胡瑩瑩，范樹景，杭法付，葉勇

（浙江忠信新型建材股份有限公司杭州研發(fā)分公司，浙江 杭州 310052）

0 前言

目前，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)砂漿粘結(jié)性能研究較多，王培銘等[1-6]的研究發(fā)現(xiàn)，摻入可再分散乳膠粉（下文簡稱乳膠粉）可有效提高以混凝土板為基底的砂漿拉伸粘結(jié)強(qiáng)度，采用標(biāo)養(yǎng)/水養(yǎng)的混合養(yǎng)護(hù)方式更有利于粘結(jié)強(qiáng)度的提高，而高溫養(yǎng)護(hù)下砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度最低。通過對(duì)比不同養(yǎng)護(hù)溫濕度條件下砂漿與瓷磚/混凝土/玻璃板之間的粘結(jié)性能，發(fā)現(xiàn)高溫或高濕條件不利于砂漿與上述基底之間粘結(jié)強(qiáng)度的發(fā)展[7-9]。史淑蘭等[10-12]研究表明，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)有利于砂漿與聚苯板拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的提高，乳膠粉也利于砂漿/聚苯板拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的發(fā)展。何代華和Brien等[13-14]研究發(fā)現(xiàn)，聚合物改性砂漿與鋼板的粘結(jié)性能優(yōu)于在瓷磚、玻璃及PVC板基底上的表現(xiàn)。大量學(xué)者對(duì)聚合物改性水泥砂漿拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的研究大多集中在混凝土板/玻璃板/EPS板/瓷磚基底上，但不同養(yǎng)護(hù)制度下水泥砂漿與鋼板材料之間的粘結(jié)性能鮮有報(bào)道。

鋼板作為一種金屬材料，表面平整光滑，吸水率極低但變形較大，普通水泥砂漿與其的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度普遍不高，添加適宜的乳膠粉對(duì)改善水泥砂漿的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度非常關(guān)鍵。

針對(duì)上述問題，本文設(shè)置了標(biāo)準(zhǔn)、熱老化和浸水3種不同養(yǎng)護(hù)制度，研究乳膠粉摻量對(duì)水泥砂漿與鋼板之間拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的影響，考察乳膠粉的玻璃化溫度（Tg）、最低成膜溫度（MFFT）對(duì)聚合物改性水泥砂漿與鋼板間粘結(jié)性能的影響，對(duì)比了3種養(yǎng)護(hù)制度下砂漿/鋼板基底間拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的差異，為砂漿的實(shí)際應(yīng)用提供理論參考。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

水泥：P·O42.5水泥；砂：石英砂（粒徑小于1.25 mm）；乳膠粉：性能如表1所示；羥丙基甲基纖維素（HPMC）：黏度100 000 mPa·s；憎水劑：易來泰SEAL80，均為市售。

表1 乳膠粉的性能

1.2 養(yǎng)護(hù)制度

（1）標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)制度：在標(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0.2 m/s]下養(yǎng)護(hù)28 d。（2）熱老化養(yǎng)護(hù)制度：在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下養(yǎng)護(hù)14 d，然后將試件于（70±3）℃的烘箱中放置至28 d。（3）浸水養(yǎng)護(hù)制度：在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下養(yǎng)護(hù)7 d，然后將試件放入（23±2）℃的水中養(yǎng)護(hù)至28 d，并保證每個(gè)試件周圍的水自由循環(huán)。

1.3 試驗(yàn)方法

水泥砂漿配合比：水泥40%，乳膠粉0～25%（按占水泥質(zhì)量計(jì)），石英砂50%～60%，乳膠粉摻量分別為水泥質(zhì)量的7.5%、16.3%和25.0%。試驗(yàn)中鋼板尺寸為400 mm×200 mm×7 mm。

成型框：由硅橡膠制成的厚度為5 mm的平板，表面平整光滑；方孔邊長為（50±0.1）mm。

將成型框放置在鋼板成型面上，再將拌和好的漿料填入成型框中，用油灰刀壓實(shí)、抹平，在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下覆蓋塑料薄膜養(yǎng)護(hù)48 h后脫模，以10個(gè)試件為一組，之后將試件分別放在標(biāo)準(zhǔn)、熱老化和浸水養(yǎng)護(hù)制度下養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期，按照J(rèn)GJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》測試水泥砂漿的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度。

2 結(jié)果與討論

2.1 拉伸粘結(jié)強(qiáng)度

圖1為不同養(yǎng)護(hù)制度下，乳膠粉種類和摻量對(duì)聚合物水泥砂漿與鋼板間28 d拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的影響。

從圖1可以看出，不摻乳膠粉（空白樣）時(shí)，3種養(yǎng)護(hù)制度下砂漿與鋼板間的28 d拉伸粘結(jié)強(qiáng)度均小于0.5 MPa，浸水養(yǎng)護(hù)制度下砂漿的拉伸粘結(jié)性能表現(xiàn)較好，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)制度下砂漿的拉伸粘結(jié)性能次之，熱老化養(yǎng)護(hù)制度下砂漿的粘結(jié)性能表現(xiàn)最差。

從圖1（a）可見，隨著EVA（柔-中）乳膠粉摻量的增加，聚合物改性水泥砂漿與鋼板間的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度逐漸提高。在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)制度下，當(dāng)摻量達(dá)到25.0%時(shí)，砂漿與鋼板之間的粘結(jié)強(qiáng)度超過1.0 MPa，但不足1.5 MPa；熱老化養(yǎng)護(hù)和浸水養(yǎng)護(hù)制度下，當(dāng)EVA（柔-中）乳膠粉摻量分別超過7.5%和16.3%時(shí)，砂漿與鋼板之間的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度超過0.5 MPa。通過對(duì)比3種不同養(yǎng)護(hù)制度發(fā)現(xiàn)，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)制度下隨著乳膠粉摻量的增加，聚合物改性水泥砂漿拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的增幅最大，熱老化養(yǎng)護(hù)制度下次之，浸水養(yǎng)護(hù)制度下最小。

結(jié)合表1對(duì)比圖1（a）和（b）發(fā)現(xiàn)，2種EVA乳膠粉的Tg和MFFT相同，而流變性和燒失量差異較大時(shí)，摻入到聚合物改性水泥砂漿中后，與鋼板的粘結(jié)性能略有不同，其中EVA（柔-促流）對(duì)砂漿粘結(jié)強(qiáng)度的改善效果要優(yōu)于EVA（柔-中）。隨著摻入的乳膠粉Tg和MFFT的升高，分別達(dá)到16℃和4℃時(shí)[EVA（剛-中）]，聚合物改性水泥砂漿與鋼板的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度[圖1（c）]改善效果較之其他2種EVA不明顯?？梢娙槟z粉的玻璃轉(zhuǎn)化溫度和最低成膜溫度對(duì)聚合物改性水泥砂漿與鋼板之間的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度影響差異不大。

從圖1（d）可見，盡管乳膠粉的種類有所差異，但隨著乳膠粉摻量的增加，聚合物改性水泥砂漿的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度都有所增大。結(jié)合圖1（a）、（b）、（c）和（d）發(fā)現(xiàn)，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)制度下，摻入EVA膠粉的聚合物改性水泥砂漿拉伸粘結(jié)強(qiáng)度高于同摻量丙烯酸酯（Ac）類乳膠粉的聚合物改性水泥砂漿；在熱老化和浸水養(yǎng)護(hù)制度下，兩者相差不大。

從圖1還可以進(jìn)一步看出，3種養(yǎng)護(hù)制度下隨著乳膠粉摻量的增加，聚合物改性水泥砂漿拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的增幅也有所差異；標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)制度下增幅大于熱老化養(yǎng)護(hù)制度，而浸水養(yǎng)護(hù)制度下砂漿的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的增幅有限，這一點(diǎn)與空白樣在3種養(yǎng)護(hù)制度下表現(xiàn)不同。

從文獻(xiàn)[1]中可知，當(dāng)乳膠粉摻量為4%時(shí)，以混凝土板為基底，不同養(yǎng)護(hù)條件下聚合物改性水泥砂漿的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度達(dá)到0.5 MPa以上，當(dāng)摻量為10%時(shí)，拉伸粘結(jié)強(qiáng)度超過1.0 MPa及以上。從文獻(xiàn)[8]中可知，在80℃高溫養(yǎng)護(hù)條件下，當(dāng)乳膠粉摻量提高到6%時(shí)，聚合物改性水泥砂漿與混凝土板之間的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度才達(dá)到0.5 MPa；當(dāng)摻量進(jìn)一步增加并達(dá)到9%時(shí)，可達(dá)1.0 MPa以上。而砂漿/鋼板之間的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度要達(dá)到同樣的數(shù)據(jù)，則需要更多的乳膠粉摻量，這一點(diǎn)與文獻(xiàn)[13]的結(jié)果相悖，這可能是由于養(yǎng)護(hù)條件的差異所致。

2.2 界面破壞形式

圖2和表2分別為標(biāo)準(zhǔn)、熱老化和浸水養(yǎng)護(hù)制度下，聚合物改性水泥砂漿與鋼板間拉伸粘結(jié)試驗(yàn)界面破壞形式示例和界面破壞形式匯總。

表2 聚合物改性砂漿與鋼板基底粘結(jié)界面破壞形式

從圖2和表2可以看出，3種養(yǎng)護(hù)制度下，不摻及摻乳膠粉時(shí)，聚合物改性水泥砂漿拉伸粘結(jié)的破壞形式表現(xiàn)一致，砂漿的斷裂破壞絕大部分發(fā)生在砂漿本體，也就是表現(xiàn)為砂漿本體的內(nèi)部破壞，僅有極個(gè)別表現(xiàn)為砂漿本體破壞和砂漿與鋼板基底界面破壞這2種破壞形式相結(jié)合。由此可見聚合物改性水泥砂漿與鋼板間的粘結(jié)牢固可靠，也說明了聚合物改性水泥砂漿與鋼板之間的界面拉伸粘結(jié)強(qiáng)度要高于砂漿本體的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度。

2.3 微觀形貌

圖3為在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)制度下，28 d齡期時(shí)未摻乳膠粉時(shí)砂漿（空白樣）的二次電子圖像。

從圖3可以看出，硬化漿體的結(jié)構(gòu)較為致密，極少量孔隙和孔洞分布在水化產(chǎn)物之間，大量的水化產(chǎn)物穿插交織在一起，明顯可見簇狀的C-S-H凝膠和片狀的CH晶體結(jié)構(gòu)。

圖4為在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)制度下，當(dāng)4種乳膠粉摻量均為7.5%時(shí)，28 d齡期聚合物改性水泥砂漿的二次電子圖像。

由圖4可以看出，硬化漿體的結(jié)構(gòu)相對(duì)致密，有明顯可見的孔洞和孔隙，且水化產(chǎn)物交織在一起，清晰可見AFt針狀晶體結(jié)構(gòu)和片狀的CH晶體結(jié)構(gòu)及簇狀的CSH凝膠與聚合物膜結(jié)構(gòu)交聯(lián)。隨著乳膠粉種類的變化，聚合物改性水泥砂漿的二次電子圖像未見明顯差異。

圖5為在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)制度下，當(dāng)4種乳膠粉摻量均為25%時(shí)，28 d齡期聚合物改性水泥砂漿的二次電子圖像。

由圖5可以看出，硬化漿體中清晰可見大量的成片膜結(jié)構(gòu)，聚合物膜部分覆蓋在硬化漿體的水化產(chǎn)物上，且膜結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成了較多的孔洞，結(jié)構(gòu)的致密性大幅下降。通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，摻不同乳膠粉制備的聚合物改性水泥砂漿硬化漿體結(jié)構(gòu)中聚合物所形成的膜結(jié)構(gòu)中的孔尺寸大小不一。

結(jié)合圖3、圖4和圖5發(fā)現(xiàn)，隨著乳膠粉摻量的增加，聚合物改性水泥砂漿硬化漿體中聚合物膜已形成了連續(xù)膜結(jié)構(gòu)，甚至成片覆蓋在水泥水化產(chǎn)物表面，膜結(jié)構(gòu)失水產(chǎn)生的孔結(jié)構(gòu)也清晰可見，且孔的數(shù)量有所增加。這一點(diǎn)也進(jìn)一步驗(yàn)證了文獻(xiàn)[15]中提到的聚合物膜結(jié)構(gòu)的特征。

3 結(jié)論

（1）標(biāo)準(zhǔn)、熱老化和浸水養(yǎng)護(hù)制度對(duì)聚合物改性水泥砂漿與鋼板間的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度有一定影響，隨著乳膠粉摻量的增加，拉伸粘結(jié)強(qiáng)度逐漸提高。在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)制度下?lián)饺隕VA乳膠粉，砂漿拉伸粘結(jié)強(qiáng)度增幅最大，而摻入Ac乳膠粉時(shí)，在熱老化養(yǎng)護(hù)制度下砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度增幅明顯。

（2）在標(biāo)準(zhǔn)、熱老化和浸水養(yǎng)護(hù)制度下，EVA乳膠粉的Tg和MFFT與聚合物改性水泥砂漿與鋼板間的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度關(guān)聯(lián)不明顯。促流性的EVA乳膠粉一定程度上提高了砂漿在浸水養(yǎng)護(hù)制度下水泥砂漿與鋼板基底間的粘結(jié)性能；耐水性的丙烯酸酯類乳膠粉相比于EVA乳膠粉對(duì)改善水泥砂漿/鋼板間拉伸粘結(jié)強(qiáng)度效果不明顯。

（3）聚合物改性（及未改性）水泥砂漿與鋼板間拉伸粘結(jié)試驗(yàn)的破壞形式基本一致，絕大部分為砂漿的本體破壞，與養(yǎng)護(hù)制度無關(guān)。

（4）聚合物改性水泥砂漿中聚合物膜逐漸形成連續(xù)結(jié)構(gòu)，并隨著乳膠粉摻量增加，膜結(jié)構(gòu)內(nèi)部的孔數(shù)量有所增加。