廖麗,熊少波,金泉,李譽(yù)寰
(江蘇臥牛山保溫防水技術(shù)有限公司,江蘇 南京 211111)
我國(guó)正處在城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展時(shí)期,城市建筑規(guī)模在持續(xù)大幅增加,但城鎮(zhèn)現(xiàn)有建筑中節(jié)能建筑的比例不到30%,仍有70%需要改造。其它相關(guān)數(shù)據(jù)也表明,每年約20億m2的新建房屋中,99%以上是高能耗建筑,而約500億m2的既有建筑中,只有4%采取了能源效率措施[1-2]。因此,既有建筑的節(jié)能改造作為建筑節(jié)能市場(chǎng)的主要需求點(diǎn)之一,需求旺盛。
既有建筑區(qū)別于新建建筑,最大的不同是:基層墻體種類繁多,并且經(jīng)多年使用,皆出現(xiàn)不同程度的老化或破損。如何妥善處理基面使之匹配外層保溫系統(tǒng)的整體質(zhì)量成為既有建筑墻體節(jié)能改造中的關(guān)鍵點(diǎn)。
然而縱橫向分析國(guó)內(nèi)外所報(bào)道的建筑墻體節(jié)能技術(shù)文獻(xiàn),可發(fā)現(xiàn):關(guān)于既有建筑的報(bào)道文獻(xiàn)雖然不在少數(shù),但大部分都是經(jīng)濟(jì)政策、宏觀管理、效益評(píng)價(jià)等方面的論證,少數(shù)涉及方案技術(shù)的,也只是偏向外墻保溫系統(tǒng)、熱工測(cè)試、動(dòng)態(tài)模擬研究[3-5],實(shí)際操作性強(qiáng)的工程應(yīng)用技術(shù)則是少之又少。所以對(duì)于具體工程項(xiàng)目,缺乏可靠數(shù)據(jù)支撐,不利于工程方案設(shè)計(jì)。
本文基于行業(yè)現(xiàn)狀,針對(duì)性地開(kāi)展不同墻體基面界面劑適配性研究,對(duì)于既有建筑改造工作具有非常重要的指導(dǎo)意義,尤其對(duì)于不同建筑類型、不同基面材質(zhì)、不同基面損毀程度的修復(fù)處理,更是具有實(shí)際意義。
苯丙乳液:S400F,巴斯夫;丁苯乳液:8242,邁圖;VAE 乳液:707H,廣西廣維化工股份有限公司;雙組份環(huán)氧乳液:CYDHD-220,上海漢中化工有限公司;基準(zhǔn)水泥:安徽海螺水泥股份有限公司;重鈣:200目,歐米亞鈣業(yè)有限公司;乳膠粉:2050,阿克蘇諾貝爾;纖維素醚:Combizell M4025,赫克力士天普化工有限公司;砂:石英砂,粒徑分別為40~80目和80~120目。
ZFS400高速分散機(jī),上海普申化工機(jī)械有限公司;HD系列多功能粘結(jié)強(qiáng)度檢測(cè)儀,南京炯雷儀器設(shè)備有限公司。
(1)界面劑配制:根據(jù)原材料廠家提供的產(chǎn)品使用信息以及乳液固含量情況,將 S400F、8242、707H、環(huán)氧(EP)乳液分別配制成固含量為10%、20%、30%的界面劑備用,分別標(biāo)記為 S400F-10、S400F-20、S400F-30、8242-10、8242-20、8242-30、707H-10、707H-20、707H-30、EP-10、EP-20、EP-30。
(2)墻體基面制作:以混凝土成型尺寸為300 mm×300 mm×40 mm的墻體試驗(yàn)基板若干,根據(jù)目前常見(jiàn)的外墻飾面材質(zhì),挑選幾種較具有代表性的類型,分別模擬制作了真石漆基面、水性平涂基面、彩鋼板基面及釉面磚基面。
(見(jiàn)表1)
表1 測(cè)試用配套膠粘劑配方
采用南京中聯(lián)混凝土有限公司提供的C30混凝土成型墻體基面,基面成型好后養(yǎng)護(hù)28 d,后按照外墻涂料施工工藝先后批刮膩?zhàn)?,滾涂底漆,噴涂面漆,最后飾面層養(yǎng)護(hù)備用。其中對(duì)于0.8mm厚涂刷防銹漆的彩鋼面和符合GB/T 4100—2006《陶瓷磚》的釉面磚飾面,清理干凈浮灰、油污即可使用。
將預(yù)先配制好的12個(gè)界面劑樣品分別涂刷在4種基面上,待界面劑干燥后,參照GB/T 29906—2013《模塑聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)材料》,在界面劑表面成型膠粘劑拉拔試塊(膠粘劑配方見(jiàn)表1),然后標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d,粘接拉拔頭,進(jìn)行拉拔試驗(yàn)。
參照GB/T 29906—2013,界面劑層所成型的膠粘劑拉拔試件尺寸為50 mm×50 mm,每種界面劑各成型6個(gè)試件。膠粘劑涂抹于界面劑上,涂抹厚度為3~5 mm,可操作時(shí)間結(jié)束時(shí)用模塑板覆蓋,標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d。
養(yǎng)護(hù)到期的膠粘劑試件表面采用雙組份環(huán)氧膠粘貼50 mm×50 mm的金屬拉拔頭,待環(huán)氧膠固化后,連接多功能粘結(jié)強(qiáng)度檢測(cè)儀,進(jìn)行拉伸粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試。記錄每個(gè)試樣破壞時(shí)的拉力值及破壞狀態(tài),當(dāng)破壞面在金屬拉拔頭膠結(jié)面時(shí),測(cè)試數(shù)據(jù)無(wú)效。每組取6個(gè)試件測(cè)試數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值作為粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果。
12種界面劑在4種基面上的粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。
表2 界面劑在不同基面上的粘結(jié)強(qiáng)度 MPa
由表2可以看出:
(1)基面粗糙程度不同,直接導(dǎo)致同一界面劑表現(xiàn)出的粘接能力差異明顯,以真石漆為代表的粗糙面的粘結(jié)強(qiáng)度最高,整體高于其他3種基面,釉面磚、彩鋼瓦等高光滑表面,粘結(jié)強(qiáng)度較低,而且彩鋼面由于拉拔力太小,加之有砂漿膠粘劑測(cè)試塊脫落情況,因此可默認(rèn)為無(wú)粘接力,即這幾種界面劑不適用于處理類似彩鋼的金屬基面。
(2)對(duì)比不同種類不同固含量的界面劑,相對(duì)來(lái)說(shuō)707H乳液的綜合附著力較佳,在4種不同基面上的數(shù)據(jù)波動(dòng)較小,其中又以20%固含的707H(即707H-20)性能最優(yōu)。具體觀察每個(gè)基面,各界面劑在真石漆面上的粘接效果都不錯(cuò),除苯丙類S400F稍差,其它丁苯、VAE和環(huán)氧乳液差異不大,盡管固含量有高低之分,但粘結(jié)強(qiáng)度都集中在0.4~0.5 MPa之間,因此,實(shí)際應(yīng)用時(shí),對(duì)于真石漆飾面的墻體,可選用價(jià)格和固含量相對(duì)較低的界面劑,在保障粘接能力的同時(shí)又能節(jié)約成本。
2.2.1 界面劑自身化學(xué)結(jié)構(gòu)性質(zhì)
根據(jù)界面劑粘接機(jī)理[6-8],粘結(jié)作用的形成有2個(gè)必要條件:一是浸潤(rùn),二是粘結(jié)力。所謂浸潤(rùn),是指液體與固體表面接觸時(shí)發(fā)生的分子間相互作用的現(xiàn)象,當(dāng)液體的表面張力小于固體的表面張力時(shí),便會(huì)浸潤(rùn)。本文所述界面劑要想改善基面表面狀況,最終實(shí)現(xiàn)良好粘結(jié)作用,首先其自身對(duì)墻體基面必須具有較好的浸潤(rùn)作用,換言之,界面劑的表面張力小、基面表面張力大,且差距越大,則越有利于粘結(jié)。上述釉面磚、彩鋼瓦粘接效果不理想,與二者基層密實(shí),表面張力小,界面劑難以滲透浸潤(rùn)有直接關(guān)系,而界面劑的表面張力一般由其固有的化學(xué)結(jié)構(gòu)決定,故界面劑選材應(yīng)根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)類型及表面張力情況綜合考慮。
粘結(jié)力是保證粘接作用的另一重要條件,由機(jī)械咬合力、化學(xué)鍵力、范德華力等物理力和化學(xué)力組成,任何有助于提高這幾種力的方法或手段都有利于提升粘結(jié)力。其中機(jī)械咬合力類似于鑰匙-鎖的嵌合原理,這種嵌合點(diǎn)越多,粘結(jié)越有效;化學(xué)鍵力主要是指界面劑與基面材料之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng),形成新的化學(xué)鍵,該方式形成的粘結(jié)力通常較大,且長(zhǎng)久有效;范德華力是一種分子間作用力,包括色散力、取向力和誘導(dǎo)力,通常分子極性越大,范德華力越強(qiáng),粘結(jié)越容易。如上所述,界面劑優(yōu)選強(qiáng)極性材料,且與基面材質(zhì)的化學(xué)相容性好,再輔以基面粗糙化處理,則可獲得良好的粘結(jié)效果。
2.2.2 測(cè)試用砂漿膠粘劑的本體強(qiáng)度
拉拔試驗(yàn)中一方面考察界面劑與基面的粘接拉拔力,另一方面需關(guān)注拉拔過(guò)程中界面的破壞情況。圖1為部分拉拔試件膠粘劑內(nèi)部破壞情況。
圖1 拉拔測(cè)試膠粘劑內(nèi)部破壞情況
由圖1可以推斷,破壞界面出現(xiàn)在砂漿膠粘劑內(nèi)部,屬材料內(nèi)聚破壞,則表示砂漿粘結(jié)強(qiáng)度比界面劑粘結(jié)強(qiáng)度小,拉拔力在達(dá)到界面劑的粘結(jié)極限值前,砂漿膠粘劑提早損壞了,此時(shí)測(cè)試數(shù)據(jù)小于界面劑粘結(jié)強(qiáng)度實(shí)際值,不能充分評(píng)估界面劑的真實(shí)粘結(jié)效果。所以在設(shè)計(jì)界面劑測(cè)試用砂漿膠粘劑時(shí),必保證膠粘劑的高粘接性,避免獲得的界面劑數(shù)據(jù)有效性不高。
2.2.3 砂漿膠粘劑成型拉拔塊時(shí)抹刀施加的壓力
在試驗(yàn)過(guò)程中還有一個(gè)不容被忽視的、嚴(yán)重影響拉拔力測(cè)試值的因素,即砂漿膠粘劑成型拉拔塊時(shí)抹刀施加的壓力。若砂漿抹壓力度大,粘接效果好,抹壓力度小,則砂漿膠粘劑塊容易脫落。圖2為界面劑EP-30分別在真石漆和乳膠漆基面上成型的拉拔試件的破壞情況。
圖2能在一定程度上體現(xiàn)抹刀施壓大小與拉拔力測(cè)試值的關(guān)系,從圖2(a)可以看出,EP-30用于真石漆基面時(shí),其中5個(gè)試件的拉拔力都在1000 N以上,僅有1個(gè)試件的拉拔力為603 N,相對(duì)特別??;圖2(b)也類似,有一個(gè)較小值546 N,而且這2個(gè)較小值的破壞形式皆為界面破壞。這說(shuō)明在材料和測(cè)試條件相同情況下,出現(xiàn)少數(shù)反常值并非偶然,加之破壞面干凈整齊,不難判斷:砂漿膠粘劑成型時(shí),抹刀的壓力對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度有直接影響。因此,對(duì)于無(wú)論何種材料的拉拔強(qiáng)度測(cè)試,務(wù)必保證試驗(yàn)者手法、力度統(tǒng)一,盡可能減小人為操作導(dǎo)致的誤差,以提高結(jié)果可靠性。
圖2 界面劑EP-30分別在真石漆和乳膠漆基面上成型時(shí)抹刀不均勻施壓對(duì)拉拔力的影響
(1)根據(jù)墻體基面情況,可針對(duì)性選擇不同材質(zhì)、不同固含量的界面劑進(jìn)行處理,對(duì)于狀況良好的易粘基面,在確保粘結(jié)效果的同時(shí)應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性。
(2)界面劑粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試值與自身化學(xué)結(jié)構(gòu)性質(zhì)、測(cè)試用砂漿膠粘劑本體強(qiáng)度和成型拉拔塊時(shí)抹刀施加的壓力有關(guān)。界面劑選材最好根據(jù)其化學(xué)結(jié)構(gòu)類型及表面張力情況、極性大小、與基面材質(zhì)的化學(xué)相容性綜合考慮。對(duì)于測(cè)試用砂漿膠粘劑,應(yīng)充分保證它的高粘接性。此外,在砂漿膠粘劑拉拔測(cè)試塊成型時(shí),務(wù)必要求試驗(yàn)者手法、力度統(tǒng)一。