孫義牛，陳方博，吳 霞，劉 錦

（沙索（中國(guó)）化學(xué)有限公司，江蘇南京 210047）

可再分散乳膠粉是特種砂漿中常用的有機(jī)外加劑，是合成樹脂乳液加入其他物質(zhì)改性后，經(jīng)噴霧干燥得到的具有可再分散性的聚合物粉末。趙海鑫等［1］研究發(fā)現(xiàn)膠粉對(duì)新拌砂漿的物理性能和硬化砂漿的力學(xué)性能有很大影響；膠粉摻量較低時(shí)，修補(bǔ)砂漿工作性能顯著改善，抗壓強(qiáng)度明顯增大，抗折強(qiáng)度和拉伸粘接強(qiáng)度也有不同程度提高。滕朝暉［2］探討了膠粉的作用機(jī)理，同時(shí)研究了膠粉摻量對(duì)砂漿粘接強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度和抗凍融能力等影響。朱瑤宏等［3］研究發(fā)現(xiàn)PVA 可再分散乳膠粉對(duì)混凝土的電阻率和抗?jié)B性有明顯改善作用。Mansur等［4］發(fā)現(xiàn)用EVA膠粉改性砂漿，可以使砂漿和瓷磚的界面粘結(jié)強(qiáng)度提升40%。Medeiros 等［5］發(fā)現(xiàn)修補(bǔ)砂漿中加入EVA 膠粉和丙烯酸酯類聚合物，可以大幅度改善修補(bǔ)砂漿與基面的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度。迄今為止，國(guó)內(nèi)外對(duì)膠粉的研究多集中在不同種類和不同摻量下膠粉對(duì)特種砂漿各方面性能的影響，而對(duì)于膠粉分子基團(tuán)與特種砂漿工作性能和力學(xué)性能關(guān)系的研究還基本空白，這給特種砂漿產(chǎn)品開發(fā)和調(diào)試過程中膠粉的選用帶來了困難。

面層自流平砂漿是一種比較高端的特種砂漿，由水泥、石英砂、無機(jī)填料及外加劑組成，廣泛應(yīng)用于家裝及商業(yè)地坪。面層自流平通常大面積施工，施工厚度僅為6 mm 左右，故材料要具有優(yōu)異的工作性能、抗折抗壓強(qiáng)度和低收縮性?？稍俜稚⑷槟z粉在面層自流平材料中至關(guān)重要。李文杰等［6］發(fā)現(xiàn)摻入一定量可再分散乳膠粉有助于提高自流平砂漿的穩(wěn)定性、抗折強(qiáng)度，起到增強(qiáng)增韌效果。戴浩等［7］發(fā)現(xiàn)可再分散乳膠粉可提高自流平砂漿的耐磨性。劉德春等［8］發(fā)現(xiàn)摻入可再分散乳膠粉后，自流平砂漿的抗壓強(qiáng)度略微降低，初凝時(shí)間增加，壓折比、收縮率降低。本文將5 種市售可再分散乳膠粉應(yīng)用于自流平砂漿中，表征分析其分子基團(tuán)和分子量，研究其分子基團(tuán)對(duì)面層自流平砂漿工作性能、力學(xué)性能和限制膨脹率的影響，為特種砂漿研究人員根據(jù)分子基團(tuán)選用合適的膠粉產(chǎn)品提供便利。

1 試驗(yàn)過程

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用原材料如表1所示。其中，P·O 42.5R普通硅酸鹽水泥的物性參數(shù)如表2所示。

表1 試驗(yàn)用原材料Table 1 Raw materials for test

表2 P·O 42.5R水泥的物性參數(shù)Table 2 Physical property of P·O 42.5 cement

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 可再分散性乳膠粉分子基團(tuán)分析

用三氯甲烷分別將5種膠粉溶解后，用ECX-400 核磁共振譜儀（日本電子制）依次對(duì)5 種膠粉進(jìn)行1H-NMR（核磁共振氫譜）和13C-NMR（核磁共振碳譜）表征，分析其分子基團(tuán)。NMR 表征儀器試驗(yàn)參數(shù)如表3所示。

表3 NMR表征儀器試驗(yàn)參數(shù)Table 3 Test parameter of NMR characterization instrument

1.2.2 可再分散乳膠粉分子量分析

用取樣器取20 mg 試樣，加入20 mL THF（四氫呋喃）攪拌溶解后過濾，用HLC-8220 凝膠液相色譜儀（東曹達(dá)制）對(duì)可溶成分進(jìn)行GPC 表征。GPC試驗(yàn)參數(shù)如表4所示。

表4 GPC試驗(yàn)參數(shù)Table 4 Test parameter of GPC

1.2.3 配料與攪拌

按照表5 與表6 所列配方配制自流平砂漿No.1~No.5，攪拌2 min，測(cè)量容重和初始流動(dòng)度、20 min 流動(dòng)度，然后分別澆筑40 mm×40 mm×160 mm抗折抗壓強(qiáng)度試塊和限制膨脹率試塊。1 d后脫模，放入養(yǎng)護(hù)箱養(yǎng)護(hù)（溫度20 ℃，濕度60%）。

表5 基礎(chǔ)材料配方Table 5 Formulation of basic materials

表6 試驗(yàn)配方Table 6 Formulation of test

1.2.4 物性測(cè)試

（1）流動(dòng)度測(cè)試

根據(jù)JC/T 985—2017《地面用水泥基自流平砂漿》［9］，在有機(jī)玻璃板上分別測(cè)定自流平砂漿的初始流動(dòng)度和20 min流動(dòng)度。

（2）容重、初凝時(shí)間測(cè)定

根據(jù)JGJ 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》［10］，分別測(cè)定自流平砂漿的容重和初凝時(shí)間。

（3）抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度測(cè)試

根據(jù)GB 17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）》［11］，用最大量程300 kN的抗折抗壓試驗(yàn)機(jī)測(cè)量1、3、7、14、28 d 的自流平砂漿抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度。

（4）限制膨脹率測(cè)試

根據(jù)GB 23439—2009《混凝土膨脹劑》［12］，測(cè)定縱向限制器的長(zhǎng)度L0，然后將縱向限制器放入模具中，澆筑40 mm×40 mm×160 mm 的自流平砂漿試塊；1 d 后脫模，用數(shù)顯比長(zhǎng)計(jì)分別測(cè)定1、3、7、14、21、28 d 的試件長(zhǎng)度Lt，根據(jù)公式（1）計(jì)算相應(yīng)的限制膨脹率ε。

式中：Lt為第t天的試件實(shí)測(cè)長(zhǎng)度，mm；L0為自流平砂漿澆筑前縱向限制器的長(zhǎng)度，即初始長(zhǎng)度，mm。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 可再分散性乳膠粉的分子基團(tuán)表征

NMR 表征5 種膠粉分子基團(tuán)的結(jié)果如表7 所示。從表7中可以看出：

表7 NMR表征分析結(jié)果Table 7 NMR characterization analysis results

（1）膠粉1、膠粉2、膠粉3 為EVA 系膠粉，膠粉1 僅含有EVA 基團(tuán)，膠粉2 與膠粉3 含有EVA和聚氧化乙烯（PEO）基團(tuán)。

（2）膠粉4 與膠粉5 為聚丙烯酸丁酯系膠粉。膠粉4 含有聚丙烯酸丁酯與叔碳酸樹脂基團(tuán)，膠粉5 含有聚丙烯酸丁酯與甲基丙烯酸甲酯基團(tuán)（MMA）基團(tuán)。

2.2 分子量的測(cè)定

5 種膠粉的數(shù)均分子量Mn、重均分子量Mw和重均數(shù)均比Mw/Mn分別如圖1~圖3所示。從圖1~圖3中可以看出：

（1）膠粉1、膠粉2、膠粉3 的數(shù)均分子量超過10萬(wàn)，重均分子量超過50萬(wàn)；

（2）膠粉4、膠粉5 的數(shù)均分子量小于10 萬(wàn)，重均分子量小于30萬(wàn)；

（3）膠粉1~膠粉3 的重均數(shù)均比明顯大于膠粉4、膠粉5。

EVA 系膠粉的分子量大于聚丙烯酸丁酯系膠粉的分子量。

2.3 工作性能結(jié)果分析

添加5 種不同膠粉的自流平砂漿（試驗(yàn)編號(hào)No.1~No.5）的流動(dòng)度、容重和初凝時(shí)間分別如圖4~圖6所示。從圖4~圖6中可以看出：

（1）膠粉的分子基團(tuán)組成和分子量對(duì)自流平砂漿的流動(dòng)度有明顯影響。與EVA 系膠粉（No.1、No.2、No.3）相比，使用聚丙烯酸丁酯體系膠粉（No.4、No.5）的自流平砂漿流動(dòng)性更優(yōu)。使用EVA 系膠粉的自流平砂漿，No.2 與No.3 的流動(dòng)性明顯比No.1更優(yōu)；使用聚丙烯酸丁酯體系膠粉的自流平砂漿，No.5 的流動(dòng)度比No.4 的流動(dòng)度更優(yōu)。

（2）No.1~No.5的容重相差不大，說明相同摻量下，膠粉的分子基團(tuán)對(duì)自流平砂漿的容重幾乎無影響。

（3）添加EVA 系膠粉的自流平砂漿，No.2 與No.3 的初凝時(shí)間大于No.1；添加聚丙烯酸丁酯體系膠粉的自流平砂漿，No.4 的初凝時(shí)間少于No.5。

相同摻量下，不同分子基團(tuán)構(gòu)成的膠粉對(duì)自流平砂漿容重?zé)o明顯影響。膠粉的分子量越低，自流平砂漿的流動(dòng)性越好。EVA 系膠粉的分子基團(tuán)中含有PEO 基團(tuán)，膠粉的緩凝作用更強(qiáng)，砂漿的流動(dòng)度更好。這是因?yàn)樵贓VA 主鏈上接枝PEO 基團(tuán)，可以使EVA 膠粉在濕拌砂漿中保持較高的分散性和分散保持性，同時(shí)賦予膠粉一定的緩凝性能［13］。對(duì)于聚丙烯酸丁酯體系膠粉，與叔碳酸乙烯基團(tuán)相比，分子基團(tuán)中含有MMA 基團(tuán)，膠粉的緩凝作用更強(qiáng)，砂漿的流動(dòng)度更好。這是因?yàn)樵跐癜枭皾{中，膠粉溶解，在砂漿表面形成一層乳膠膜，叔碳酸乙烯基團(tuán)提高了乳膠膜的疏水性能和即粘強(qiáng)度、初粘強(qiáng)度，加快了乳膠膜的固化。而MMA 基團(tuán)則改善了乳膠膜的凍融穩(wěn)定性，延長(zhǎng)了乳膠膜的固化時(shí)間，但是對(duì)其即粘強(qiáng)度、初粘強(qiáng)度則沒有影響［14］。

2.4 力學(xué)性能分析

5 種自流平砂漿的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度如圖7、圖8所示。

從圖7、圖8中可以看出，No.1、No.2、No.3的抗折抗壓強(qiáng)度幾乎相同，No.5的抗折抗壓強(qiáng)度比No.4高。

EVA 系膠粉中，PEO 基團(tuán)對(duì)自流平砂漿的抗折抗壓強(qiáng)度幾乎無影響。聚丙烯酸丁酯系膠粉中，與叔碳酸乙烯基團(tuán)相比，使用含MMA 基團(tuán)的膠粉的自流平砂漿抗折抗壓性能更優(yōu)。這是因?yàn)楹蠱MA 基團(tuán)的膠粉使自流平砂漿具有更優(yōu)的流動(dòng)度和更強(qiáng)的緩凝性。

2.5 限制膨脹率性能

一般來說，自流平砂漿中添加膠粉后，可以大大增大限制膨脹率，防止收縮開裂。5 種自流平砂漿的限制膨脹率如圖9所示。

從圖9中可以看出：

（1）No.1~No.5 的限制膨脹率均為先增大后減??；

（2）使用EVA 系膠粉時(shí)，與No.1、No.3 相比，No.2 的限制膨脹率最大，其抗收縮開裂性能最優(yōu)；

（3）使用聚丙烯酸丁酯系膠粉時(shí)，No.5 的限制膨脹率比No.4稍大，其抗收縮開裂性能較優(yōu)。

綜上所述，EVA 系膠粉中，含有PEO 基團(tuán)的膠粉有利于增大自流平砂漿的限制膨脹率。這是因?yàn)楹蠵EO 基團(tuán)的膠粉使自流平初凝時(shí)間延長(zhǎng)，抗收縮開裂性能增強(qiáng)。聚丙烯酸丁酯體系膠粉中，與叔碳酸乙烯基團(tuán)相比，含有MMA 基團(tuán)的膠粉有利于增大自流平的限制膨脹率。這同樣因?yàn)楹蠱MA 基團(tuán)的膠粉使自流平初凝時(shí)間延長(zhǎng)，限制膨脹率增大。

3 結(jié)論

本文表征分析了市售5 種可再分散乳膠粉的分子基團(tuán)和分子量，比較了5 種膠粉對(duì)自流平的工作性能、抗折抗壓性能和限制膨脹率的影響，結(jié)論如下：

（1）5 種膠粉分屬EVA 體系和聚丙烯酸丁酯體系。EVA 體系膠粉的分子量大于聚丙烯酸丁酯體系膠粉的分子量。

（2）對(duì)于EVA 體系來說，膠粉中含有PEO 基團(tuán)，則自流平的工作性能、抗折抗壓強(qiáng)度和限制膨脹率較優(yōu)。這是因?yàn)镻EO 基團(tuán)提高了EVA 膠粉在濕拌砂漿中的分散性和緩凝作用。

（3）對(duì)于聚丙烯酸丁酯體系來說，膠粉中含有MMA 基團(tuán)，則面層自流平的工作性能、抗折抗壓強(qiáng)度和限制膨脹率較優(yōu)。這是因?yàn)镸MA 基團(tuán)增強(qiáng)了膠粉的緩凝作用，且對(duì)乳膠膜即粘強(qiáng)度和初粘強(qiáng)度沒有影響。