白炭黑和聚丙烯纖維對內墻耐水膩子的粘結性能影響

李儒光，張兆國，譚宇昂，張同生，周 鵬,張志秋

(1.萬科企業股份有限公司,深圳 518083; 2.華南理工大學材料科學與工程學院，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，對內墻的外觀、耐久性等要求也不斷提升。為達到美觀效果，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，經常會出現涂料層起皮、脫落、表面毛糙、凹凸不平、不規則龜裂和起殼等，并且會引發墻面滲漏、積存大量灰塵、墻面斑駁等問題。尤其是在潮濕的環境條件下，這種現象更加嚴重[3,4]。為了解決這一問題，耐水膩子應運而生，可以有效解決上述問題，因而受到越來越多的關注并進行了相關研究。

為解決空鼓、脫落、龜裂等問題，從提高粘結強度和韌性角度出發，通常通過增加膠粉含量提高粘結性能，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、灰鈣粉是提高粘結強度、高耐水性及高性價比的重要原料，因而充分發揮白水泥、灰鈣粉的粘結性能成為一種重要的技術途徑。其中，白炭黑的主要成分為SiO2，應用領域十分廣泛，尤其是納米級的白炭黑，具有比表面積大、吸附能力強、無毒無味無污染等特點，因而部分引入到內墻防水膩子具有提高粘結性能作用[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，因而在工廠領域得到了廣泛應用并取得了良好的效果[8-10]。

該研究針對現有內墻防水膩子的痛點，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墻膩子的性能影響，從而為內墻膩子的開發和應用提供一定的技術參考。

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、重質碳酸鈣、輕質碳酸鈣、滑石粉；羥丙基甲基纖維素醚：粘度40 000 mPa·s，國民淀粉化學公司；膠粉，瓦克公司；消泡劑來自國民淀粉化學公司；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。

其基礎內墻耐水膩子試驗配方如表1所示。

表1 內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，單獨摻加和復合摻加引入內墻膩子，然后對膩子性能進行測試，實驗測試方法采用JG/T 298—2010 《建筑室內用膩子》進行，分別對膩子的標準狀態和浸水后的粘結強度進行測試。

2 結果及討論

為了研究不同摻量的白炭黑和聚丙烯纖維，分別單獨摻加和復合摻加引入內墻膩子，然后對膩子的粘結強度進行測試。

2.1 單獨引入白炭黑對內墻膩子性能影響

為了研究不同摻量的白炭黑對內墻膩子性能的影響，設計試驗方案和檢測結果見表2。

表2 不同摻量的白炭黑對內墻膩子性能影響

根據結果可知，隨著白炭黑摻量的增加，標準狀態下內墻膩子的粘結強度先增加后降低，浸水后內墻膩子的粘結強度表現出類似規律，即先增加后降低，在白炭黑摻量為1.0%時，粘結強度最大，相對于空白樣標準狀態強度提高了50%，相對于浸水后強度提高了29%，說明白炭黑的最佳摻量為1.0%。分析原因為：當少量引入白炭黑時，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物，提高了基體的致密度，從而提高了強度，但是當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強度。

2.2 單獨引入聚丙烯纖維對內墻膩子性能影響

為了研究不同摻量的聚丙烯纖維對內墻膩子性能的影響，設計試驗方案和檢測結果見表3。

表3 不同摻量的聚丙烯纖維對內墻膩子性能影響

根據結果分析可知，隨著聚丙烯纖維摻量的增加，標準狀態下內墻膩子的粘結強度先增加后降低，浸水后內墻膩子的粘結強度也是先增加后降低，在聚丙烯纖維摻量為0.05%時，粘結強度最大，相對于空白樣的粘結強度，標準狀態強度提高了15.5%，浸水后強度提高了26.2%。分析原因為：當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，對強度也有一定的貢獻。但是當聚丙烯纖維摻量過高時，大量的纖維團聚影響了強度的發展。

2.3 白炭黑和聚丙烯纖維的協同作用對內墻膩子性能影響

在前期研究基礎上，考慮到白炭黑和聚丙烯纖維具有不同的結構形態，在內墻膩子中可能具有不同的復合效果，所以研究了白炭黑和聚丙烯纖維的復合摻加對內墻膩子性能的影響，設計試驗方案和檢測結果見表4。

表4 復合摻加白炭黑和聚丙烯纖維對內墻膩子性能影響

根據結果分析可知，當內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，粘結強度都表現為不斷降低的趨勢，最佳的聚丙烯纖維摻量為0.05%。相對于空白樣，優化后的膩子標準狀態強度提高了60.3%，浸水后強度提高了38.1%。分析原因為：固定白炭黑摻量，當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，對強度也有一定的貢獻。但是當聚丙烯纖維摻量過高時，大量的纖維團聚影響了強度的發展。同時由于兩種的相互作用，形成疊加效應，從而獲得了更優異的性能。

3 結 論

該文研究了白炭黑和聚丙烯纖維對內墻耐水膩子粘結強度的影響研究，單獨引入白炭黑和聚丙烯纖維在一定程度上可以提高內墻膩子的粘結強度。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%，相對于空白樣標準狀態強度提高了60.3%，浸水后強度提高了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，優化了內部孔結構，從而提高了粘結強度。結果表明通過優化膩子內部孔結構可以提高膩子的粘結性能，并能進一步在工程上應用。