影响聚合物粘结砂浆粘结强度的试验因素研究

宋晓辉 彭京龙（中国建材检验认证集团股份有限公司，北京100024）

1 前言

对于建筑物中的围护结构，人们现在用的最有效的节能办法就是给墙体做保温，因此外墙外保温系统现在有着比较广泛的应用。聚合物粘结砂浆是外墙外保温系统中最关键的材料之一，主要用于外墙外保温系统中保温材料或保温装饰板与基础墙体的粘结。它的粘结性能不仅会影响到外保温系统的节能效果，更会直接影响到外墙外保温系统的安全性和寿命。

随着聚合物粘结砂浆行业的不断发展，检测标准也应运而生。国外和国内陆续制定了粘结砂浆的一些相关规范和标准，有欧盟的技术认证导则ETAG004[1]、JC/T992-2006[2]、JG 149-2003[3]、DBJ01-63-2002[4]（北京地方标准）和DB31/T366-2006[5]（上海地方标准）等。但是因为标准的制定者、制定时间不同，技术归口管理工作又不统一等原因，导致聚合物粘结砂浆标准的系统性较差。不同的标准对相同的检测项目在试验方法和养护条件上都不尽相同，并且有的标准对具体的制样和养护过程规定不严密。同一种产品因为选用的检验标准不同，检验结果会有较大差异，因此有时会给产品的生产、使用等相关方及砂浆行业以误导。

通过检索文献资料[6][7][8]等发现，人们比较注重研究聚合物粘结砂浆各种配方下的常温常态强度和在保证常温常态强度前提下如何改变配方来降低成本，对于粘结砂浆粘结强度与试验方法的关系，很少有人研究。

本文通过对国内外聚合物粘结砂浆的相关标准进行比较，结合国内产品的实际使用要求、施工条件和检测现状，设计了多组试验方案，并对同一配方和不同生产厂家不同配方的聚合物粘结砂浆的粘结性能按照试验方案进行试验比较，研究了聚合物砂浆的粘结强度和试验方法的关系。

2 试验研究内容

主要研究了以下三方面内容：

第一，研究了聚合物粘结砂浆常温常态粘结强度与养护时间、养护环境和养护方式（样品表面是否被覆盖）之间的关系。

第二，研究了聚合物粘结砂浆耐水粘结强度与耐水时间、耐水后放置时间的关系。

第三，研究了聚合物粘结砂浆冻融粘结强度，主要侧重在冻融循环次数和冻融循环方式对冻融强度的影响。

3 试验材料和设备

3.1 试验原材料和配比

试验采用了两类样品进行试验，第一类为已知配方（下文称“已知样品”）。为了确保试验结果具有代表性，另选用了有其他多种配方粘结砂浆样品进行试验，因为样品较多，试验结果取平均值（下文称“平均样品”）。

“已知样品”配方组成及比例：河北冀东水泥（PO42.5）：40%；50-120目砂子：47.35%；CaCO3 325目：10%；可再分散胶粉FX2350：2.5%；粘度为15000cp的纤维素醚：0.15%。成型时水灰比为1：5。

试验中所采用的膨胀聚苯板的表观密度为18.5kg/m3，其性能符合行业标准GB10801.1-2002[9]的要求。

3.2 试验设备

本试验中所用的主要仪器设备见表1。

表1 主要试验仪器设备

3.3 试件制作

制作时搅拌方式采用机械搅拌和手工搅拌复合搅拌方式，机械搅拌2分钟、手工搅拌30秒，静置5分钟，使用前手工稍加搅拌，再成型试件。

成型时首先将成型框放在保温板上，把配制好的粘结砂浆搅拌均匀后放入成型框内填满，用抹灰刀抹平。需要覆盖养护时，覆盖上保温板。

3.4 试验条件与数据处理

试验条件：温度（20士5）℃，相对湿度（30-60）%，试验拉伸速度为(5士1)mm/min。

粘结砂浆拉伸粘结强度按下计算:

P：拉伸粘结强度(MPa)；

F：破坏荷载（N）；

A：粘结面积(mm2)。

每组试件制样6个，取值原则是当一组试件发生同样类型破坏，数据中最大值和最小值之差不超过中间值20%时取平均值，否则取中间4个的平均值，精确到0.001MPa。当发生不同破坏类型破坏时，取其中相同破坏类型强度的平均值，如果不够4个试样，重新制样测定。

4 试验方案、结果与讨论

4.1 粘结砂浆常温常态强度相关结果探讨

4.1.1 试验方案的确定

相关检测标准中对于粘结砂浆常温常态强度的养护条件不尽相同， ETAG 004和DB31/T 366-2006要 求 养 护 28d，JC/T 992-2006、JG149-2003和北京地标DBJ 01-63-2002等标准要求养护14d。DB31/T 366-2006和JC/T992-2006养护期间需要覆盖，而ETAG 004 和JG149-2003等标准未有要求，另外结合实际外墙保温施工时无固定养护条件，一般采用自然硬化的特点，设计了如下4种试验方案：

方案A：养护时间为14d，标准养护环境（23℃±2℃，50%±5%），无覆盖；

方案B：养护时间为14d，标准养护环境（23℃±2℃，50%±5%），覆盖聚苯板；

方案C：养护时间为14d，室温养护环境（20℃±5℃，30%±10%），覆盖聚苯板；

方案D：养护时间为28d，标准养护环境(23℃±2℃，50%±5%),覆盖聚苯板。

4.1.2 试验结果与探讨

试验采用了“已知样品”和“平均样品”分别进行了大量试验，所得检测结果如下。

试验数据见表2。

表2 粘结砂浆常温常态强度

从以上检测结果可以看出,不同的养护方式将严重影响到粘结砂浆的常温常态粘结强度。养护期间相同条件下样品覆盖会比不覆盖强度增加8%左右；标养会比室温养护强度提高10%左右；覆盖养护最好,无覆盖略差，室温养护最差。原因是覆盖使粘结砂浆中水汽蒸发较慢，水泥得到了充分水化，发展了强度。室温养护时粘结砂浆在聚苯板上成型后直接暴露在环境中，环境中湿度较小时,粘结砂浆失水较快，使胶凝材料水泥缺乏前期水化时所需要的水分, 使得粘结强度不高。但是，养护时间的增加（14d到28d）对常温常态粘结强度影响较小。

4.2 粘结砂浆耐水粘结强度相关结果探讨

4.2.1 试验方案的确定

相关标准中关于耐水粘结强度检测时在水中浸泡的时间和耐水结束取出后放置的时间要求有很大差异。ETAG 004中要求浸水2d后，取出2h后测试，DBJ 01-63-2002是水中浸泡48h，取出放24h再检测，DB31/T 366-2006 则要求耐水7d，取出后干燥4h进行检测，JC/T 992-2006耐水7d，取出即可测试。综合以上标准规定，设计了下列的耐水方式来测试粘结砂浆的耐水粘结强度。

方案A：14d标养+2d水养+0h；

方案B：14d标养+2d水养+4h；

方案C：14d标养+2d水养+24h；

方案D：14d标养+7d水养+0h；

方案E：14d标养+7d水养+4h；

方案F：14d标养+7d水养+24h；

注：方案A中“14d标养+2d水养+0h”是指：养护14d后，放入水中浸泡2天，从水中取出后放置0小时进行检测。其他方案类同。

根据前期试验结果，考虑到周期问题，以下耐水试验和冻融试验均采取的前期养护方式为标准环境（23℃±2℃；50%±5%）、养护时间14d、覆盖式养护。

4.2.2 试验结果与探讨

试验采用了“已知样品”和“平均样品”分别进行了大量试验，试验所得检测结果平均值见表3。

表3 粘结砂浆耐水粘结强度

从以上数据可以看出，耐水2天强度较耐水7天同条件下，强度小5%-10%左右。原因可能是由于有水的侵入，破坏了粘结砂浆和保温板之间的锚固粘结力，影响了强度。结果也表明不论耐水2d还是耐水7d，放置时间24h时检测拉伸粘结强度均最大，较放置0h、4h大10%-20%左右。原因可能是在粘结砂浆强度增长的过程中,水泥的水化需要潮湿的环境,而聚合物一般是通过失水凝结成膜的,需要干燥的环境。在耐水试验中，取出放置24h时，为粘结砂浆中的聚合物成膜创造了条件，因此增大了强度，但是耐水后拿出0h和4h因为时间较短，强度变化不明显。

4.3 粘结砂浆冻融粘结强度相关结果探讨

4.3.1 试验方案的确定

冻融粘结强度是为模拟自然环境对砂浆强度的破坏而设定的一种老化试验。关于粘结砂浆冻融试验方法，不同的标准也有不同的描述。JC/T 992-2006标准中冻融的方式是在融（23℃±2℃）—冻（-20℃±2℃）二者循环交替，循环次数为10次，DBJ01-63-2002规定循环方式为烘（50℃±2℃）—融（20℃±1℃）—冻（-20℃±2℃）三者之间循环25次。因此本部分研究了同种样品在相同循环方式而不同循环次数以及不同循环方式作用下粘结强度的变化情况，试验采用了以下两种方案。

方案A:（23±2）℃水中浸泡8h，（-20±2）℃的条件中冷冻16h；分别进行5、10、15次循环，分别以方案A5、方案A10、方案A15表示。

方案B:(50±2)℃干燥箱中16h,（23±2）℃水中浸泡8h，再置于（-20±2）℃冷冻24h，共计10个循环。

4.3.2 试验结果与探讨

4.3.2.1 冻融循环方式对检验结果的影响

采取方案A和方案B对9种检测样品进行检测，所得检验结果见表4。

表4 冻融循环后样品的粘结强度

4.3.2.2 冻融循环次数对检验结果的影响

按照方案A对聚合物粘结砂浆进行试验，经过冻融循环后，粘结强度都明显降低，经过5次、10次、15次冻融循环后，拉伸粘结强度分别下降了15%、19%、24%。随着循环次数增加，拉伸粘结强度损失逐渐增大。粘结砂浆是一种聚合物砂浆，主要胶凝材料为水泥。从微观结构分析，水泥砂浆硬化体是一个不连续、不密实的的多孔结构。在湿润潮湿的环境中，水容易充满毛细孔，在冻融循环反复作用下，水分由水变为冰和由冰变为水的过程中，本身体积会发生变化，产生的内应力反复直接作用于粘结砂浆孔结构，粘结砂浆内的微裂纹损伤将不断扩展、累积，这是粘结砂浆冻融后强度降低的主要原因。循环次数越多，微裂纹扩散越严重，强度损失也越大。

按照方案B，经过冻融循环后，大多数样品的粘结强度与原强度基本相当，并略有提高，最大提高了5%。原因是在冻融循环过程中，虽然冷冻时会损失一部分强度，但在烘箱中干燥处理时，聚合物成膜贡献了一定强度，同时在水中时间较长，又使水泥继续充分水化，促进了强度的增长。因此，不是所有的冻融循环都使粘结强度降低，在比较产品的质量时，不能简单看检测结果，更应该注意所采用的试验方法。

5 结语

本文对影响聚合物粘结砂浆粘结强度的试验因素进行了研究。得出如下结论：（1）养护期间样品覆盖会比不覆盖常温常态粘结强度增加8%左右；（2）标养会比室温养护常温常态粘结强度提高10%左右；（3）样品常温常态粘结强度会随着养护时间的增加（14d到28d）而增加，但幅度较小；(4)同条件下，粘结砂浆耐水2d强度较耐水7d强度小5%-10%；（5）耐水2d和耐水7d后，取出放置24h时检测拉伸粘结强度均最大，较放置0h、4h大10%-20%左右；（6）按照文中冻融方案A，经过冻融循环后，粘结强度都明显降低，经过5次、10次、15次冻融循环拉伸粘结强度分别下降15%、19%、24%；（7）按照文中冻融循环方案B，经过冻融循环后，粘结强度与原强度基本相当。

[1]ETAG 004,Guideline for European Technical Approval of External Thermal Insulation Composite Systems with Rendering[S].Kunstlaan 40 Avenue des Arts,B-1040 Brussels,2008.European Organisation for Technical Approvals.Edition March 2000,Amendment June 2008.

[2]JC/T 992-2006,墙体保温用膨胀聚苯乙烯板胶粘剂[S].北京. 2006.

[3]JG 149-2003,膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统[S].北京. 2003.

[4]DBJ 01-63-2002,外墙外保温用聚合物砂浆质量检验标准[S].北京. 2002.

[5]DB31/T 366-2006,外墙外保温专用砂浆技术要求[S].上海. 2006.

[6]史淑兰,JAKOB WOLFISBERG,夏晔煦.可再分散胶粉及憎水性添加剂在薄抹灰外墙外保温系统中的应用[J].新型建筑材料,2004,（3）:50-53.

[7]姚利君,张惠,高向方.聚合物砂浆与膨胀聚苯板粘结强度的研究[J].化学建材,2006,22(6):33-35.

[8]殷庆立,译,Thomas Aberle.聚苯板粘结砂浆成本优化的创新方案[J].新型建筑材料,2012，（6）:17-19.

[9]GB/T 10801.1-2002, 绝热用模塑聚苯乙烯泡沫塑料[S].北京.2002.