釉面發(fā)泡陶瓷板外墻外保溫系統(tǒng)專(zhuān)用膠粘劑的研制

摘 要：在釉面發(fā)泡陶瓷板外墻外保溫系統(tǒng)中，膠粘劑無(wú)疑是系統(tǒng)材料中的關(guān)鍵，膠粘劑的可操作性，包括可操作時(shí)間、分層度、保水性、施工稠度，膠粘劑的柔韌性和收縮率，包括壓折比、橫向變形能力、收縮量和收縮率；膠粘劑的力學(xué)性能，包括抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、拉伸粘結(jié)強(qiáng)度，成為衡量膠粘劑質(zhì)量的重要指標(biāo)。文章以P.O42.5普通硅酸鹽水泥為膠凝劑，以模數(shù)2.5機(jī)制中砂和模數(shù)1.6機(jī)制細(xì)砂為骨料，以鈣鎂復(fù)合膨脹劑為水泥減縮劑、可再分散乳膠為聚合物改良劑、纖維素醚為保水增稠劑、淀粉醚為抗滑移劑，5～7mm聚丙烯短纖維為增強(qiáng)抗裂劑，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研制出輕質(zhì)、零吸水、零收縮、柔性、高強(qiáng)、耐候釉面發(fā)泡陶瓷板外墻外保溫系統(tǒng)專(zhuān)用膠粘劑和與建筑同壽命釉面發(fā)泡陶瓷板外墻外保溫系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：釉面發(fā)泡陶瓷板；外墻外保溫系統(tǒng)；膠粘劑；柔性；高強(qiáng)；耐候；零吸水；零收縮

1 前言

近幾年，釉面發(fā)泡陶瓷板由于具有體積密度低、質(zhì)量輕，環(huán)保、保溫、隔熱、隔音等優(yōu)點(diǎn)，在眾多墻體外保溫材料中脫穎而出。釉面發(fā)泡陶瓷板是以珍珠巖尾礦、花崗巖尾礦、頁(yè)巖、沸石、膨潤(rùn)土、工業(yè)固廢、建筑垃圾、河道淤泥為主要原料，輔以發(fā)泡劑、減水劑、穩(wěn)泡劑等助劑，經(jīng)粉碎、配料、球磨、造粒、布料、施釉、干燥、燒成、切割、磨邊、開(kāi)槽、倒角等制成，具有保溫、絕熱、隔音、防火和裝飾功能的輕質(zhì)板狀發(fā)泡陶瓷制品。釉面發(fā)泡陶瓷板外墻外保溫系統(tǒng)由釉面發(fā)泡陶瓷保溫板、膠粘劑、錨固組件、嵌縫材料和建筑密封膠組成，采用膠粘劑粘結(jié)為主，錨固組件連接為輔施工工藝，將釉面發(fā)泡陶瓷保溫裝飾一體板安裝在建筑物外墻的非承重保溫構(gòu)造。

釉面發(fā)泡陶瓷保溫板外墻外保溫系統(tǒng)在施工時(shí)需要膠粘劑配合錨固件來(lái)與墻體固定。目前常用的膠粘劑主要是由水泥、河砂以及外加劑加水拌和而成，為了改善膠粘劑的性能，還在膠粘劑中加入適量的聚合物來(lái)改善膠粘劑的粘結(jié)強(qiáng)度以及流動(dòng)性。但是上述技術(shù)中存在的主要問(wèn)題是膠粘劑與基體或釉面發(fā)泡陶瓷保溫板的界面粘接力不強(qiáng)，膠粘劑保水性差、干燥收縮大、柔韌性差、防水性和抗凍性不高等問(wèn)題。從而造成常用的膠粘劑的收縮與釉面發(fā)泡陶瓷保溫板自身的抗彎曲強(qiáng)度不匹配，等到砂漿硬化干縮后，基體與砂漿之間、砂漿與釉面發(fā)泡陶瓷保溫板之間會(huì)產(chǎn)生收縮蠕變拉應(yīng)力，從而造成釉面發(fā)泡陶瓷保溫板外墻外保溫系統(tǒng)空鼓、甚至開(kāi)裂的情況。如圖1。

以P.O 425普通硅酸鹽水泥為膠凝劑，以模數(shù)2.5機(jī)制中砂和模數(shù)1.6機(jī)制細(xì)砂為骨料，以鈣鎂復(fù)合膨脹劑為水泥膨脹劑，以可再分散乳膠為聚合物改良劑，以纖維素醚和淀粉酶為保水劑、增稠劑和抗滑移劑，以5～7mm聚丙烯短纖維為增強(qiáng)劑，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研制出輕質(zhì)、零吸水、零收縮、柔性、高強(qiáng)、耐候釉面發(fā)泡陶瓷板外墻外保溫系統(tǒng)專(zhuān)用膠粘劑和與建筑同壽命釉面發(fā)泡陶瓷板外墻外保溫系統(tǒng)。

2 試驗(yàn)

2.1試驗(yàn)原料

（1）水泥：應(yīng)符合GB 175-2020《通用硅酸鹽水泥》的規(guī)定，本實(shí)驗(yàn)選用淮南海螺水泥有限責(zé)任公司生產(chǎn)的普通硅酸鹽水泥，型號(hào)為：P.O42.5普通硅酸鹽散裝水泥。

（2）細(xì)骨料：應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14684-2022《建設(shè)用砂》和JG/ 566-2019《高性能混凝土用骨料》的規(guī)定，本實(shí)驗(yàn)選用蒙城縣恒固新型建材有限公司生產(chǎn)的機(jī)制砂，砂的細(xì)度模數(shù)分別為：中砂：2.3，細(xì)砂1.6。

（3）可分散膠粉：應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)JC/T 2189-2013《建筑干混砂漿用可再分散乳膠粉》的規(guī)定，本實(shí)驗(yàn)選用瓦克（南京）化學(xué)有限公司生產(chǎn)的VINNAPASR4018N型可再分散乳膠粉。

（4）纖維素醚：應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)JC/T 2190-2013《建筑干混砂漿用纖維素醚》的規(guī)定，本實(shí)驗(yàn)選用山東泰安瑞泰纖維素有限公司生產(chǎn)的羥丙基甲基纖維素醚（HPMC），粘度型號(hào)規(guī)格為20萬(wàn)（MPa.s）。

（5）淀粉醚：本實(shí)驗(yàn)選用山東創(chuàng)耀生物科技有限公司生產(chǎn)的羥丙基淀粉醚（HPS），粘度型號(hào)規(guī)格為20萬(wàn)（MPa.s）。

（6）聚丙烯纖維：應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)中國(guó)石油化工集團(tuán)有限公司企標(biāo)Q/HFJK 01-2021《纖維類(lèi)聚丙烯樹(shù)脂》，本實(shí)驗(yàn)選用山東魯纖建材科技有限公司生產(chǎn)的聚丙烯纖維，規(guī)格為6mm。

（7）膨脹劑：應(yīng)符合中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn) T/CECS 10082-2020《混凝土用鈣鎂膨脹劑》的規(guī)定，本實(shí)驗(yàn)選用江蘇蘇博特新材料有限公司生產(chǎn)的鈣鎂復(fù)合膨脹劑。

2.2膠粘劑配合比

按照J(rèn)GJ/T 98-2010 《砌筑砂漿配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》設(shè)計(jì)方法和安徽省地方標(biāo)準(zhǔn)DB 34/T 4094-2022《江淮區(qū)域建筑發(fā)泡陶瓷板墻體保溫應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》膠粘劑性能要求：可分散膠粉有效摻量不應(yīng)小于2%和纖維素醚有效摻和量不應(yīng)小于0.175%的具體要求，采用正交實(shí)驗(yàn)法設(shè)計(jì)配方。設(shè)計(jì)時(shí)，機(jī)制砂的用量為100份減去水泥膠凝劑的份數(shù)，其中機(jī)制砂細(xì)砂與中砂比例為：2：1膨脹劑的份數(shù)為水泥膠凝劑的10%，聚丙烯纖維取膠砂的0.2%，淀粉醚取為纖維素醚的20%，木質(zhì)素取膠砂的0.1%。在配方中選取9個(gè)代表性配方進(jìn)行試驗(yàn)。表2為正交試驗(yàn)因素表。

2.3試驗(yàn)方法

（1）原料試驗(yàn)：依照GB/T 3138《砌筑水泥》需要對(duì)水泥進(jìn)行化學(xué)成分分析、鉛鉻溶出量分析、放射性等健康安全分析，同時(shí)需對(duì)水泥強(qiáng)度、細(xì)度、凝結(jié)時(shí)間、保水率進(jìn)行分析；依照GB/T 14684-2022《建設(shè)用砂》按照需要對(duì)細(xì)骨料進(jìn)行顆粒級(jí)配檢測(cè)并計(jì)算細(xì)度模數(shù)、石粉含量、表觀(guān)密度、堆積密度和孔隙率，同時(shí)檢測(cè)放射性。

（2）砂漿工藝試驗(yàn)：按照 Q/AHRM-011-2023《釉面發(fā)泡陶瓷保溫裝飾一體板外墻外保溫系統(tǒng)用膠粘劑》要求，JG/T 230-2007《預(yù)拌砂漿》生產(chǎn)工藝；DL/T 5126《聚合物改性水泥砂漿試驗(yàn)規(guī)程》試驗(yàn)，試驗(yàn)內(nèi)容包括膠粘劑的可操作性，包括可操作時(shí)間、分層度、保水性、施工稠度、稠度損失率等；膠粘劑的柔韌性和收縮率，包括壓折比、橫向變形能力、收縮量和收縮率；膠粘劑的力學(xué)性能，包括抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、拉伸粘結(jié)強(qiáng)度等；膠粘劑的質(zhì)量穩(wěn)定性能，包括吸水率、抗凍性等。其中膠粘劑力學(xué)試驗(yàn)依照J(rèn)GJ/T 70-2009《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法》、GB/T 17671《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）》和JC/T 547-2017《陶瓷磚膠粘劑》的規(guī)定試驗(yàn)，膠粘劑的可操作性試驗(yàn)依照J(rèn)GJ/T 70-2009《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法》的規(guī)定試驗(yàn)，膠粘劑的柔韌性和收縮率依照J(rèn)GJ/T 70-2009《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法》和JC/T 547-2017《陶瓷磚膠粘劑》的規(guī)定試驗(yàn)，膠粘劑的質(zhì)量穩(wěn)定性能依照J(rèn)GJ/T 70-2009《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法》的規(guī)定試驗(yàn)。

試驗(yàn)常用儀器及膠粘劑性能要求如表4、表5所示。

2.4試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

3 分析與討論

3.1關(guān)于膠粘劑干燥收縮值的討論

關(guān)于膠粘劑干燥收縮值，為多少時(shí)不會(huì)出現(xiàn)空鼓、開(kāi)裂、脫落，不僅沒(méi)有研究文獻(xiàn)可以參考，而且不同標(biāo)準(zhǔn)也給出了不同的要求。首先，大部分標(biāo)準(zhǔn)并沒(méi)有要求膠粘劑的收縮，譬如江蘇省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳發(fā)布的地方標(biāo)準(zhǔn)JG/T 042-2013《發(fā)泡陶瓷保溫板保溫系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》、浙江省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳發(fā)布的地方標(biāo)準(zhǔn)DB33/T 1243-2021《有釉面發(fā)泡陶瓷保溫板外墻外保溫系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》和重慶市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)委員會(huì)發(fā)布的地方標(biāo)準(zhǔn)DB50/T 269-2017《泡沫陶瓷保溫板建筑保溫系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》。其次，有些標(biāo)準(zhǔn)給出了一般規(guī)定，譬如中國(guó)工程建設(shè)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)T/CECS 480-2017《發(fā)泡陶瓷保溫板應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》規(guī)定膠粘劑的干燥收縮值（%）≤0.2，檢測(cè)方法是JGJ/T 70-2009《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法》。最后是安徽省地標(biāo)卻非常重視收縮，安徽省市場(chǎng)監(jiān)督管理局發(fā)布的地方標(biāo)準(zhǔn)DB34/T 4094 -2022《江淮區(qū)域建筑發(fā)泡陶瓷板墻體保溫應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》和DB34/T 3826-2021《保溫板外墻外保溫工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》不僅規(guī)定了干燥收縮值（mm/m）≤0.2，檢測(cè)方法也是JGJ/T 70-2009《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法》，而且規(guī)定了聚合物有效成分限值，其中可分散膠粉有效成分摻和量（%）≥2，纖維素醚有效成分摻和量（%）≥0.175，附錄中還提供了標(biāo)準(zhǔn)配方，見(jiàn)表7。

收縮值單位mm/m，JGJ/T 70并沒(méi)有明確說(shuō)明，給使用者多種表述，所以收縮值單位可以是：一個(gè)比值，或者%。但是JC/T 603-2011 《水泥膠砂干縮試驗(yàn)方法》和GB/T 29756-2013 《干混砂漿物理性能試驗(yàn)方法》干燥收縮率的單位明確是%。技術(shù)人員一定理解三者之間的差別，單純比值0.0002 換算成百分比就是0.02%，換算成mm/m，就是0.2mm/m。對(duì)某公司存在質(zhì)量問(wèn)題的膠粘劑進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，其壓折比處于臨界點(diǎn)3.0，干燥收縮率遠(yuǎn)低于T/CECS 480-20174規(guī)定的值，所以建議以DB34/T 4094 -2022為宜。

之所以建議DB34/T 4094 -2022為宜，是因?yàn)槟z粘劑收縮率或收縮量對(duì)巖棉、聚苯板等柔性保溫材料影響不大，因?yàn)閹r棉、聚苯板具有壓縮性能，盡管基體墻面也是脆性材料，但是相對(duì)發(fā)泡陶瓷要略微強(qiáng)一些。嚴(yán)格按照施工規(guī)范作業(yè)的，薄型（砂漿厚度＜6mm），點(diǎn)粘（粘接率＜80%）工法施工的工程也不會(huì)出問(wèn)題，就怕局部和個(gè)別工程省了找平工序和采用厚型，滿(mǎn)粘工法，就難以避免工程質(zhì)量問(wèn)題，因此保證膠粘劑性能，尤其是收縮值或收縮率是關(guān)鍵。本研究通過(guò)調(diào)整灰砂比、中、細(xì)砂比例和水泥灰與膨脹劑的比例，減少水的使用量，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

盡管水泥基膠粘劑硬化收縮受水泥種類(lèi)、細(xì)度及用量，水泥膨脹劑的種類(lèi)及用量，砂漿膠砂率、骨料含粉率、骨料級(jí)配，聚合物摻合料種類(lèi)和比例、礦物摻合料種類(lèi)和比例、砂漿添加劑種類(lèi)和比例等諸多因素影響，但根本是水泥種類(lèi)、用量和水泥膨脹劑，本試驗(yàn)采用的水泥用量在27.5%～32.5%之間，水泥膨脹劑采用鈣鎂復(fù)合膨脹劑，水泥和膨脹劑之比為10：1，達(dá)到了低收縮的要求。

3.2關(guān)于硬化膠粘劑柔韌性的討論

有經(jīng)驗(yàn)的一線(xiàn)工人將砂漿涂抹在牛皮紙上或瓦楞紙上，24h揭起牛皮紙或瓦楞紙，砂漿裂為柔韌性差，砂漿不裂且能卷起，為柔韌性好，但這只是定性試驗(yàn)。定量試驗(yàn)方法有三種，其一是膠砂試條壓折比，數(shù)值越低，柔韌性越好；其二是彎曲彈性模量，數(shù)值越低，柔韌性越好；其三是硬化砂漿橫向變形，即硬化砂漿片受三點(diǎn)彎曲荷載破壞產(chǎn)生的最大位移，數(shù)值越高，柔韌性越好。硬化砂漿的柔韌性，也與砂漿聚合物含量有關(guān)系，一般來(lái)說(shuō)聚合含量越高，砂漿的柔韌性越好，所以也可以用砂漿的聚合物含量來(lái)瞎子摸象。GB/T 29756-2013 《干混砂漿物理性能試驗(yàn)方法》規(guī)定了砂漿橫向變形、聚合物含量的試驗(yàn)方法。

硬化砂漿的變形有三種，其一是脫水干縮變形，一般情況下養(yǎng)護(hù)28天，硬化干縮變形量已經(jīng)達(dá)到90%左右；其二是在水泥水化反應(yīng)中，鈣礬石等晶體會(huì)從凝膠中析晶，長(zhǎng)大，警惕會(huì)產(chǎn)生膨脹，抵消由于脫水而帶來(lái)的收縮，膨脹劑的使用就這種機(jī)理；其三是溫度、濕度和水分的變化影響脫水、保水、析晶，以及材料本身熱脹冷縮帶來(lái)的形變，譬如保水劑的使用，就會(huì)起到改變材料的脫水能力，繼而改變脫水收縮和水化反應(yīng)。而膠粉改變了材料的性質(zhì)，從脆性材料變?yōu)樗苄圆牧希梢跃彌_消解由于形變產(chǎn)生的應(yīng)力，纖維除了改變材料性質(zhì)，還對(duì)收縮或膨脹有抑制力，可以緩解脫水收縮、溫濕度變化的收縮和膨脹，也可以抵消微觀(guān)鈣礬石晶體局部成長(zhǎng)帶來(lái)的危害。宏觀(guān)上可以提供抗折強(qiáng)度和橫向變形能力。

3.3關(guān)于拉伸粘結(jié)強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度的討論

拉伸粘結(jié)強(qiáng)度是膠粘劑的第一指標(biāo)，而抗壓強(qiáng)度是對(duì)于膠粘劑來(lái)說(shuō)并不具有實(shí)際意義，拉壓比和壓折比反映膠粘劑的韌性，而拉伸粘結(jié)強(qiáng)度和韌性，尤其是柔韌性才是我們所需要的，所以膠粘劑并不需要高強(qiáng)度（抗壓強(qiáng)度），只需要合適的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度、韌性和柔韌性。

基于合適的韌性，就需要加入纖維，膠粉，以及選擇合適水泥膠凝劑和水泥助劑，研究表明，水泥膠凝劑中，凝膠成分能顯著提高韌性，而晶體成分卻有助于提高抗壓強(qiáng)度，降低材料韌性，鋁酸鹽水泥有助于提高韌性。膠粉的加入能提供膠砂材料的柔韌性和防水性，聚丙烯短纖維的加入能提供膠砂材料的抗裂性，抗拉性和抗折性，抑制膠砂材料收縮或膨脹，保持尺寸的穩(wěn)定性。

中砂和水泥的增加能提高抗壓強(qiáng)度，但不能提高膠粘劑的壓折比，所以適當(dāng)?shù)闹猩昂图?xì)砂比例，灰砂比是膠粘劑的關(guān)鍵，他決定了膠粘劑的成本和性能。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，在骨料粒度模數(shù)一定，中砂和細(xì)砂的比例一定的情況下，隨著水泥含量的增加，抗壓強(qiáng)度逐漸增加，用水量和收縮率也會(huì)增大；在水泥膠砂比和短纖維量不變的情況，隨著膠粉增加，抗折強(qiáng)度和拉拔強(qiáng)度逐漸增加、壓折比會(huì)減小；纖維素醚和淀粉醚的加入會(huì)影響膠砂稠度，稠度過(guò)大或過(guò)小都會(huì)影響實(shí)樣拉伸粘結(jié)強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、收縮率和壓折比。

4 結(jié)論

通過(guò)實(shí)驗(yàn)和分析，我們得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

1）造成釉面發(fā)泡陶瓷保溫板外墻外保溫系統(tǒng)空鼓、甚至開(kāi)裂的主要原因是砂漿收縮率大、柔韌性低導(dǎo)致板材彎曲變形、產(chǎn)生拉應(yīng)力，一旦變形超過(guò)板材或墻體抗彎曲變形能力，應(yīng)力超過(guò)板材或墻體抗拉負(fù)載能力就會(huì)出現(xiàn)變形、空鼓、開(kāi)裂，甚至脫落等嚴(yán)重質(zhì)量事故；

2）實(shí)驗(yàn)表明，灰脹比、灰砂比、中砂和細(xì)砂比，灰聚比，丙烯短纖維的配合比，決定了聚合物砂漿膠粘劑的收縮率，實(shí)踐證明，收縮率高于千分之一是極度危險(xiǎn)的，在高于萬(wàn)分之二低于千分之一間也不排除違規(guī)作業(yè)造成的危害；

3）試驗(yàn)表明，膠粉的加入有助于提高拉伸粘結(jié)強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、折壓比、拉壓比、橫向變形能力和柔韌性，柔韌性的提高對(duì)消除收縮應(yīng)力有幫助；

4）新研制的超低收縮聚合物水泥基膠粘劑，收縮率小于萬(wàn)分之一，壓折比小于2.5，拉伸粘結(jié)強(qiáng)度大于0.6MPa，達(dá)到了既定目標(biāo)，適用于釉面發(fā)泡陶瓷保溫板外墻外保溫系統(tǒng)，可以杜絕收縮變形、空鼓、開(kāi)裂、脫落事故的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

[1]胡江等，鈣鎂復(fù)合膨脹劑膨脹效能的試驗(yàn)研究[J]，混凝土世界，2023（2）：10～13.

[2]Q/AHRM-011-2023 釉面發(fā)泡陶瓷保溫裝飾一體板外墻外保溫系統(tǒng)用膠粘劑[S].

[3]DB34/T 4094 -2022 江淮區(qū)域建筑發(fā)泡陶瓷板墻體保溫應(yīng)用技術(shù)規(guī)范[S].

[4]DB34/T 3826-2021 保溫板外墻外保溫工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[5]JGJ/T 70-2009 建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法[S].

[6]DL/T 5126 聚合物改性水泥砂漿試驗(yàn)規(guī)程[S].