可再分散乳膠粉是一種常用的有機(jī)膠凝材料，它是通過噴霧干燥以聚乙烯醇等為保護(hù)膠體的聚合物乳液而得到的粉末，這種粉末遇水后可重新均勻地分散于水中，形成乳液。摻加可再分散乳膠粉可改善新拌水泥砂漿的保水性能，以及硬化水泥砂漿的粘結(jié)性能、柔性和抗?jié)B性、耐腐蝕性等。
目前市場主要應(yīng)用的可再分散乳膠粉有：醋酸乙烯酯與乙烯共聚膠粉(VAC/E)、乙烯與氯乙烯及月桂酸乙烯酯三元共聚膠粉(E/VC/VL)、醋酸乙烯酯與乙烯及高級(jí)脂肪酸乙烯酯三元共聚膠粉(VAC/E/Veo Va)、醋酸乙烯酯均聚膠粉(PV AC)、苯乙烯與丁二烯共聚膠粉(SBR)、其他二元與三元共聚膠粉、其他加入功能性添加劑的配方膠粉、其他加入功能性添加劑與一種以上膠粉的配方膠粉等。
本文針對(duì)可再分散乳膠粉在水泥砂漿中的作用機(jī)理和對(duì)水泥砂漿的性能影響展開討論，希望對(duì)水泥砂漿中可再分散乳膠粉的正確應(yīng)用有一定參考價(jià)值。
2 可再分散乳膠粉的組成
可再分散乳膠粉通常為白色粉末，但也有少數(shù)產(chǎn)品呈其他顏色?？稍俜稚⑷槟z粉的成分主要包括以下幾種。
(1) 聚合物樹脂。聚合物樹脂位于膠粉顆粒的核心部分，也是可再分散乳膠粉發(fā)揮作用的主要成分，如聚醋酸乙烯酯/乙烯樹脂，苯乙烯/丁二烯樹脂，乙烯/氯乙烯/月桂酸乙烯酯樹脂等;
(2) 添加劑(內(nèi))。添加劑(內(nèi))起到改善樹脂性能的作用。如降低樹脂成膜溫度的增塑劑。并非每一種乳膠粉都有添加劑成分，如醋酸乙烯酯/乙烯共聚樹脂就不需要添加增塑劑。
(3) 保護(hù)膠體。保護(hù)膠體為在可再分散乳膠粉顆粒的表面包裹的一層親水性材料。絕大多數(shù)可再分散乳膠粉的保護(hù)膠體為聚乙烯醇。
(4) 添加劑(外)。為進(jìn)一步改善可再分散乳膠粉的性能，通常還添加除增塑劑以外的其他添加劑，這里稱作添加劑(外)。通常，可再分散乳膠粉中添加超塑化劑來改善乳液的流動(dòng)性和分散性。
(5) 抗結(jié)塊劑?？菇Y(jié)塊劑通常為細(xì)礦物填料，起作用在于防止乳膠粉在儲(chǔ)運(yùn)過程中結(jié)塊，也利于乳膠粉產(chǎn)品從紙袋或槽車中傾倒時(shí)的出來。
3可再分散乳膠粉的作用機(jī)理
3.1 對(duì)水泥水化進(jìn)程和漿體結(jié)構(gòu)的影響
劉志勇[2]認(rèn)為，加入乳膠粉的水泥基材料只要接觸水，水化反應(yīng)就開始進(jìn)行，氫氧化鈣溶液很快達(dá)到飽和并析出晶體，同時(shí)生成鈣礬石晶體及水化硅酸鈣凝膠體，乳液中的聚合物顆粒便沉積到凝膠體和未水化水泥顆粒上。隨著水化反應(yīng)的進(jìn)行，水化產(chǎn)物增多，聚合物顆粒逐漸聚集在毛細(xì)孔中，并在凝膠體表面和未水化水泥顆粒上形成緊密堆積層。聚集的聚合物顆粒逐漸填充毛細(xì)孔，但不能完全填充到毛細(xì)孔的內(nèi)表面。由于水化或干燥使水分進(jìn)一步減少，在凝膠體上和在孔隙中緊密堆積的聚合物顆粒便凝聚成連續(xù)的薄膜，形成與水化水泥漿體互穿的混合體，并且改善了水化產(chǎn)物與骨料的膠接。由于帶有聚合物的水化產(chǎn)物在界面形成了覆蓋層，可能影響鈣礬石和粗大氫氧化鈣晶體的生長;也由于聚合物在界面過渡區(qū)孔隙中凝聚成膜，從而使聚合物水泥基材料的過渡區(qū)更為致密。一些聚合物分子中的活性基團(tuán)還會(huì)與水泥水化產(chǎn)物中的Ca2+、A13+等產(chǎn)生交聯(lián)反應(yīng)，形成特殊的橋鍵作用，改善水泥基材料硬化體的物理組織結(jié)構(gòu)，緩解內(nèi)應(yīng)力，減少微裂紋的產(chǎn)生。
馬文石和徐峰等[3,4]得到與劉志勇相似的結(jié)果，但他們認(rèn)為隨著水泥凝膠結(jié)構(gòu)的發(fā)展，水分消耗，聚合物顆粒逐漸被限制在毛細(xì)孔中。隨著水泥的進(jìn)一步水化，毛細(xì)孔中的水分減少，聚合物顆粒聚集在水泥水化產(chǎn)物凝膠/未水化水泥顆?；旌衔锖图系谋砻?，從而形成連續(xù)的緊密堆積層，大的孔隙中填充了粘性或自粘性的聚合物顆粒。
周竹發(fā)等[5]的研究也得到類似結(jié)果，認(rèn)為可再分散乳膠粉在砂漿中的作用是受水泥水化和聚合物成膜這兩個(gè)過程所控制。水泥水化和聚合物成膜的復(fù)合體系形成由4個(gè)步驟完成：
(1) 可再分散乳膠粉與水泥砂漿攪拌混合后，均勻地分散在體系中;
(2) 聚合物顆粒沉積在水泥水化產(chǎn)物凝膠/未水化水泥顆?；旌衔锏谋砻?
(3) 聚合物顆粒形成連續(xù)緊密的堆積層;
(4) 在水泥水化過程中緊密堆積的聚合物顆粒聚集成連續(xù)的薄膜，將水化產(chǎn)物粘接在一起形成完整的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
Jakob等[6]也認(rèn)為，可再分散乳膠粉的分散乳液在干燥后可形成不溶于水的連續(xù)膜(聚合物網(wǎng)絡(luò)體)，這種低彈性模量的聚合物網(wǎng)絡(luò)體可使水泥性能得以改善;同時(shí)，聚合物分子中的某些極性基團(tuán)與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成了特殊橋鍵，改善了水泥水化產(chǎn)物的物理組織結(jié)構(gòu)，緩解并減少了裂紋的產(chǎn)生。
同濟(jì)大學(xué)材料學(xué)院王茹教授等[7]研究發(fā)現(xiàn)，摻入可再分散乳膠粉后，水泥初期水化速率減慢，聚合物膜可以部分或全部包裹水泥顆粒，從而使水泥得到充分水化，使其各項(xiàng)性能得以提高。
3.2 對(duì)水泥基材料粘結(jié)強(qiáng)度的影響
Mangat[8]認(rèn)為乳液和可再分散乳膠粉在成膜后可在不同材料上形成高抗拉強(qiáng)度和粘結(jié)強(qiáng)度，它們?cè)谏皾{中作為第二粘結(jié)劑與無機(jī)粘結(jié)劑水泥相互結(jié)合，水泥和聚合物分別發(fā)揮相應(yīng)的特長，使砂漿的性能得以改善。Roger Zurbriggen[9]通過對(duì)聚合物-水泥復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，認(rèn)為摻加可再分散乳膠粉可使聚合物成膜并成為孔壁的一部分，通過內(nèi)部作用力使砂漿形成一個(gè)整體，提高了砂漿的內(nèi)聚強(qiáng)度，從而提高了砂漿的破壞應(yīng)力并增加了極限應(yīng)變。Schulze等[10]研究了砂漿中可再分散乳膠粉的長期性能，通過SEM觀察到，經(jīng)過10年的時(shí)間，聚合物在砂漿中的微觀結(jié)構(gòu)形態(tài)仍沒有發(fā)生變化，保持了穩(wěn)定的粘結(jié)、抗折和抗壓強(qiáng)度以及良好的憎水性能。王子明等[11]就可再分散乳膠粉對(duì)瓷磚粘結(jié)劑強(qiáng)度的形成機(jī)理進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)在聚合物干燥成膜之后，聚合物膜一方面在砂漿和瓷磚之間形成柔性連接，另一方面，在新拌砂漿中聚合物使砂漿含氣量增加，并影響到表面的形成和可潤濕性，隨后在凝結(jié)過程中，聚合物還會(huì)對(duì)粘結(jié)劑中水泥的水化過程和收縮產(chǎn)生較佳的影響，所有這些都會(huì)對(duì)提高粘結(jié)強(qiáng)度有較佳的幫助。
喬淵等[12]認(rèn)為，在砂漿中加入可再分散乳膠粉可顯著提高與其它材料的粘結(jié)強(qiáng)度，原因在于親水性乳膠粉與水泥懸浮體的液相一起向基體的孔隙及毛細(xì)管內(nèi)滲透，乳膠粉在孔隙及毛細(xì)管內(nèi)成膜并牢牢地吸附在基體表面，從而保證了膠結(jié)材料與基體之間良好的粘結(jié)強(qiáng)度。
曾珍等[13]認(rèn)為乳膠粉對(duì)砂漿工作性能的優(yōu)化，是由于乳膠粉為帶有極性基團(tuán)的高分子聚合物，當(dāng)乳膠粉與EPS 顆粒拌合時(shí)，乳膠粉聚合物主鏈中的非極性鏈段就會(huì)與EPS的非極性表面發(fā)生物理吸附作用。而聚合物中的極性基團(tuán)就在EPS顆粒表面向外定向排列，使EPS顆粒由憎水性變?yōu)橛H水性，由于乳膠粉對(duì)EPS顆粒表面的改性作用，解決了EPS顆粒遇水易上浮，砂漿分層度大的問題。此時(shí)加入水泥拌合，EPS顆粒表面吸附的極性基團(tuán)就與水泥顆粒相互作用而緊密結(jié)合，從而使EPS保溫砂漿的和易性得到顯著改善。這表現(xiàn)在EPS顆粒很容易被水泥漿體潤濕，兩者間的結(jié)合力大大提高。
3.3 對(duì)水泥基材料柔韌性的影響
鞠麗艷等[14]認(rèn)為，可再分散乳膠粉能改善砂漿的抗彎強(qiáng)度、附著強(qiáng)度等性能，是因?yàn)槠淇梢栽谏皾{顆粒表面形成聚合物膜，膜上部分表面有氣孔，而氣孔表面被砂漿填充，使應(yīng)力集中降低，并在外力的作用下會(huì)產(chǎn)生松弛而不破壞。另外，砂漿在水泥水化后形成剛性骨架，而在骨架內(nèi)的聚合物具有活動(dòng)接頭的功能，類似于人體的組織，聚合物形成的膜可以比喻為關(guān)節(jié)、韌帶，從而保證剛性骨架的彈性和韌性。
有觀點(diǎn)認(rèn)為，在聚合物改性水泥砂漿系統(tǒng)中，連續(xù)完整的聚合物膜與水泥漿體及砂粒交織在一起，使得整個(gè)砂漿整體更細(xì)密，同時(shí)通過填充毛細(xì)管與空腔使整體成為一個(gè)富有彈性的網(wǎng)絡(luò)。因此，聚合物膜能有效傳遞壓力及彈性張力。聚合物薄膜可以對(duì)聚合物-砂漿界面處的收縮裂縫進(jìn)行橋連，并使收縮裂縫得以愈合，提高砂漿的封閉性及內(nèi)聚強(qiáng)度。其中高柔性和高彈性聚合物區(qū)域的存在改善了砂漿的柔性和彈性，為剛性的骨架提供了內(nèi)聚性和動(dòng)態(tài)行為。當(dāng)施加外力時(shí)，由于柔性和彈性的改善會(huì)使微裂縫擴(kuò)展過程推遲，直到達(dá)到更高的應(yīng)力時(shí)才形成?；ハ嘟豢椀木酆衔飬^(qū)域?qū)ξ⒘芽p合并為貫穿裂縫也發(fā)揮了一定阻礙作用。因此，可再分散乳膠粉提升了材料的破壞應(yīng)力和破壞應(yīng)變。
3.4 對(duì)水泥基材料耐久性的影響
Ohama[15]指出，聚合物連續(xù)膜的形成對(duì)聚合物改性水泥砂漿的性能極其重要。水泥漿體在凝結(jié)硬化過程中，內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生許多空腔，成為水泥漿體的薄弱部位。加入可再分散乳膠粉后，乳膠粉遇水立即分散為乳液，并聚集于富水區(qū)域(即空腔中)。隨著水泥漿體的凝結(jié)和硬化，聚合物顆粒的移動(dòng)受到了越來越多的限制，水與空氣的界面張力會(huì)促使它們逐漸排列到一起。當(dāng)聚合物顆粒開始相互接觸時(shí)，網(wǎng)絡(luò)狀的水分通過毛細(xì)管蒸發(fā)，聚合物在空腔四周形成了一層連續(xù)的薄膜，加強(qiáng)了這些薄弱部位。此時(shí)聚合物薄膜既能起到疏水作用，又不會(huì)堵塞毛細(xì)管，使材料具有良好的疏水性與透氣性。
Afridi等[16]發(fā)現(xiàn)，沒有加入聚合物的水泥砂漿是非常松散地聯(lián)系在一起，相反，聚合物改性水泥砂漿由于聚合物膜的存在而使得整個(gè)砂漿整體聯(lián)系得非常緊密，由此獲得了更佳的機(jī)械性能與耐候性。
喬淵等[12]認(rèn)為，乳膠粉改性水泥砂漿中，乳膠粉將增加水泥漿體的孔隙率，但減小了水泥漿體與骨料間的界面過渡區(qū)的孔隙率，結(jié)果使砂漿的總體孔隙率基本不變。乳膠粉成膜后可以更好地堵塞砂漿中的孔隙，使得水泥漿體與骨料界面過渡區(qū)結(jié)構(gòu)更加致密，乳膠粉改性砂漿的抗?jié)B透性提高，增強(qiáng)了抵抗有害介質(zhì)侵蝕的能力，從而對(duì)砂漿耐久性的提高產(chǎn)生積極的作用。
4可再分散乳膠粉對(duì)水泥砂漿的性能影響
可再分散乳膠粉有良好的可再分散性，與水接觸時(shí)重新分散成乳液，并且其化學(xué)性能與初始乳液幾乎完全相同。在水泥或石膏基干粉預(yù)拌砂漿中添加可分散乳液膠粉，可改善砂漿的多種性能，如：提高材料的黏結(jié)力和內(nèi)聚力;降低材料的吸水性和材料的彈性模量;增強(qiáng)材料的抗折強(qiáng)度、抗沖性、耐磨性和耐久性;提高材料的施工性能等。
4.1 力學(xué)性能和耐水性
在水泥砂漿中摻入乳膠粉，會(huì)形成高柔性和高彈性聚合物網(wǎng)狀膜，從而顯著改善砂漿的性能，尤其是砂漿的抗拉強(qiáng)度得到大幅度提高。當(dāng)施加外力時(shí)，由于砂漿整體內(nèi)聚力的提高和聚合物的柔彈性作用，會(huì)抵消或減緩微裂紋的發(fā)生。
周竹發(fā)等[17]研究了乳膠粉摻量對(duì)保溫砂漿強(qiáng)度的影響，發(fā)現(xiàn)保溫砂漿拉伸粘結(jié)強(qiáng)度隨著乳膠粉摻量的增加而提高;抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度則隨著乳膠粉摻量的增加有一定程度的下降，但仍可滿足墻體外飾面的要求。
郭金敏等[18]的研究發(fā)現(xiàn)，摻乳膠粉的水泥砂漿，其28d的粘結(jié)強(qiáng)度隨乳膠粉摻量的增加而增大。隨著乳膠粉摻量的增加，水泥砂漿與舊水泥混凝土表面的粘結(jié)能力提高，保證了其用于修補(bǔ)水泥混凝土路面與其他構(gòu)造物的獨(dú)特優(yōu)勢。且砂漿折壓比隨乳膠粉摻量的增加而增大，表面砂漿的柔韌性提高。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，隨著乳膠粉摻量的增加，砂漿的彈性模量先降低而后增大。從總體來看，隨著聚灰比的增大，砂漿彈性模量、變形模量比普通砂漿降低。
李霞等[19]的研究發(fā)現(xiàn)，乳膠粉摻量的變化對(duì)地聚合物砂漿抗彎強(qiáng)度的影響非常明顯。乳膠粉摻量為3%，6%和10%，可使粉煤灰-偏高嶺土地聚合物砂漿的抗彎強(qiáng)度分別提高1.8，1.9和2.9倍。粉煤灰-偏高嶺土地聚合物砂漿抵抗變形的能力隨乳膠粉摻量的增加而增大。乳膠粉摻量為3%，6%和10%時(shí)，粉煤灰-偏高嶺土地聚合物的抗彎韌性分別增加了0.6，1.5和2.2倍。
王培銘等[20]研究發(fā)現(xiàn)，SAE乳膠粉顯著提高了水泥砂漿的抗折和粘結(jié)抗拉強(qiáng)度，從而改善了水泥砂漿的柔韌性并提高了水泥砂漿-混凝土以及水泥砂漿-EPS板系統(tǒng)的界面區(qū)粘結(jié)抗拉強(qiáng)度。
王春久等[21]的研究也得出相似的結(jié)論：聚灰比在0.3-0.4 時(shí)，聚合物改性水泥砂漿的斷裂延伸率由不足0.5%躍升至接近20%，從而使該材料產(chǎn)生由剛性到柔性的轉(zhuǎn)變，進(jìn)一步增加聚合物的摻量可以獲得更加優(yōu)異的柔韌性。
Roger Zurbriggen[22]的研究表明，提高砂漿中乳膠粉的摻量可以改善柔性。聚合物摻量約為15%時(shí)，砂漿柔性發(fā)生了顯著的變化，高于這一摻量時(shí)，砂漿柔性隨乳膠粉摻量的增加，提高的幅度明顯加大。
徐龍貴等[23]通過橋接裂縫能力和橫向變形試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著乳膠粉摻量的增加(從10%增加到16%)，砂漿的柔性在逐漸增大，動(dòng)態(tài)的橋接裂縫能力(7d)由0.19mm增加到0.67mm，而橫向變形(28d)由2.5mm增加到6.3mm。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)乳膠粉摻量的增加可略微提高砂漿背水面的抗?jié)B壓力，且能降低砂漿的吸水率。隨著乳膠粉摻量的增加，砂漿的長期耐水能力逐漸下降。調(diào)節(jié)乳膠粉的摻量為10%-16%時(shí)，可以使改性水泥基漿料獲得良好柔韌性的同時(shí)，還具有優(yōu)異的長期耐水性。
4.2 工作性
周竹發(fā)等[17]的研究發(fā)現(xiàn)，隨著乳膠粉摻量的增加，砂漿內(nèi)聚性和保水性明顯提高，工作性能得以優(yōu)化。當(dāng)乳膠粉摻量達(dá)到2.5%時(shí)，砂漿的工作性能完全可以滿足施工要求。如果乳膠粉摻量過高，EPS保溫砂漿的粘性過大，流動(dòng)性小，并不利于施工，而且砂漿成本增大。
王培銘等[20]的研究發(fā)現(xiàn)，SAE乳膠粉具有一定的減水作用。在同一流動(dòng)度情況下，隨SAE乳膠粉摻量的增加，水泥砂漿的用水量逐漸降低，減水率逐漸上升;摻加SAE乳膠粉的可在新拌水泥砂漿中引入9.8%-13.0%的含氣量;水泥砂漿的保水性隨SAE乳膠粉的摻加得到明顯改善;SAE乳膠粉提高了水泥砂漿在新拌階段以及硬化階段的保水能力，有效阻止了水分的散失。
5結(jié)語
目前，可再分散乳膠粉作為建筑砂漿的添加劑，發(fā)揮了重要作用。在砂漿中摻加可再分散乳膠粉，可以配制瓷磚膠、保溫砂漿、自流平砂漿、膩?zhàn)?、抹灰砂漿、裝飾砂漿、勾縫劑、修補(bǔ)砂漿和防水密封材料等多種砂漿產(chǎn)品，擴(kuò)展了建筑砂漿的應(yīng)用范圍和應(yīng)用性能。當(dāng)然，可再分散乳膠粉與水泥、摻合料和外加劑等存在適應(yīng)性問題，這一點(diǎn)在具體應(yīng)用時(shí)給予足夠的重視。
可再分散乳膠粉在水泥砂漿中的應(yīng)用及機(jī)理 最新評(píng)論:
