外墻外保溫系統透氣性抹面膠漿的研究

趙長才，占飛，郭鏡銘，陳巖

（1.蘇州市姑蘇新型建材有限公司，江蘇蘇州 215129；2.蘇州新地建設工程質量檢測有限公司，江蘇蘇州 215121）

0 前 言

我國外墻外保溫薄抹灰體系經多年的實際應用后，出現了諸多問題，最為普遍的是抹面膠漿防護層開裂，有調查顯示，防護層開裂外墻占施工保溫外墻的90%以上，防護層無規則的開裂導致滲水、內墻霉變、保溫效果大幅下降、維修困難。

外墻外保溫是一個系統工程，各類保溫板薄抹灰體系均有系統性能指標的規定，其中，水蒸氣透過濕流密度（單位時間單位面積內流經防護層的水蒸氣質量）指標往往不被重視，而該指標與抹面膠漿的開裂有緊密關系。抹面膠漿是一類由水泥基膠凝材料、高分子聚合物、填料和添加劑等組成，具有一定變形能力和良好粘結性的水泥基材料[1]。抹面膠漿防護層透氣性低，很容易導致保溫內側的水蒸氣不能及時排出，產生結露、結冰，水的溶脹循環導致系統不穩定，防護層起鼓、脫落。較理想的系統構造是從內至外材料的透氣性要求越來越好，水蒸氣能夠有一個順暢的遷徙路線，不至于在墻體及保溫裝飾層內部形成冷凝水[2]。因此，防護層在保證不透水性能的前提下，水蒸氣透過濕流密度較大的為優。

本研究根據當前外墻保溫實際情況，在保證抹面膠漿基本性能的基礎上，通過多種技術措施，研制一款高透氣性抹面膠漿，以滿足實際保溫工程的需求。

1 試 驗

1.1 主要原材料

根據GB/T 29906—2013《模塑聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統材料》、GB/T 30595—2014《擠塑聚苯板（XPS）薄抹灰外墻外保溫系統材料》對抹面膠漿性能的基本要求及本研究產品特點選取原材料。

水泥：P·O42.5、P·O52.5，海螺公司；砂：干燥河砂，市售；乳膠粉：可再分散乳膠粉，RE5044N，瓦克公司；保水劑：羥丙基甲基纖維素醚，200 Pa·s，浙江中維；木質纖維：長度1～3 mm，直徑10 μm，河南富強化工；膨脹珍珠巖：開孔型，粒徑0.15～0.20 mm（80～100 目），市售；微沫劑：α-烯基磺酸鈉，粉劑；防水粉：硬脂酸鈣；憎水劑：有機硅憎水劑，FC-80，粉劑，國民淀粉。

1.2 基礎配方設計

根據透氣性抹面膠漿的性能要求，預先擬定了基礎試驗配方，如表1 所示。將水泥、砂、各種外加劑等干拌均勻，再加水拌和至施工稠度，成型。

表1 透氣性抹面膠漿的基礎試驗配方

1.3 測試方法

抗壓強度、抗折強度、壓折比按GB/T 17671—1999《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO 法）》進行測試；拉伸粘結強度按GB/T 29906—2013 進行測試；吸水率按JC/T 474—2008《砂漿混凝土防水劑》進行測試；抗沖擊性能按JG 149—2003《膨脹聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統》進行測試；水蒸氣透過性能按GB/T 17146—2015《建筑材料水蒸氣透過性能試驗方法》中“干法”進行測試；導熱系數按GB/T 10294—2008《絕熱材料穩態熱阻及有關特性的測定防護熱板法》進行測試。

2 結果與討論

2.1 水泥對抹面膠漿性能的影響

水泥作為膠凝材料，賦予抹面膠漿強度，水泥用量是影響抹面膠漿總體性能的重要因素，水泥用量大，其強度相對高，剛性增大。水泥的強度等級越高，砂漿的強度也越高。水泥固有的脆性大且易收縮的特性使得抹面膠漿容易出現裂縫。不同強度等級水泥用量對抹面膠漿性能的影響見圖1、圖2。

圖1 水泥用量對抹面膠漿拉伸粘結強度的影響

圖2 水泥用量對抹面膠漿壓折比的影響

由圖1、圖2 可見，隨著水泥用量的增加，抹面膠漿的拉伸粘結強度、壓折比隨之增大，剛性增強，柔韌性降低。相同水泥用量下，P·O52.5 水泥抹面膠漿的拉伸粘結強度、壓折比均高于P·O42.5 水泥，體現出P·O52.5 水泥本身剛性更高的特征；其次，隨著水泥強度等級的提高，抹面膠漿的收縮率增大，這是因為水泥早期水化消耗的水量較多，水化產物多，加大了塑性失水帶來的收縮應力。綜合水泥強度等級對強度、壓折比及收縮率的影響，試驗最終選用P·O42.5 水泥進行抹面膠漿的配制。并且，P·O42.5 水泥在抹面膠漿中的用量為25%～35%時，抹面膠漿的拉伸粘結強度為0.6～0.7 MPa，壓折比為2.4～2.8。

2.2 可再分散乳膠粉摻量對抹面膠漿性能的影響

由于水泥是剛性材料，水化后形成的凝膠體脆硬，抹面膠漿與相鄰的保溫板因溫度變化產生界面應力、線性收縮變形不一致，容易出現開裂、空鼓，甚至整體脫落現象[3]。試驗選用柔韌性優異、抗水性良好及與水泥相容性較好的RE5044N 乙烯-醋酸乙烯共聚乳膠粉（VAE）進行改性。

2.2.1 乳膠粉摻量對抹面膠漿力學性能的影響（見表2）

表2 乳膠粉摻量對抹面膠漿力學性能的影響

由表2 可以看出，乳膠粉雖然能提高抹面膠漿的韌性，但摻量小于2.0%時，28 d 抗折強度變化不明顯；乳膠粉摻量為2.5%時，抗折強度有下降趨勢。隨乳膠粉摻量的增加，28 d 抗壓強度逐漸降低；28 d 壓折比先逐漸減小，當乳膠粉摻量為2.5%時，壓折比有增大趨勢。

2.2.2 乳膠粉摻量對抹面膠漿拉伸粘結強度的影響（見表3）

由表3 可以看出，隨著乳膠粉摻量的增加，抹面膠漿的拉伸粘結強度隨之提高，摻加乳膠粉的抹面膠漿與水泥試塊及膨脹聚苯板界面的拉伸破壞形式有很大程度的改觀（見圖3）。未摻乳膠粉時，抹面膠漿與聚苯板粘結力小，可能是膨脹聚苯板表層吸水率低，親水性差，水泥漿體不容易在表層潤濕造成的，隨著乳膠粉摻量的增加，漸漸表現為聚苯板內部粘結破壞。

圖3 乳膠粉摻量對抹面膠漿界面粘結破壞的影響

表3 乳膠粉摻量對抹面膠漿拉伸粘結強度的影響

2.2.3 乳膠粉摻量對抹面膠漿抗沖擊性能的影響

乳膠粉可以改善抹面膠漿的抗裂性能，提高粘結性、抗折強度、內聚力、沖擊性、耐磨性、保水性和施工性[4]。保溫系統的抗沖擊性與保溫板的強度、玻纖網、抹面膠漿柔韌性以及抹面膠漿與玻纖網的握裹力4 個因素有關，其中抹面膠漿的柔韌性及其與玻纖網的握裹力和乳膠粉有直接關系。未摻乳膠粉時，抹面膠漿在鉛球的沖擊性下直接碎裂，并且砂漿與玻纖網毫無握裹作用；摻加1.5%乳膠粉后，抹面膠漿的抗沖擊性明顯改善，在沖擊下表現出一定程度柔韌性，對保溫系統起到了保護作用，見圖4。

圖4 乳膠粉摻量對抹面膠漿抗沖擊性能的影響

2.3 抹面膠漿的透氣性

提高抹面膠漿的透氣性、水蒸氣透過濕流密度是本研究的重要內容。為了降低抹面膠漿的壓折比、吸水性，提高粘結強度等，需要添加大量的乳膠粉等高分子材料，這樣會損失抹面膠漿的透氣性，降低水蒸氣透過濕流密度，若保溫板內側水汽被外側防護層（抹面膠漿、飾面層等）攔截，必然會引起保溫層內側結露、結冰，

基于此，可在抹面膠漿中添加利于提高透氣性的成分，如膨脹珍珠巖[開孔、粒徑0.2～0.4 mm（50～80 目）]、微沫劑（α-烯基磺酸鈉）等透氣性材料。

2.3.1 透氣性材料摻量對抹面膠漿透氣性的影響（見表4）

表4 膨脹珍珠巖、微沫劑摻量對抹面膠漿透氣性的影響

由表4 可以看出，普通抹面膠漿的透氣性較小，這與乳膠粉的添加有關，摻入適量微沫劑和膨脹珍珠巖后，透氣性迅速增大。微沫劑為一種表面活性劑，在砂漿攪拌過程中產生大量細小均勻的穩定性氣泡；膨脹珍珠巖為開孔型無機硅質材料，透氣性好。當摻0.02%微沫劑+2%膨脹珍珠巖時，抹面膠漿透氣性達1.54 g/（m2·h）（5 mm 厚），遠優標準要求的0.85 g/（m2·h），保溫板內外水蒸氣擴散、遷移毫無壓力，不會產生結露、結冰、“攔水壩”等現象。抹面膠漿透氣性測試如圖5 所示。

由圖5 可見，24 h 后拆開試件，氯化鈣表面潮化明顯，說明水汽通過抹面膠漿（5 mm 厚）孔隙進入了內部，抹面膠漿透氣性良好。

圖5 抹面膠漿的透氣性測試

2.3.2 透氣性材料摻量對抹面膠漿導熱性能的影響

聚苯板板的導熱系數一般為0.03～0.10 W/（m·K），遠低于普通抹面膠漿，兩者導熱系數相差最大可達10～20 倍，當外界條件發生變化時，聚苯板有較大的變形，抹面砂漿與聚苯板界面因材料性能不一致導致界面產生拉應力，反復的拉伸變形導致界面脫離，最終被拉裂。降低抹面膠漿的導熱系數，盡可能地接近保溫板的導熱系數，是改性抹面膠漿的重要途徑[5]。本研究在抹面膠漿中添加透氣材料，在增加透氣性的同時，有效地降低了抹面膠漿的導熱系數。對普通抹面膠漿和透氣性抹面膠漿（0.02%微沫劑+4%膨脹珍珠巖）進行了導熱系數測試，結果如表5、表6 所示。

表6 透氣性抹面膠漿的導熱系數測試結果

對比表5、表6 可見，膨脹珍珠巖和微沫劑對抹面膠漿的導熱系數有較大影響。膨脹珍珠巖本身的導熱系數為0.0245～0.048 W/（m·K），微沫劑在抹面膠漿中形成大量微小的氣泡，改變了熱傳導和對流的路徑，從而降低了熱傳導效率，導熱系數變小。隨著膨脹珍珠巖、微沫劑摻量的增加，抹面膠漿的拌合濕密度下降，對保溫作用更加有利。

2.3.3 透氣性材料摻量對抹面膠漿吸水性的影響（見表7）

表7 透氣性材料摻量對抹面膠漿吸水性的影響

由表7 可見，透氣性材料的添加增大了抹面膠漿的孔隙率，對吸水性有影響。吸水率隨著透氣性材料摻量的增加逐漸增大。原因在于珍珠巖本身吸水率較大，隨著膨脹珍珠巖摻量增加，砂漿的吸水率隨之增大。隨微沫劑摻量的增加，氣體的引入導致砂漿變得不密實，水分更容易進入到砂漿內部，砂漿的吸水率逐漸增大。按照GB/T 29906—2013 對抹面膠漿進行測試，發現當微沫劑摻量0.02%、膨脹珍珠巖摻量4%時，抹面膠漿內側有漬濕點，但無明水滲出。為了降低抹面膠漿的吸水性，試驗中同時添加了硬脂酸鈣防水粉、有機硅憎水劑等。

2.3.4 透氣性材料摻量對抹面膠漿強度的影響（見表8）

由表8 可見，透氣性材料降低了抹面膠漿的體積密度，對強度有較大的影響。隨透氣性材料摻量的增加，抹面膠漿的強度逐漸降低，原因在于膨脹珍珠巖的強度遠小于水泥等膠凝材料的強度；其次，摻入微沫劑拌合后，產生大量均勻分布的氣體，增大了孔隙率，降低了強度。抹面膠漿摻入透氣性材料后密實性降低（見圖6）。

圖6 透氣性材料摻量對抹面膠漿密實性的影響

表8 透氣性材料摻量對抹面膠漿強度及體積密度的影響

3 產品性能檢測

經蘇州市建設工程質量檢測中心檢測，研制的透氣性抹面膠漿性能符合GB/T 29906—2013 和GB/T 30595—2014 的要求（見表9）。其次，抹面膠漿的水蒸氣透過濕流密度為1.76[g/（m2·h）]，導熱系數為0.1658 W/（mK），遠低于普通抹面膠漿（0.3590），綜合性能優異。

表9 透氣性抹面膠漿的性能

4 結 語

（1）通過添加膨脹珍珠巖、微沫劑等成分，使抹面膠漿具有良好的透氣性能，水蒸氣透過濕流密度達到1.76 g/（m2·h）（4 mm 厚），利于水汽的快速擴散，避免保溫板內側水分結露、結冰、溶脹等引起系統不穩定。

（2）研制的透氣性抹面膠漿具有一定的保溫性能，導熱系數為0.1658 W/（m·K），遠低于普通抹面膠漿。較低的導熱系數減小了抹面膠漿與保溫層界面產生拉應力，可避免反復的拉伸變形導致保溫板界面脫離和拉裂。

（3）該透氣性抹面膠漿的性能符合GB/T 29906—2013和GB/T 30595—2014 的要求，其透氣性遠優于標準要求。