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摘要:利用正交实验设计方法对防水砂浆的配方进行优化,从而得到具有较强粘结性能及柔韧性的防水砂浆,并分析了影响聚合物水泥防水砂浆性能的各种因素。
关键词:聚合物水泥防水砂浆;正交设计;压折比;粘结强度
中图分类号: TV432 文献标识码: A 文章编号:
1 前言
建筑防水按其采取的措施和手段的不同,可分为材料防水和构造防水两大类,材料防水是靠建筑材料阻断水的通路,以达到防水的目的或增加抗渗漏的能力。随着经济的快速发展,我国的商品住房及商务用房面积逐年增加,对建筑使用功能要求也日渐提高,屋面防水、墙体防水、卫生间防水、地下室潮湿基面防水等等也越来越引起高度的重视。传统柔性防水材料如合成高分子防水卷材、改性沥青防水卷材、防水涂料、建筑密封胶等作为独立的防水材料在工程上加以应用,但是这类材料对基层干燥程度要求是很高的,一般要求基层含水率不超过9%,当然如果在墙面,饰面板或饰面砖就更难直接粘结在柔性防水层上。
聚合物水泥防水砂浆就能有效的克服柔性防水材料的不足,它具有良好的耐腐蚀、耐高低温、耐老化、抗渗性和极高的粘结强度,并且产品不变质、无毒、无害、不污染环境、可直接在防水层上做各种饰面层(如涂料、瓷砖等)等等,由于材料性能独特的优越性从而在墙体工程中得到大量的应用。
2 聚合物水泥防水砂浆
聚合物水泥防水砂浆是以水泥、细骨料为主要组分,以聚合物乳液或可再分散乳胶粉为改性剂,添加适量助剂混合制成的防水砂浆。按组分可分为单组分(S类)和双组分(D类)两类,双组分是由粉料(水泥、细骨料等)和液料(聚合物乳液、添加剂等)组成的防水砂浆,本文选取了双组分聚合物水泥防水砂浆进行试验,利用正交试验设计对防水砂浆的基本配方进行优化,以粘结强度和压折比两项指标评价防水砂浆的材料性能。
3 实验
3.1 实验原料和仪器
3.1.1 本论文所用的实验原料和仪器如表3.1所示:
表3-1 实验所用原料
Table 3-1 Materials Used in Experiment
原料名称 规格 厂家
3.1.2 实验仪器及设备
表3-2 主要仪器及设备
Table 3-2 Equipments Used in the Experiment
3.2 试件制备
将粉料混合均匀加入已倒入液料的搅拌机中搅拌均匀。抗压强度与抗折强度试件将砂浆分两次装入试模,保持砂浆高出试模5mm,用插捣棒从边上向中间插捣25次,将高出的砂浆压实刮平。试件成型后经湿气养护(24±2)h后脱模,脱模后试件继续在湿气养护至28d龄期,按GB/T17671-1999进行试验。粘结强度试件按JC/T907-2005进行成型经湿气养护(24±2)h后脱模,脱模后试件继续在湿气养护至28d龄期,按JC/T907-2005进行试验。
3.4 试件养护
温度(20±3)℃,相对湿度≥90%
3.4 正交试验设计
对于单因素或两因素试验,因其因素少,试验的设计、实施与分析都比较简单。但在实际工作中,常常需要同时考察 3个或3个以上的试验因素,若进行全面试验,则试验的规模将很大,往往因试验条件的限制而难于实施。正交试验设计就是安排多因素试验、寻求最优水平组合的一种高效率试验设计方法。
本论文考察3个因素:水泥强度、乳液种类、聚灰比,每个因素考察2水平,因素水平设计如表3.3所示。利用L4(23) 正交设计表格,进行3因素2水平的试验设计。
表3-3聚合物水泥防水砂浆因素水平设计表
Table 3-3Factors and levels for JF waterproof mortar
3.5 正交设计实验结果
聚合物水泥防水砂浆正交试验结果直观分析见表3-4
表3-4 聚合物水泥防水砂浆正交实验表
Table 3-4Analysis results of orthogonal test for JF waterproof mortar
根据极差计算可得,各因素的排序依次是:乳液种类(B),水泥强度(A),聚灰比(C)。
根据实验分析,可以得到最基础的配方:A2B1C2,即普通硅酸盐水泥强度为52.5,乳液种类为氯丁胶乳,聚灰比为2.0。
4 结果分析
4.1水泥对聚合物水泥防水砂浆的影响
水泥是一类重要的无机水硬性材料,水泥中的活性物质与聚合物乳液的亲水离子协同作用,在提高聚合物水泥防水砂浆强度的同时,也提高聚合物水泥防水砂浆的耐水性能。由实验可知,随着水泥强度的提高,防水砂浆的抗压强度、抗折强度及粘结强度也不同程度的提高。在实际施工上,为了保证防水砂浆具有一定强度和流动性,配方设计时,在保证强度符合设计要求,可以适当选用标号低的水泥,以增加水泥用量,从而保证防水砂浆流动性。
4.2 乳液种类对聚合物水泥防水砂浆的影响
聚合物乳液种类繁多,性能各异,产品价格往往相差很大,目前常用聚合物乳液性能对比如表4-1所示:
表4-1 常见聚合物乳液性能对比
Table 4-1 Common polymer emulsion performance comparison
聚合物防水砂浆是由乳液、水泥、细砂等组成多组分体系,不同的聚集态结构造成材料性能不同,混合物的分散程度取决于组分间的相容性。相容性太差,混合程度很差,或者根本混不起来,即使混起来,材料通常呈现宏观的相分离,出现分层现象,相与相之间界面粘结力也差,反之,混合的愈好,得到的材料两相分散得愈小,愈均匀,在宏观上表现出良好的优异性能。由于环氧乳液和氯丁胶乳所具有特殊的功能团结构,在水泥水化过程中,亲水的基团吸附在水泥颗粒表面,从而与水泥石形成连续体系,提高了防水砂浆粘结力。
聚灰比对对聚合物水泥防水砂浆的影响
随着聚灰比的增大,防水砂浆的抗折强度和粘结强度就增大,压折比降低,从而有效的改善了防水砂浆的柔韧性。这是因为水泥水化后产生了凝结和固化,聚合物因失水吸附在水泥水化颗粒表面,并在孔隙空间形成线形聚合物,与水泥石形成连续相。
5 结论
通过对聚合物水泥防水砂浆正交试验设计,按JC/T984-2011《聚合物水泥防水砂浆》标准进行检测,得出以下几点结论:
(1)由正交试验设计得到最基础的配方:A2B1C2,即普通硅酸盐水泥强度为52.5,乳液种类为氯丁胶乳,聚灰比为2.0。
(2)合理选用聚合物乳液,可以有效提高聚合物水泥防水砂浆各项性能同时,也可降低成本造价,使得聚合物乳液性价比得到最大优化。
(3)随着聚灰比的增大,防水砂浆的抗折强度和粘结强度就增大,压折比降低,从而有效的改善了防水砂浆的柔韧性。
参考文献
[1]中华人民共和国工业和信息化部.JC/T894-2011[S].北京:中国建材工业出版社,2012.
[2]国家质量技术监督局.GB/T17671-1999[S].北京:中國标准出版社 ,1998.
[3]中华人民共和国国家经济贸易委员会. JC/T907-2002[S].北京:中国建材工业出版社 ,2003.
[4]何曼君,等.高分子物理.复旦大学出版社,2007.
个人简介:曾国贞,1985年-,男,广东深圳,助理工程师,学士
关键词:聚合物水泥防水砂浆;正交设计;压折比;粘结强度
中图分类号: TV432 文献标识码: A 文章编号:
1 前言
建筑防水按其采取的措施和手段的不同,可分为材料防水和构造防水两大类,材料防水是靠建筑材料阻断水的通路,以达到防水的目的或增加抗渗漏的能力。随着经济的快速发展,我国的商品住房及商务用房面积逐年增加,对建筑使用功能要求也日渐提高,屋面防水、墙体防水、卫生间防水、地下室潮湿基面防水等等也越来越引起高度的重视。传统柔性防水材料如合成高分子防水卷材、改性沥青防水卷材、防水涂料、建筑密封胶等作为独立的防水材料在工程上加以应用,但是这类材料对基层干燥程度要求是很高的,一般要求基层含水率不超过9%,当然如果在墙面,饰面板或饰面砖就更难直接粘结在柔性防水层上。
聚合物水泥防水砂浆就能有效的克服柔性防水材料的不足,它具有良好的耐腐蚀、耐高低温、耐老化、抗渗性和极高的粘结强度,并且产品不变质、无毒、无害、不污染环境、可直接在防水层上做各种饰面层(如涂料、瓷砖等)等等,由于材料性能独特的优越性从而在墙体工程中得到大量的应用。
2 聚合物水泥防水砂浆
聚合物水泥防水砂浆是以水泥、细骨料为主要组分,以聚合物乳液或可再分散乳胶粉为改性剂,添加适量助剂混合制成的防水砂浆。按组分可分为单组分(S类)和双组分(D类)两类,双组分是由粉料(水泥、细骨料等)和液料(聚合物乳液、添加剂等)组成的防水砂浆,本文选取了双组分聚合物水泥防水砂浆进行试验,利用正交试验设计对防水砂浆的基本配方进行优化,以粘结强度和压折比两项指标评价防水砂浆的材料性能。
3 实验
3.1 实验原料和仪器
3.1.1 本论文所用的实验原料和仪器如表3.1所示:
表3-1 实验所用原料
Table 3-1 Materials Used in Experiment
原料名称 规格 厂家
3.1.2 实验仪器及设备
表3-2 主要仪器及设备
Table 3-2 Equipments Used in the Experiment
3.2 试件制备
将粉料混合均匀加入已倒入液料的搅拌机中搅拌均匀。抗压强度与抗折强度试件将砂浆分两次装入试模,保持砂浆高出试模5mm,用插捣棒从边上向中间插捣25次,将高出的砂浆压实刮平。试件成型后经湿气养护(24±2)h后脱模,脱模后试件继续在湿气养护至28d龄期,按GB/T17671-1999进行试验。粘结强度试件按JC/T907-2005进行成型经湿气养护(24±2)h后脱模,脱模后试件继续在湿气养护至28d龄期,按JC/T907-2005进行试验。
3.4 试件养护
温度(20±3)℃,相对湿度≥90%
3.4 正交试验设计
对于单因素或两因素试验,因其因素少,试验的设计、实施与分析都比较简单。但在实际工作中,常常需要同时考察 3个或3个以上的试验因素,若进行全面试验,则试验的规模将很大,往往因试验条件的限制而难于实施。正交试验设计就是安排多因素试验、寻求最优水平组合的一种高效率试验设计方法。
本论文考察3个因素:水泥强度、乳液种类、聚灰比,每个因素考察2水平,因素水平设计如表3.3所示。利用L4(23) 正交设计表格,进行3因素2水平的试验设计。
表3-3聚合物水泥防水砂浆因素水平设计表
Table 3-3Factors and levels for JF waterproof mortar
3.5 正交设计实验结果
聚合物水泥防水砂浆正交试验结果直观分析见表3-4
表3-4 聚合物水泥防水砂浆正交实验表
Table 3-4Analysis results of orthogonal test for JF waterproof mortar
根据极差计算可得,各因素的排序依次是:乳液种类(B),水泥强度(A),聚灰比(C)。
根据实验分析,可以得到最基础的配方:A2B1C2,即普通硅酸盐水泥强度为52.5,乳液种类为氯丁胶乳,聚灰比为2.0。
4 结果分析
4.1水泥对聚合物水泥防水砂浆的影响
水泥是一类重要的无机水硬性材料,水泥中的活性物质与聚合物乳液的亲水离子协同作用,在提高聚合物水泥防水砂浆强度的同时,也提高聚合物水泥防水砂浆的耐水性能。由实验可知,随着水泥强度的提高,防水砂浆的抗压强度、抗折强度及粘结强度也不同程度的提高。在实际施工上,为了保证防水砂浆具有一定强度和流动性,配方设计时,在保证强度符合设计要求,可以适当选用标号低的水泥,以增加水泥用量,从而保证防水砂浆流动性。
4.2 乳液种类对聚合物水泥防水砂浆的影响
聚合物乳液种类繁多,性能各异,产品价格往往相差很大,目前常用聚合物乳液性能对比如表4-1所示:
表4-1 常见聚合物乳液性能对比
Table 4-1 Common polymer emulsion performance comparison
聚合物防水砂浆是由乳液、水泥、细砂等组成多组分体系,不同的聚集态结构造成材料性能不同,混合物的分散程度取决于组分间的相容性。相容性太差,混合程度很差,或者根本混不起来,即使混起来,材料通常呈现宏观的相分离,出现分层现象,相与相之间界面粘结力也差,反之,混合的愈好,得到的材料两相分散得愈小,愈均匀,在宏观上表现出良好的优异性能。由于环氧乳液和氯丁胶乳所具有特殊的功能团结构,在水泥水化过程中,亲水的基团吸附在水泥颗粒表面,从而与水泥石形成连续体系,提高了防水砂浆粘结力。
聚灰比对对聚合物水泥防水砂浆的影响
随着聚灰比的增大,防水砂浆的抗折强度和粘结强度就增大,压折比降低,从而有效的改善了防水砂浆的柔韧性。这是因为水泥水化后产生了凝结和固化,聚合物因失水吸附在水泥水化颗粒表面,并在孔隙空间形成线形聚合物,与水泥石形成连续相。
5 结论
通过对聚合物水泥防水砂浆正交试验设计,按JC/T984-2011《聚合物水泥防水砂浆》标准进行检测,得出以下几点结论:
(1)由正交试验设计得到最基础的配方:A2B1C2,即普通硅酸盐水泥强度为52.5,乳液种类为氯丁胶乳,聚灰比为2.0。
(2)合理选用聚合物乳液,可以有效提高聚合物水泥防水砂浆各项性能同时,也可降低成本造价,使得聚合物乳液性价比得到最大优化。
(3)随着聚灰比的增大,防水砂浆的抗折强度和粘结强度就增大,压折比降低,从而有效的改善了防水砂浆的柔韧性。
参考文献
[1]中华人民共和国工业和信息化部.JC/T894-2011[S].北京:中国建材工业出版社,2012.
[2]国家质量技术监督局.GB/T17671-1999[S].北京:中國标准出版社 ,1998.
[3]中华人民共和国国家经济贸易委员会. JC/T907-2002[S].北京:中国建材工业出版社 ,2003.
[4]何曼君,等.高分子物理.复旦大学出版社,2007.
个人简介:曾国贞,1985年-,男,广东深圳,助理工程师,学士