白炭黑和聚丙烯纖維對內(nèi)墻耐水膩子的粘結(jié)性能影響

李儒光，張兆國，譚宇昂，張同生，周 鵬,張志秋

(1.萬科企業(yè)股份有限公司,深圳 518083; 2.華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，廣州 510640；3.立邦涂料中國有限公司,上海 310000)

隨著人們對建筑舒適度的要求不斷提高，對內(nèi)墻的外觀、耐久性等要求也不斷提升。為達(dá)到美觀效果，墻面膩子作為重要的裝飾材料，為基層做找平處理，填補(bǔ)墻體中的縫隙和各種缺陷，提高整個墻體的平整度和抵抗基層開裂，從而為后期的涂料施工提供更好的條件[1,2]。然而，在施涂過的墻面上，經(jīng)常會出現(xiàn)涂料層起皮、脫落、表面毛糙、凹凸不平、不規(guī)則龜裂和起殼等，并且會引發(fā)墻面滲漏、積存大量灰塵、墻面斑駁等問題。尤其是在潮濕的環(huán)境條件下，這種現(xiàn)象更加嚴(yán)重[3,4]。為了解決這一問題，耐水膩子應(yīng)運而生，可以有效解決上述問題，因而受到越來越多的關(guān)注并進(jìn)行了相關(guān)研究。

為解決空鼓、脫落、龜裂等問題，從提高粘結(jié)強(qiáng)度和韌性角度出發(fā)，通常通過增加膠粉含量提高粘結(jié)性能，但是會降低其耐水性能，而且會使得成本增加[5]。在耐水膩子中，白水泥、灰鈣粉是提高粘結(jié)強(qiáng)度、高耐水性及高性價比的重要原料，因而充分發(fā)揮白水泥、灰鈣粉的粘結(jié)性能成為一種重要的技術(shù)途徑。其中，白炭黑的主要成分為SiO2，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，尤其是納米級的白炭黑，具有比表面積大、吸附能力強(qiáng)、無毒無味無污染等特點，因而部分引入到內(nèi)墻防水膩子具有提高粘結(jié)性能作用[6,7]。對于膩子的開裂問題，少量引入聚丙烯纖維可以有效降低膩子后期使用中的開裂。聚丙烯纖維的引入可以有效抑制硅酸鹽材料的塑性收縮裂縫、提高抗沖擊和抗疲勞性能等，因而在工廠領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用并取得了良好的效果[8-10]。

該研究針對現(xiàn)有內(nèi)墻防水膩子的痛點，擬混合引入白炭黑和聚丙烯纖維，分別研究兩種材料的引入對內(nèi)墻膩子的性能影響，從而為內(nèi)墻膩子的開發(fā)和應(yīng)用提供一定的技術(shù)參考。

1 原材料及實驗方案

1.1 原材料及配比

白水泥：PO 42.5，廣東穗花白水泥；灰鈣粉、重質(zhì)碳酸鈣、輕質(zhì)碳酸鈣、滑石粉；羥丙基甲基纖維素醚：粘度40 000 mPa·s，國民淀粉化學(xué)公司；膠粉，瓦克公司；消泡劑來自國民淀粉化學(xué)公司；其他助劑。白炭黑：(380±30) m2/g，SiO2含量≥99.8%；聚丙烯纖維：長度40 mm，束狀單絲型。

其基礎(chǔ)內(nèi)墻耐水膩子試驗配方如表1所示。

表1 內(nèi)墻耐水膩子試驗配方

1.2 膩子粉制備工藝及測試

將物料按照配比進(jìn)行稱量后待用，然后先向攪拌容器中加入適量的水，隨后將膠粉、消泡劑和其他助劑加入并攪拌一段時間，最后將水泥、灰鈣粉、重鈣、輕鈣、滑石粉和羥丙基甲基纖維素一起倒入容器攪拌均勻待用即可。

在前期基礎(chǔ)膩子配比上，分別研究不同摻量的白炭黑和聚丙烯纖維，單獨摻加和復(fù)合摻加引入內(nèi)墻膩子，然后對膩子性能進(jìn)行測試，實驗測試方法采用JG/T 298—2010 《建筑室內(nèi)用膩子》進(jìn)行，分別對膩子的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)和浸水后的粘結(jié)強(qiáng)度進(jìn)行測試。

2 結(jié)果及討論

為了研究不同摻量的白炭黑和聚丙烯纖維，分別單獨摻加和復(fù)合摻加引入內(nèi)墻膩子，然后對膩子的粘結(jié)強(qiáng)度進(jìn)行測試。

2.1 單獨引入白炭黑對內(nèi)墻膩子性能影響

為了研究不同摻量的白炭黑對內(nèi)墻膩子性能的影響，設(shè)計試驗方案和檢測結(jié)果見表2。

表2 不同摻量的白炭黑對內(nèi)墻膩子性能影響

根據(jù)結(jié)果可知，隨著白炭黑摻量的增加，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下內(nèi)墻膩子的粘結(jié)強(qiáng)度先增加后降低，浸水后內(nèi)墻膩子的粘結(jié)強(qiáng)度表現(xiàn)出類似規(guī)律，即先增加后降低，在白炭黑摻量為1.0%時，粘結(jié)強(qiáng)度最大，相對于空白樣標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)強(qiáng)度提高了50%，相對于浸水后強(qiáng)度提高了29%，說明白炭黑的最佳摻量為1.0%。分析原因為：當(dāng)少量引入白炭黑時，由于主要成分為納米級別的SiO2，在水化過程中SiO2顆粒填充到微裂縫中形成水化產(chǎn)物，提高了基體的致密度，從而提高了強(qiáng)度，但是當(dāng)SiO2顆粒超過一定量后，大量未水化的顆粒反而降低了基體的粘結(jié)強(qiáng)度。

2.2 單獨引入聚丙烯纖維對內(nèi)墻膩子性能影響

為了研究不同摻量的聚丙烯纖維對內(nèi)墻膩子性能的影響，設(shè)計試驗方案和檢測結(jié)果見表3。

表3 不同摻量的聚丙烯纖維對內(nèi)墻膩子性能影響

根據(jù)結(jié)果分析可知，隨著聚丙烯纖維摻量的增加，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下內(nèi)墻膩子的粘結(jié)強(qiáng)度先增加后降低，浸水后內(nèi)墻膩子的粘結(jié)強(qiáng)度也是先增加后降低，在聚丙烯纖維摻量為0.05%時，粘結(jié)強(qiáng)度最大，相對于空白樣的粘結(jié)強(qiáng)度，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)強(qiáng)度提高了15.5%，浸水后強(qiáng)度提高了26.2%。分析原因為：當(dāng)少量引入聚丙烯纖維時，聚丙烯纖維在攪拌中能充分分散到膩子漿體中，可以很好地減少膩子干燥中的開裂問題，對強(qiáng)度也有一定的貢獻(xiàn)。但是當(dāng)聚丙烯纖維摻量過高時，大量的纖維團(tuán)聚影響了強(qiáng)度的發(fā)展。

2.3 白炭黑和聚丙烯纖維的協(xié)同作用對內(nèi)墻膩子性能影響

在前期研究基礎(chǔ)上，考慮到白炭黑和聚丙烯纖維具有不同的結(jié)構(gòu)形態(tài)，在內(nèi)墻膩子中可能具有不同的復(fù)合效果，所以研究了白炭黑和聚丙烯纖維的復(fù)合摻加對內(nèi)墻膩子性能的影響，設(shè)計試驗方案和檢測結(jié)果見表4。

表4 復(fù)合摻加白炭黑和聚丙烯纖維對內(nèi)墻膩子性能影響

根據(jù)結(jié)果分析可知，當(dāng)內(nèi)墻膩子中白炭黑摻量為1.0%時，聚丙烯纖維摻量為0.05% ～ 0.20%，隨著聚丙烯纖維摻量的增加，粘結(jié)強(qiáng)度都表現(xiàn)為不斷降低的趨勢，最佳的聚丙烯纖維摻量為0.05%。相對于空白樣，優(yōu)化后的膩子標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)強(qiáng)度提高了60.3%，浸水后強(qiáng)度提高了38.1%。分析原因為：固定白炭黑摻量，當(dāng)少量引入聚丙烯纖維，聚丙烯纖維在攪拌中能充分分散到膩子漿體中，可以很好地減少膩子干燥中的開裂問題，對強(qiáng)度也有一定的貢獻(xiàn)。但是當(dāng)聚丙烯纖維摻量過高時，大量的纖維團(tuán)聚影響了強(qiáng)度的發(fā)展。同時由于兩種的相互作用，形成疊加效應(yīng)，從而獲得了更優(yōu)異的性能。

3 結(jié) 論

該文研究了白炭黑和聚丙烯纖維對內(nèi)墻耐水膩子粘結(jié)強(qiáng)度的影響研究，單獨引入白炭黑和聚丙烯纖維在一定程度上可以提高內(nèi)墻膩子的粘結(jié)強(qiáng)度。單摻白炭黑和聚丙烯纖維的最佳摻量分別為1.0% 和0.05%，混合摻加時最佳摻量也分別為1.0%和0.05%，相對于空白樣標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)強(qiáng)度提高了60.3%，浸水后強(qiáng)度提高了38.1%。分析原因主要是白炭黑和聚丙烯纖維的引入提高了膩子的致密性，優(yōu)化了內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)，從而提高了粘結(jié)強(qiáng)度。結(jié)果表明通過優(yōu)化膩子內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)可以提高膩子的粘結(jié)性能，并能進(jìn)一步在工程上應(yīng)用。