散裝運輸儲罐(筒倉運輸系統)的使用以及
開發了可對砂漿加水多少進行計量和將濕砂漿泵送至現場進行施工(如噴射施工)的機械系統.
與裝在包裝袋內運送至現場進行人工計量的干拌砂漿相比,用于砂漿機械施工的自動計量和泵送設備大幅度提高了了生產力.對于大宗用戶,可以將干砂漿裝在筒倉內(有從1到20 m3不同大小的倉供選擇) 運送至工地,從而省去袋裝干拌砂漿的裝卸.干砂漿通過適宜的傳送系統從筒倉直接移至附帶的攪拌和泵送單元自動加水進行攪拌并泵送至施工機具.
采用可搬運的裝有干砂漿的筒倉再配以砂漿的自動計量,泵送和機械施工設備可以進一步提高生產率.采用機械攪拌和施工預裝袋干拌砂漿時,與傳統的現場攪拌而后手工施工方法相比,采用機械施工抹灰材料或砂漿每個工人(或一組工人)的施工面積可以提高3-6倍.此外,干拌砂漿的自動計量和泵送裝置事實上可以保證砂漿得以正確地配制和施工,從而避免一些可能發生的錯誤如加水過量或不足.這一點對于那些在施工現場雇用的缺少經驗或不熟練的工人顯得特別重要.因此采用干粉聚合物改性的預拌和預裝袋干混砂漿一直就有替代所謂的雙組份(乳液+干混料)的趨勢.另外一個可以看到的趨勢是高質量的聚合物改性干拌砂漿產品對膏狀和液體產品的替代.從生產率和質量兩方面得到的好處使得干砂漿的生產和應用在整個西歐獲得了十分迅速的增長,目前在東歐,美洲和亞洲的用量也在持續擴大.
現代干拌砂漿產品的生產
現代干拌砂漿工廠的生產能力可達每年2萬到15萬噸.它們可以處理數量相差懸殊的多種不同原材料.這些原材料包括:
· 無機膠凝材料,包括波特蘭水泥,高鋁水泥,特種水泥,熟石灰和石膏;
· 聚合物膠粘劑即可再分散聚合物粉末;
· 骨料和填料,包括石英砂,不同粒徑或細度的碳酸鈣質骨料或粉料,輕質填料和特殊的功能性填料;
· 其它添加劑,包括纖維素醚,顏料,消泡劑,引氣劑,緩凝劑,促凝劑,增稠劑,憎水劑和減水劑等.
在這些現代化的工廠中,全自動的電子程序控制著上料,稱重和原材料的混拌.這種控制系統將原材料按照某一特定干砂漿產品的配方以十分精確的劑量喂送到混拌單元.這樣一些混拌單元(如螺旋混料機)有各種不同的尺寸和設計類型供選擇,可以在較短的批量混拌時間里得到非常均勻的攪拌效果.在整個混拌過程中干拌材料的溫度不得超過50°C以防止熱塑性添加劑出現問題.經3-10分鐘短時間混拌后,均勻的干拌砂漿即可卸入中間成品儲料倉.經質量檢驗后,將干砂漿卸入散裝儲倉或轉送至包裝和托盤單元,然后運送至工地.
從使用功能上看,干拌砂漿產品分為兩大類:普通干拌砂漿和特種干拌砂漿.普通干拌砂漿包括砌筑,抹灰和地面找平砂漿;特種干拌砂漿產品包括瓷磚膠,保溫系統粘結砂漿和抹面砂漿,自流平砂漿,膩子,裝飾抹灰和干粉涂料,瓷磚填縫劑,修補砂漿和防水密封砂漿等.
用于干拌砂漿產品的添加劑
在干拌砂漿產品中除了礦物膠凝材料之外,還加入骨料以及聚合物膠黏劑和多種有機或無機添加劑.這些添加劑的摻量典型的在0.01到10%的范圍內,它們可以改善以下性能:
干砂漿與水的拌合性能;
新拌砂漿的可工作性和流變性;
砂漿硬化后的性能.
下面簡要歸納了這些添加劑的性能特點.
纖維素醚
作為保水和增稠劑,纖維素醚幾乎用于每一種干砂漿產品.常用的纖維素醚有羥甲基乙基纖維素醚 (MHEC)和羥甲基丙基纖維素醚(MHPC).根據不同的用途纖維素醚的摻量亦不相同,低的從0.02%如砌筑砂漿或自流平砂漿到0.1%如抹灰和批蕩砂漿;高的可以從0.3到0.7%,如瓷磚膠.
纖維素醚也稱為流變改性劑,一種用來調節新拌砂漿流變性能的添加劑.纖維素醚基本上講有以下三個功能:
它可以使新拌砂漿增稠從而防止離析并獲得均勻一致的可塑體;
本身具有引氣作用,還可以穩定砂漿中引入的均勻細小氣泡;
作為保水劑,有助于保持薄層砂漿中的水份(自由水),從而在砂漿施工后使水泥可以有更多的時間水化.cement hydration.
纖維素醚的生產商有赫克力士,拜耳,陶氏和三星等公司.
淀粉醚
淀粉醚在干砂漿中的典型摻量為0.01到0.05%.盡管摻量低,它仍可以使砂漿的稠度顯著增加.需水量和屈服值也因此而略有增加,新拌砂漿的垂流程度會降低.這樣使得批蕩砂漿可以批得更厚,瓷磚膠能夠粘附更重的瓷磚而不產生下垂.特殊類型的淀粉醚可以降低砂漿對鏝刀的粘附或延長開放時間.
淀粉醚的生產廠商有赫克力士和國民淀粉化學有限公司(ELOSET牌號)等.
憎水添加劑
憎水添加劑或斥水劑可以防止水份進入砂漿,同時還可以保持砂漿處于開放狀態從而允許水蒸氣的擴散.這種添加劑的性能可以通過毛細吸水試驗方法如EN1015-18進行評價.
市場上大致有三個產品系列:
· 脂肪酸金屬鹽.這些產品的單位成本相對較低,但主要的缺點是攪拌砂漿時需要較長的時間才能與水拌和均勻.典型的摻量為0.2%到1%.
· 硅烷.特殊的粉末狀硅烷如國民淀粉化學公司的Elotex SEAL80不僅表現出高憎水效能,而且具有與砂漿快速拌和均勻的能力.硅烷在堿性環境下與水泥的水化產物形成高度持久的結合.典型的摻量為0.1到0.5%.
· 特殊的憎水性可再分散聚合物粉末確實可以提供良好的憎水性,但需要的摻加量較高,典型摻量為1到3%.這些聚合物還可以改善砂漿的粘結性,內聚性和柔性.
憎水添加劑和憎水性可再分散膠粉的主要用途如下:
· 防水抹灰和批蕩砂漿;
· 防水漿料;
· 薄抹灰外墻保溫系統的抹面砂漿;
· 瓷磚添縫劑.
超塑化劑
水泥超塑化劑的基本功能是減少砂漿的需水量.在獲得相同合易性的情況下,摻加超塑化劑砂漿所需的加水量顯著減少.超塑化劑常用于需要有良好自流平性能的砂漿中,如自流平墊層,面層砂漿或找平砂漿.
干砂漿主要使用下述三種化學外加劑:
· 干酪素.性能優異的超塑化劑,特別是對于薄層砂漿.但由于是天然產品,因此質量和價格常有波動.市場上有許多生產商.
· 三聚氰胺甲醛縮合物.性能良好的超塑化劑,但對薄層砂漿效果有限.有甲醛釋放.生產商如Perstorp和SKW.
· 聚羧酸.最新開發的技術,具有高效能而且無甲醛排放.生產商如SKW.Elotex FLOWKIT產品系列是附加了超塑化功能的可再分散膠粉,它也是基于聚羧酸技術.
其它添加劑
· 促凝劑用于調整砂漿的凝結硬化性能.廣泛使用甲酸鈣和碳酸鋰.甲酸鈣的典型摻量為1%;碳酸鋰為0.2%.
· 與促凝劑一樣,緩凝劑也用于調整砂漿的凝結硬化性能.酒石酸,檸檬酸及其鹽以及葡萄糖酸鹽已被成功使用.典型的摻量為0.05到0.2%.
· 粉狀消泡劑減少新拌砂漿的含氣量.粉狀消泡劑基于不同的化學基團,如吸附在無機載體上的碳氫化合物,聚乙二醇或聚硅氧烷.
聚合物改性干拌砂漿的技術性能
可再分散膠粉的生產及成膜過程
可再分散膠粉為熱塑性聚合物粉末,它們是采用乳液噴霧干燥技術生產的,乳液是以乙烯,醋酸乙烯叔碳酸乙烯酯和丙烯酸酯單體為基礎的聚合物.生產可再分散聚合物膠粉的第一步是生產聚合物分散體,也稱為乳液或乳膠.在這一過程中,水乳化的單體(由乳化劑或大分子保護膠體進行穩定)與引發劑反應開始進行乳液聚合,通過這種反應使單體連接起來形成長鏈分子(宏觀大分子),即聚合物.最終砂漿產品的性能可以通過聚合物的設計和乳液加工處理過程中有選擇地加入特殊的添加劑進行量身定制.另外,通過特殊的產品設計,可以確保聚合物粉末在干砂漿加水攪拌后迅速分散.可再分散膠粉在某些聚合物改性材料中起著重要的作用:它干燥后在水中形成不溶于水的連續膜將顆粒粘結在一起,所以它也被稱為是有機膠黏劑.這種連續膜是通過乳液中單一分散的顆粒融合成均質體而形成的.聚合物成膜的過程分為三個階段:第一階段 ― 在初始乳液中聚合物顆粒以布朗運動的形式自由移動.隨著水分的蒸發,顆粒的移動自然受到了越來越多的限制,水與空氣的界面張力促使他們逐漸排列在一起;第二階段 ― 顆粒開始相互接觸時,網絡狀的水分通過毛細管蒸發,施加于顆粒表面的高毛細張力引起乳膠球體的變形使它們熔合在一起,剩余的水分填充在孔隙中,膜大致形成;第三階段 ― 最后階段是聚合物分子的擴散(有時稱為自粘性)形成真正的連續膜.
在成膜過程中,孤立的可移動的乳膠顆粒固結為新的薄膜相,該薄膜具有較高的拉應力.顯然,為了使可再分散膠粉能夠在硬化砂漿內成膜,必須保證最低成膜溫度(MFFT)低于砂漿的養護溫度.圖1為可再分散膠粉生產,再分散和成膜過程的示意簡圖.
聚合物改性砂漿的微結構
聚合物改性砂漿中的聚合物膜在硬化砂漿具有十分重要的作用效果.圖2為在掃描電子顯微鏡下拍攝到的粉末聚合物改性瓷磚粘結砂漿與瓷磚界面區的微結構.可以清楚地觀察到聚合物形成的膜在吸水率極低的�；纱u與水泥砂漿基體之間形成了橋連.兩種不同材料之間的接觸區是收縮裂縫形成并導致粘結力損失的特殊高危區域.所以,乳膠膜使收縮裂縫得以愈合的能力對于瓷磚膠粘劑具有重要的作用.圖2中的SEM顯微照片清楚地表明為什么可再分散膠粉能夠提高粘結強度.
大量文獻資料(如Ohama, 1995)均已證明采用可再分散膠粉改性后砂漿的抗拉強度,彈性,柔性和封閉性均有提高.因此,我們來直接聚焦這種聚合物-水泥復合材料的微結構.圖3為該復合材料的SEM圖像.摻加可再分散膠粉可使聚合物膜(乳膠膜)形成并構成孔壁的一部分,從而對砂漿的高孔隙構造起到了封閉的作用.乳膠膜具有自拉伸機制,可對其與砂漿錨接之處施加拉力.通過這些內部作用力,將砂漿保持為一個整體,換言之,砂漿的內聚強度提高了.高柔性和高彈性聚合物區域的存在改善了砂漿的柔性和彈性.觀察到屈服應力和破壞強度較素砂漿提高的現象可解釋如下.當施加作用力時,由于柔性和彈性的改善會使微裂縫推遲,直到達到更高的應力時才形成.此外,互相交織的聚合物區域對微裂縫合并為貫穿裂縫也有阻礙作用.因此,可再分散膠粉提升了材料的破壞應力和破壞應變.