聚合物保温砂浆建筑节能体系基本包括界面层、保温层、抗裂层和饰面层。在砂浆中掺入聚合物后，会引起砂浆性质的变化，如抗折性能的提高、抗压强度变化、刚性降低、柔性增加等。用于砂浆改性的聚合物有四类：(1)水溶性聚合物：如聚乙烯醇，聚丙烯酞氨，丙烯酸盐，纤维素衍生物等。(2)聚合物乳液：橡胶乳液，热塑性树脂乳液，沥青乳液等。(3)可再分散性聚合物粉料：乙烯-乙酸乙酷共聚物，苯乙烯-丙烯酸酷共聚物等。(4)液体聚合物：环氧树脂，不饱和聚酷树脂。 1聚合物在保温砂浆体系中的应用 1.1聚合物在改善保温砂浆流动性、减水性和保水性中的应用 由于聚合物颗粒引入空气滚珠效应以及聚合物乳液中表面活性剂的作用，一般聚合物的加入都能提高砂浆的流动性能。当一定稠度时，加入混合物乳液可以减少用水量，从而起到减水的作用，减水率随聚合物加入量的增加而提高，且减水作用对提高混凝土强度和降低混凝土的干缩起到了很大的影响。与普通砂浆相比，聚合物保温砂浆有相对好得多的保水性能。原因主要是聚合物乳液本身的亲水胶体属性和形成聚合物膜的填充及密封作用。因此，水泥水化的水基本上都保存在砂浆中，对大多数聚合物乳液体系来说，干养护比水养护要好得多。保水性与聚灰比有关，良好的保水性对于提高干养护的长期性有益。 1.2聚合物改善保温砂浆抗压强度和抗折强度的应用 聚合物改性砂浆的抗拉强度和抗折比砂浆有明显的提高，而抗压强度则没有明显的提高，甚至有所下降。抗拉和抗折强度的提高主要是由于聚合物本身较高的抗拉强度和水泥水化产物与骨料之间粘结的改善。丁苯胶乳(SBR)改性砂浆的抗拉强度随灰聚比的增加而增加(见表1)。聚合物的保水性能在砂浆后期强度的增强起重要的作用[1]。 表1丁苯胶乳改性砂浆的抗拉强度 聚灰比057.51012.51517.5 抗拉强度4.95.46.06.16.26.78.5 聚灰比越大，保水性能就越好，干养护后期强度增加越多。未改性砂浆由于不能继续水化，强度不再增强。钟世云和sakai等研究了相同水灰比条件下，聚灰比对改性砂浆力学性能的影响。改性砂浆的抗压强度随聚灰比的增加而减小，抗折强度的变化同聚合物的种类相关，丁苯乳胶，氯偏乳胶和氯丁乳胶改性的砂浆在聚灰比小于5％时，抗折强度均有所增加。在相同的流动条件下，由于聚合物乳液的减水作用，聚合物乳液改性砂浆的抗压强度和抗折强度都随聚灰比的增加而提高。 Schulz研究了可再分散聚合物粉末改性砂浆的抗压强度和抗折强度与水灰比和水泥含量的关系。在保持相同条件下，水灰比降低，改性砂浆的抗压强度进一步提高[2-5]。 1.3聚合物改善保温砂浆粘结性能和韧性的应用 聚合物改性砂浆的粘结一般比普通砂浆要好，这主要归功于聚合物的粘结能力。一般地，聚合物乳液改性的砂浆粘结强度随聚灰比增加而提高。水泥含量的增加，粘结强度会稍微增 加，但是远不如聚合物含量影响大。潮湿状态下，聚合物乳液改性砂浆的粘结强度比干燥状态下要差一些，但远优于未改性的砂浆。在其他条件相同情况下，聚合物改性砂浆韧性比普通砂浆要好得多。聚合物改性的砂浆冲击韧性随聚灰比提高而增大。表2列出了氯丁乳液(CR)改性砂浆的抗冲击性能，表明抗冲击性随聚灰比的增加而增加，当聚灰比达到20时，冲击韧性提高20％，韧性明显提高[6-8]。 表2氯丁胶乳改性水泥砂浆的抗冲击性能 聚灰比/％冲击强度/cm相对系数 0310 51033 1012340 151447 201447 在聚合物改性砂浆中，聚合物填充或封闭了砂浆中较大的孔隙，而且这种效应随灰聚比的提高而增强，所以聚合物改性的砂浆吸水性降低，不透水性提高。Saija[9]用聚丙烯酸乳液改性砂浆，吸水率下降可达到80％，改性砂浆的吸水率随聚灰比的增加而降低。不同的聚合物改性对吸水率的影响仍然有比较大的区别。不同类型聚合物改性砂浆吸水性和透水性，聚乙酸乙酷(PVAC)改性的耐水性相对比较差，乙烯/乙酸乙烯共聚物((EVA)的耐水性相对较好。 1.4聚合物提高保温砂浆耐候性的应用 聚合物本身一般都存在耐候性能较差的问题，引起耐候性能变差的原因有很多，主要影响因素是紫外线的影响。但实际上，由于聚合物一般被水泥和其他填料覆盖，挡住了紫外线直接照射，所以，聚合物改性砂浆中聚合物的性能基本不受紫外线的影响。经过长期的室外暴露，聚合物改性砂浆的强度基本保持跟最初一样，说明聚合物改性砂浆在耐候性方面不存在明显的老化问题[10-11]。 2聚合物在水泥砂浆中的作用机理 在砂浆中掺入聚合物后，会引起砂浆性质的变化，如抗折性能的提高、抗压强度变化、刚性降低、柔性增加等。聚合物对砂浆的改性作用，一般认为是聚合物在水泥浆和骨料间形成具有高粘结力的膜，并填充了砂浆中的空隙而实现的。砂浆中水泥的水化和聚合物成膜一同进行，形成水泥砂浆和聚合物膜相互交叉的网络结构，同时具有大量反应基团的聚合物可能会跟砂浆中的氢氧化钙表面或骨料表面的硅酸盐发生化学反应，从而可能增强水泥水化产物与骨料之间的结合力，从而改善砂浆的性能。对于聚合物改性砂浆的机理研究，最广为接受的是Ohama提出的模型。Ohama模型把聚合物改性混凝土的过程分为三个阶段[12]： 第一阶段：聚合物在水泥混凝土搅拌过程中加入混凝土或者砂浆中，聚合物颗粒均匀地分布在水泥砂浆中，形成聚合物水泥浆体，随着水泥的水化，水泥凝胶逐渐形成并且Ca(OH)2达到饱和。同时，聚合物颗粒沉积在水泥凝胶颗粒表面。 第二阶段：随着水量减少，水泥凝胶结构在发展，聚合物逐渐被限制在毛细孔隙中，随水化的进一步进行，毛细孔隙中的水量逐渐减少，聚合物颗粒素凝在一起。在水泥水化凝胶的表面形成聚合物密封层，聚合物密封层也粘结在骨料颗粒的表面及水泥水化凝胶与未水化水泥颗粒混合物表面，混合物中较大孔隙被聚合物填充。 第三阶段：由于水化过程继续进行，凝聚在一起的聚合物颗粒之间的水份逐渐被全部吸收到水泥水化过程的化学结合水中去。最终聚合物颗粒完全凝结在一起形成连续的聚合物网络。聚合物网络结构把水泥水化物联结在一块，水泥水化物与聚合物交织缠绕在一起，改善了水泥的结构形态。 在聚合物改性混凝土和砂浆方面，其他比较著名的模型有Konietzko模型和Puterman与Malorny模型。Puterman与Malorny模型提出了聚合物改性砂浆混凝土中聚合物结构形成过程的新模型，他们认为，在砂浆中仍然有自由水的时候，聚合物就能够形成薄膜，如果养护温度比乳液的最低成膜温度低的话，聚合物堆积层不会形成连续的薄膜，这个堆积层的抗渗透性很差，即使能够改善水泥基的强度和韧性。按照这种说法，水泥颗粒可能在水化初期就被聚合物部分或者全部封闭，继续水化时，聚合物被包覆在水泥水化物中，这一点是跟 Ohama模型有很大的不同。在Konietzko模型中，开始聚合物均匀地分散在水泥砂浆中，随着水泥颗粒的水化，体系中一部分水被水泥水化所结合，因此悬浮液中的水份被转移，聚合物颗粒也越来越多，逐渐溶解并形成聚合物膜。最后聚合物在砂浆中形成空间三维网络结构。 3纤维增强聚合物的应用及对砂浆性能的影响 聚丙烯纤维具有耐化学腐蚀、加工性好、质轻、蠕变收缩小、价格低廉等特点，聚丙烯纤维耐酸碱、不与水泥基材料发生化学反应，在较低纤维掺量下，对砂浆混凝土的抗冲击性能、韧性、耐干缩性、抗渗性能等方面都有明显的改善。普通混凝土以及墙面抹灰砂浆方面，均可采用掺加聚丙烯纤维来获得抗裂抗渗、增加水泥基材料的韧性和提高抗裂性能的良好效果。 在保温砂浆中均匀地分散一定量的纤维，可以降低微裂缝尖端的应力集中，防止微裂扩展，防止裂缝出现。当保温砂浆中一旦出现裂缝时，纤维与裂缝前端相交，使得引起裂缝前端的拉应力得以减弱，从而使裂缝的扩展得到很好的抑制。由于纤维在保温砂浆中呈三维乱向分布，使宏观裂缝大量减少，能很好地提高砂浆的质量。 砂浆收缩主要是塑性状态及硬化状态的收缩，纠其原因主要是由于砂浆表层水分流失，水泥中的毛细孔失水产生塑性收缩应力，从而导致形成微裂缝。随着水泥的硬化，裂缝将进一步扩展，最终导致砂浆开裂。聚丙烯纤维的加入可以降低水泥砂浆的塑性干缩和硬化状态的收缩开裂，聚丙烯纤维材料具有良好的化学稳定性和自分散性。能够在砂浆拌制过程中，在砂浆内部无处不在地均匀分散并在其中形成均匀的三维网络结构，承受由基材收缩引起的内应力，并降低了砂浆内部微裂缝扩展。改性聚丙烯纤维材料密度低、直径细，纤维在砂浆中平均间距较小，单位体积砂浆中纤维的根数较多，与水泥基料粘结面很大，均匀密布的改性聚丙烯纤维形成一定支撑作用的微骨架，产生一种有效的二级加强效果，阻止了细基料的沉降，降低了砂浆表面的析水和集料离析。纤维在砂浆内部可以起传递应力的作用，降低收缩应力。同时，纤维可以挤压砂浆内部的毛细管，甚至将其阻塞，这样一来砂浆表面失水面积将有所减少，水分迁移困难，从而使毛细管失水收缩形成的毛细张力有所降低，纤维与水泥基之间界面粘接力会增加砂浆抵抗收缩变形和开裂的能力。 在砂浆中加入适量聚丙烯纤维可以阻止开裂并达到良好的抗渗效果。在砂浆中加入聚丙烯纤维，施工简单，抹灰效果高，灰浆跌落少，抗裂性能强，工程质量好。因此，应用聚丙烯纤维砂浆进行内、外墙抹灰能很好地弥补新型轻质墙体材料推广应用中易裂，抗渗不足的技术缺陷。并且极大地提高了施工抹灰效率，减少了损耗。丙烯纤维砂浆可有效弥补结构自防水，屋面防水等现代工程技术创新应用与发展的技术性能缺陷。由于砂浆中的聚丙烯纤维可大幅度地提高砂浆基体的抗裂延性，与自防水钢筋混凝土墙体结构。基础底板结构屋面梁板结构配套使用，就可以作为非结构性补强材料来防止砂浆面层塑性收缩裂缝的产生。从而对RC结构本身形成一道有效的保护，增强其抗老化作用的能力，改善结构的耐久性能。聚丙烯纤维砂浆用于墙体抹灰，可以部分或全部替代钢丝网的构造作用。由于各类单丝纤维材料与水泥基料能保持良好的粘结力，其分布又极其均匀和充分。形态学表现为类似于一种多维无序分布配置筋作用，这种作用可替代或部分替代钢丝网的作用，且阻裂效果优于钢丝网。这样，对节约材料，降低成本起很大的作用。低掺量的聚丙烯纤维砂浆具有抗冲击、耐磨、增韧、防腐等耐久性能均较好的优势。且制拌工艺简单，因此不仅适用于内外墙、楼地面、屋面、水池等抹灰面层或基层，也适用于耐磨抗冲击的停车场、交通路桥、飞机场跑道等面层，以及有防腐特殊要求的工程。 4聚合物保温砂浆的绝热机理 保温砂浆是采用水泥、石灰、石膏等凝胶材料与膨胀珍珠岩等轻质多孔骨料按一定比例配制的砂浆，其组分和配比决定了热工性能。描述热工性能的参数主要包括导热系数、蓄热系数、比热、导温系数、蒸气渗透系数等，其中导热系数和蓄热系数对砂浆的保温性能影响最大，因此，可直接反映保温性能的优劣。导热系数和蓄热系数作为保温砂浆的主要参数，分别用于描述反映保温砂浆在稳定和周期性不稳定传热状态时的保温性能。它反映了保温砂浆的导热能力，在同样温差下，导热系数值越小，导热能力越弱，保温性能越好。蓄热系数反映了材料对波动热作用反应的敏感程度，在同样波动热的作用下，蓄热系数越大，表面温度波动越小，热稳定性好。其数值取决于材料的导热系数、比热、密度，同时也因波动热作用的周期而异。保温砂浆的绝热机理遵循热量传递的基本规律:q=-λ9t/9n，即通过保温砂浆的热量与导热系数成正比，与法线方向的温度梯度成正比，与厚度成反比，即保温砂浆保温性能与导热系数和温差成反比，与厚度成正比，而蓄热系数与导热系数成正比。因此，控制保温砂浆的导热系数和蓄热系数在规定的范围内，就能改善保温砂浆的热工性能。砂浆的绝热性能直接由导热系数和蓄热系数反映，影响两系数的主要因素有以下几方面：保温砂浆的组分与配比、线膨胀系数、保温砂装厚度、保温砂浆的施工质量[13-14]。 参考文献 [1]王培铭，许绮，StarkJ.桥面用丁苯乳液改性水泥砂浆的力学性能[J].建筑材料学报，2001，(4):1-6. 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