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工程案例
界面剂对岩棉条与砂浆粘结性能的影响试验研究
编辑:甘肃恒翔保温建材有限公司   发布时间:2018-05-03

 岩棉外墙外保温系统中,界面剂对岩棉与砂浆粘结性能的作用效果有何不同?本文采用岩棉板和岩棉条两种样品,通过使用界面剂和不使用界面剂两种情况下单面涂抹抹面胶浆,拉伸粘结强度及失效模式的测量来评价界面剂的效果。试验结果表明,对岩棉系统而言,界面剂的作用效果不显著。


   岩棉外墙外保温系统是近几年发展较快的一种建筑节能措施,岩棉应用于外墙外保温有两种形式,一种是使用岩棉板,通常以机械固定为主、粘结为辅的方式固定在基墙上;一种是使用岩棉条,通常采用以粘结为主、机械锚固为辅的方式与基墙固定。但无论使用岩棉板还是岩棉条,都需要使用胶粘剂和抹面胶浆。胶粘剂的作用是将岩棉粘贴在基墙上,抹面胶浆的作用是涂抹在岩棉外表面,用以保证系统的机械强度和耐久性。因此岩棉与粘结剂和抹面胶浆的粘结性能是关系到工程质量和安全的重要性能。国内目前应用相对成熟的聚苯板(EPS)外墙外保温系统已经证明,使用界面剂能有效提高EPS板与胶粘剂或抹面胶浆的粘结强度。界面剂对岩棉系统的作用效果如何,是否也能起到提高岩棉粘结强度的效果,是人们普遍关心的问题。为此我们进行了试验研究,为叙述方便,以下以“砂浆”指代胶粘剂和抹面胶浆。

  试验概述

  界面剂是一种对某种物体表面进行处理的液剂产品,用以改善物体表面物理或化学性能,提高其与另一种物质的相溶性。本次试验所用的界面剂为岩棉专用界面剂,由系统供应商提供。

 

  本次试验采用岩棉板和岩棉条两种样品,分别在使用界面剂和不使用界面剂两种情况下单面涂抹砂浆,测量拉伸粘结强度及失效模式。试样示意见图1。


 本次试验的样品:岩棉板的规格为密度100kg/m3,厚度50mm,TR7.5。岩棉条的规格为密度100kg/m3,厚度100mm,TR80。


  岩棉板裁切成200mm×200mm的尺寸,岩棉条裁切成150mm×150mm的尺寸。


  涂抹界面剂试样制作过程:分别在岩棉板试样和岩棉条试样单面先涂抹一层界面剂,待试样表层界面剂干固后,再涂抹砂浆,养护15天后,用胶将试样与金属夹具粘结,如图1(a)所示。每组制作至少5个试样,确保得到5个有效数据。


  未涂抹界面剂试样制作过程:分别在岩棉板试样和岩棉条试样单面涂抹砂浆,养护15天后,用胶将试样与夹具粘接,如图1(b)所示。每组制作至少5个试样,确保得到5个有效数据。


  失效模式为岩棉破坏或岩棉与砂浆界面破坏为有效,与金属夹具的粘结破坏为无效。

  试验结果

  1.岩棉板拉伸粘结强度试验

      对带有界面剂和不带界面剂的两组岩棉板试样,分别进行拉伸试验,得到试验结果见表1。

  从数据上看,带有界面剂的试样拉伸粘结强度平均值略高于不带界面剂的试样,但两者之间是否存在显著性差异?为此我们对得到的两组试验数据平均值进行一致性检验。

  从失效模式上看,无论是带界面剂还是不带界面剂的岩棉板试样,失效模式都是岩棉破坏,没有发生岩棉与砂浆界面破坏的情况,这说明岩棉与砂浆的粘结强度大于岩棉板的层间拉伸强度。但仔细观察发现,带有界面剂和不带界面剂两种失效的情况又不完全相同,带有界面剂试样的失效模式是从岩棉板中间沿纤维层的褶皱将纤维层撕开,而不带界面剂试样的失效模式是在近岩棉板表面将纤维层拉开,好像是揭掉岩棉板表面的一层皮。拉伸粘结强度的值没有显著性差异,失效模式为什么不同呢?让我们分析一下岩棉板的结构。


  从图2中可以看出,岩棉板是由纤维层叠加形成的层状结构,当岩棉板受到拉伸作用时,其强度大小与纤维强度关系不大,而是取决于与纤维间的摩擦力,因此,在岩棉生产工艺中都采用“打褶”的方式,使纤维层并不是完全平行堆叠的,而是增加垂直向的纤维层,以使纤维层之间相互钩连,提高层间拉伸强度,打褶越多,纤维钩连的程度也越大,强度也越高。岩棉板中间的纤维层“皱褶”更多些,纤维上下钩连,而板表面层的纤维层“皱褶”得少,相对中间层平行的纤维层要多些,因此面层的纤维更容易被拉开。这就是未使用界面剂的试样,失效模式更多是在近表面处被拉开的原因。


  本次试验使用的界面剂是一种液态物质,与岩棉有良好亲和性,可以渗透到岩棉表层。当岩棉板表面涂抹界面剂后,界面剂渗入岩棉板表层,固化后使岩棉板中的纤维粘结到一起,实际上是对岩棉板的表层起到了一定的增强作用,提高了表层强度,失效模式是岩棉板中间层被撕开。


  尽管是否使用界面剂得到拉伸粘结试验的失效模式不同,但决定系统拉伸强度高低的还是岩棉板层间的拉伸强度,因此涂施界面剂对提高系统的拉伸强度没有显著影响。

  2.岩棉条拉伸粘结强度试验


  对带有界面剂和不带界面剂的两组岩棉条试样,分别进行拉伸试验,得到试验结果见表2。


  从失效模式上看,无论是带界面剂还是不带界面剂的岩棉条试样,失效模式都是岩棉条与砂浆界面破坏。


  岩棉条是将岩棉板以一定的间距切割成条状翻转90°使用的制品。岩棉条中纤维层是垂直平行排列的,因此岩棉条在受到拉伸作用时,它的破坏方式是纤维被拉断,这与岩棉板纤维层拉开破坏方式不同,因此岩棉条的拉伸强度远大于岩棉板。本次试验所用的岩棉条样品,标称拉伸强度为80kPa,实际拉伸强度达到300kPa。由于岩棉条自身拉伸强度较高,因此在拉伸粘结强度试验中无论是否使用了界面剂,都没有出现岩棉条被拉坏的情况,所有的失效模式都是岩棉与砂浆的界面破坏。从拉伸粘结强度试验数据来看,使用和未使用界面剂的两组拉伸强度分别为277.9kPa和264.9kPa,两组试验数据不存在显著性差异,也就是说施加了界面剂并没有显著提高岩棉与砂浆的粘结性能。


  按照ETAG004《外墙外保温薄抹灰系统欧洲技术认证指南》的要求,当发生粘接破坏时,所有的实验结果至少要达到80kPa,从测试数据来看,即使没有施加界面剂,拉伸粘结强度平均值为265kPa,最低值也达到了230kPa,完全可以达到ETAG004的要求。


  综上所述,对岩棉板系统来说,由于岩棉板自身拉伸强度较低,岩棉与砂浆的粘结强度大于岩棉板自身的拉伸强度,拉伸粘结强度试验的失效模式都是岩棉板破坏,拉伸粘结强度值主要取决于岩棉板自身的拉伸强度,使用或不使用界面剂拉伸强度的测试结果不存在显著性差异。


  对岩棉条系统来说,若岩棉与砂浆粘结强度大于岩棉条自身的拉伸强度则岩棉条被破坏,拉伸粘结强度值取决于岩棉条的强度;若岩棉条自身强度较高,岩棉与砂浆粘结强度小于岩棉条自身的拉伸强度时,失效模式为岩棉条与砂浆粘结破坏。从本次试验的结果来看,涂抹界面剂和未涂抹界面剂试样的拉伸粘结强度不存在显著性差异。