仿夯土干粉裂紋涂料的制備

胡道盼，姜 俊，查純喜 （亞士漆（上海）有限公司，上海 201700）

0 引言

在人類歷史上，夯土建筑是使用最廣泛的建筑技術(shù)，幾千年來遍布世界各國，一般民居乃至宮殿、寺廟都可由夯土結(jié)構(gòu)建造，這些結(jié)構(gòu)經(jīng)合理設(shè)計(jì)、選材施工具有很好的耐久性，使夯土建筑保存完好至今［1］。夯土墻作為生土建筑的重要形式之一，具有保溫隔熱、透氣、防火、低能耗、無污染、可再生的優(yōu)點(diǎn)，是目前仍為廣大鄉(xiāng)村居民大量使用的居住建筑。然而，長期以來，我國在夯土建筑的材料和建造技術(shù)方面，一直沿用古老的夯實(shí)技術(shù)和方法，對材料的性質(zhì)缺乏應(yīng)有的科學(xué)認(rèn)知，使得夯土建筑存在諸多缺點(diǎn)，如強(qiáng)度低、變形大、不耐水等，無法滿足現(xiàn)代化建筑外墻的性能要求。正因?yàn)槿绱?，改進(jìn)和提高傳統(tǒng)夯土墻的性能，并且保持夯土墻原有的舒適、環(huán)保特點(diǎn)是至關(guān)重要的。

目前市場上的裂紋漆以溶劑型和水性裂紋漆為主，其基本原理是利用底漆和面漆在后期干燥過程中收縮程度不同所產(chǎn)生的應(yīng)力差對表干面漆的拉扯而形成裂紋，其關(guān)鍵在于施工工藝的時(shí)機(jī)把握［2-4］。在底漆未干透時(shí)噴涂面漆，隨著底漆的進(jìn)一步干燥固化會(huì)產(chǎn)生收縮應(yīng)力，面漆表干所形成的涂膜最終難以承受底漆收縮應(yīng)力的持續(xù)增大而產(chǎn)生斷裂，裂塊跟隨底漆而收縮，從而形成粗細(xì)不同的裂紋。影響裂紋效果的因素包括面漆收縮產(chǎn)生的拉力大小、面漆涂膜的拉伸強(qiáng)度和底漆的流動(dòng)性能3 方面。

干粉裂紋涂料具有天生的開裂性特點(diǎn)，并且裂紋自然可控，無需像水性或者溶劑型涂料那樣需要底漆和面漆同時(shí)配合才能產(chǎn)生裂紋效果，所以用干粉制備仿夯土干粉裂紋涂料具有明顯的優(yōu)勢。然而干粉狀的裂紋涂料市面上還較少。

本研究以偏高嶺土地聚物為膠凝材料［5］，利用干粉硅酸鈉為堿激發(fā)劑，將偏高嶺土、干粉硅酸鈉、可分散乳膠粉、膨潤土、礦砂、色粉混合，制備出一種仿夯土效果的干粉裂紋涂料。該裂紋涂料制備方法簡單，施工方便，裂紋效果細(xì)膩優(yōu)雅、錯(cuò)落有致而極具美感，同時(shí)具有附著力好、耐久性好等優(yōu)點(diǎn)。

1 試驗(yàn)部分

1.1 主要原料

1 250 目（10 μm）偏高嶺土，內(nèi)蒙古超牌新材料股份有限公司；干粉硅酸鈉，湖北興恒業(yè)科技有限公司；乳膠粉，江蘇兆佳建材科技有限公司；膨潤土，浙江華特化工有限公司；礦砂，十堰市安豐利源石材股份有限公司。

1.2 主要儀器和設(shè)備

BL-5000F 精密電子天平、BGD740/1 高速分散機(jī)、無石棉纖維水泥平板，標(biāo)格達(dá)精密儀器（廣州）有限公司；SHH-IV 全自動(dòng)振動(dòng)式混勻機(jī)，鄭州三華科技實(shí)業(yè)有限公司；HG-1692C 萬能拉力機(jī)，江蘇恒廣精密儀器有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 試驗(yàn)配方仿夯土干粉裂紋涂料的配方見表1。

表1 仿夯土干粉裂紋涂料的配方Table1 The formula of imitated rammed earth dry powder crack coatings

1.3.2 性能測試

粘結(jié)強(qiáng)度：按照J(rèn)G/T 157—2009《建筑外墻用膩?zhàn)印芬?guī)定的方法進(jìn)行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 偏高嶺土的添加量對裂紋效果的影響

高嶺土也稱瓷土、中國黏土，是一種呈層狀結(jié)構(gòu)的含水硅鋁酸鹽，通常為白色粉末，質(zhì)地松軟、吸水量大、干燥收縮嚴(yán)重，適合用于制備裂紋涂料［6］。高嶺土在煅燒過程中，會(huì)發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，其原子間發(fā)生較大的位錯(cuò)，形成了結(jié)晶度很差的過渡相，這時(shí)的高嶺土就轉(zhuǎn)化為偏高嶺土，偏高嶺土中原子呈不規(guī)則排列，具有較高的化學(xué)活性，處于介穩(wěn)狀態(tài)，能夠在堿激發(fā)下形成地聚物，由于地聚物具有良好的強(qiáng)度和硬度，能夠形成均勻的裂紋效果。

如圖1 所示，相對于水泥和石膏基膠凝材料，用偏高嶺土地聚物作為膠凝材料制得的涂料具有很好的裂紋效果。水泥基膠凝材料雖然水化收縮比大，但是由于初期強(qiáng)度較低，不能形成較大的內(nèi)聚力，并且后期的收縮應(yīng)力會(huì)在水化過程中慢慢釋放，不能自然形成紋路均勻的裂紋效果。而石膏基膠凝材料，雖然早期強(qiáng)度較高，但其在水化過程中體積會(huì)輕微膨脹，會(huì)將內(nèi)聚力引起的裂紋抵消掉，也不會(huì)產(chǎn)生裂紋效果。

2.2 乳膠粉的用量對涂層粘結(jié)強(qiáng)度及裂紋效果的影響

可再分散乳膠粉在硬化砂漿中的作用是提高砂漿拉伸強(qiáng)度（水泥體系中的附加粘接劑）、增強(qiáng)抗折強(qiáng)度、減小彈性模量、提高可變形性、增進(jìn)耐磨強(qiáng)度、提高內(nèi)聚強(qiáng)度、降低碳化深度、減少材料吸水性和使材料具有憎水性（加入憎水性膠粉）等特性［7］。裂紋涂料在干燥過程中收縮程度不同所產(chǎn)生的應(yīng)力差對表干面漆形成較強(qiáng)的拉扯力，由于基層為剛性，面漆干燥固化產(chǎn)生的收縮應(yīng)力會(huì)對基層產(chǎn)生咬底現(xiàn)象，導(dǎo)致基層與面層的附著力難以承受面層收縮應(yīng)力與基層的排斥力，從而產(chǎn)生脫落、翹邊現(xiàn)象。因此需通過乳膠粉提高基層的附著力，表2 為不同膠粉用量對涂層粘結(jié)強(qiáng)度的影響。

表2 不同乳膠粉用量下涂層的粘結(jié)強(qiáng)度Table 2 Bond strength of coating with different amount of latex powder

從表2 中可看出，隨著乳膠粉用量的增加，涂層的粘結(jié)強(qiáng)度有明顯改善，然而，乳膠粉用量過高會(huì)增加體系的塑性，當(dāng)涂膜的拉伸強(qiáng)度大于體系產(chǎn)生的收縮應(yīng)力時(shí)，導(dǎo)致收縮趨勢變小，涂層裂紋程度降低，圖2 為乳膠粉含量對涂層裂紋程度的影響。

圖2 不同乳膠粉含量下的裂紋效果Figure 2 Crack effect under different latex powder content

從圖2 中可以看出，隨著乳膠粉用量的增加，涂層裂紋程度逐漸減弱，綜合考慮，乳膠粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)以5 %為宜。

2.3 溫度對裂紋效果的影響

干粉裂紋涂料的開裂過程是一個(gè)物理和化學(xué)作用同時(shí)發(fā)生的過程，裂紋的效果與環(huán)境的濕度、溫度和涂膜厚度有一定的關(guān)系。圖3 為不同養(yǎng)護(hù)溫度下產(chǎn)生的裂紋效果。

圖3 不同養(yǎng)護(hù)溫度下的裂紋效果Figure 3 Crack effects at different curing temperatures

由圖3 可以看出，溫度越高裂紋程度越明顯，這主要是由于溫度越高，涂料面層水化反應(yīng)速率越高，同時(shí)水分揮發(fā)速度加快，而涂料底層受溫度影響較小，造成面層干燥速度快于底層，從而使面層的表面應(yīng)力大于底層，導(dǎo)致裂紋程度明顯［8］。但是總體而言，裂紋程度變化不是很明顯，這是因?yàn)閷τ诟煞哿鸭y涂料而言，干燥固化不僅靠物理揮發(fā)，而且也有化學(xué)反應(yīng)，即使在標(biāo)準(zhǔn)條件下也可得到較好的裂紋效果。

3 結(jié)語

仿夯土裂紋涂料是近年來新興的涂料品種，該建筑效果具有歷史悠久、分布廣泛、造型各異、風(fēng)格獨(dú)特等特點(diǎn)。本研究通過堿激發(fā)偏高嶺土作為膠凝材料，制備了一款仿真效果極高的仿夯土裂紋涂料，其具有優(yōu)異的力學(xué)性能和施工性能，裂紋效果細(xì)膩優(yōu)雅、錯(cuò)落有致，原料來源廣泛、制備簡單，是一種綠色環(huán)保的新型建筑材料，具有廣闊的應(yīng)用前景。