 化过程产生明显的影响。该过程实际上是聚合物颗粒在无机物颗粒表面形成化 合物( 即化学吸附) 的过程。除了上述的离子键型的化学作用外，聚合物或有机物与无机 物之间也可通过氢键、范德华力而相互作用，从而对水泥及砂浆的结构产生有利作用 1 7 - 2 0 1 。 在粘结砂浆中加入了聚合物之后，能显著改善p c m 的以f 性甜”j ： ( 1 ) 徐变性( 指在长期固定荷载作用下随时间增长而增加的变形) 由于聚合物的加入能增加粘结砂浆的保水性，减少在荷载作用下结构中的毛细水移 动，加入聚合物能减少粘结砂浆的徐变性，总的趋势是徐变随聚合物的增加而减小，同对 这也和聚合物的种类及养护条件有关。 ( 2 ) 粘结性 粘结砂浆中加入聚合物可显著提高与其它材料的粘附强度。且一般随着聚合物加入量 的增加而增加。粘结能力提高的原因是加水拌和时，因聚合物吸水溶解，而使砂浆浆体变 得粘稠，极大地提高材料对基质的吸附力，并渗入基层底材表面的毛细孔、微裂缝中。但 也有些聚合物对粘结效果没什么改善。 有些聚合物添加少量就可以使粘结强度提高3 0 以上。当聚合物含量是水泥质量的 2 0 日寸( 即聚狄比p c = 0 2 ) ，粘结强度可以提高l of 苷”j 。 ( 3 ) 抗折强度 西安建筑科技大学硕士论文 掺加少量的聚合物，由于聚合物的引气会使粘结砂浆的抗折强变有所下降，但随聚合 物加入量的增加而有相对增加，当聚合物的掺量达到一定比例时，会明显提高砂浆的抗折 强度。这主要是由于聚合物能在砂浆中形成三维空问网结构，从而对水泥起到了加固的作 用【1 7 1 。 ( 4 ) 耐磨性 聚合物粘结砂浆的耐磨性取决于所加入的聚合物的类型、加入量及磨损条件。一般来 说耐磨陛随聚合物掺入量的增加而得到愈加明显的改善。聚合物的掺加量为水泥质量的2 0 ( 聚灰比p c = 0 2 ) 时，聚合物改性砂浆的耐磨性将提高数十倍【1 7 1 。 ( 5 ) 保水性 用聚合物改性的粘结砂浆，保水性有了明显的提高，这有利于水泥水化，并可采用较 低水荻比，以便减少干燥收缩，即使长期不进行水养，强度也增长较快。 ( 6 ) 流动性 一般地，聚合物乳液自n a j k 泥混凝土后，由于聚合物颗粒及掺入聚合物而引起的气泡 的轴承效应，加上聚合物中的表面活性剂的分散作用，使粘结砂浆的流动陡明显改善，且 随聚合物加入量的增加而愈加容易流动。 ( 7 ) 其他方面 此外，因为聚合物能在砂浆中形成三维空间网结构，改善了砂浆的内部孔隙结构，从 而使聚合物改性粘结砂浆还具有良好的耐温性、耐腐蚀性、抗渗透性和抗冻性、适度的引 气性等优良性能。 ( 8 ) 不利的影响 聚合物加入到砂浆中后随着水泥水化的深入，乳液将失去水分，填充在硬化的水泥 固结构体内，起到改善结构裂隙的作用，但聚合物的具有较高的保水率，抑制了水分的蒸 发，从而延长了砂浆凝结时间。聚合物改性的原因主要是使其成膜，而其中一个重要指标 就是最低成膜温度( m y r ) ，m f i 的高低关系成膜的优劣，因此刚氐m f t 也是研究聚合 物改性的一个重要方面【m 。 1 5 本课题研究的目的、意义及研究内容 1 5 1 本课题研究的目的 我国传统的瓷砖牯结砂浆大多是以水泥作为主要的粘合组分的普通砂浆，为了提高其 粘结强度，往往大大增加水泥的用量，由于其灰砂比较大( 一般为l ：1 ) ，这种粘结砂浆 存在很大缺陷，如脆性过大而柔韧性不足，其抗压强度较高，而抗折强度和粘结强度较低， 弹性模量较高而变形能力很差等。大量的试验和工程应用证明，聚合物改性是水泥基材料 获得良好性能的行之有效的途径。 1 2 西安建筑科技大学硕士论文 由于受技术水平的限制，国内大部分高分子聚合物为乳液形式，价格便宜，但性能一 般，不符合粘结砂浆干粉化的技术要求；而国外砂浆掺加聚合物大都为干粉状，且对砂浆 性能改善明显，满足建筑材料干粉化添加剂的需求，但国外聚合物干粉的价格昂贵，一般 为3 万元吨以上。受产品价格的影响，其应用在国内受到很大限制。 针对传统粘结砂浆存在粘结力差、收缩值大、耐候l 生不好等性能缺陷与施工效率低、 浪费大等问题，本课题拟用低掺量的粉末状聚合物提高砂浆的粘结强度，同时掺入适量的 掺合料和纤维，改善砂浆的耐候性和抗裂性等眭能，开发高性价比的专业甩粘结干粉砂浆。 1 5 2 本课题研究的主要意义 ( 1 ) 经济而有效地提高粘结砂浆的粘结强度。高聚狄比的聚合物砂浆，其粘结强度 可以很好地i 莆足各种场合的应用要求，但由于其高昂的价格大大畏制了其应用范围。解决 这一问题的出路在于降低聚合物的掺量，掺加矿物掺合料，从而达到降低聚合物砂浆造价 的目的。 ( 2 ) 大幅度提高粘结砂浆的抗裂性与耐候性，以满足各种环境条件对砂浆性能的要 求。为此，必须针对传统砂浆存在的技术问题，采用纤维、粉煤狄等复掺有针对陛地进行 改性，提高粘结砂浆的韧眭，降低吸水率，增加体积稳定性。 1 5 3 主要研究内容 ( 1 ) 灰砂比、砂的级配和不同强度等级水泥以及养护制度对粘结砂浆体系性能的影 响： ( 2 ) 通过对聚合物的品种以及不同掺量对粘结砂浆施工性能以及物理力学性能的研 究，确定粘结砂浆宜采用的聚合物种类和掺量； ( 3 ) 掺加纤维和矿物掺合料对粘结砂浆进步改性，以配制综合性能良好的商眭能 粘结砂浆； ( 4 ) 对粘结砂浆的抗收缩性能、耐水性能和冻融循环等耐候性以及冬季舡问题进 行综合研究； ( 5 ) 根据文献资料m ，聚合物在较高掺量条件下，能大幅提高砂浆的抗折强度、粘 结强度等综合性能，本文研究了较低掺量聚合物对砂浆性能的影响，研究了其规律性。 西安建筑科技大学硕士论文 2 1 原材料 2 试验原材料和仪器及试验方法 2 1 1 水泥 采用陕西秦岭水泥股份有限公司生产的秦岭牌p 0 4 2 5 r 水泥作为粘结砂浆的主要胶 凝材料组分；另外还采用了该公司生产的秦岭牌p 0 3 2 5 r 和p 0 5 2 5 r 水泥作了部分对比 试验，其主要力学性能指标如下表2 一l 。除作特别说明外，本课题试验所使用的水泥均为 秦岭牌p 0 4 2 5 r 水泥。 表2 _ 1 试验用水泥的力学性能 抗压强度( _ 嗡)抗折强度( t v l p a ) 水泥 3 d 2 8 d 3 d 2 8 d p 0 3 2 5 r1 9 o 4 0 _