发明概述
本发明涉及一种包含挤出聚苯乙烯层、砂浆层和底漆层的复合结构体,其中挤出聚苯乙烯层的至少一个表面上平面化的,并且所述砂浆层由砂浆组合物制成,所述砂浆组合物包含:a)可再分散性粉末,b)纤维素醚,c)一种或多种粘度改进剂,d)一种或多种水硬性粘接剂和e)一种或多种集料。
在一个实施方案中,挤出聚苯乙烯层是泡沫保温板。在一个优选实施方案中,砂浆层邻接挤出聚苯乙烯层。在本发明的另一个实施方案中,复合结构体还包括终饰层,其中砂浆层被涂敷在挤出聚苯乙烯层和终饰层之间。在再另一个实施方案中,底漆层被涂敷在挤出聚苯乙烯层的平面化的表面上。在另一个实施方案中,底漆层被涂敷于挤出聚苯乙烯层和砂浆层之间。
在本发明的一个实施方案中,可再分散性粉末包括乳液胶乳(emulsion latex)的喷雾干燥粉末,优选地,可再分散性粉末包含含乙烯聚合物。更优选地,可再分散性粉末包含乙烯基酯-乙烯共聚物。还更优选地,可再分散性粉末包含乙酸乙烯酯-乙烯共聚物、乙酸乙烯酯/叔羧酸乙烯酯(vinyl-versatate)共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物和苯乙烯/丙烯酸类共聚物中的至少一种,或它们的混合物。最优选地,可再分散性粉末包含乙酸乙烯酯-乙烯共聚物。
在一个实施方案中,复合结构体包括具有约0.1重量%至约20重量%、优选约1重量%至约10重量%,更优选为约2重量%至约5重量%的可再分散性粉末的砂浆组合物。
在另一个实施方案中,纤维素醚包括羟丙基甲基纤维素醚。砂浆组合物包含约0.01重量%至约50重量%、优选约0.1重量%至约10重量%的纤维素醚。
在再另一个实施方案中,粘度改进剂包括蒙脱石(smectitie)族矿石中的成员,优选包括锂蒙脱石粘土,并且更优选包括未改性的锂蒙脱石粘土。砂浆组合物包括约0.01重量%至约1重量%、优选约0.05重量%至约0.5重量%,更优选为约0.1重量%至约0.3重量%的粘度改进剂。
在一个实施方案中,水硬性粘接剂包括水泥。砂浆组合物包括约10重量%至约80重量%、优选约20重量%至约40重量%,更优选约25重量%至约35重量%的水硬性粘接剂。
在另一个实施方案中,集料包括石英砂。砂浆组合物包括约20重量%至约80重量%、优选约30重量%至约70重量%,更优选为约50重量%至约65重量%的集料。
在一个实施方案中,底漆组合物是水分散性的。底漆组合物优选包含乳液聚合物,更优选包含聚丙烯酸类乳液。
在另一个实施方案中,底漆组合物以约2.5g/m2至约150g/m2的量涂敷到挤出聚苯乙烯层的每一个表面上。在一个优选实施方案中,底漆组合物以约5g/m2至约50g/m2的量涂敷到挤出聚苯乙烯层的每一个表面上。在一个更优选的实施方案中,底漆组合物以约20g/m2至约35g/m2的量涂敷到挤出聚苯乙烯层的每一个表面上。
在一个实施方案中,砂浆组合物被涂敷到挤出聚苯乙烯层上,以形成间断或不连续的砂浆层。在另一个实施方案中,砂浆组合物被涂敷到挤出聚苯乙烯层以形成均匀(uniformed)并且连续的层。
本发明还涉及一种包含挤出聚苯乙烯层、砂浆层和底漆层的复合结构体,其中挤出聚苯乙烯层的至少一个表面被平面化;并且砂浆层粘附到挤出聚苯乙烯层上,其中粘结强度高于0.2MPa。在一个优选实施方案中,砂浆层粘附到挤出聚苯乙烯层上,其中粘结强度高于0.25MPa。
本发明还涉及一种包含挤出聚苯乙烯层、砂浆层和聚丙烯酸类乳液层的复合结构体,其中挤出聚苯乙烯层的两个表面被平面化,所述两个表面上涂敷聚丙烯酸类乳液层,在聚丙烯酸类乳液层上进一步涂敷所述砂浆层;并且所述砂浆层由砂浆组合物制成,所述砂浆组合物包含:约2重量%至约5重量%的乙烯基醚-乙烯共聚物粉末、约0.1重量%至约1重量%的羟丙基甲基纤维素醚、约0.1重量%至约0.3重量%的未改性的锂蒙脱石粘土、约25重量%至约35重量%的水泥和约50重量%至约65重量%的石英砂。
在一个优选实施方案中,至少一层砂浆层包含埋置的玻璃纤维网。
在本发明的另一个实施方案中,砂浆层的厚度为约2mm至约10mm,而挤出聚苯乙烯层的厚度为约2cm至约15cm。
本发明还涉及一种用于附着到墙壁基底上的外墙外保温系统,其包括:找平层(leveling screed);粉饰灰泥终饰层;和复合结构体,其中所述砂浆层在保温层和找平层之间使用。
在一个实施方案中,将底漆层涂敷于保温层的两个表面上。
本发明还涉及一种砂浆组合物,其具有超过2.0小时的开放时间、大于0.25Mpa的与保温板的粘结强度以及低于390g/m2的吸水率。
本发明还涉及一种用于使建筑结构体的外墙保温和终饰的方法,所述方法包括:将砂浆组合物涂敷到找平的基底上以形成砂浆层;准备挤出聚苯乙烯泡沫保温层的平面化表面;将底漆组合物涂敷到挤出聚苯乙烯层的平面化表面上以形成底漆层;以及将保温层涂敷到砂浆层上,其中所述砂浆组合物由包含以下各项的混合物制成:可再分散性粉末、纤维素醚、一种或多种粘度改进剂、一种或多种水硬性粘接剂以及一种或多种集料。
在一个实施方案中,本发明的方法还包括将底漆组合物涂敷到挤出聚苯乙烯泡沫保温层上,其中所述挤出聚苯乙烯泡沫保温层的两个表面均被平面化;将抹灰底涂砂浆组合物涂敷到挤出聚苯乙烯泡沫保温层上,以及将粉饰灰泥终饰料(finish)或油漆涂敷到抹灰底涂砂浆上。
在另一个实施方案中,本发明方法还包含通过机械固定将保温层固定到粘合剂砂浆层上;以及将玻璃纤维网埋置到抹灰底涂砂浆上,在其上涂敷粉饰灰泥终饰料或油漆。
在另一个实施方案中,本发明方法还包括一种复合结构体,其中砂浆组合物还包含增强纤维。在再另一个实施方案中,增强纤维是塑料纤维。
本发明的详细描述
在下列详细描述中,将本发明的具体实施方案连同其优选实施方案进行描述。然而,到下列描述专属于本发明技术的具体实施方案或具体应用的程度,意图是仅为说明性的并且仅提供示例性实施方案的简明描述。因此,本发明不限于下面描述的具体实施方案,而是本发明包括落入在后附权利要求书的真实范围内的所有替代方案、变体以及等价物。
如本文中使用的:
除非另外说明之外,所有的百分比%都是基于干砂浆组合物的总重量计的。下面描述的各种成分的描述均是非限制性的。
“外保温终饰系统(EIFS)”是外墙包覆系统,在欧洲也称作外墙外保温系统(ETICS)。为了节省能量,提高房间舒适度并且保护墙壁免受潮湿和其它外界因素的影响,而可以将其用在住宅和商业建筑物上。
在EIFS中使用的“砂浆组合物”包含:
●可再分散性粉末,
●纤维素醚,
●一种或多种粘度改进剂,
●一种或多种水硬性粘接剂,和
●一种或多种填料。
本发明的砂浆组合物还可以包含一些添加剂,比如早硬剂、防水剂、天然木材纤维素,等。当砂浆组合物被涂敷在任何基底上时,将在其上形成“砂浆层”。
取决于不同目的,砂浆组合物可以被用作a)用于将保温板粘附到墙壁基底上的粘合剂砂浆,以及b)通常用在终饰层和保温板之间的抹灰底涂砂浆(底座砂浆)。组分的含量可以彼此不同。
取决于不同的组分,砂浆组合物可以被分类为“水泥砂浆”和“聚合物砂浆”。水泥砂浆通常是指包含水泥、卜特兰水泥、砂/集料、水和其它无机添加剂和填料,比如粉煤灰等的砂浆组合物。典型地,水泥砂浆不包含乳液聚合物和其它含聚合物的添加剂。聚合物砂浆或聚合物改性砂浆是指含有水泥和水泥砂浆的其它组分加上聚合物添加剂比如胶乳/乳液聚合物的砂浆组合物。在典型的方法中,在建筑场地将液体乳液聚合物添加到水泥砂浆中以制备聚合物砂浆。然而,在本发明的一个实施方案中,聚合物砂浆被称作单组分聚合物砂浆。这种独特的聚合物砂浆是预混合的干组合物。它可以甚至在到达建筑场地之前通过将可再干混合性聚合物粉末与水泥砂浆混合而预先制备。
“挤出聚苯乙烯层”或“挤出聚苯乙烯板(XPS)”是指通过将包含苯乙烯类聚合物和发泡剂的膨胀性聚合泡沫组合物从模头排出并且使该组合物膨胀成聚合体泡沫而制备的聚苯乙烯板。苯乙烯类聚合物是其单体单元的大部分是苯乙烯或苯乙烯衍生物的苯乙烯类聚合物。这具体包括苯乙烯与丙烯腈、丙烯酸、丙烯酸酯等的共聚物。典型地,从压力对于防止发泡足够高的环境到压力对于允许发泡足够低的环境,发生挤出。典型地,挤出泡沫体是一种由单一发泡性组合物膨胀成单一挤出泡沫结构体所产生的互连泡孔的连续、无缝结构体。然而,挤出泡沫体的一个实施方案包括“线材泡沫”。线材泡沫包括多个由连续的聚合物外皮限定的挤出泡沫线材,其中彼此邻接的泡沫外皮彼此粘附。在线材泡沫体中的聚合物外皮仅在线材的挤出方向上延伸。
XPS的厚度取决于建筑场地的气候、湿度等而变化。通常地,它为约20至约150mm,或更大。
“膨胀聚苯乙烯层”或“膨胀聚苯乙烯板(EPS)”是指在在膨胀性聚合物珠粒工艺中通过将发泡剂结合到聚合物组合物的颗粒中(例如,在压力下使聚合物组合物的颗粒吸入发泡剂)而制备的发泡性组合物。随后,使模具中的颗粒膨胀,以获得包含大量的膨胀泡沫珠粒(颗粒)的泡沫组合物,所述膨胀泡沫珠粒(颗粒)彼此粘合以形成“珠粒泡沫”。独立的珠粒的预膨胀之后还能够在模具内发生二次膨胀。作为再另一个备选方案,使珠粒远离模具膨胀,然后将它们在模具内热熔合或用粘合剂熔合在一起。
珠粒泡沫具有特有连续网络的聚合物珠粒外皮,该聚合物珠粒外皮包围泡沫内的泡沫泡孔的集合。聚合物珠粒外皮的密度被珠粒外皮内的泡孔壁的密度更高。聚合物珠粒外皮在多个方向上延伸,并且将任何泡沫表面连接到相反的泡沫表面,并且通常地互连所有的泡沫表面。聚合物珠粒外皮是膨胀以形成泡沫的每一个泡沫珠粒的残留外皮。珠粒外皮聚结在一起,以形成包含多个膨胀泡沫珠粒的泡沫结构体。珠粒泡沫倾向于比挤出泡沫更脆性,因为它们沿着珠粒外皮网络破裂。而且,珠粒外皮网络提供从泡沫体的任一侧到相反侧的连续热短路,这在保温材料中是不适宜的。
挤出泡沫与膨胀聚合物珠粒的不同之处在于没有包封的珠粒集合。尽管线材泡沫具有类似于珠粒泡沫的外皮,但是线材泡沫的外皮没有完全包封泡孔群,而是形成仅在泡沫的挤出方向上延伸的管。因此,在线材泡沫中的聚合物外皮没有在所有方向上延伸并且没有类似于在膨胀聚合物珠粒泡沫中的聚合物外皮那样,将任何泡沫表面互连至相反的表面。
挤出聚苯乙烯层的平面化表面是板的粗糙表面,所述板的粗糙表面是通过剥离挤出聚苯乙烯板的致密层而获得的。平面化表面还能够通过其它方法比如磨损而实现。
“泡沫保温板”或“保温板”是指在板形式的保温材料。EIFS应用的核心是通过使用粘合剂砂浆,将保温材料附着到基底墙壁上。EIFS的外表面然后用纤维网埋置的底座砂浆覆盖,并且进一步通过其它终饰材料比如粉饰灰泥、油漆或砖而完成。保温材料可以是EPS、XPS、聚氨酯泡沫、矿棉或甚至软木板,所有这些均可以给建筑物提供保温以及满足保温/能量规范。砂浆层通常与保温板相邻,并且任选地,可以在它们之间涂敷底漆层。
“终饰层”通常是复合结构体的最外表面,其可以是涂漆层、瓷砖或粉饰灰泥层。
“找平层(leveling screed)”是指实心地板或墙壁覆盖物的最终的水平的平滑表面,在所述地板或墙壁覆盖物上通常涂敷有砂浆层或精细混凝土。
“粉饰灰泥终饰料”是一种终饰膏(plaster),其通常用在建筑物的外墙外上,并且以各种形式已经在建筑中使用了多个世纪。尽管它还可以在内部使用,但是专门设计的内部膏已经代替了粉饰灰泥在内部用于大多数区域中。在古代,内部粉饰灰泥通过将大理石粉、石灰和水混合制成平滑膏而制备,所述平滑膏能够模制成精制的布景和进行涂漆。西班牙、希腊和教堂(Mission)类型建筑全部显著特征是粉饰灰泥,其帮助反射热并且使室内保持凉爽。
可以使用多种材料来制备砂浆。传统的粉饰灰泥使用石灰以及一起使用砂和水,所述石灰是一种通过使石灰石在窑中烘焙以使其钙化而制备的材料。这些成分混合成与内部粉饰灰泥共同使用的膏状物,该膏状物可以用泥铲涂抹到表面上或进行模制。以这种方式制备的粉饰灰泥是耐久的、牢固的并且是笨重的。由于石灰有一点可溶,因此在粉饰灰泥中的裂缝将本身固定,因为如果受潮,则石灰将滴落以填充这些裂缝。如今更通常地,粉饰灰泥使用细磨的卜特兰水泥、砂和水,这导致更不耐久形式的粉饰灰泥,其容易开裂。
“再分散性粉末”(“RDP”)是通过在各种添加剂比如保护胶体、防结块剂等的存在下由乳液聚合物通过喷雾干燥法制备。很多类型的聚合物可以用于制备RDP:乙烯/乙酸乙烯酯共聚物(乙烯酯-乙烯共聚物)、乙酸乙烯酯/叔羧酸乙烯酯共聚物(VeoVa)、苯乙烯/丁二烯共聚物、苯乙烯/丙烯酸类共聚物,等等。为了实施喷雾干燥,将所述共聚物的分散体,合适时与保护胶体一起,进行喷雾并且干燥。当与水混合时,则这些聚合物粉末可以再分散并且形成乳液,这进而随后在水通过蒸发并且水泥水合而移除之后,形成在水泥砂浆内的连续膜。这些连续的膜用作将砂浆层粘结到基底上的“桥”,由此改善砂浆层的固有强度,以及与基底的粘合力。最低成膜温度(MFFT)是用于描述可以形成膜的最低温度要求。一旦膜形成,则获得来自RDP的益处。聚合物的MFFT和玻璃化转变温度(Tg)是用于限定RDP性质的两个关键参数。陶氏胶乳粉末(Dow Latex Powders(DLP))是为建筑工业设计的,主要用作水泥或石膏基干混产物的添加剂。
优选的乙烯酯包含乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、丁酸乙烯酯、2-乙基己酸乙烯酯、月桂酸乙烯酯、乙酸1-甲基乙烯酯、新戊酸乙烯酯和具有5至11个碳原子的α-支链单羧酸的乙烯酯。一些优选的实例包括VeoVa5.RTM.、VeoVa9.RTM.、VeoVa10.RTM.、VeoVa11.RTM.(壳牌的商品名),或DLP2140(陶氏的商品名)。优选的甲基丙烯酸酯或丙烯酸酯包括丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丙酯、丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸正丁酯和丙烯酸2-乙基己酯。优选的乙烯基-芳族化合物包括苯乙烯、甲基苯乙烯和乙烯基甲苯。一种优选的乙烯基卤化物是氯乙烯。优选的烯烃是乙烯和丙烯,并且优选的二烯是1,3-丁二烯和异戊二烯。
RDP分数优选是约0.1至约20重量%,更优选为约1至约10重量%,并且最优选为约2至5重量%。
“含乙烯聚合物”是指含乙烯部分即-CH2-CH2-结构的聚合物。
“乳液聚合物”或“聚合物分散体”是指在溶剂比如水中具有精细分散的聚合物粒子的两相体系。含水乳液聚合物通常是由聚合物粒子比如乙烯基聚合物或聚丙烯酸酯共聚物与含疏水和亲水结构部分的表面活性剂构成。当作为涂层涂敷在基底上并且在环境温度或升高温度固化时的优选含水乳液聚合物已经被发现具有优异的耐溶剂、化学品和水的性质,外墙外耐久性、耐冲击性、耐磨损性、优异的对各种基底的粘附力,等等。
“底漆组合物”通常用于将表面粘合在一起。在EIFS中使用的底漆组合物也是乳液聚合物中的成员并且通常是水分散性的。底漆组合物的一个实例包括聚丙烯酸类乳液。底漆组合物被刷涂到各种各类的基底比如泡沫保温板的表面上。在砂浆组合物干燥之后,将在表面上形成涂层(层)。有时候,底漆组合物(通常是商购产品)可以通过相应的溶剂,通常是水在建筑场地进一步稀释。
底漆组合物优选以按挤出聚苯乙烯层的表面计的约2.5g/m2至约150g/m2、更优选为约5g/m2至约50g/m2并且最优选20g/m2至约35g/m2的量使用。
“纤维素醚”(“CE”)是在干混砂浆组合物中通常使用的作为流变学改进剂的添加剂。但是发现由CE产生的主要益处是改善的加工性和水保留性。良好的加工性对于场地工作者是优选的,而高的水保留性可以延长湿砂浆组合物被使用之前的贮存期(开放时间),因此砂浆层的品质可以在使用之前保持相对更长的时间。由于在EIFS砂浆组合物中使用的CE非常有限(<1%),因此相比于RDP的大贡献,整个系统的性能受CE添加剂的影响温和。纤维素醚的优选实例是羟丙基甲基纤维素醚,比如METHOCEL CP 1425(陶氏的商品名)。
纤维素醚分数优选为约0.01至约50重量%,更优选为约0.1至约10重量%,并且最优选为约0.2至0.4重量%。
在建筑工业中使用“粘度改进剂”或“增稠剂”,以用于改善砂浆组合物的粘度。增稠剂的实例是多糖,比如纤维素醚和改性的纤维素醚、淀粉醚、瓜尔胶、黄原胶、页硅酸盐、聚羧酸,比如聚丙烯酸以及其偏酯,任选缩醛化(acetalized)和/或疏水改性的聚乙烯醇、酪蛋白和缔合增稠剂。还能够使用这些增稠剂的混合物。优选纤维素醚、改性的纤维素醚、任选缩醛化和/或疏水改性的聚乙烯醇,以及它们的混合物。砂浆组合物优选包含0.05至2.5重量%,更优选为0.05至0.8重量%的增稠剂。
在建筑系统比如砂浆组合物、粉底、粉饰灰泥、地板系统和建筑物粘合剂中,流动控制是非常重要的。用于提供增稠和水保留性的主要添加剂是纤维素醚。然而,发现系统性能和涂敷行为可以通过将一种或多种流变学试剂与纤维素醚组合使用而得到明显改善。通常地,流变学试剂提供下列益处:
●加工性和加工
●改善的耐流挂性
●触变性
●抗沉降性
●改善的可泵性和剪切变稀
●抗泛浆性
锂蒙脱石粘土是在各种建筑系统中用于控制流动性质的高度有效的矿石流变添加剂。锂蒙脱石是蒙脱石族矿石中的成员,所述蒙脱石族矿石是天然产生的层状溶胀粘土的家族。蒙脱石粘土是可以在水中溶胀的层状硅酸盐,因此被广泛用作流变添加剂。硅酸盐片晶具有三层,两个金属氧化物层埋置二氧化硅层。在锂蒙脱石中的金属氧化物层是镁。锂蒙脱石片晶的表面是带负电荷的,因为在锂蒙脱石中的二价镁部分被一价锂代替,这导致电荷缺乏。锂蒙脱石粘土的优选实例包括由Elementis SpecialtiesInc制备的BENTONE OC。这些天然产生的锂蒙脱石粘土有时候被称为未改性的锂蒙脱石粘土。
锂蒙脱石粘土有时候可以与其它无机或有机材料比如多糖或季铵结合,以制备“改性的锂蒙脱石粘土”,以改变其流变学曲线或得到用于新应用的新性质。例如,有机粘土通过季铵改性。然后,它由于疏水性质而可以在带溶剂的系统中使用。
粘度改进剂分数优选为约0.01至约1重量%,更优选为约0.05至约0.5重量%,并且最优选为约0.1至0.3重量%。
“水硬性粘接剂”被广泛用于建筑工业中。水硬性粘接剂分数优选为0.5至70重量%,更优选为8至50重量%。通常地,使用水泥或石膏。
水硬性粘接剂分数优选为约10至约80重量%,更优选为约20至约40重量%,并且最优选为约25至35重量%。
典型地,水泥在砂浆组合物是最大比例的。水泥在水的存在下通过水合过程而提供对基底的粘合强度。充分水合的水泥具有非常高的机械强度以及耐水性,但是挠性非常差。由于在应用比如EIFS中的功能要求,水泥必需通过挠性聚合物改性。中国是全世界最大的水泥生产者,具有约50%的全球生产能力。然而,在中国生产的水泥在不同活性填料比如矿渣、火山灰等的质量以及种类方面变化极大。水泥制造商通常根据季节变化和/或用户要求而改变成分,只要水泥仍然可以满足国家标准即可。活性填料的最大含量有时候高达70%,而在西方国家,在纯的硅酸盐水泥,也称作卜特兰水泥中的惰性填料典型地为少于5%。
在中国生产的水泥主要作为建筑物中的结构负荷承载材料设计,而不是作为在EIFS中的功能组分,因此对于研究它们的初始强度、凝固时间和与添加剂的相容性是复杂的。为了品质控制,建议在EIFS中使用卜特兰水泥,因为在富填料的水泥中的成分频繁变化,并且在所述成分和其余聚合物添加剂之间的相互作用难于控制。在卜特兰水泥中的相对更高的纯度减少了配方的变动,因而改善了砂浆层的稳定性。优选使用卜特兰水泥。
在干混砂浆组合物中的“集料”是指没有粘结功能的无机材料。它包括粗大的集料和细填料。粗大集料的粒度典型地大,其具有高达8mm的最大尺寸。细填料的粒度典型地小,通常小于0.1mm。集料的一个实例是使用水平高的石英砂,而细填料主要是碳酸钙粉末。
集料分数优选为约20至约80重量%,更优选为约30至约70重量%,并且最优选为约50至65重量%。
石英砂属于硅中的矿山产物的原料。硅中的矿山产物的原料是指SiO2含量大的天然矿物材料,通常包括石英砂、石英岩、脉石英、conite等。化学含量的石英为具有以下性质的SiO2:玻璃光泽,在断裂时具有油脂光泽,通常为7的硬度以及2.65-2.66g/cm3的密度。
石英砂通常是指石英含量处于绝对高含量的所有类型的砂,比如海砂、河砂和湖砂,等。在多数情况下,作为干混砂浆组合物的绝对必需的集料,石英砂对于砂浆层强度、体积稳定性和水消耗量有很大的影响。此外,石英砂的粒度、含水量和泥含量将直接影响砂浆层的粘结强度、压缩强度和加工性。
在河流的中部和下层中的石英砂通常在形状上是圆形的(较少边缘角形状或片状的粒子)。石英砂在长距离的传输和洗涤之足(under-washing)之后具有较小的污染物。这些河砂通常用于干混砂浆组合物中,并且砂在挖出之后应当通过比如水洗涤,干燥和筛选之类的过程。它然后被制成具有不同等级的石英砂集料。
“玻璃纤维网”通常由白色和无味的织物制成。一个实例是白色的C玻璃纤维纺织织物,其涂布有SBR(苯乙烯丁二烯胶乳),具有各种网格尺寸(4x4mm、5x5mm、4x5mm等)和表面重量(135、145、160、200、300g/m2等)。被用作另外的增强织物,包埋在EIFS底涂层砂浆中部,用于使表面抵抗开裂和冲击。一卷足以用于约45m2(1m宽,50m长,但是1.1m2/m2的表面)。
还可以将增强纤维比如塑料纤维混入到砂浆组合物中用于改善性能。增强纤维的一个实例公开在美国专利6844065中。
在典型的安装方法中,在粘合剂砂浆凝固之后,将Styrofoam XPS板抛光并清洁,然后涂敷底漆组合物和第一层的底涂层砂浆。使所述网在没有起皱或折叠的情况下,在按设计交叠的情况下,按压以使其插入到底涂层砂浆中。最后,根据设计的覆盖厚度涂敷第二层的底涂层砂浆以覆盖所述网。
EIFS规范和技术要求在各个国家之间是不同的。在欧洲的EIFS标准是由欧洲技术认可组织(European Organization for Technical Approvals(EOTA))提出的。这种标准规定了EIFS的各个部分,以及整个系统应当满足的所有的技术性能要求,包括物理性质、可加工性和现场操作要求,比如吸水率、蒸汽渗透性、粘结强度和抗冲击性能等。
在中国,建设部在2003年7月1日颁布了第一个EIFS行业标准“基于EPS的外墙外保温复合物系统”JG 149-2003。在2005年1月颁布了一个更通用的标准,JGJ144-2004“外墙外保温保温工程技术规程”。该标准由在MOC中的建筑科学技术中心(Center of Science & Technology ofConstruction)引导,而CABR,中国建筑标准设计研究院参与了编辑工作。JG 149-2003非常类似于欧洲的EOTA ETAG 004。它主要介绍了具有薄的抹灰底涂和终饰层的EPS板的外墙外保温系统。JGJ144-2004表明很多公司对于EIFS技术的极大关注和参与。这种标准从JG149-2003体系本身开始,同时它还进一步推广并且规定了其它三种基于EPS的技术(使用EPS板的现场浇铸的混凝土墙壁,使用金属网络保持的EPS板的现场浇铸的混凝土墙壁,使用通过机械紧固件固定的金属网络的EPS板)。事实上,它还在如今中国的EIFS市场上扮演了最重要的角色。
在此处引入的相关测试方法主要基于JG149-2003和JGJ144-2004,并且还部分采用了在上海地方标准DB31/T366-2006‘外墙外保温聚合物砂浆技术要求’中的一些内容。
JGJ144 底涂层砂浆的粘结强度(对XPS板)
遵照JGJ144对XPS的粘结强度测试示例如下:
1.测试尺寸为100mmx100mm,并且XPS板的厚度为50mm。样品的数量为5。
2.样品制备方法描述如下:在XPS的一个表面上涂布粘合剂,厚度为(3±1)mm。在固化之后,在两侧上涂布合适的粘合剂(比如环氧树脂),以粘结尺寸为100mmx100mm的钢底板。
3.测试应当在下列状态下进行:
●在标准固化28天之后的干燥状态下,称作干粘结强度
●在标准固化28天,在水中浸渍48h,在取出之后2h,被称作湿粘结强度
●在标准固化28天之后,在20天之内将下列循环(在50±3℃的干燥箱中16h,在23±3℃的水中浸渍8h,其中样品的底部涂层在下部,水的液面比样品表面至少高20mmm,然后在-20±3℃冷冻24h,这被称作一个循环)进行10个循环
4.将样品安装在拉伸速度5mm/min的拉伸测试机上,并且牵拉样品直到断裂,然后记录发生断裂时的拉伸力和断裂位置。
5.测试结果由5个样品的测试数据的算术平均值表示。
JG149粘结强度
遵照JG149的粘结强度测试示例如下:
1.样品主要由70mmx70mm的水泥砂浆底板(或XPS板)以及40mmx40mm的拉伸钢夹具组成。
2.用水泥砂浆(或XPS板)粘结(bond)的样品的数量为6,并且制备方法描述如下:根据产品说明准备粘合剂,并且将粘合剂涂布在水泥砂浆底板(或XPS板)上,然后粘结(bind)刚夹具,其中粘合剂厚度为3mm并且面积为40mmx40mm。
3.测试应当在下列状态下进行:
●在标准固化14天之后的干燥状态下(称作干粘结(boning)强度)
●在标准固化14天,在23±3℃的水中浸渍7天,在取出之后的2-4h(称作湿粘结强度)
●在标准固化14天之后,在20天之内将下列循环(在50±3℃的干燥箱中干燥16h,在23±3℃的水中浸渍8h,其中样品的底部涂层在下部,水的液面比样品表面至少高20mmm,然后在-20±3℃冷冻24h,这被称作一个循环)进行10个循环。这种强度被称作冻熔粘结强度。
4.将样品安装在拉伸测试机上并且将拉伸速度设置在5mm/min,牵拉样品直到断裂,然后记录发生断裂时的拉伸力和断裂位置。
5.测试结果由4个中间值的算术平均值表示。
“开放时间”按如下测试:
在聚合物砂浆制备之后,在根据由系统供应商提供的可操作时间将样品放置在测试环境中,然后根据在干粘结强度中使用的测试方法进行测试。
弯曲强度
对于弯曲强度,参照GB/T17671-1999‘水泥砂浆强度检验方法’。标准测试条件如下:环境温度23±2℃,相对湿度50±5%,在测试区域中的空气速度小于0.2m/s。聚合物砂浆的老化(age)为28天,并且尺寸为40mmx40mmx160mm。根据规格要求准备样品。
测试仪器以下列方式制成:用三个10mm直径的钢圆柱轴夹持40mm厚的砂浆棒;将2个钢圆柱体放置在一侧上,其中它们之间的距离为100mm,并且另一个钢圆柱体放置在另一侧的中间,夹紧在砂浆棒上,见下面的图。
弯曲强度Rf由MPa表示,并且根据下式计算:
其中
Ff:弯曲时在样品的中间部分施加的负荷(N)
L:在支撑圆柱体之间的距离(mm)
b:样品正方截面的边长(mm)
将3个测试样品的测试值的算术平均值取作测试结果,至0.01MPa的精度。
压缩强度
对于压缩强度,也参考GB/T17671-1999‘水泥砂浆强度检验方法’。聚合物砂浆的老化为28天,并且尺寸为40mmx40mmx160mm。根据规格要求准备样品。然而,这种测试在完成弯曲测试的弯曲样品(即,半菱柱)的侧面上进行。在这个半菱柱的中心和压力机纸板的中心之间的差要求在0.5mm之内。
在负载过程中,以2400±200N/s的速度均匀地施加负荷,直到破裂。压缩强度Rc由MPa表示,并且根据下式计算:
其中
FC:断裂时的最大负荷(N)
A:处于压缩的部分的面积40mmx40mm=1600mm2
将6个测试样的测量值的算术平均值取作测试结果,至0.01MPa的精度。
吸水率(小规模系统)
吸水率测试示例如下:
1.样品尺寸为200mmx200mm,并且样品数量为3。
2.样品准备:根据供应商的要求,将底涂层砂浆涂布在50mm厚的XPS板上,将网按压并埋置底涂层砂浆中,总厚度为5mm。在测试环境中固化28天之后,根据测试的尺寸要求切割样品。
3.除了每一个样品的表面的底涂层砂浆之外,所有的其它5个表面均应当用防水材料密封。
4.测试过程:首先,测量样品的质量,然后将样品在底涂层砂浆表面朝下侧的情况下放置在室内温度的水中,入水深度(underwaterpenetration)等于底涂层砂浆厚度。在样品浸渍在水中24小时之后,将其取出并且擦拭掉在表面上的水,称量在水吸收24小时之后的样品的重量。
5.测试结果通过3个测试结果的算术平均值表示,至1g/m2的精度。
耐冲击性能(小规模系统)
耐冲击测试示例如下:
1.测试装置:钢尺,测量范围0-1.02m,刻度值10mm;质量分别为0.5kg和1.0kg的钢球。
2.样品尺寸:600mmx1200mm,样品数量:2.准备方法:根据供应商的要求,将底涂层砂浆涂布在50mm厚的XPS板上,将网按压并埋置底涂层砂浆中,总厚度为5mm。在测试环境中固化28天之后,根据测试的尺寸要求切割样品。
3.测试过程:将样品平坦地放置在水平地面上,其中底涂层朝上侧,并且样品应当紧紧地靠近地面;使用0.5kg(1.0kg)球并且将其在0.61m(1.02)高度释放,使球自由落入并且冲击样品表面。对于每一个水平面应当冲击10个点,并且在点之间或点和边缘之间应当留下至少100mm。
4.测试结果:底涂层砂浆表面的破裂被认为是断裂,如果在10次中出现少于4次的断裂,则这次测试的抗冲击性能达到标准;如果10次中出现4次以上的破裂,则这次测试的抗冲击性能没有达到标准。
不透水性(小规模系统)
不透水性测量示例如下:
1.样品尺寸和样品的数量:尺寸65mmx200mmx200mm,样品数量:2。
2.样品准备:使用60mm厚的XPS板并且使用在系统吸水率测试中使用的方法准备样品,移除样品的中心部分中的XPS板,并且移除部分的尺寸为100mmx100mm,然后标记远离底涂层砂浆表面的50mm位置(在样品的侧面上)。
3.测试过程:放置样品,以使得其底涂层砂浆表面朝下侧,并且其底涂层位于水表面下50mm位置,并且将重物放置在样品上以确保样品处于水下。在将样品保持在水下2h之后观察样品的内表面。
4.测试结果:如果在移除XPS板的样品背侧上的部分没有水渗漏,则它达到标准。
JG149抗冻熔性(小规模系统)
遵照JG149的抗冻熔性测试示例如下:
1.测试装置:冷冻箱:最低温度-30℃,控制精度±3℃;干燥箱:控制精度±3℃。
2.样品尺寸150mmx150mm,样品数量:3。使用50mm厚的XPS板并且采用在系统吸水率测试中使用的方法准备样品,然后在底涂层砂浆表面上涂布终饰层(油漆或瓷砖)。
3.测试方法:使样品在干燥箱中于50±3℃保持16h,然后将其浸渍在20±3℃的水中8h,其中样品底涂层朝下侧并且水的液面比样品表面高出至少20mm;将其保持在-20±3℃的冷冻箱中24h,并且这是一个循环。对每一个循环观察样品1次。测试在10次循环之后结束。
4.测试结果:在测试结束之后,观察表示表面是否存在气泡、散裂(spelling)、水泡或脱粘结,并且还在5x的放大倍数下观察表面是否存在开裂。
JGJ144抗冻熔性(小规模系统)
在JGJ144下的抗冻熔性测试示例如下:
1.样品尺寸500mmx500mm;样品数量3。使用50mm厚的XPS板并且采用在系统吸水率测试中使用的方法准备样品,然后测试下列2种样品:具有或不具有终饰层(油漆或瓷砖)。
2.测试过程:冻熔循环30次,每一次24小时。将样品在20±2℃的水中浸渍8h,其中样品底涂层朝下侧并且将底涂层浸渍在水中;将其在-20±2℃的冷冻箱中冷冻16h,并且这是一个循环。每3个循环观察样品1次。该测试在样品的30个循环之后结束。
2.测试结果:在每3个循环之后,观察表面是否存在起泡、散裂、水泡或脱粘结,并且将其记录。在测试结束之后,将样品在实验室条件下固化7天,并且根据上述方法测试干粘结强度。
透水性(小规模系统)
透水性测试示例如下:
蒸汽渗透性是指在单位时间内流过单位面积的蒸汽渗透量。单位:g/(m2·h)或kg/(m2·s)。在JG149-2003中的蒸汽渗透性根据在GB/T17146-1997‘用于建筑物材料的水蒸汽传输的测试方法’中的水调节方法测量。在测试杯(在其中具有有限量的水)上密封EIFS样品(终饰表面朝下侧),在对其称量之后,将该杯放置在具有恒温23℃和恒定相对湿度50%的环境中。在该杯中的水的相对湿度100%和实验室的相对湿度50%之间存在湿度差,因此在杯中的蒸汽将扩散到实验室中。定期地称量测试杯的重量,并且可以计算EIFS的蒸汽渗透性。
通常地讲,油漆层对这种标的具有很大的影响。而在瓷砖终饰系统中,这个标的完全取决于瓷砖间隙的宽度以及接合(灌浆)材料的渗透量。
在JG149-2003中规定的蒸汽渗透性0.85g/m2h相当于渗透量的中值水平。就关注EIFS而言,在墙壁的不同组分之间的渗透差可能导致墙壁结露水,并且长时期的这种情况将引起墙壁产生霉菌和系统损伤。JG149要求:
1.根据规定方法准备样品之后,在底涂层上涂抹布油漆,并且在干燥之后移出XPS板。样品的厚度应当为4.0±1.0mm,其中样品油涔漆层(或瓷砖)表面朝向湿度较小的那一侧。
2.此外,还可以测试没有终饰层(油漆或瓷砖)的系统。
实物(Full-scale)系统老化试验
实物系统老化试验示例如下:
1.测试装置和设备:
a)老化试验箱:温度控制范围-25℃-75℃,其经由温暖空气进行温度调节,并且自动喷雾装置为试验箱的一部分。温度控制装置位于远离EIFS表面的0.1m的位置,并且数量为不低于4。测试箱可以自动地控制并且记录EIFS表面温度。
测试墙壁:混凝土或砖石建筑墙壁,测试墙壁应当足够实心以安装在老化试验箱上。在测试墙壁的上部远离边缘的0.4m之处的位置上形成0.4m宽和0.6m高的开口,并且窗户框架应当安装在该开口处。测试墙壁尺寸应当满足:不小于6.0m2的面积;不小于2.5m的宽度;不小于2.0m的高度。
2.样品固化条件:
在环境温度(10-25)℃,相对湿度大于50%的房间中。
3.样品模制和固化:
a)样品要求:根据供应商规定的EIFS结构和构造方法准备在测试墙壁上的EIFS样品。样品面积和尺寸应当与规则一致。EIFS应当延续测试墙壁开口的侧表面,保温板的厚度应当小于50m并且在开口的表面侧处的保温板的厚度应当不小于20mm。仅一种类型的终饰料或最多4种类型的终饰料用于样品,并且它不视作在墙壁底部的0.4m高度处的终饰层。当采用不同种类的终饰涂层时,终饰层的长度应当等于测试墙壁的长度,并且沿着高度方向均匀地分布。
b)保温材料:采用相同品质的材料来填充保温板的接缝;检查并记录这样的安装细节,比如材料、量、板结缝位置以及机械固定的数量和位置等的描述。
c)底涂层:根据供应商说明准备底涂层砂浆;检查并记录涂层制备细节,比如材料、量和网交迭位置等的描述。
d)终饰层:在不同种类的终饰涂层的接缝处的底涂层不允许暴露。
e)固化:在最后的底涂层砂浆完成之后,样品应当固化至少28天。
4.测试方法
a)加热/下雨循环80次
-加热3小时:在1小时内将样品的表面温度升高到70℃,并且在(70±5)℃和(10-15)%RH的条件下将样品保持在恒定温度2小时;
-水喷淋1小时:水温度(15±5)℃,喷淋体积(1.0-1.5)L/(m2·min);
-放置2小时;
-在每4个加热/下雨循环之后观察表面,检查底涂层和终饰层的水泡、开裂或散裂,并且记录其大小和位置。
b)冻熔循环5次
-在完成加热/下雨之后将样品放置48小时,然后进行冻熔循环;
-加热8小时:在1小时内将样品的表面温度升高到50℃,并且将样品在(50±5)℃和(10-15)%RH的条件下保持恒定温度7h;
-冷冻16小时:在2小时内将样品的表面温度降低到-20℃,并且将样品在(-20±5)℃的恒定温度保持14小时;
-在每一次冻熔循环之后观察表面,检查底涂层和终饰层的水泡、开裂或脱落,并且记录其大小和位置。
5.性能测试
在冻熔循环之后将样品放置7天,然后进行粘结强度试验。对于油漆、粉饰灰泥、砖终饰,应当测试底涂层砂浆对保温板的粘结强度,并且切割表面层至保温板表面。切割线间距和远离终饰涂层边缘的距离均应当不小于100mm。将3个样品的拉伸粘结强度的平均值看作测试结果,至0.01Mpa的精度。如果瓷砖作为终饰,则也应当测试砖对底涂层的拉伸粘结强度,并且切割表面至底涂层砂浆表面。将3个样品的拉伸粘结强度的平均值看作测试结果,至0.01Mpa的精度。
本发明进一步用下列非限制性实例证实。
实施例
1.材料
STYROFOAM*:选取50mm厚的Wallmate EX板作为试验用的唯一保温材料,表1中列出规格。
表1:STYROFOAM*Wallmate EX的规格
底漆组合物:将表2所列出的4种类型的乳液胶乳在这种用于处理STYROFOAM*板表面的研究中进行评价。评价改善在砂浆层和STYROFOAM*之间的粘结强度的效果。三种UCAR胶乳由陶氏生产。由上海Transea Chemicals Co.,Ltd生产的POLLYED 6400已经被广泛用作在市场中的XPS底漆组合物,将其作为比较样品。
表2:用作处理STYROFOAM*板表面的底漆组合物的乳液胶乳的特性
RDP:将表3中所列出的三种类型的RDP进行比较。DLP 2140是为EIFS设计的陶氏级的。与其它两种分别由WACKER和National Starch生产的RDP相比,DLP 2140使得粘合性质改善。RE5044N由WACKER生产,而FX 2350来自National Starch。
表3:RDP的特性
CE:比较表4中所列出的三种类型。其中两种是Dow METHOCEL*。以前被命名为METHOCEL*XCS 41425的METHOCEL*CP 1425是为保温系统设计的等级,其赋予出色的加工性。METHOCEL*306是具有平衡性质的用于水泥基应用的通用等级。Culminal C8681是主要为水泥砂浆体系统设计的由Hercules提供的甲基纤维素。
表4:纤维素醚的特性
水泥:表5中列出了两种类型的从当地市场购买的水泥。P·II表示具有少于5%的惰性填料的卜特兰水泥,而P·O是指具有在6~15%的范围内的未知活性填料的普通水泥。“52.5”和“42.5”对应于每一种水泥等级的强度水平。
表5:水泥的特性
2.方法
2.1样品制备方法
砂浆组合物通常地根据不同组分的含量进行调节。表6中列出了一般的配方实例。
表6:用于EIFS应用的典型粘合剂砂浆组合物
成分 |
重量份 |
卜特兰水泥 |
250~350 |
石英砂(0.1~0.3mm) |
550~650 |
碳酸钙(0.08mm) |
80 |
再分散性聚合物粉末 |
25~30 |
纤维素醚 |
1~3 |
其它添加剂 |
1~2 |
水 |
220~270 |
准备用于粘结强度测试的砂浆层样品的程序:通过使用在中国法规JC/T 681中规定的混合器将所有的组分混合以制备粘合剂砂浆。首先将水放入到混合容器(bowel)中,之后添加干组分。混合行为在低粘度进行约60秒,并且停止,然后将混合叶片清洁,并且刮擦混合容器以并入未混合的干组分。在10-15分钟之后,通过进行同样的程序再次进行另一次混合行为。
当需要底漆组合物处理时,根据所规定的比率首先用水将底漆组合物稀释,并且在时间段内在STYROFOAM*表面上涂敷一次或两次,该时间段对于水完全蒸发和膜变成透明足够长。
对于砂浆层样品制备,将PVC定边框架(如图5显示)放置在基底(混凝土或STYROFOAM*板)上。它具有8个均匀间隔的50mmx50mm空腔并且厚度为3mm。将混合良好的砂浆组合物流延在定边框架上并且填充在所有的空腔中。砂浆层用抹刀平滑,然后小心地移除定边框架。然后将样品在恒定温度和湿度房间(23℃和50%湿度)中固化7天。
2.2评价中的粘结强度类型
根据中国法规,对于粘结强度的测试方法有很多,比如干强度、湿强度、高温强度和冻熔强度,为了加速这种评价并且基于实验室经验,选择三种类型的强度用于这种评价工作。
干粘结强度
在将砂浆层样品固化6天(或需要时固化13天)之后,用环氧胶将在背部带有螺丝孔的50mmx50mmx10mm的金属片胶合到砂浆层的表面上。在固化环氧胶之后,比如说24小时之后,将金属片与拉伸测试仪结合,并且以5mm/min的速度垂直于基底牵拉,记录剥离力。
湿粘结强度
将7-天(或14-天)固化的金属胶合样品在20℃的水中浸渍另外的2天(或7天),然后在干燥4小时之后进行拉伸测试。
高温粘结强度
将7天固化的金属胶合样品在50℃环境中进一步固化另外的7天,之后进行拉伸测试。
3.测试结果和讨论
3.1STYROFOAM*板
STYROFOAM*板的固有拉伸强度被认为与其厚度有关。根据中国国家EPS EIFS标准JG 149-2003进行测试,将STYROFOAM*板切割成不同厚度20mm,25mm和40mm的70mmx70mm小片。使用环氧树脂将40mmx40mm金属片直接胶合到STYROFOAM*上。在环氧树脂固化之后,测量拉伸力并且结果显示在图7中。
从图6中可以看出,STYROFOAM*片越厚,拉伸强度越大。这是由于在拉伸测试过程中在不同厚度的STYROFOAM*板中的不同剪切应力分布。观察到的故障模型显示,薄片容易在STYROFOAM*内部脱落,而厚片在STYROFOAM*外皮或与砂浆层界面处出现故障。由于在这种研究中使用50mm厚的STYROFOAM*板,因此难于观察STYROFOAM*故障,除非由水泥砂浆层赋予的粘结强度超过0.4MPa。使用更小的脱粘结强度,故障仅在界面处发生。
3.2底漆组合物
在这种研究中评价4中类型的乳液。由于底漆组合物在场地应用过程中通常被水稀释,则标准配方(表7未显示)被设计用于测试底漆组合物性能。
表7:用于评价底漆组合物的配方
成分 |
重量份 |
卜特兰水泥(小野田水泥P-II 52.5) |
320 |
石英砂(0.16~0.3mm) |
220 |
石英砂(0.125~0.25mm) |
352 |
CaCO3(0.08mm) |
80 |
DLP 2140 |
25 |
METHOCEL*CP 1425 |
1.5 |
木纤维:Technocel(National Starch) |
1.5 |
水 |
220 |
XPS板 |
STYROFOAM*50mm |
测量并且比较干和湿粘结强度。图7显示了用未稀释底漆组合物处理的样品的粘结强度。显然:与STYROFOAM*板的粘结强度在处理之后得到极大地改善,而不论被哪种底漆组合物处理。R161N显示在4中底漆组合物中在干粘合强度方面得到最大改善,其为未处理板0.1MPa的2.5倍大。POLLYED 6400表现出最好的湿粘合力,结果导致是未处理板的5倍大,而R161N的湿粘合力也改善了3倍。被未稀释S53处理的样品显示与未处理样品类似的粘结强度,这表示湿粘合力被温和改善。
还测试了以1∶1和1∶1.5的不同稀释比的粘结强度,并且结果分别显示在图8和图9中。即使在不同的稀释比的情况下,4种底漆组合物恒定地提供对粘结强度的大改善。发现,R161N和POLLYED 6400在从未稀释至1∶1.5稀释的整个范围内是最佳的两个候选者。而根据由这种研究收集的数据,来自S53的改善是最小的。这大概是因为R161N被设计用于提供更大的挠性,其具有更低的Tg,-11℃。由U413B和S53形成的膜在某些温度范围内稍微更刚性,这归因于其分别更高的Tg,13℃和17℃。从湿粘合强度方面考虑,稀释的S53比未稀释的湿粘合强度表表现得更好,但是机理不清楚并且需要进一步研究。总体而言,R161N在性能上胜过要求,并且被选择作为在EIFS中的用于STYROFOAM*板的底漆组合物。
不同稀释比的R161N性能显示在图10中。各种稀释比似乎没有对干粘合带来任何不同,其中粘结强度被一致地保持在0.25~0.3MPa。粘合在越大的稀释比下越强。当使用稀释的底漆组合物时,成本和加工性是将被考虑的两个关键因素。高的稀释比降低了底漆组合物的成本,但是从实验室经验看,过度稀释的底漆组合物显示对加工性的不利影响。我们的观察是出现和残留在STYROFOAM*板和底漆组合物上的水珠将不能均匀铺展。总之,在平衡良好加工性和低成本的情况下,推荐1∶1.5~1∶2的稀释比。为了降低人工成本,底漆组合物的涂敷循环可以降低为1个循环,而如果一次处理不能提供足够的表面覆盖,则需要第二轮涂敷。
3.3再分散性聚合物粉末
表8列出了用于RDP比较的设计的标准配方。将DLP 2140与其它两个来自WACKER和National Starch的RDP进行比较。规格显示在表3中。注意在这个测试中使用普通水泥和未处理的STYROFOAM*板,因为这个测试的目的是快速判断原料在早期的性能,因此无论DLP 2140是否在各种条件下的粘合性行为可与竞争者RDP相比较,而不是对整个EIFS系统提供最佳的配方。Walocel MKX 45000是来自Bayer的甲基羟乙基纤维素,其粘度范围在40000~50000mPa·s(ROTOVISKO,2%溶液,20℃)。
表8:用于RDP比较的配方
成分 |
重量份 |
普通水泥(联合P·O 42.5) |
350 |
石英砂(0.16~0.3mm) |
617 |
RDP |
30 |
Walocel MKX 45000 |
3 |
水 |
230 |
XPS板 |
没有底漆的50mm STYROFOAM* |
我们将30份的每种RDP添加到配方中并且测量对STYROFOAM*板的干、湿和高温粘结强度。结果分别显示在图11、图12和图13中。由于底漆组合物的不存在,在所有条件下的粘结强度相对低,平均为0.1~0.15MPa。在测试过程中观察到:在所有的故障均出现在STYROFOAM*-砂浆层界面中,这意味这粘结强度对于使STYROFOAM*板破裂不足够大。DLP 2140比ELOTEX FX2350和VINNAPAS RE5044N提供稍微更大的干粘合和高温粘合。然而,三种RDP赋予对STYROFOAM*的相当的湿粘合强度,在图12中所见。
基于这些数据可以得到两个结论,
I.在30份含量的情况下,DLP 2140与竞争者RDP在改善STYROFOAM*的粘合的作用上相当,甚至在干燥和高温条件下稍微更好。
II.另一方面,可以观察对没有底漆组合物的STYROFOAM*的差的粘合,这表示底漆组合物的重要性。
3.4纤维素醚
在夏季时,水泥砂浆由于高的环境温度而更快地凝固。新制备的湿砂浆层容易损失其加工性,除非配方得到了良好地设计。CE赋予到水泥砂浆中的一个重要的功能在于减慢了水泥的水合,并且因此提高了开放时间。在水合过程中的砂浆层的热释放速率对于确定这个功能是重要的指数。在这个测试中,我们通过量热装置TAM Air C08测量了来自CE改性的砂浆组合物的水合过程释放的热。热测量的范围是0~600mW并且温度测量是15~60℃。样品保持在20℃和60%湿度的环境中。结果显示在图14中。
这说明:由METHOCEL*CP 1425改性的砂浆组合物在初始的24小时内具有最慢的热释放速率,这表明对于水泥的水合过程具有良好的延迟作用。由CP 1425改性的砂浆组合物可以具有比306和C8681更长的开放时间以及高的保水性,这是为夏天气候设计的配方的关键。
对于两个Dow METHOCEL*(表4中所列)的脱离试验遵照表9中显示的标准配方进行。测试两个剂量水平的DLP,2.5%和3%,具有0.2%(重量)的METHOCEL*。目的是限定METHOCEL*是否对于XPS板的粘结强度具有任何负面的影响,以及比较306和CP 1425之间的性能。注意在这个测试中没有涂敷底漆组合物。
表9:用于CE比较测试的配方设计
由上述配方制备的砂浆组合物均具有良好的加工性。图15、图16和图17分别显示了来自干、湿和高温脱离测试的结果。明显的是,在所有的测试条件下,大部分的粘结强度均在0.1~0.15MPa的范围内,这表明METHOCEL*306和CP 1425对于EIFS砂浆组合物的粘附性质均没有负面影响。还证实在不同DLP剂量水平的METHOCEL*306和CP 1425对于STYROFOAM*在干、湿和高温条件下的粘合强度均没有统计意义上的差别。
可以得出结论的是,METHOCEL*CP 1425对水泥水合过程具有最好的延迟效果,从而增加了开放时间。两种Dow METHOCEL*纤维素醚产品均没有影响系统的粘结强度,但是CP 1425更适合于EIFS配方开发。
3.5水泥
测试了水泥种类和水泥纯度对于STYROFOAM*的粘合性质的影响。建议在EIFS中使用纯的卜特兰水泥,因而在这种研究中深入细致地测试了小野田P·II 52.5卜特兰水泥。标准测试配方可以在表10中找到。测量在25%至37.5%的范围内的小野田水泥比率,并且在小野田卜特兰水泥和联合普通水泥之间比较两种典型的水泥比率27.5%和32.5%。检查对混凝土和STYROFOAM*板(由稀释比为1∶2的R161N底漆组合物处理)的粘合力。调节重量比以提供最好的加工性。
表10:设计用于水泥评价测试的配方
图18和图19显示了对混凝土和STYROFOAM*的干和湿粘合力的结果。对于对混凝土和STYROFOAM*板这两者的粘合力,难以说在这个范围内的小野田水泥比率对粘结强度有影响。粘结强度相对于配方中的水泥的增加而相对保持恒定。图18显示在所有水泥比率的情况下,对混凝土的湿粘合力比在干燥状态的粘合力弱得多。而干和湿粘结强度分别在约0.4MPa和0.2MPa更稳定。如图19所示对,STYROFOAM*的粘合力在干和湿测试条件下非常类似。这两种粘结强度平均为0.22MPa,尽管湿粘合力似乎在增加水泥比率的情况下具有更高的值。图20中明显的是,无论使用的水泥比率、基底和/或粘合条件如何,小野田卜特兰水泥都比联合普通水泥根据更高的粘结强度具有更好的性能,这表明粘结强度和水泥种类之间的固有相关性。尽管这两种水泥在当地市场上相当占有优势,但是小野田更适合于EIFS应用。
结论是
1)对两种基底即混凝土和STYROFOAM*在两种测试条件下即干燥和湿条件下的粘结强度与在25%至40%的范围内的水泥比率无关。
2)与联合P·O 42.5普通水泥相比,小野田P·II 52.5卜特兰水泥在27.5%和32.5%这两种比率的情况下赋予对混凝土和STYROFOAM*基底这两者更高的粘结强度。
3.6水
典型地,用于聚合物砂浆的水比例少于30%。在这个范围之外,粘度将降低,并且对于墙壁基底难于刮除。另一方面,预期的是,场地工人将不以非常精确的方式测量水,这意味着水的比率在实际实施中将有一定程度的变化。在本发明中,测试两种水的比率,22%和25%。表11中列出的所使用的配方。比较两种RDP%含量,即,2.5%和3%。
加工性是指粘度、保水能力或长的开放时间,可流动性。发现由22%水配制的砂浆组合物的加工性良好,而采用25%水配制的砂浆组合物的加工性稍差(a little bit thin),如表11中所示。对两种基底即混凝土和STYROFOAM*板(1∶2稀释的R161N处理2次)测试砂浆组合物粘合力,并且比较干燥和湿粘合力。
表11:用于水比率评价测试的配方设计
图21中所示,由22%和25%配制的砂浆组合物在不同的RDP%水平(2.5%和3%)、不同的基底(混凝土和STYROFOAM*)以及不同的测试条件(湿和干)具有类似的粘结强度。根据结果,据认为这些系列的配方对于在22%至25%的范围内的水比率是可加工的,尽管在25%时的加工性被认为稍差些。在3%的水比率间隔(甚至更大)的情况下,现场工人对于添加水更有灵活性,同时保持了一致的品质。
4.各种组分的选择
为了促进未来EIFS系统的开发,进行了原料的评价研究。在这个研究中评价了EIFS砂浆组合物的各种组分,以及STYROFOAM*板和用于处理STYROFOAM*板表面的底漆组合物。中心在于干混砂浆组合物或一种组分的聚合物砂浆,其主要由RDP、CE、水泥、砂和水构成。检查了由那些组分配制成的砂浆组合物的粘合性以及它们各自对于总的粘合性能的影响。基于该研究,可以得到如下几个结论:
●STYROFOAM*板的固有拉伸强度随厚度而增加。50mm厚STYROFOAM*板是如此的牢固(>0.4MPa),以致于由水泥砂浆赋予的粘结强度不能使板破裂,并且在拉伸测试过程中产生STYROFOAM*内故障。
●作为底漆组合物,UCAR R161N乳液胶乳显示最佳的性能。对STYROFOAM*板的干和湿粘合力均比未处理的增加超过3倍。在良好的可加工性和低成本的情况下,推荐在1∶1.5~1∶2的范围内的稀释比率。
●DLP 2140在改善对STYROFOAM*的粘合力的作用方面等价于竞争者RDP,甚至在干燥和高温条件下稍好些。然而,观察到对水/油(w/o)底漆组合物处理过的STYROFOAM*的粘合力差的事实。
●METHOCEL*CP 1425在水泥水合过程中具有最好的延迟效果,因而增加了开放时间。在这种研究中测试的两种Dow METHOCEL*纤维素醚均不影响系统的粘结强度。
●粘合强度独立于在25%至40%的范围内的水泥比率。小野田P·II52.5卜特兰水泥比联合P·O 42.5普通水泥赋予更高的粘结强度,因而P II52.5适合于EIFS开发。
●从22%至25%的3%间隔的水比率观察到对于总的粘合强度没有影响。在这个研究中测试的配方系列被认为具有良好的质量稳定性和大的水比率灵活性。
5.配方实例
示例性配方(底涂层砂浆)制备如下:
表12:实例配方(底涂层砂浆)。
可再分散性粉末(乙酸乙烯酯,具有乙烷的聚合物)
这些配方是基于我们的实验以及前面提及的原料评价的一些结果,并且考了底涂层砂浆的特定要求,比如我们的对XPS板的目标粘结强度、贮存期时间、挠性、吸水率、不透水性和耐冲击性能。请注意,所有的测试方法都与JG 149-2003中的方法相同,细节可以在后面附录的报告中发现。
准备用于测试的砂浆组合物样品的程序:通过使用在中国法规JC/T681中规定的混合器,混合所有的组分,以制备粘合剂砂浆。首先将水投入混合容器中,之后添加干组分。混合行为在低速率的情况下耗费约60秒,并且停止,然后清洁混合叶片,并且将混合容器刮擦,以掺合未混合的干组分。在10-15分钟之后,遵照相同的程序,再次进行另一次混合行为。
砂浆组合物的性质显示如下:
表13:砂浆组合物的性质
测试结果显示,使用本发明的干砂浆组合物,实现高的粘结强度、长的贮存期时间和更好的吸水率。相反,基于EPS的EIFS用的典型法规要求表现了明显更低的机械强度值以及明显更高的吸水率值(请注意:对于这个值,越低越好)。
尽管本发明对于各种变化和备选形式是可能的,但是上面论述的示例性实施方案是作为实例显示的。然而,应当再次认识到,本发明并不意欲限于本文中公开的具体实施方案。实际上,本发明提出的技术是覆盖在由后附权利要求书中限定的本发明的精神和范围内的所有变化、等价内容和备选方案。