影響保溫板膠粘劑拉伸粘結強度的試驗因素

楊 晨

北京市建設工程質量第二檢測所有限公司

1 前言

外墻外保溫系統[1]是由保溫層、防護層和固定材料構成，并固定在外墻外表面的非承重保溫構造的總稱，簡稱外保溫系統。從設計上來看，外保溫系統可按保溫材料與基層墻體連接的施工方法劃分為粘貼保溫板外保溫系統、現場成型外保溫系統和模板內置保溫板系統。其中，粘貼保溫板外保溫系統為目前主要外墻外保溫工程的外保溫系統。這種外保溫系統可采用條式粘結或點框式粘結，必要時可輔以機械固定，但荷載完全由粘結層承受，在膠粘劑干燥前機械固定可起穩定作用并作為臨時連接以防止系統脫落。粘結層材料主要采用保溫板膠粘劑，因此，保溫板膠粘劑的粘結強度性能的好壞直接影響到外墻外保溫工程的安全性和耐久性。

隨著保溫板膠粘劑行業的不斷發展，相應的檢測標準也應運而生。目前主要涉及保溫板膠粘劑粘結性能，即保溫板膠粘劑拉伸粘結強度，相應的檢測標準有：《模塑聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統材料》（GB/T 29906—2013）、《薄抹灰外墻外保溫用聚合物水泥砂漿應用技術規程》（DB11/T 1313—2015）和《外墻外保溫工程技術標準》（JGJ 144—2019）等。由于標準的制定者和制定時間不同，導致不同的檢測標準對相同的檢測項目在試驗方法上的規定不盡相同。同一種產品因為選用的檢測標準不同，也會造成試驗結果出現較大差異。

同時，通過查找文獻發現，目前關于保溫材料的研究大多是對保溫層材料的研究[2]，或者是聚合物摻加量對拉伸粘結強度的影響[3]，關于影響保溫板膠粘劑拉伸粘結強度的試驗因素的研究也多是關于單一試驗因素的[4]。本文是根據目前主要涉及保溫板膠粘劑與模塑板常溫常態拉伸粘結強度檢測標準中關于攪拌方式、成型方式（試樣尺寸）和養護方式（試樣表面是否被覆蓋）的規定內容，進行全面試驗的方法，設計多種試驗方案，研究影響保溫板膠粘劑與模塑板常溫常態拉伸粘結強度的試驗因素以及影響保溫板膠粘劑與模塑板常溫常態拉伸粘結強度變化的原因，并提出控制保溫板膠粘劑與保溫板拉伸粘結強度檢測質量的方法以及提高外保溫系統粘結層質量的措施。

2 試驗研究內容

主要研究以下三個方面內容：第一，攪拌方式、成型方式（試樣尺寸）和養護方式（試樣表面是否被覆蓋）對保溫板膠粘劑與模塑板常溫常態拉伸粘結強度的影響。第二，分析影響保溫板膠粘劑與模塑板常溫常態拉伸粘結強度變化的原因。第三，控制保溫板膠粘劑與保溫板拉伸粘結強度檢測質量的方法以及提高外保溫系統粘結層質量的措施。

3 試驗概況

3.1 試驗原材料和設備

為了避免不同批次的原材料對試驗結果的影響，本文試驗所用保溫板膠粘劑為單組份（干粉）聚合物粘結砂漿，生產商為北京正邦基業科技發展有限公司生產的同批次產品，原材料配制比例為聚合物粘結砂漿：水=1：0.18（重量比），由于該生產商并未提供攪拌方式，本文試驗的機械攪拌方式依據《薄抹灰外墻外保溫用聚合物水泥砂漿應用技術規程》（DB11/T 1313—2015）附錄A.6.2，用符合《行星式水泥膠砂攪拌機》（JC/T 681—2005）的攪拌機，將水或液料倒入攪拌鍋中；30s內將干粉料撒入攪拌鍋中，低速攪拌30s；停止攪拌后，30s內刮下攪拌葉和鍋壁上的拌和物；再低速攪拌3min，靜停5min，再繼續攪拌1min備用。本文試驗的人工方式攪拌的時間為5min～8min。本文試驗主要儀器設備見表1。

表1 主要試驗儀器設備

3.2 試樣制備

3.2.1 試樣成型

保溫板膠粘劑的配制按照本文3.1進行。本文試驗所用保溫板基材均為同批模塑聚苯板，為了避免保溫板基材表觀密度的差異性對試驗結果的影響，本文試驗所用保溫板基材的表觀密度均符合《模塑聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統材料》（GB/T 29906—2013）性能指標要求，保溫板基材切割成試驗所需尺寸：70mm×70mm×50mm或50mm×50mm×50mm，為了避免保溫板基材表面的粗糙度和溫度對試驗結果的影響，本文試驗所用保溫板基材與保溫板膠粘劑的粘結面均為模塑聚苯板樣品的表面，且試驗前均對其進行了（23±2）℃和（50±5）%相對濕度的狀態調節處理。將成型框放在保溫板基材上，將拌和好的膠粘劑填滿成型框，保溫板膠粘劑粘結面尺寸為50mm×50mm，厚度為3mm，用抹刀壓實，輕輕除去成型框。每組試樣數量20個，試樣的養護時間為28d。

3.2.2 試樣養護

將成型好的試樣放入恒溫恒濕養護箱，標準養護條件：空氣溫度（23±2）℃，相對濕度（50±5）%。試樣在標準養護條件下養護27d后，將鋼制拉拔件（標準鋼塊）粘貼在試樣上，在標準養護條件下繼續放置24h后進行試驗。養護時需覆蓋保溫板的試樣，試樣成型后1h時，在其表面覆蓋保溫板，覆蓋保溫板尺寸為50mm×50mm×50mm，養護至7d時將其拿開。

3.3 試驗過程及試驗結果

試驗環境：空氣溫度（23±5）℃，相對濕度（50±10）%。將試樣安裝于拉力試驗機上，拉伸速度為（5±1）mm/min，拉伸至破壞。拉伸粘結強度按公式（1）計算：

式中：

R——拉伸粘結強度，MPa；

F——試樣破壞時的荷載，N；

A——粘結面積，mm2。

拉伸粘結強度試驗結果為20個試樣中破壞部位為模塑板內破壞的試樣測值的算數平均值，精確至0.01MPa。試驗數據的判定采用《數值修約規則與極限數值的表示和判定》（GB/T 8170——2008）中4.3.3修約值比較法。（注：模塑板內部或表層破壞面積在50%以上時，破壞部位為在保溫板內，否則破壞部位為粘結層破壞。）

4 試驗方案、結果與分析

4.1 試驗方案的確定

目前涉及保溫板膠粘劑與模塑板常溫常態拉伸粘結強度檢測標準有：《模塑聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統材料》（GB/T 29906—2013）、薄抹灰外墻外保溫用聚合物水泥砂漿應用技術規程》（DB11/T 1313—2015）和《外墻外保溫工程技術標準》（JGJ 144—2019），以上三個標準中關于保溫板膠粘劑與模塑板常溫常態拉伸粘結強度試驗方法中對于攪拌方式、成型方式（試樣尺寸）和養護方式（試樣表面是否被覆蓋）的規定不盡相同。具體規定內容見表2。

表2 保溫板膠粘劑與模塑板拉伸粘結強度試驗方法規定

由表2可知：《模塑聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統材料》（GB/T 29906—2013）和《外墻外保溫工程技術標準》（JGJ 144—2019）中規定攪拌方式按使用說明配置膠粘劑。《薄抹灰外墻外保溫用聚合物水泥砂漿應用技術規程》（DB11/T 1313—2015）中有當生產商未提供攪拌方式時的具體攪拌方法。

《模塑聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統材料》（GB/T 29906—2013）和《外墻外保溫工程技術標準》（JGJ 144—2019）中關于成型方式（試樣尺寸）的規定相同，但《薄抹灰外墻外保溫用聚合物水泥砂漿應用技術規程》（DB11/T 1313—2015）中關于成型方式（試樣尺寸）的規定與上述兩個標準存在較大差異。

《模塑聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統材料》（GB/T 29906—2013）和《薄抹灰外墻外保溫用聚合物水泥砂漿應用技術規程》（DB11/T 1313—2015）中規定試樣養護時需覆蓋保溫板，但《模塑聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統材料》（GB/T 29906—2013）中并未有覆蓋保溫板時間的具體說明，《外墻外保溫工程技術標準》（JGJ 144—2019）中關于試樣養護時是否覆蓋保溫板未有明確規定。根據以上三本標準中關于攪拌方式、成型方式（試樣尺寸）和養護方式（試樣表面是否被覆蓋）的規定內容，共設計9種試驗方案，具體試驗方案內容見表3。

表3 試驗設計方案

4.2 試驗結果與分析

保溫板膠粘劑與模塑板常溫常態拉伸粘結強度試驗結果見表4，拉伸粘結強度試驗結果匯總見表5。

表4 方案1（70mm×70mm×50mm，人工攪拌，覆蓋7天）拉伸粘結強度試驗結果

表5 方案2（70mm×70mm×50mm，機械攪拌，覆蓋7天）拉伸粘結強度試驗結果

表6

表7 方案3（70mm×70mm×50mm，人工攪拌，不覆蓋）拉伸粘結強度試驗結果

表8 方案4（70mm×70mm×50mm，機械攪拌，不覆蓋）拉伸粘結強度試驗結果

4 5 6 7 2 5 0 0 2 5 0 0 2 5 0 0 0.0 9 9 0.1 3 6 0.1 3 0 2 4 7.8 3 3 3 9.3 0 3 2 4.1 7保溫板內破壞保溫板內破壞保溫板內破壞8 2 5 0 0 2 5 0 0 0.1 1 6 0.1 2 9 2 9 0.9 7 3 2 2.4 6保溫板內破壞保溫板內破壞

表9 方案5（50mm×50mm×50mm，人工攪拌，覆蓋7天）拉伸粘結強度試驗結果

表10 方案6（50mm×50mm×50mm，機械攪拌，覆蓋7天）拉伸粘結強度試驗結果

表11

表12 方案7（50mm×50mm×50mm，人工攪拌，不覆蓋）拉伸粘結強度試驗結果

表13 方案8（50mm×50mm×50mm，機械攪拌，不覆蓋）拉伸粘結強度試驗結果

表14

表15 拉伸粘結強度結果匯總

由上表可見，當采用機械攪拌配制的保溫板膠粘劑且養護時覆蓋保溫板，拉伸粘結強度較高。當采用人工方式攪拌配制的保溫板膠粘劑時，會出現破壞部位為保溫板內破壞試樣數量較少的情況。成型方式（試樣尺寸）和養護方式（試樣表面是否被覆蓋）對保溫板膠粘劑拉伸破壞部位的影響較小。

下面就具體地分析攪拌方式、成型方式（試樣尺寸）、養護方式（試樣表面是否被覆蓋）對保溫板膠粘劑與模塑板常溫常態拉伸粘結強度的影響及原因。

4.2.1 攪拌方式對拉伸粘結強度的影響

圖1

圖2

由圖1可見，保溫板基材70mm×70mm×50mm，覆蓋7天，采用機械攪拌配制的保溫板膠粘劑與模塑板常溫常態拉伸粘結強度比采用人工方式攪拌配制的高25%。保溫板基材50mm×50mm×50mm，覆蓋7天，采用機械攪拌配制的保溫板膠粘劑與模塑板常溫常態拉伸粘結強度比采用人工方式攪拌配制的高15%。保溫板基材50mm×50mm×50mm，不覆蓋，采用機械攪拌配制的保溫板膠粘劑與模塑板常溫常態拉伸粘結強度比采用人工方式攪拌配制的高8%。原因是由于保溫板膠粘劑屬于聚合物水泥砂漿，只有采用機械攪拌才能使它更加均勻，更有質量上的保證。

如圖2所示，采用機械攪拌配制的保溫板膠粘劑，無論保溫板基材70mm×70mm×50mm或50mm×50mm×50mm，養護時覆蓋或不覆蓋保溫板，模塑板拉伸破壞部位為保溫板內破壞的試樣數量均大于采用人工方式攪拌配制的膠粘劑拉伸破壞部位為保溫板內破壞的試樣數量。原因是影響膠粘劑與被粘材料粘結強度的大小主要取決于膠粘劑與被粘物之間的附著力和膠層本身的內聚力，膠結的首要條件是膠粘劑應均勻的分布在被粘物上，即膠粘劑應完全浸潤被粘物，而采用人工方式攪拌配制的保溫板膠粘劑，拌和物的均勻性稍差，因此影響了保溫板膠粘劑與保溫板基材表面的浸潤情況，從而影響了保溫板膠粘劑與保溫板基材表面的附著力。

而且，從圖1中還發現，保溫板膠粘劑只有在采用保溫板基材70mm×70mm×50mm且養護時不覆蓋保溫板時，才會出現拉伸粘結強度不受攪拌方式的影響，但是拉伸粘結強度比采用機械攪拌配制的保溫板膠粘劑，保溫板基材50mm×50mm×50mm，不覆蓋的低17%，比采用人工方式攪拌配制的保溫板膠粘劑，保溫板基材50mm×50mm×50mm，不覆蓋的低8%。從而，我們可以看出，不同的成型方式（試樣尺寸）對保溫板膠粘劑與模塑板常溫常態拉伸粘結強度也同樣產生了影響。下面就不同的成型方式（試樣尺寸）對保溫板膠粘劑與模塑板常溫常態拉伸粘結強度的影響進行詳細的分析。

4.2.2 成型方式（試樣尺寸）對拉伸粘結強度的影響

由圖3可見，人工方式攪拌，覆蓋7天，采用保溫板基材50mm×50mm×50mm的保溫板膠粘劑與模塑板常溫常態拉伸粘結強度比采用保溫板基材70mm×70mm×50mm的高8%。人工方式攪拌，不覆蓋，采用保溫板基材50mm×50mm×50mm的保溫板膠粘劑與模塑板常溫常態拉伸粘結強度比采用保溫板基材70mm×70mm×50mm的高8%。機械攪拌，不覆蓋，采用保溫板基材50mm×50mm×50mm的保溫板膠粘劑常溫常態拉伸粘結強度比采用保溫板基材70mm×70mm×50mm的高17%。原因是膠粘劑的固化收縮過程中，由于被粘物表面尺寸的不同，導致膠粘劑膠層的界面應力不同，保溫板基材50mm×50mm×50mm比保溫板基材70mm×70mm×50mm的膠粘劑膠層的界面應力較小，致使保溫板膠粘劑的膠凝材料的水化過程受外界因素影響較少，從而更好地提升了強度。

圖3

而且，從圖3中還發現，保溫板膠粘劑只有在采用機械攪拌配制且養護時覆蓋保溫板的情況下，拉伸粘結強度受成型方式（試樣尺寸）的影響較小，且拉伸粘結強度較高。但是同樣采用機械攪拌方式配制的膠粘劑，養護時不覆蓋保溫板時，保溫板基材70mm×70mm×50mm，拉伸粘結強度比養護時覆蓋保溫板降低25%，保溫板基材50mm×50mm×50mm，拉伸粘結強度比養護時覆蓋保溫板降低7%。從而，我們可以看出，不同的養護方式（試樣表面是否被覆蓋）對保溫板膠粘劑與模塑板常溫常態拉伸粘結強度也同樣產生了影響。下面就不同的養護方式（試樣表面是否被覆蓋）對保溫板膠粘劑與模塑板常溫常態拉伸粘結強度的影響進行詳細的分析。

4.2.3 養護方式（試樣表面是否被覆蓋）對拉伸粘結強度的影響

圖4

由圖4可見，機械攪拌，保溫板基材70mm×70mm×50mm，采用養護方式（覆蓋7天）的保溫板膠粘劑常溫常態拉伸粘結強度比采用養護方式（不覆蓋）的高25%。機械攪拌，保溫板基材50mm×50mm×50mm，采用養護方式（覆蓋7天）的保溫板膠粘劑常溫常態拉伸粘結強度比采用養護方式（不覆蓋）的高7%。原因是由于保溫板膠粘劑在養護過程中，覆蓋保溫板會使膠粘劑中水汽蒸發較慢，膠凝材料得到充分的水化，發展了強度，并且隨著強度的提高，也同樣降低了保溫板膠粘劑固化收縮過程中保溫板膠粘劑的應力對拉伸粘結強度的影響。

而且，從圖3中還發現，保溫板膠粘劑采用機械攪拌，保溫板基材70mm×70mm×50mm和保溫板基材50mm×50mm×50mm的常溫常態拉伸粘結強度受養護時是否覆蓋保溫板的影響明顯。而保溫板膠粘劑采用人工方式攪拌，保溫板基材70mm×70mm×50mm和保溫板基材50mm×50mm×50mm的常溫常態拉伸粘結強度受養護時是否覆蓋保溫板的影響較小。原因是養護時覆蓋保溫板的作用是降低保溫板膠粘劑養護過程中水分蒸發的速度，采用人工方式攪拌配制的保溫板膠粘劑，由于拌和不均勻，水分與干粉狀膠粘劑融合不均勻，致使自身的水化程度不同，即使養護時覆蓋保溫板，也對后期拉伸粘結強度的提高影響不大。而采用機械攪拌配制的保溫板膠粘劑，由于拌和較為均勻，水分與干粉狀膠粘劑融合較為均勻，養護時覆蓋保溫板后，便會給保溫板膠粘劑提供了更好的水化條件，進而提高了強度。所以，養護時是否覆蓋保溫板對采用機械攪拌方式配制膠粘劑的拉伸粘結強度影響很大。

5 結論與建議

（1）通過試驗研究發現：攪拌方式、成型方式（試樣尺寸）和養護方式（試樣表面是否被覆蓋）對保溫板膠粘劑與模塑板常溫常態拉伸粘結強度均有較大影響。其中，采用機械攪拌配制的保溫板膠粘劑，且養護時覆蓋保溫板，拉伸粘結強度較高。而且，采用機械攪拌方式，不僅提高了保溫板膠粘劑與保溫板拉伸粘結強度，還提高了保溫板膠粘劑與保溫板基材表面的浸潤性和附著力。同樣，養護時覆蓋保溫板對提高保溫板膠粘劑與保溫板拉伸粘結強度也有著重要的意義。而成型方式（試樣尺寸）對保溫板膠粘劑與保溫板拉伸粘結強度的影響：在采用相同攪拌方式和養護方式（試樣表面是否被覆蓋）時，保溫板基材70mm×70mm×50mm和保溫板基材50mm×50mm×50mm相比，采用保溫板基材70mm×70mm×50mm會出現降低保溫板膠粘劑與保溫板拉伸粘結強度的情況。但如果采用機械攪拌，且養護時覆蓋保溫板，可以減小采用保溫板基材70mm×70mm×50mm對保溫板膠粘劑與保溫板拉伸粘結強度影響的程度。

（2）由于攪拌方式對保溫板膠粘劑與模塑板常溫常態拉伸粘結強度的影響。所以，筆者建議試驗室人員進行保溫板膠粘劑與保溫板拉伸粘結強度試驗時，保溫板膠粘劑應嚴格按照生產商使用說明或相應試驗方法標準的規定進行配制，以確保試驗樣品拌和均勻的同時，并確保試驗數據的可靠性。同時建議施工人員也應嚴格按照生產商使用說明或相應施工技術規程的規定進行保溫板膠粘劑的配制，以保證保溫板膠粘劑達到最佳性能，從而提高膠粘劑與保溫板的相容性。

（3）由于成型方式（試樣尺寸）對保溫板膠粘劑與模塑板常溫常態拉伸粘結強度的影響。所以，筆者建議試驗室人員進行保溫板膠粘劑與保溫板拉伸粘結強度試驗時，如果試驗方法標準中對保溫板基材尺寸（長度和寬度）未有明確規定時，保溫板基材尺寸（長度和寬度）宜選擇與保溫板膠粘劑粘結面尺寸（長度和寬度）一致，以消除其他外界因素對保溫板膠粘劑與保溫板拉伸粘結強度試驗結果的影響。

（4）由于養護方式（試樣表面是否被覆蓋）對保溫板膠粘劑與模塑板常溫常態拉伸粘結強度的影響。所以，筆者建議試驗室人員進行保溫板膠粘劑與保溫板拉伸粘結強度試驗時，應在試樣養護時覆蓋保溫板。因為施工現場粘貼保溫板時，無論是點框法還是條粘法，均是將保溫板膠粘劑涂抹于保溫板上，然后與基層墻體粘結，等同于保溫板膠粘劑的兩側均被覆蓋。這樣的試驗方法與施工現場更為一致，數據也更有代表性。