1 ·引言

　　近年來，隨著對(duì)建筑舒適性要求的提高和能源的Et趨緊張，人們開始關(guān)注建筑的居住環(huán)境和使用能耗。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，社會(huì)總能耗中建筑能耗比例較大，在發(fā)達(dá)國(guó)家占40%左右，在我國(guó)占30% 左右。為降低建筑單位面積能耗，提高能源利用率，20世紀(jì)40年代瑞典和德國(guó)嘗試使用外墻外保溫系統(tǒng)，該系統(tǒng)是由保溫層、保護(hù)層和固定材料(膠黏劑、錨固件)構(gòu)成并安裝在外墻外表面的非承重保溫構(gòu)造。

　　與外墻內(nèi)保溫相比，能免去熱橋效應(yīng)，節(jié)省室內(nèi)空問，對(duì)主體結(jié)構(gòu)有很好的圍護(hù)作用，施工、維修方便，投資增加不多，綜合經(jīng)濟(jì)效益顯著。它的應(yīng)用，不僅改善了室內(nèi)居住環(huán)境，同時(shí)可節(jié)約能源，降低建筑物的使用成本。目前已在歐洲、美國(guó)等地得到廣泛的使用。

　　我國(guó)大面積推廣應(yīng)用外墻外保溫技術(shù)起步較晚(2000年之后)，工程量不大，但質(zhì)量問題不少，主要是保護(hù)層開裂和瓷磚空鼓脫落，也有個(gè)別工程出現(xiàn)保溫層被大風(fēng)刮掉，雨水通過裂縫滲至內(nèi)表面等嚴(yán)重問題。這些問題的出現(xiàn)，大多是由于黏接保溫層與墻基體及裝飾面等結(jié)構(gòu)間的膠黏劑質(zhì)量不高造成的。膠黏劑的耐水性、耐堿性、耐候性等方面的不足是造成外保溫工程質(zhì)量問題的關(guān)鍵因素。研究開發(fā)高性能、適用于不同保溫材料的系列膠粘劑對(duì)于大范圍實(shí)施外墻外保溫技術(shù)至關(guān)重要。

　　2 ·膠黏劑

　　此處所述膠黏劑是指專用于把膨脹聚苯板等保溫材料粘接到基層墻體的工業(yè)產(chǎn)品，是特種商品砂漿的一種產(chǎn)品 。外墻外保溫專用膠黏劑一般由改性高分子聚合物、無機(jī)膠凝材料、特殊級(jí)配細(xì)集料、外加劑和水按一定比例配比，混合攪拌而成。其中無機(jī)膠凝材料，以水泥最為常見，細(xì)集料多為石英砂、河沙等。按產(chǎn)品供給形式，膠黏劑有單組分砂漿和雙組分砂漿兩種：?jiǎn)谓M分是在工廠里預(yù)混合好的干粉狀膠黏劑，在施工現(xiàn)場(chǎng)只需按使用說明加入一定比例的拌和用水，攪拌均勻即可使用;雙組分是在工廠生產(chǎn)的液狀膠黏劑，在施工現(xiàn)場(chǎng)按使用說明加入一定比例的水泥或有廠商提供的干粉料，攪拌均勻即可使用。

　　單組分砂漿材料運(yùn)輸和拌合相對(duì)簡(jiǎn)單，配合比例也容易控制，受到現(xiàn)場(chǎng)施工人員青睞。該砂漿所用改性聚合物主要為乙烯一乙酸乙烯酯共聚物可再分散膠粉，該膠粉絕大多數(shù)依賴進(jìn)口，售價(jià)一直居高不下，由此配制的單組分砂漿價(jià)格較高。雙組分砂漿有固、液兩個(gè)組分，較單組分材料復(fù)雜一些，現(xiàn)場(chǎng)配制工序復(fù)雜，控制難度較大。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上，雙組分砂漿改性聚合物主要是聚丙烯酸酯類，耐水和耐老化性能較好，售價(jià)較低，性價(jià)比優(yōu)于單組分砂漿。在歐洲外墻外保溫系統(tǒng)主要以單組分砂漿形式供給，在我國(guó)外墻外保溫市場(chǎng)上除單組分砂漿外，雙組分砂漿應(yīng)用也占有一定的市場(chǎng)份額。

　　改性高分子聚合物是膠黏劑的重要組分，聚合物所成膠膜的耐水性、耐堿性、耐候性決定著膠黏劑的耐水性、耐堿性、耐候性。合成高性能高分子聚合物是研制膠黏劑的重要環(huán)節(jié)。另外，膠黏劑中，聚合物、水、水泥、砂等組分的配比對(duì)膠黏劑的綜合性能也有重要影響。

　　3 ·常用改性聚合物

　　高分子聚合物水泥砂漿作為新型膠凝材料，近年來，得到了人們?cè)絹碓蕉嗟闹匾暫蛻?yīng)用，水泥基聚合物復(fù)合材料已成為高分子復(fù)合材料中一個(gè)新的分支。該無機(jī)一有機(jī)復(fù)合材料在黏結(jié)強(qiáng)度、韌性、耐磨性、耐久性、耐腐蝕性、抗?jié)B性、抗凍性等方面均有較大程度的提高和改善。作為外墻外保溫系統(tǒng)用膠黏劑，高分子聚合物水泥砂漿能滿足其黏結(jié)強(qiáng)度等相關(guān)技術(shù)指標(biāo)要求，在西歐、美國(guó)等地已得到廣泛使用。

　　3.1 對(duì)聚合物的要求

　　聚合物水泥復(fù)合材料突出的特點(diǎn)是它由聚合物與水泥兩種活性組分構(gòu)成，為能有效地發(fā)揮聚合物和水泥這兩種材料各自的優(yōu)越性，一般情況下，聚合物應(yīng)滿足下列要求：① 聚合物可以溶解或均勻分散在水溶液中。外觀無粗糙的顆粒、結(jié)塊。成膜性好，即在使用條件下聚合物乳液能在砂漿內(nèi)部形成連續(xù)性膜。氣候穩(wěn)定性好，0℃ 以上的氣候條件下，運(yùn)輸和儲(chǔ)運(yùn)有較好的穩(wěn)定性。②聚合物分散體應(yīng)對(duì)從水泥中析出的Ca2+、Al3+等陽離子的侵蝕，具有化學(xué)穩(wěn)定性和對(duì)攪拌時(shí)產(chǎn)生的剪應(yīng)力等作用力具有力學(xué)穩(wěn)定性。③ 聚合物分散體內(nèi)所含乳化劑、穩(wěn)定劑、消泡劑等均不得妨礙水泥的水化硬化，在水泥攪拌過程中，要抑制聚合物分散體中所含乳化劑一起發(fā)泡。④聚合物砂漿應(yīng)具有優(yōu)良的黏結(jié)性、耐水性、耐堿性、耐候性。⑤原料國(guó)產(chǎn)化，性價(jià)比盡可能低。

　　3.2 常用改性聚合物種類

　　水泥與聚合物有效結(jié)合，形成的聚合物水泥砂漿，以其特有的性能為砂漿應(yīng)用相關(guān)領(lǐng)域所關(guān)注。聚合物的種類、水泥與聚合物之間的結(jié)合方式等因素對(duì)聚合物水泥砂漿的特性有很大的影響。目前，常用的聚合物材料主要有四類：

　　3.2.1 聚合物乳液

　　這是水基膠黏劑的一個(gè)重要類別，一般以水為分散介質(zhì)，聚合單體在乳化劑及引發(fā)劑作用下聚合而得。聚合物乳膠粒子穩(wěn)定地分散于水相中成為乳液，固含量可以人為控制。較常見的聚合物乳液主要有乙酸乙烯酯體系及丙烯酸酯體系。

　　乙酸乙烯酯乳液是重要的乳液膠黏劑之一，工程上常用有乙酸乙烯酯均聚物(PVAc)和乙烯一乙酸乙烯酯共聚物(VAE)兩類。乳液型丙烯酸酯膠黏劑是由丙烯酸酯類和甲基丙烯酸酯類共聚，或加入乙酸乙烯酯等其它單體共聚而成。丙烯酸酯類聚合物的黏結(jié)性、耐水性、耐堿性及耐候性較好，固含量較高，成膜溫度較低。丙烯酸乳液配制的聚合物水泥砂漿，除在砂漿內(nèi)部聚合形成聚合物網(wǎng)絡(luò)外，丙烯酸還可以在水泥水化產(chǎn)生的Ca2+ 作用下發(fā)生皂化反應(yīng)，生成的鈣鹽不溶于水，能增堵內(nèi)部毛細(xì)孔，增加密實(shí)性，提高體系強(qiáng)度和抗?jié)B防水能力 。一般丙烯酸類聚合物是多種單體的聚合物，研究和應(yīng)用比較廣泛的乳液有純丙乳液、苯丙(苯乙烯一丙烯酸酯類共聚物)乳液、乙丙(乙酸乙烯酯一丙烯酸酯類共聚物)乳液、硅丙(有機(jī)硅改性)乳液。另外，丁苯膠乳、氯丁膠乳和偏氯乙烯乳液應(yīng)用也較為普遍，目前占市場(chǎng)份額最大的是乙酸乙烯酯類乳液，僅次于脲醛樹脂膠，在膠黏劑生產(chǎn)中居第二位。

　　3.2.2 可再分散性聚合物粉末

　　可再分散性聚合物粉末，又叫可再分散性樹脂粉末、可再分散性聚合物乳膠粉、可再乳化聚合物膠粉等，是指通過乳液聚合后，經(jīng)噴霧干燥、冷凍干燥或旋轉(zhuǎn)閃蒸等工藝脫水粉化而得到的聚合物粉末，加水能重新分散在水中，生成穩(wěn)定的分散液，并具有原聚合物乳液的性能。與用聚合物乳液直接調(diào)配相比，此法不僅貯運(yùn)、保存方便，施工效率大大提高，而且混合均勻，施工質(zhì)量易于控制，但價(jià)格較高。可再分散性聚合物粉末種類繁多，常見產(chǎn)品有：乙烯一乙酸乙烯酯共聚物VAE、乙烯一乙酸乙烯酯一月桂酸乙烯酯共聚物、乙烯一乙酸乙烯酯一高級(jí)脂肪酸乙烯酯共聚物、丙烯酸酯一苯乙烯共聚物、乙酸乙烯酯一丙烯酸酯一高級(jí)脂肪酸乙烯酯共聚物、乙酸乙烯酯均聚物PVAc及苯乙烯一丁二烯共聚物SBR等，應(yīng)用最廣的是前三種，約占總量的80%。

　　可再分散性聚合物粉末在國(guó)外已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，產(chǎn)品性能優(yōu)越、種類繁多，應(yīng)用廣泛，而國(guó)內(nèi)的研究尚處于起步階段，只有少數(shù)高校和科研機(jī)構(gòu)做了一些研發(fā)工作，規(guī)模生產(chǎn)的廠家不多，只有山西三維、北京安順材料有限公司等幾家。目前可再分散性粉末分散性與耐水性、黏合性之間的矛盾還沒有很好地解決，在分子設(shè)計(jì)、耐水性改進(jìn)、乳液聚合、干燥工藝、作用機(jī)理及復(fù)配改性等方面還需要更深入的研究，但發(fā)展前景卻很廣闊。

　　3.2.3 水性聚合物

　　是將水溶性的天然聚合物或其化學(xué)改性物質(zhì)或水溶性的合成聚合物溶入水中而成，工藝簡(jiǎn)單、使用安全方便，有較好的耐受性。應(yīng)用最多的是聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯酰胺(PAM)、丙烯酸鹽、纖維素衍生物、呋喃苯胺樹脂等。這類水性聚合物能提高水相的黏度，從而用來提高水泥砂漿的黏結(jié)性。天然或合成纖維素衍生物類適用較少，如甲基纖維素、羥乙基纖維素等，主要用來調(diào)整聚合物水泥的黏結(jié)性，同時(shí)能起到一定的保水性。

　　3.2.4 液態(tài)聚合物

　　直接用于水泥砂漿改性的聚合物主要有低分子質(zhì)量環(huán)氧樹脂及不飽和聚氨樹脂，使用時(shí)加入相應(yīng)的固化劑。在水泥水化的同時(shí)，低分子環(huán)氧樹脂發(fā)生聚合反應(yīng)生成交聯(lián)的體形大分子，聚合形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)穿插水泥硬化漿體中，與水泥形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)其強(qiáng)度和抗?jié)B性。

　　4 ·膠黏劑配制設(shè)計(jì)中應(yīng)解決的問題

　　膠黏劑配制過程中，既要考慮到水泥的水化，又要考慮到聚合物的成膜性，除了要根據(jù)工作性質(zhì)、經(jīng)濟(jì)性、強(qiáng)度及耐久性進(jìn)行配制和設(shè)計(jì)之外，還要解決以下幾個(gè)問題。

　　4.1 水泥水化和聚合物成膜

　　水泥硬化時(shí)，將產(chǎn)生收縮空隙及裂縫，聚合物水泥砂漿就是利用聚合物填充水泥水化物和骨料之間的空隙，以絞點(diǎn)及膜的形式與水泥水化物結(jié)成一體，從而提高其綜合性能。只有當(dāng)膠乳在砂漿中形成連續(xù)的聚合物薄膜時(shí)，聚合物水泥砂漿才能獲得最佳性能。水泥在水化過程中從聚合物乳液中吸收水分使聚合物干燥，將有助于有機(jī)膜的形成。但是，有些聚合物成膜很快，如果水泥硬化過慢，則聚合物很難形成連續(xù)膜，而成為塊狀聚合物。這就要就在滿足強(qiáng)度及耐久性的前提下，盡可能采用早強(qiáng)水泥作為無機(jī)膠凝材料。相反，盡管有些樹脂聚合速度很快，但由于乳化樹脂中包含大量的水，且水泥、砂等骨料的存在阻礙了樹脂的迅速聚合，此時(shí)還需加入少量的促進(jìn)劑。

　　聚合物乳液中一般含有陰離子型乳化劑，在水泥水化過程中產(chǎn)生的Ca2+作用下，乳化劑乳化能力降低，易引起乳液凝聚，使其不能均勻分散。因此要求配制膠黏劑的乳液應(yīng)具有一定的離子穩(wěn)定性，或者在砂漿配制時(shí)加入阻止凝聚的穩(wěn)定劑。

　　4.2 水泥水化反應(yīng)的親水性和聚合物憎水性

　　在聚合物水泥砂漿中，水泥水化物顆粒和聚合物顆粒各自形成空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，如果在這兩個(gè)立體網(wǎng)接觸面上，存在形成較強(qiáng)結(jié)合力的結(jié)合點(diǎn)，則它們相互黏結(jié)穿插、交織，將更加緊密、牢固。但水泥需要大量的水，是親水性反應(yīng)，而聚合物大多不溶于水。由此在選擇乳液聚合單體時(shí)，應(yīng)選擇分子鏈上具有親水官能團(tuán)的，比如酯基，就可以和Ca2+和SiO2結(jié)合，生成較穩(wěn)定的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)，從而在水泥水化顆粒、聚合物分子、骨料之間形成以鈣離子為紐帶的聯(lián)合體，使它們聯(lián)結(jié)更加牢固。

　　4.3 水灰比

　　水灰比設(shè)計(jì)是聚合物水泥砂漿配合比設(shè)計(jì)中重點(diǎn)考慮的問題之一。在普通砂漿制備過程中，水灰比一般稍大于水泥水化反應(yīng)的臨界水灰比，多余的水分在水泥硬化時(shí)沁出并蒸發(fā)掉。而在聚合物水泥砂漿的制備過程中，水泥漿體周圍包裹了一層有機(jī)膜，阻止了水的沁出及蒸發(fā)，這樣一來，多余的水將被包裹在砂漿的孔隙中，既阻止了聚合物的形成，又降低了砂漿的強(qiáng)度，同時(shí)也使砂漿的抗凍融、抗腐蝕性能降低。所以，在聚合物水泥砂漿中水灰比必須稍小于臨界水灰比。如果水灰比過小，則水泥不能充分完成水化反應(yīng)，水泥的無機(jī)膠結(jié)作用將降低，勢(shì)必增大樹脂的用量，而使性能價(jià)格比減小;如果水灰比過大，則不利于聚合物成膜。在設(shè)計(jì)水灰比時(shí)，一定要計(jì)人乳化樹脂中的水量，否則就會(huì)使水量過大。

　　4.4 膠灰比

　　如果聚合物含量過/b(小于5%)則不能形成連續(xù)的聚合物薄膜。隨著聚合物含量的增大，聚合物水泥砂漿的綜合性能是提高的，但當(dāng)聚合物含量過高時(shí)，聚合物水泥砂漿的性能不會(huì)進(jìn)一步提高，而成本卻顯著提高，并且當(dāng)膠灰比大于0.25時(shí)，有膠乳沁出并在表面形成薄殼的趨勢(shì)。

　　4.5 濕養(yǎng)護(hù)與干養(yǎng)護(hù)

　　普通砂漿通常在濕養(yǎng)護(hù)下補(bǔ)充水分使水泥進(jìn)一步水化，強(qiáng)度進(jìn)一步提高，但聚合物水泥砂漿在濕養(yǎng)護(hù)下難以形成聚合物膜。目前，通常做法是濕養(yǎng)護(hù)一定時(shí)間后轉(zhuǎn)為干養(yǎng)護(hù)，濕養(yǎng)護(hù)有利于水泥的水化作用，干養(yǎng)護(hù)有利于聚合物乳液成膜和砂漿強(qiáng)度增長(zhǎng)，單一的濕養(yǎng)護(hù)或者干養(yǎng)護(hù)都不利于聚合物水泥砂漿強(qiáng)度的增長(zhǎng)。《聚合物改性水泥砂漿試驗(yàn)規(guī)程》中規(guī)定的養(yǎng)護(hù)方法是試件脫模后現(xiàn)在溫度為20℃±3℃ ，相對(duì)濕度80% 的濕養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)2 d(從加拌合水開始計(jì)算齡期)，再在20℃±3℃水中養(yǎng)護(hù)5 d，然后在干養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)21 d，共計(jì)28 d，再根據(jù)需要繼續(xù)養(yǎng)護(hù)到規(guī)定齡期取出測(cè)試。但在《墻體保溫用膨脹聚苯乙烯板膠黏劑》中關(guān)于膠黏劑拉伸粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)方法中，待檢試樣只在溫度23℃±2℃ ，相對(duì)濕度50%±10% 的標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)，該條件下養(yǎng)護(hù)不利于水泥水化，勢(shì)必會(huì)減弱膠黏劑黏結(jié)強(qiáng)度，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有較大影響，該標(biāo)準(zhǔn)有待進(jìn)一步完善。

　　5· 結(jié)束語

　　高分子聚合物改性水泥砂漿有優(yōu)良的黏結(jié)、抗裂、抗?jié)B、防腐蝕、耐磨等性能，作為膠黏劑能滿足外墻保溫系統(tǒng)對(duì)其黏結(jié)強(qiáng)度等指標(biāo)的要求，在實(shí)際的外保溫工程中已有應(yīng)用。合成高性能的改性高分子聚合物是研制高性能膠黏劑的重要內(nèi)容，目前國(guó)內(nèi)研究水平與國(guó)外差距較大，產(chǎn)品耐水性、耐堿性等有待提高。除此之外，聚合物水泥砂漿的結(jié)構(gòu)、性能與水泥的組成、砂粒的大小、水灰比、聚灰比等工藝參數(shù)的關(guān)系也是目前一個(gè)重要的研究方向。