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可再分散乳膠粉在砂漿中的作用機理

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可再分散乳膠粉與其他無機膠黏劑(如水泥、熟石灰、石膏、黏土等)以及各種骨料、填料和其他添加劑[如纖維素、澱粉醚、木質纖維等]經物理混合製成幹拌砂漿。當幹粉砂漿加入水中攪拌時,在親水性的保護膠體以及機械剪切力的作用下,乳膠粉顆粒可快速分散到水中,並足以使可再分散乳膠粉充分成膜。膠粉的組成不同,分別對砂漿的流變性以及各種施工性能產生影響:乳膠粉再分散時對水的親和性、乳膠粉分散後不同的黏度、對砂漿含氣量以及氣泡分布的影響,膠粉與其它添加劑的相互作用等,使不同的乳膠粉分別具有增加流動性、增加觸變性、增加黏度等作用。

一般認為,可再分散性乳膠粉改善新拌砂漿和易性的機理是:乳膠粉及保護膠體分散時對水的親和並增加了漿體的粘稠度,提高了施工砂漿的內聚力。含有乳膠粉分散液的新拌砂漿成型後,隨著基麵對水分的吸收、水化反應的消耗、向空氣的揮發,水分逐漸減少,顆粒逐漸靠近,界麵逐漸模糊,逐漸相互融合,最終聚合成膜。聚合物成膜的過程分為三個階段。第一階段,在初始乳液中聚合物顆粒以布朗運動的形式自由移動。隨著水分的蒸發,顆粒的移動自然受到了越來越多的限製,水與空氣的界麵張力促使它們逐漸排列在一起。第二階段,顆粒開始相互接觸時,網絡狀的水分通過毛細管蒸發,施加於顆粒表麵的高毛細張力引起乳膠球體的變形使它們融合在一起,剩餘的水分填充在孔隙中,膜大致形成。第三階段,最後階段使聚合物分子的擴散(有時稱為自黏性)相成真正的連續膜。在成膜過程中,孤立的可移動的乳膠顆粒固結為新的薄膜相,該薄膜具有較高的拉應力。顯然,為了使可再分散乳膠粉能夠再硬化沙漿內成膜,必須保證最低成膜溫度(MFT)低於砂漿的養護溫度。

膠體必須從聚合物膜的體係中分離出去。這在堿性的水泥砂漿體係不是難題,因為會被水泥水化生成的堿所皂化,同時石英材料的吸附作用使得逐漸從體係中分離,沒有了親水性的保護膠體,可再分散乳膠粉一次分散所成的膜就可不但在幹燥條件,也可在長期浸水的條件發揮作用。

隨著聚合物薄膜的最終形成,在固化的砂漿中形成了由無機與有機黏結劑結構的體係,即水硬性材料構成的脆硬性骨架,以及可再分散乳膠粉在間隙與固體表麵成膜構成的柔性網絡。由於乳膠粉形成的高分子薄膜的拉伸強度得以增強、內聚力得以提高。由於聚合物的柔性,變形能力遠高於水泥石剛性結構,砂漿的變形性能得以提高,分散應力的作用大幅度提高,從而提高了砂漿的抗裂能力。

隨著可再分散乳膠粉摻量的提高,整個體係向塑料方向發展。在高乳膠粉摻量的情況下,固化後砂漿中的聚合物相逐漸超過無機水化產物相,砂漿將發生質的變化,變成彈性體,同時水泥的水化產物變成一種“填料”。采用可再分散乳膠粉改性後砂漿的抗拉強度、彈性、柔性和封閉性均有提高。摻和可再分散乳膠粉可使聚合物膜(乳膠膜)形成並構成孔壁的一部分,從而對砂漿的高孔隙構造起到了封閉的作用。乳膠膜具有自拉伸機製,可對其與砂漿錨接處施加拉力。通過這些內部作用力,將砂漿保持為一個整體,從而提高砂漿的內聚強度。高柔性和高彈性聚合物的存在改善了砂漿的柔性和彈性。屈服應力和破壞強度提高的機理如下:當施加作用力時,由於柔性和彈性的改善會使微裂縫推遲,直到達到更高的應力時才形成。此外,互相交織的聚合物區域對微裂縫合並為貫穿裂縫也有阻礙作用。因此,可再分散乳膠粉提升了材料的破壞應力和破壞應變。

聚合物改性砂漿中的聚合物膜對硬化砂漿具有十分重要的作用效果。分布於界麵上的可再分散乳膠粉經分散、成膜又起到了另一種關鍵的作用,即增加了對所接觸材料的黏結性。粉末聚合物改性瓷磚黏結砂漿與瓷磚界麵區的微結構中,聚合物形成的膜在吸水率極低的玻化瓷磚與水泥砂漿基體之間形成了橋聯。兩種不同材料之間的接觸區時收縮裂縫形成並導致黏結力損失的特殊高危區域。所以,乳膠膜使收縮裂縫得以愈合的能力對於瓷磚膠黏劑具有重要的作用。

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