釉面發泡陶瓷板外墻外保溫系統專用膠粘劑的研制

摘 要：在釉面發泡陶瓷板外墻外保溫系統中，膠粘劑無疑是系統材料中的關鍵，膠粘劑的可操作性，包括可操作時間、分層度、保水性、施工稠度，膠粘劑的柔韌性和收縮率，包括壓折比、橫向變形能力、收縮量和收縮率；膠粘劑的力學性能，包括抗壓強度、抗折強度、拉伸粘結強度，成為衡量膠粘劑質量的重要指標。文章以P.O42.5普通硅酸鹽水泥為膠凝劑，以模數2.5機制中砂和模數1.6機制細砂為骨料，以鈣鎂復合膨脹劑為水泥減縮劑、可再分散乳膠為聚合物改良劑、纖維素醚為保水增稠劑、淀粉醚為抗滑移劑，5～7mm聚丙烯短纖維為增強抗裂劑，通過實驗研制出輕質、零吸水、零收縮、柔性、高強、耐候釉面發泡陶瓷板外墻外保溫系統專用膠粘劑和與建筑同壽命釉面發泡陶瓷板外墻外保溫系統。

關鍵詞：釉面發泡陶瓷板；外墻外保溫系統；膠粘劑；柔性；高強；耐候；零吸水；零收縮

1 前言

近幾年，釉面發泡陶瓷板由于具有體積密度低、質量輕，環保、保溫、隔熱、隔音等優點，在眾多墻體外保溫材料中脫穎而出。釉面發泡陶瓷板是以珍珠巖尾礦、花崗巖尾礦、頁巖、沸石、膨潤土、工業固廢、建筑垃圾、河道淤泥為主要原料，輔以發泡劑、減水劑、穩泡劑等助劑，經粉碎、配料、球磨、造粒、布料、施釉、干燥、燒成、切割、磨邊、開槽、倒角等制成，具有保溫、絕熱、隔音、防火和裝飾功能的輕質板狀發泡陶瓷制品。釉面發泡陶瓷板外墻外保溫系統由釉面發泡陶瓷保溫板、膠粘劑、錨固組件、嵌縫材料和建筑密封膠組成，采用膠粘劑粘結為主，錨固組件連接為輔施工工藝，將釉面發泡陶瓷保溫裝飾一體板安裝在建筑物外墻的非承重保溫構造。

釉面發泡陶瓷保溫板外墻外保溫系統在施工時需要膠粘劑配合錨固件來與墻體固定。目前常用的膠粘劑主要是由水泥、河砂以及外加劑加水拌和而成，為了改善膠粘劑的性能，還在膠粘劑中加入適量的聚合物來改善膠粘劑的粘結強度以及流動性。但是上述技術中存在的主要問題是膠粘劑與基體或釉面發泡陶瓷保溫板的界面粘接力不強，膠粘劑保水性差、干燥收縮大、柔韌性差、防水性和抗凍性不高等問題。從而造成常用的膠粘劑的收縮與釉面發泡陶瓷保溫板自身的抗彎曲強度不匹配，等到砂漿硬化干縮后，基體與砂漿之間、砂漿與釉面發泡陶瓷保溫板之間會產生收縮蠕變拉應力，從而造成釉面發泡陶瓷保溫板外墻外保溫系統空鼓、甚至開裂的情況。如圖1。

以P.O 425普通硅酸鹽水泥為膠凝劑，以模數2.5機制中砂和模數1.6機制細砂為骨料，以鈣鎂復合膨脹劑為水泥膨脹劑，以可再分散乳膠為聚合物改良劑，以纖維素醚和淀粉酶為保水劑、增稠劑和抗滑移劑，以5～7mm聚丙烯短纖維為增強劑，通過實驗研制出輕質、零吸水、零收縮、柔性、高強、耐候釉面發泡陶瓷板外墻外保溫系統專用膠粘劑和與建筑同壽命釉面發泡陶瓷板外墻外保溫系統。

2 試驗

2.1試驗原料

（1）水泥：應符合GB 175-2020《通用硅酸鹽水泥》的規定，本實驗選用淮南海螺水泥有限責任公司生產的普通硅酸鹽水泥，型號為：P.O42.5普通硅酸鹽散裝水泥。

（2）細骨料：應符合標準GB/T 14684-2022《建設用砂》和JG/ 566-2019《高性能混凝土用骨料》的規定，本實驗選用蒙城縣恒固新型建材有限公司生產的機制砂，砂的細度模數分別為：中砂：2.3，細砂1.6。

（3）可分散膠粉：應符合標準JC/T 2189-2013《建筑干混砂漿用可再分散乳膠粉》的規定，本實驗選用瓦克（南京）化學有限公司生產的VINNAPASR4018N型可再分散乳膠粉。

（4）纖維素醚：應符合標準JC/T 2190-2013《建筑干混砂漿用纖維素醚》的規定，本實驗選用山東泰安瑞泰纖維素有限公司生產的羥丙基甲基纖維素醚（HPMC），粘度型號規格為20萬（MPa.s）。

（5）淀粉醚：本實驗選用山東創耀生物科技有限公司生產的羥丙基淀粉醚（HPS），粘度型號規格為20萬（MPa.s）。

（6）聚丙烯纖維：應符合標準中國石油化工集團有限公司企標Q/HFJK 01-2021《纖維類聚丙烯樹脂》，本實驗選用山東魯纖建材科技有限公司生產的聚丙烯纖維，規格為6mm。

（7）膨脹劑：應符合中國工程建設標準化協會團體標準 T/CECS 10082-2020《混凝土用鈣鎂膨脹劑》的規定，本實驗選用江蘇蘇博特新材料有限公司生產的鈣鎂復合膨脹劑。

2.2膠粘劑配合比

按照JGJ/T 98-2010 《砌筑砂漿配合比設計規程》設計方法和安徽省地方標準DB 34/T 4094-2022《江淮區域建筑發泡陶瓷板墻體保溫應用技術規范》膠粘劑性能要求：可分散膠粉有效摻量不應小于2%和纖維素醚有效摻和量不應小于0.175%的具體要求，采用正交實驗法設計配方。設計時，機制砂的用量為100份減去水泥膠凝劑的份數，其中機制砂細砂與中砂比例為：2：1膨脹劑的份數為水泥膠凝劑的10%，聚丙烯纖維取膠砂的0.2%，淀粉醚取為纖維素醚的20%，木質素取膠砂的0.1%。在配方中選取9個代表性配方進行試驗。表2為正交試驗因素表。

2.3試驗方法

（1）原料試驗：依照GB/T 3138《砌筑水泥》需要對水泥進行化學成分分析、鉛鉻溶出量分析、放射性等健康安全分析，同時需對水泥強度、細度、凝結時間、保水率進行分析；依照GB/T 14684-2022《建設用砂》按照需要對細骨料進行顆粒級配檢測并計算細度模數、石粉含量、表觀密度、堆積密度和孔隙率，同時檢測放射性。

（2）砂漿工藝試驗：按照 Q/AHRM-011-2023《釉面發泡陶瓷保溫裝飾一體板外墻外保溫系統用膠粘劑》要求，JG/T 230-2007《預拌砂漿》生產工藝；DL/T 5126《聚合物改性水泥砂漿試驗規程》試驗，試驗內容包括膠粘劑的可操作性，包括可操作時間、分層度、保水性、施工稠度、稠度損失率等；膠粘劑的柔韌性和收縮率，包括壓折比、橫向變形能力、收縮量和收縮率；膠粘劑的力學性能，包括抗壓強度、抗折強度、拉伸粘結強度等；膠粘劑的質量穩定性能，包括吸水率、抗凍性等。其中膠粘劑力學試驗依照JGJ/T 70-2009《建筑砂漿基本性能試驗方法》、GB/T 17671《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》和JC/T 547-2017《陶瓷磚膠粘劑》的規定試驗，膠粘劑的可操作性試驗依照JGJ/T 70-2009《建筑砂漿基本性能試驗方法》的規定試驗，膠粘劑的柔韌性和收縮率依照JGJ/T 70-2009《建筑砂漿基本性能試驗方法》和JC/T 547-2017《陶瓷磚膠粘劑》的規定試驗，膠粘劑的質量穩定性能依照JGJ/T 70-2009《建筑砂漿基本性能試驗方法》的規定試驗。

試驗常用儀器及膠粘劑性能要求如表4、表5所示。

2.4試驗結果

試驗結果如表6所示。

3 分析與討論

3.1關于膠粘劑干燥收縮值的討論

關于膠粘劑干燥收縮值，為多少時不會出現空鼓、開裂、脫落，不僅沒有研究文獻可以參考，而且不同標準也給出了不同的要求。首先，大部分標準并沒有要求膠粘劑的收縮，譬如江蘇省住房和城鄉建設廳發布的地方標準JG/T 042-2013《發泡陶瓷保溫板保溫系統應用技術規程》、浙江省住房和城鄉建設廳發布的地方標準DB33/T 1243-2021《有釉面發泡陶瓷保溫板外墻外保溫系統應用技術規程》和重慶市住房和城鄉建設委員會發布的地方標準DB50/T 269-2017《泡沫陶瓷保溫板建筑保溫系統應用技術標準》。其次，有些標準給出了一般規定，譬如中國工程建設協會標準T/CECS 480-2017《發泡陶瓷保溫板應用技術規程》規定膠粘劑的干燥收縮值（%）≤0.2，檢測方法是JGJ/T 70-2009《建筑砂漿基本性能試驗方法》。最后是安徽省地標卻非常重視收縮，安徽省市場監督管理局發布的地方標準DB34/T 4094 -2022《江淮區域建筑發泡陶瓷板墻體保溫應用技術規范》和DB34/T 3826-2021《保溫板外墻外保溫工程技術標準》不僅規定了干燥收縮值（mm/m）≤0.2，檢測方法也是JGJ/T 70-2009《建筑砂漿基本性能試驗方法》，而且規定了聚合物有效成分限值，其中可分散膠粉有效成分摻和量（%）≥2，纖維素醚有效成分摻和量（%）≥0.175，附錄中還提供了標準配方，見表7。

收縮值單位mm/m，JGJ/T 70并沒有明確說明，給使用者多種表述，所以收縮值單位可以是：一個比值，或者%。但是JC/T 603-2011 《水泥膠砂干縮試驗方法》和GB/T 29756-2013 《干混砂漿物理性能試驗方法》干燥收縮率的單位明確是%。技術人員一定理解三者之間的差別，單純比值0.0002 換算成百分比就是0.02%，換算成mm/m，就是0.2mm/m。對某公司存在質量問題的膠粘劑進行了試驗，試驗結果見表8。試驗發現，其壓折比處于臨界點3.0，干燥收縮率遠低于T/CECS 480-20174規定的值，所以建議以DB34/T 4094 -2022為宜。

之所以建議DB34/T 4094 -2022為宜，是因為膠粘劑收縮率或收縮量對巖棉、聚苯板等柔性保溫材料影響不大，因為巖棉、聚苯板具有壓縮性能，盡管基體墻面也是脆性材料，但是相對發泡陶瓷要略微強一些。嚴格按照施工規范作業的，薄型（砂漿厚度＜6mm），點粘（粘接率＜80%）工法施工的工程也不會出問題，就怕局部和個別工程省了找平工序和采用厚型，滿粘工法，就難以避免工程質量問題，因此保證膠粘劑性能，尤其是收縮值或收縮率是關鍵。本研究通過調整灰砂比、中、細砂比例和水泥灰與膨脹劑的比例，減少水的使用量，達到了設計要求。

盡管水泥基膠粘劑硬化收縮受水泥種類、細度及用量，水泥膨脹劑的種類及用量，砂漿膠砂率、骨料含粉率、骨料級配，聚合物摻合料種類和比例、礦物摻合料種類和比例、砂漿添加劑種類和比例等諸多因素影響，但根本是水泥種類、用量和水泥膨脹劑，本試驗采用的水泥用量在27.5%～32.5%之間，水泥膨脹劑采用鈣鎂復合膨脹劑，水泥和膨脹劑之比為10：1，達到了低收縮的要求。

3.2關于硬化膠粘劑柔韌性的討論

有經驗的一線工人將砂漿涂抹在牛皮紙上或瓦楞紙上，24h揭起牛皮紙或瓦楞紙，砂漿裂為柔韌性差，砂漿不裂且能卷起，為柔韌性好，但這只是定性試驗。定量試驗方法有三種，其一是膠砂試條壓折比，數值越低，柔韌性越好；其二是彎曲彈性模量，數值越低，柔韌性越好；其三是硬化砂漿橫向變形，即硬化砂漿片受三點彎曲荷載破壞產生的最大位移，數值越高，柔韌性越好。硬化砂漿的柔韌性，也與砂漿聚合物含量有關系，一般來說聚合含量越高，砂漿的柔韌性越好，所以也可以用砂漿的聚合物含量來瞎子摸象。GB/T 29756-2013 《干混砂漿物理性能試驗方法》規定了砂漿橫向變形、聚合物含量的試驗方法。

硬化砂漿的變形有三種，其一是脫水干縮變形，一般情況下養護28天，硬化干縮變形量已經達到90%左右；其二是在水泥水化反應中，鈣礬石等晶體會從凝膠中析晶，長大，警惕會產生膨脹，抵消由于脫水而帶來的收縮，膨脹劑的使用就這種機理；其三是溫度、濕度和水分的變化影響脫水、保水、析晶，以及材料本身熱脹冷縮帶來的形變，譬如保水劑的使用，就會起到改變材料的脫水能力，繼而改變脫水收縮和水化反應。而膠粉改變了材料的性質，從脆性材料變為塑性材料，可以緩沖消解由于形變產生的應力，纖維除了改變材料性質，還對收縮或膨脹有抑制力，可以緩解脫水收縮、溫濕度變化的收縮和膨脹，也可以抵消微觀鈣礬石晶體局部成長帶來的危害。宏觀上可以提供抗折強度和橫向變形能力。

3.3關于拉伸粘結強度與抗壓強度的討論

拉伸粘結強度是膠粘劑的第一指標，而抗壓強度是對于膠粘劑來說并不具有實際意義，拉壓比和壓折比反映膠粘劑的韌性，而拉伸粘結強度和韌性，尤其是柔韌性才是我們所需要的，所以膠粘劑并不需要高強度（抗壓強度），只需要合適的拉伸粘結強度、韌性和柔韌性。

基于合適的韌性，就需要加入纖維，膠粉，以及選擇合適水泥膠凝劑和水泥助劑，研究表明，水泥膠凝劑中，凝膠成分能顯著提高韌性，而晶體成分卻有助于提高抗壓強度，降低材料韌性，鋁酸鹽水泥有助于提高韌性。膠粉的加入能提供膠砂材料的柔韌性和防水性，聚丙烯短纖維的加入能提供膠砂材料的抗裂性，抗拉性和抗折性，抑制膠砂材料收縮或膨脹，保持尺寸的穩定性。

中砂和水泥的增加能提高抗壓強度，但不能提高膠粘劑的壓折比，所以適當的中砂和細砂比例，灰砂比是膠粘劑的關鍵，他決定了膠粘劑的成本和性能。

從實驗結果看，在骨料粒度模數一定，中砂和細砂的比例一定的情況下，隨著水泥含量的增加，抗壓強度逐漸增加，用水量和收縮率也會增大；在水泥膠砂比和短纖維量不變的情況，隨著膠粉增加，抗折強度和拉拔強度逐漸增加、壓折比會減小；纖維素醚和淀粉醚的加入會影響膠砂稠度，稠度過大或過小都會影響實樣拉伸粘結強度、抗壓強度、收縮率和壓折比。

4 結論

通過實驗和分析，我們得出以下幾點結論：

1）造成釉面發泡陶瓷保溫板外墻外保溫系統空鼓、甚至開裂的主要原因是砂漿收縮率大、柔韌性低導致板材彎曲變形、產生拉應力，一旦變形超過板材或墻體抗彎曲變形能力，應力超過板材或墻體抗拉負載能力就會出現變形、空鼓、開裂，甚至脫落等嚴重質量事故；

2）實驗表明，灰脹比、灰砂比、中砂和細砂比，灰聚比，丙烯短纖維的配合比，決定了聚合物砂漿膠粘劑的收縮率，實踐證明，收縮率高于千分之一是極度危險的，在高于萬分之二低于千分之一間也不排除違規作業造成的危害；

3）試驗表明，膠粉的加入有助于提高拉伸粘結強度、抗折強度、折壓比、拉壓比、橫向變形能力和柔韌性，柔韌性的提高對消除收縮應力有幫助；

4）新研制的超低收縮聚合物水泥基膠粘劑，收縮率小于萬分之一，壓折比小于2.5，拉伸粘結強度大于0.6MPa，達到了既定目標，適用于釉面發泡陶瓷保溫板外墻外保溫系統，可以杜絕收縮變形、空鼓、開裂、脫落事故的發生。

參考文獻

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