В настоящее время в качестве редиспергируемого полимерного порошка широко используются в основном винилацетат-этилен (обозначается VCAE) и винилацетат-винилтретичная кислота (обозначается Ve0Va). Повышение прочности сцепления цементного раствора и различных оснований на растяжение является важнейшей характеристикой виниловых сополимеров, особенно их способность выдерживать значительные изменения температуры окружающей среды. Кроме того, это способствует развитию длительной прочности сцепления цементного раствора при растяжении. После двух с половиной лет хранения на воздухе прочность связи на растяжение модифицированного цементного раствора продолжает увеличиваться, в то время как прочность связи на растяжение обычного цементного раствора значительно ниже, чем при сохранении прочности в течение 28 сут. Исследования показали, что после десятилетнего применения модифицированных цементных растворов на основе сухих порошков трех редиспергируемых полимеров, таких как полиэтиленвинилацетат, сополимер стирола и акриловой кислоты и терполимер этилен/винилхлорид/виниллаурат, цементные растворы имеют стабильную прочность сцепления, прочность при изгибе и прочность при сжатии. В пятилетнем отделочном растворе терполимер по-прежнему хорошо проявлял себя в водной среде, обладая отличным гидрофобным эффектом.
Влияние Redispersible Polymer Powder в сухих строительных смесях
Добавление редиспергируемого полимерного порошка в строительный раствор — это модификация, известная также как Polymer Modified Cement Mortar, призванная улучшить недостатки традиционного цементного раствора, такие как хрупкость и высокий модуль упругости. Таким образом, раствор, обладающий лучшей эластичностью и прочностью на растяжение, может противостоять образованию трещин в цементном растворе или задерживать их появление. Поскольку полимер и цементный раствор образуют взаимопроникающую сетевую структуру, в порах образуется непрерывная полимерная пленка, которая усиливает связь между заполнителями и блокирует некоторые поры в растворе, поэтому различные свойства после затвердевания значительно лучше, чем у обычного цементного раствора. В основном это проявляется в следующих характеристиках:
(1) Прочность
В целом прочность на растяжение и изгиб раствора на основе модифицированного полимерами цемента значительно повышается по сравнению с обычным цементным раствором, в то время как прочность на сжатие не изменяется или даже снижается. Увеличение прочности объясняется в основном повышением прочности на растяжение самого полимера и улучшением связи между продуктом гидратации цемента и заполнителем.
Растрескивание происходит, когда растягивающее напряжение превышает значение предела прочности, в основном из-за разрушения при растяжении. Поэтому наличие высокого значения предела прочности при растяжении является необходимым условием трещиностойкости.
Исследования показали, что с увеличением соотношения поли-зол прочность на растяжение полимерно-модифицированного раствора, как правило, сначала увеличивается, а затем снижается, что указывает на оптимальный диапазон дозировок, а снижение, как правило, связано с добавлением избытка. В редиспергируемый полимерный порошок вводилось избыточное количество воздушных пузырьков, что приводило к тенденции снижения прочности на сжатие. Кроме того, поскольку модуль упругости полимера ниже, чем у цементного раствора, а участок полимерной цепи более гибкий, он не может обеспечить жесткую опору, когда композит находится под давлением, что приводит к снижению прочности модифицированного раствора на сжатие по мере увеличения соотношения поли-золь. Поэтому основным способом повышения прочности на сжатие является корректировка известково-песчаного отношения, водоцементного отношения, градации заполнителя и его вида. Повысить прочность на растяжение и изгиб, гибкость, трещиностойкость и гидрофобность можно путем добавления определенного количества редиспергируемого полимерного порошка, но не максимально возможного. Добавление кремнеземистого дыма может заменить часть цемента и порошка редиспергируемого полимера, снижая стоимость и повышая прочность на сжатие и изгиб.
(2) Удлинение
Удлинение и прочность раствора с добавлением Redispersible Polymer Powder значительно выше, чем у обычного цементного раствора; энергия разрушения более чем в два раза выше, чем у обычного цементного раствора, а ударная вязкость увеличивается с ростом соотношения заполнителя и золы. С увеличением содержания редиспергируемого полимерного порошка эластичный амортизирующий эффект полимера может сдерживать или замедлять развитие трещин. В то же время он обладает лучшим эффектом рассеивания напряжения при деформации подложки, которое будет передаваться или рассеиваться, что позволит избежать растрескивания из-за концентрации напряжения.
Кроме того, следует также отметить, что между прочностью на разрыв и удлинением материала существует определенная зависимость. Высокое содержание эластичного редиспергируемого полимерного порошка увеличивает удлинение и превращает полимер в непрерывную фазу. В твердеющем цементном растворе полимер преобладает, при этом наблюдается снижение прочности на растяжение и водостойкости. Однако на начальной стадии тепловой реакции гидратации низкая прочность на разрыв заставит его быстро приблизиться к предельному значению прочности на разрыв, в результате чего материал будет склонен к усталости и разрушению. Поэтому, обеспечивая достаточное удлинение при разрыве, он должен иметь и максимально возможное значение предела прочности при растяжении.
Система наружной теплоизоляции должна быть размещена в гибкой среде. В качестве клея для полистирольных плит и штукатурного раствора в первую очередь следует выбирать эластичный редиспергируемый полимерный порошок с низкой температурой стеклования для своевременного снятия различных деформационных напряжений.
Эксперименты показали, что количество эластичного редиспергируемого полимерного порошка в клее для полистирольных плит составляет около 3%, количество трещиностойкого штукатурного раствора регулируется в пределах 4-5%, а количество клея для плитки для наружных стен составляет около 3%. Коэффициент складывания составляет менее 3, что позволяет эффективно контролировать расширение, впадины и растрескивание, вызванные деформацией.
(3) Адгезионные свойства
Сцепляющая способность цементного раствора с редиспергируемым полимерным порошком намного лучше, чем у обычного цементного раствора, в основном за счет сцепляющей способности, обусловленной свойствами полимера, причем прочность сцепления возрастает с увеличением его содержания. Однако существует оптимальный диапазон дозировок и соображения стоимости.
Высокая прочность связи может оказывать специфическое ингибирующее воздействие на усадку, а напряжение, возникающее при деформации, легко рассеивается и высвобождается, поэтому прочность связи необходима для повышения трещиностойкости. Исследования показали, что синергетический эффект метилцеллюлозы и редиспергируемого полимерного порошка способствует повышению прочности сцепления цементного раствора. Механизм сцепления полимеров в большей степени зависит от адсорбции и диффузии макромолекул на поверхности сцепления. В то же время полимер обладает специфической проницаемостью и вместе с ацил метилцеллюлозой может полностью проникать в поверхность основного материала, близкую к поверхности свеженанесенного раствора, тем самым улучшая адсорбцию свеженанесенного раствора и основного материала и значительно усиливая эффективность сцепления. Помимо улучшения адгезии к гладкому основанию, полимерно-модифицированный раствор также обладает эффектом закрытия поверхностных пор основания, особенно для пористых поверхностей основания, что позволяет повысить водонепроницаемость, непроницаемость и морозостойкость основания.
(4) Модуль упругости
Модуль упругости редиспергируемого полимерного порошка низкий, в диапазоне 0,001-10 ГПа, в то время как модуль упругости цементного раствора высокий, в диапазоне 10-30 ГПа. Поэтому модуль упругости цементного раствора, модифицированного добавлением редиспергируемого полимерного порошка, меньше, чем у обычного цементного раствора. Тип и количество добавляемого редиспергируемого полимерного порошка также влияют на модуль упругости, что обычно приводит к увеличению соотношения полимер-цемент, модуля упругости и деформационной способности.
(5) Износостойкость
Износостойкость модифицированного раствора зависит от типа редиспергируемого полимерного порошка и соотношения полимер-цемент. Вообще говоря, увеличение соотношения полимер-цемент повышает износостойкость в основном за счет увеличения количества органических полимеров на поверхности износа. Полимер действует как связующее звено, благодаря чему сетчатая структура, образованная полимером, может проходить через цементный раствор. Поры и трещины в цементе улучшают сцепление между заполнителем и продуктом гидратации цемента, поэтому износостойкость повышается.
В полимерно-модифицированном растворе сетчатая структура, образованная полимерным наполнителем, закрывает поры и трещины и уменьшает пористость цементного раствора, тем самым улучшая его непроницаемость, водо- и морозостойкость, что сопровождается увеличением соотношения полимер-цемент.
Различные типы редиспергируемых полимерных порошков имеют существенные различия по водостойкости. Как правило, винилацетатный порошок (ВАП, известный как редиспергируемый полимерный порошок, образующийся при распылении белого латекса), модифицированный раствором, обладает плохой водостойкостью. Поэтому, за исключением случаев, когда не предъявляются требования к водостойкости, можно использовать VAC, в основном VAC для модификации раствора не применяют. С другой стороны, VAC склонен к реакциям омыления в прочном основании и теряет прочность связи, поэтому он не подходит для использования с цементными растворами. Обычно VAC можно использовать в изделиях на гипсовой основе и шпаклевочном порошке без цемента.
(6) Проницаемость
Паропроницаемость строительных материалов имеет большое значение. Во многих случаях требуются водонепроницаемость и воздухопроницаемость. Полимерно-модифицированный раствор обладает низким водопоглощением и повышенной водостойкостью, но при этом имеет удельную паропроницаемость, которая уменьшается с увеличением содержания полимера. В то же время в состав раствора можно добавлять некоторые гидрофобные материалы для улучшения его комплексных характеристик.
(7) Устойчивость к замораживанию-оттаиванию
Пористость уменьшается благодаря значительному снижению водопоглощения полимерно-модифицированного раствора и заполняющему действию полимера. Редиспергируемый полимерный порошок обладает специфическим воздухововлекающим действием, а его морозостойкость выше, чем у обычного раствора. В то же время с увеличением количества Redispersible Polymer Powder прочность на растяжение раствора до и после циклов замораживания-оттаивания также имеет тенденцию к увеличению. При строительстве в зимнее время добавление соответствующего количества формиата кальция и антифриза может значительно повысить раннюю прочность раствора и его противоморозные характеристики.
Многие эксперименты показали, что количество редиспергируемого полимерного порошка в цементном растворе не является чем больше, тем лучше. Соотношение извести и песка, водоцементное отношение, градация, тип и характеристики заполнителя в конечном итоге влияют на общие характеристики продукта. При изменении содержания редиспергируемого полимерного порошка цементный раствор с полимерным улучшением проявлял различные свойства. При слишком малом содержании полимер оказывает лишь некоторое пластифицирующее действие на цементный раствор, но армирующий эффект не проявляется. При слишком большом количестве полимер преобладает в цементном растворе, прерывая непрерывную фазу цементного раствора и приводя к снижению прочности. При умеренном содержании полимера повышается сопротивление деформации, прочность на растяжение и прочность сцепления, улучшается герметичность, появляется хорошая трещиностойкость.