不同养护制度下聚合物改性水泥砂浆钢板的拉伸粘结强度/

胡莹莹，范树景，杭法付，叶勇

（浙江忠信新型建材股份有限公司杭州研发分公司，浙江 杭州 310052）

目前，国内外学者对砂浆粘结性能研究较多，王培铭等[1-6]的研究发现，掺入可再分散乳胶粉（下文简称乳胶粉）可有效提高以混凝土板为基底的砂浆拉伸粘结强度，采用标养/水养的混合养护方式更有利于粘结强度的提高，而高温养护下砂浆的粘结强度最低。通过对比不同养护温湿度条件下砂浆与瓷砖/混凝土/玻璃板之间的粘结性能，发现高温或高湿条件不利于砂浆与上述基底之间粘结强度的发展[7-9]。史淑兰等[10-12]研究表明，标准养护有利于砂浆与聚苯板拉伸粘结强度的提高，乳胶粉也利于砂浆/聚苯板拉伸粘结强度的发展。何代华和Brien等[13-14]研究发现，聚合物改性砂浆与钢板的粘结性能优于在瓷砖、玻璃及PVC板基底上的表现。大量学者对聚合物改性水泥砂浆拉伸粘结强度的研究大多集中在混凝土板/玻璃板/EPS板/瓷砖基底上，但不同养护制度下水泥砂浆与钢板材料之间的粘结性能鲜有报道。

钢板作为一种金属材料，表面平整光滑，吸水率极低但变形较大，普通水泥砂浆与其的拉伸粘结强度普遍不高，添加适宜的乳胶粉对改善水泥砂浆的拉伸粘结强度非常关键。

针对上述问题，本文设置了标准、热老化和浸水3种不同养护制度，研究乳胶粉掺量对水泥砂浆与钢板之间拉伸粘结强度的影响，考察乳胶粉的玻璃化温度（Tg）、最低成膜温度（MFFT）对聚合物改性水泥砂浆与钢板间粘结性能的影响，对比了3种养护制度下砂浆/钢板基底间拉伸粘结强度的差异，为砂浆的实际应用提供理论参考。

1.1 原材料

水泥：P·O42.5水泥；
砂：石英砂（粒径小于1.25 mm）；
乳胶粉：性能如表1所示；
羟丙基甲基纤维素（HPMC）：黏度100 000 mPa·s；
憎水剂：易来泰SEAL80，均为市售。

表1 乳胶粉的性能

1.2 养护制度

（1）标准养护制度：在标准试验条件[环境温度（23±2）℃，相对湿度（50±5）%，试验区的循环风速小于0.2 m/s]下养护28 d。（2）热老化养护制度：在标准试验条件下养护14 d，然后将试件于（70±3）℃的烘箱中放置至28 d。（3）浸水养护制度：在标准试验条件下养护7 d，然后将试件放入（23±2）℃的水中养护至28 d，并保证每个试件周围的水自由循环。

1.3 试验方法

水泥砂浆配合比：水泥40%，乳胶粉0～25%（按占水泥质量计），石英砂50%～60%，乳胶粉掺量分别为水泥质量的7.5%、16.3%和25.0%。试验中钢板尺寸为400 mm×200 mm×7 mm。

成型框：由硅橡胶制成的厚度为5 mm的平板，表面平整光滑；
方孔边长为（50±0.1）mm。

将成型框放置在钢板成型面上，再将拌和好的浆料填入成型框中，用油灰刀压实、抹平，在标准试验条件下覆盖塑料薄膜养护48 h后脱模，以10个试件为一组，之后将试件分别放在标准、热老化和浸水养护制度下养护至规定龄期，按照JGJ/T 70—2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》测试水泥砂浆的拉伸粘结强度。

2.1 拉伸粘结强度

图1为不同养护制度下，乳胶粉种类和掺量对聚合物水泥砂浆与钢板间28 d拉伸粘结强度的影响。

从图1可以看出，不掺乳胶粉（空白样）时，3种养护制度下砂浆与钢板间的28 d拉伸粘结强度均小于0.5 MPa，浸水养护制度下砂浆的拉伸粘结性能表现较好，标准养护制度下砂浆的拉伸粘结性能次之，热老化养护制度下砂浆的粘结性能表现最差。

从图1（a）可见，随着EVA（柔-中）乳胶粉掺量的增加，聚合物改性水泥砂浆与钢板间的拉伸粘结强度逐渐提高。在标准养护制度下，当掺量达到25.0%时，砂浆与钢板之间的粘结强度超过1.0 MPa，但不足1.5 MPa；
热老化养护和浸水养护制度下，当EVA（柔-中）乳胶粉掺量分别超过7.5%和16.3%时，砂浆与钢板之间的拉伸粘结强度超过0.5 MPa。通过对比3种不同养护制度发现，标准养护制度下随着乳胶粉掺量的增加，聚合物改性水泥砂浆拉伸粘结强度的增幅最大，热老化养护制度下次之，浸水养护制度下最小。

结合表1对比图1（a）和（b）发现，2种EVA乳胶粉的Tg和MFFT相同，而流变性和烧失量差异较大时，掺入到聚合物改性水泥砂浆中后，与钢板的粘结性能略有不同，其中EVA（柔-促流）对砂浆粘结强度的改善效果要优于EVA（柔-中）。随着掺入的乳胶粉Tg和MFFT的升高，分别达到16℃和4℃时[EVA（刚-中）]，聚合物改性水泥砂浆与钢板的拉伸粘结强度[图1（c）]改善效果较之其他2种EVA不明显。可见乳胶粉的玻璃转化温度和最低成膜温度对聚合物改性水泥砂浆与钢板之间的拉伸粘结强度影响差异不大。

从图1（d）可见，尽管乳胶粉的种类有所差异，但随着乳胶粉掺量的增加，聚合物改性水泥砂浆的拉伸粘结强度都有所增大。结合图1（a）、（b）、（c）和（d）发现，在标准养护制度下，掺入EVA胶粉的聚合物改性水泥砂浆拉伸粘结强度高于同掺量丙烯酸酯（Ac）类乳胶粉的聚合物改性水泥砂浆；
在热老化和浸水养护制度下，两者相差不大。

从图1还可以进一步看出，3种养护制度下随着乳胶粉掺量的增加，聚合物改性水泥砂浆拉伸粘结强度的增幅也有所差异；
标准养护制度下增幅大于热老化养护制度，而浸水养护制度下砂浆的拉伸粘结强度的增幅有限，这一点与空白样在3种养护制度下表现不同。

从文献[1]中可知，当乳胶粉掺量为4%时，以混凝土板为基底，不同养护条件下聚合物改性水泥砂浆的拉伸粘结强度达到0.5 MPa以上，当掺量为10%时，拉伸粘结强度超过1.0 MPa及以上。从文献[8]中可知，在80℃高温养护条件下，当乳胶粉掺量提高到6%时，聚合物改性水泥砂浆与混凝土板之间的拉伸粘结强度才达到0.5 MPa；
当掺量进一步增加并达到9%时，可达1.0 MPa以上。而砂浆/钢板之间的拉伸粘结强度要达到同样的数据，则需要更多的乳胶粉掺量，这一点与文献[13]的结果相悖，这可能是由于养护条件的差异所致。

2.2 界面破坏形式

图2和表2分别为标准、热老化和浸水养护制度下，聚合物改性水泥砂浆与钢板间拉伸粘结试验界面破坏形式示例和界面破坏形式汇总。

表2 聚合物改性砂浆与钢板基底粘结界面破坏形式

从图2和表2可以看出，3种养护制度下，不掺及掺乳胶粉时，聚合物改性水泥砂浆拉伸粘结的破坏形式表现一致，砂浆的断裂破坏绝大部分发生在砂浆本体，也就是表现为砂浆本体的内部破坏，仅有极个别表现为砂浆本体破坏和砂浆与钢板基底界面破坏这2种破坏形式相结合。由此可见聚合物改性水泥砂浆与钢板间的粘结牢固可靠，也说明了聚合物改性水泥砂浆与钢板之间的界面拉伸粘结强度要高于砂浆本体的拉伸粘结强度。

2.3 微观形貌

图3为在标准养护制度下，28 d龄期时未掺乳胶粉时砂浆（空白样）的二次电子图像。

从图3可以看出，硬化浆体的结构较为致密，极少量孔隙和孔洞分布在水化产物之间，大量的水化产物穿插交织在一起，明显可见簇状的C-S-H凝胶和片状的CH晶体结构。

图4为在标准养护制度下，当4种乳胶粉掺量均为7.5%时，28 d龄期聚合物改性水泥砂浆的二次电子图像。

由图4可以看出，硬化浆体的结构相对致密，有明显可见的孔洞和孔隙，且水化产物交织在一起，清晰可见AFt针状晶体结构和片状的CH晶体结构及簇状的CSH凝胶与聚合物膜结构交联。随着乳胶粉种类的变化，聚合物改性水泥砂浆的二次电子图像未见明显差异。

图5为在标准养护制度下，当4种乳胶粉掺量均为25%时，28 d龄期聚合物改性水泥砂浆的二次电子图像。

由图5可以看出，硬化浆体中清晰可见大量的成片膜结构，聚合物膜部分覆盖在硬化浆体的水化产物上，且膜结构内部形成了较多的孔洞，结构的致密性大幅下降。通过对比发现，掺不同乳胶粉制备的聚合物改性水泥砂浆硬化浆体结构中聚合物所形成的膜结构中的孔尺寸大小不一。

结合图3、图4和图5发现，随着乳胶粉掺量的增加，聚合物改性水泥砂浆硬化浆体中聚合物膜已形成了连续膜结构，甚至成片覆盖在水泥水化产物表面，膜结构失水产生的孔结构也清晰可见，且孔的数量有所增加。这一点也进一步验证了文献[15]中提到的聚合物膜结构的特征。

（1）标准、热老化和浸水养护制度对聚合物改性水泥砂浆与钢板间的拉伸粘结强度有一定影响，随着乳胶粉掺量的增加，拉伸粘结强度逐渐提高。在标准养护制度下掺入EVA乳胶粉，砂浆拉伸粘结强度增幅最大，而掺入Ac乳胶粉时，在热老化养护制度下砂浆的粘结强度增幅明显。

（2）在标准、热老化和浸水养护制度下，EVA乳胶粉的Tg和MFFT与聚合物改性水泥砂浆与钢板间的拉伸粘结强度关联不明显。促流性的EVA乳胶粉一定程度上提高了砂浆在浸水养护制度下水泥砂浆与钢板基底间的粘结性能；
耐水性的丙烯酸酯类乳胶粉相比于EVA乳胶粉对改善水泥砂浆/钢板间拉伸粘结强度效果不明显。

（3）聚合物改性（及未改性）水泥砂浆与钢板间拉伸粘结试验的破坏形式基本一致，绝大部分为砂浆的本体破坏，与养护制度无关。

（4）聚合物改性水泥砂浆中聚合物膜逐渐形成连续结构，并随着乳胶粉掺量增加，膜结构内部的孔数量有所增加。