聚合物改性水泥砂漿用于木材粘結(jié)的可行性分析

壽炳康

浙江省一建建設(shè)集團(tuán)有限公司 浙江 杭州 310000

引言

木材作為一種常見的建筑裝飾材料，在工程中應(yīng)用廣泛，但是木材種類繁多，吸水率、粗糙度、致密度等表面性狀參差不齊。常用于粘結(jié)木材的膠水類粘合劑存在甲醛等有害物質(zhì)，甲醛的釋放周期很長(zhǎng)，長(zhǎng)期危害人們的身心健康。目前，關(guān)于聚合物改性水泥砂漿與木材粘結(jié)性能的研究還尚屬空白。何代華[1]對(duì)比研究了EVA砂漿與木材、瓷磚、鋼板、玻璃結(jié)合的界面性能，指出同種砂漿與未經(jīng)處理的木材不宜粘結(jié)，但未明確指出使用何種木材。

采用聚合物來(lái)提高砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度已成為一種行之有效的方法。程志紅[2]研究了可再分散乳膠粉、羥丙基甲基纖維素、聚丙烯腈纖維對(duì)砂漿粘結(jié)強(qiáng)度的影響，結(jié)果表明三者均可提高砂漿的粘結(jié)性能，可再分散乳膠粉的作用最明顯。李玉海指出[3]在相同摻量時(shí)，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度較高的膠粉具有較好的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度。馬保國(guó)等[4]研究表明隨著乙烯—醋酸乙酸共聚物摻量的增加，聚合物改性砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度先增大后減小。本文從市面上選取了三種表面性狀差異較大的木材作為基底，研究膠粉的種類和摻量對(duì)聚合物改性水泥砂漿用于木材粘結(jié)的可行性。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

P·O 52.5和 P·O 42.5硅酸鹽水泥（海螺水泥）；40～70目和70～100目的石英砂（鳳陳粉體）；100000mPa·s黏度的羥丙基甲基纖維素（HPMC）（河南天盛）；VINNAPAS 5010N 乳膠粉（瓦克化學(xué)）；VINNAPAS 5518H 乳膠粉（瓦克化學(xué)）；VINNAPAS 8620E乳膠粉（瓦克化學(xué)）；植物膠粉HYM5（北京環(huán)蓋美高分子聚合物研究所）；脲醛樹脂（寶辰化學(xué)）；甲酸鈣（龍湖科技）；消泡劑P803（德國(guó)明凌）；PVA 1788粉末（龍湖科技）；三種材質(zhì)的木板：刨花板、實(shí)木板、三合板（市售）。

1.2 試驗(yàn)配合比

在初始配合比（膠粉為5010N）的基礎(chǔ)上，通過(guò)控制膠粉摻量與改變膠粉品種，對(duì)比分析了膠粉種類及摻量對(duì)聚合物改性砂漿與木材拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的影響，具體配方如表1所示。

表1 試驗(yàn)配方

1.3 試樣成型制備

按照J(rèn)C/T 547-2017《陶瓷墻地磚》中規(guī)定的方法將拌和好的水泥砂漿在木板表面成型尺寸為50mm×50mm的砂漿塊，厚度為5mm，拆模后養(yǎng)護(hù)至齡期。

1.4 養(yǎng)護(hù)制度

標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件：環(huán)境溫度（23±2）℃，相對(duì)濕度（50±5）%，試驗(yàn)區(qū)的循環(huán)風(fēng)速小于0.2m/s。將成型好的試樣在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下養(yǎng)護(hù)1d后拆模，放入以下條件中養(yǎng)護(hù)至齡期后測(cè)試。

1.4.1 標(biāo)養(yǎng)：在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下養(yǎng)護(hù)28d。

1.4.2 熱養(yǎng)：在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下養(yǎng)護(hù)14d，然后將試件放入（70±2）℃鼓風(fēng)箱中14d。

1.4.3 水養(yǎng)：在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下養(yǎng)護(hù)7d，然后在（20±2）℃的水中養(yǎng)護(hù)21d。

1.5 拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的測(cè)試方法

參照J(rèn)GJ/T 70-2009《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法》中的測(cè)試方法。拉伸粘結(jié)強(qiáng)度f(wàn)按下式計(jì)算：

式中，f為試件拉伸粘結(jié)強(qiáng)度，MPa；F為試件拉伸破壞時(shí)的荷載，N；A為粘結(jié)面積，mm2。

2 結(jié)果與分析

2.1 膠粉種類

圖1顯示了在不摻消泡劑和聚乙烯醇時(shí)，三種膠粉5010N、8620E、HYM5對(duì)聚合物改性水泥砂漿與刨花板、實(shí)木板及三合板在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下養(yǎng)護(hù)28d后的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度。

由圖1可知，聚合物改性水泥砂漿與刨花板的粘結(jié)強(qiáng)度最低，不足0.2MPa，當(dāng)以實(shí)木板和三合板為基底時(shí)，盡管砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度略有提高，但都低于0.5MPa，不能滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求，植物膠粉HYM5的增強(qiáng)效果最差。在刨花板為基底時(shí)，摻加化學(xué)膠粉8620E的聚合物改性砂漿拉伸粘結(jié)強(qiáng)度要略低于摻加同等摻量膠粉5010N的配方；在基底為實(shí)木板時(shí)，其粘結(jié)強(qiáng)度則要略高；在基底為三合板時(shí)，兩者的粘結(jié)效果相近。各組配方在三種板材上的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度均低于0.4MPa。

圖1 未摻消泡劑和PVA時(shí)，膠粉種類對(duì)聚合物改性水泥砂漿與木材拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的影響

當(dāng)配方中含有消泡劑和PVA時(shí)，考察了實(shí)木板作為基底時(shí)，膠粉5010N（配方5#）、膠粉5518H（6#）與脲醛樹脂（7#）在不同養(yǎng)護(hù)條件下的粘結(jié)性能，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 復(fù)摻消泡劑和PVA時(shí)，膠粉種類對(duì)聚合物改性水泥砂漿與實(shí)木板拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的影響

從表2中數(shù)據(jù)可知，相對(duì)于膠粉5010N來(lái)說(shuō)，膠粉5518H雖然能夠?qū)⑸皾{與實(shí)木板在水養(yǎng)條件下的粘結(jié)強(qiáng)度從0.13MPa略微提高至0.23MPa，但是在熱養(yǎng)條件下的粘結(jié)強(qiáng)度幾乎為零。因此，從環(huán)境適用性來(lái)看，膠粉5010N更加廣泛，進(jìn)一步印證了文獻(xiàn)[3]的結(jié)果，玻璃化溫度越高，拉伸粘結(jié)強(qiáng)度越高。

2.2 膠粉摻量

圖2顯示了不摻消泡劑和PVA時(shí)，改變膠粉5010N的摻量（配方1#、8#、9#）對(duì)聚合物改性砂漿在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)28d時(shí)拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的影響。

圖2 膠粉摻量對(duì)水泥砂漿與木材拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的影響

在同一種木材基底上，隨著膠粉5010N的摻量從5%增加至10%，砂漿與木材的粘結(jié)強(qiáng)度均逐漸增大。以實(shí)木板和三合板為基底時(shí)，將膠粉5010N的摻量提高到總粉料質(zhì)量的10%時(shí)，砂漿與實(shí)木板或三合板在標(biāo)養(yǎng)條件下的粘結(jié)強(qiáng)度均能夠達(dá)到0.5MPa，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。但以刨花板為基底時(shí)，即使膠粉摻量為10%，粘結(jié)強(qiáng)度仍在0.2MPa左右，說(shuō)明聚合物改性砂漿不適合用于刨花板。

2.3 聚乙烯醇（PVA）粉末摻量

聚乙烯醇（PVA）粉末能夠顯著提高純水泥砂漿的抗折強(qiáng)度和粘結(jié)性能[5]，也常作為可再分散乳膠粉的保護(hù)膠體存在于聚合物改性水泥砂漿中。

圖3表示的是在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下，以實(shí)木板和三合板作為基底，控制膠粉5010N的摻量為7.5%，改變PVA摻量（配方10#、5#、11#）對(duì)聚合物改性砂漿拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的影響。由圖3可知，在配方中摻入PVA粉末能夠提高聚合物改性砂漿與實(shí)木板或砂漿與三合板之間的粘結(jié)強(qiáng)度。PVA摻量為總粉料質(zhì)量的3.5‰和5‰時(shí)，聚合物改性砂漿與兩種木材的粘結(jié)強(qiáng)度均能夠達(dá)到0.5MPa。由此可知，在一定范圍內(nèi)適當(dāng)添加PVA粉末有利于砂漿與木材的粘結(jié)。

圖3 聚乙烯醇粉末對(duì)聚合物改性砂漿與木材拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的影響

3 結(jié)束語(yǔ)

將化學(xué)膠粉5010N、5518H、8620E、脲醛樹脂及植物膠粉用于聚合物改性砂漿與木材粘結(jié)時(shí)發(fā)現(xiàn)，只有5010N膠粉改性砂漿與實(shí)木板或三合板的粘結(jié)強(qiáng)度較高，但仍不宜在浸水或高溫等極端環(huán)境條件下使用。由此可見，聚合物改性水泥砂漿用于木材粘結(jié)的使用條件非常苛刻。適當(dāng)采用聚乙烯醇粉末能夠提高砂漿與木材的粘結(jié)強(qiáng)度，但摻量不宜過(guò)高。