白炭黑和聚丙烯纤维对内墙耐水腻子的粘结性能影响

李儒光，张兆国，谭宇昂，张同生，周 鹏,张志秋

(1.万科企业股份有限公司,深圳 518083; 2.华南理工大学材料科学与工程学院，广州 510640；3.立邦涂料中国有限公司,上海 310000)

随着人们对建筑舒适度的要求不断提高，对内墙的外观、耐久性等要求也不断提升。为达到美观效果，墙面腻子作为重要的装饰材料，为基层做找平处理，填补墙体中的缝隙和各种缺陷，提高整个墙体的平整度和抵抗基层开裂，从而为后期的涂料施工提供更好的条件[1,2]。然而，在施涂过的墙面上，经常会出现涂料层起皮、脱落、表面毛糙、凹凸不平、不规则龟裂和起壳等，并且会引发墙面渗漏、积存大量灰尘、墙面斑驳等问题。尤其是在潮湿的环境条件下，这种现象更加严重[3,4]。为了解决这一问题，耐水腻子应运而生，可以有效解决上述问题，因而受到越来越多的关注并进行了相关研究。

为解决空鼓、脱落、龟裂等问题，从提高粘结强度和韧性角度出发，通常通过增加胶粉含量提高粘结性能，但是会降低其耐水性能，而且会使得成本增加[5]。在耐水腻子中，白水泥、灰钙粉是提高粘结强度、高耐水性及高性价比的重要原料，因而充分发挥白水泥、灰钙粉的粘结性能成为一种重要的技术途径。其中，白炭黑的主要成分为SiO2，应用领域十分广泛，尤其是纳米级的白炭黑，具有比表面积大、吸附能力强、无毒无味无污染等特点，因而部分引入到内墙防水腻子具有提高粘结性能作用[6,7]。对于腻子的开裂问题，少量引入聚丙烯纤维可以有效降低腻子后期使用中的开裂。聚丙烯纤维的引入可以有效抑制硅酸盐材料的塑性收缩裂缝、提高抗冲击和抗疲劳性能等，因而在工厂领域得到了广泛应用并取得了良好的效果[8-10]。

该研究针对现有内墙防水腻子的痛点，拟混合引入白炭黑和聚丙烯纤维，分别研究两种材料的引入对内墙腻子的性能影响，从而为内墙腻子的开发和应用提供一定的技术参考。

1 原材料及实验方案

1.1 原材料及配比

白水泥：PO 42.5，广东穗花白水泥；灰钙粉、重质碳酸钙、轻质碳酸钙、滑石粉；羟丙基甲基纤维素醚：粘度40 000 mPa·s，国民淀粉化学公司；胶粉，瓦克公司；消泡剂来自国民淀粉化学公司；其他助剂。白炭黑：(380±30) m2/g，SiO2含量≥99.8%；聚丙烯纤维：长度40 mm，束状单丝型。

其基础内墙耐水腻子试验配方如表1所示。

表1 内墙耐水腻子试验配方

1.2 腻子粉制备工艺及测试

将物料按照配比进行称量后待用，然后先向搅拌容器中加入适量的水，随后将胶粉、消泡剂和其他助剂加入并搅拌一段时间，最后将水泥、灰钙粉、重钙、轻钙、滑石粉和羟丙基甲基纤维素一起倒入容器搅拌均匀待用即可。

在前期基础腻子配比上，分别研究不同掺量的白炭黑和聚丙烯纤维，单独掺加和复合掺加引入内墙腻子，然后对腻子性能进行测试，实验测试方法采用JG/T 298—2010 《建筑室内用腻子》进行，分别对腻子的标准状态和浸水后的粘结强度进行测试。

2 结果及讨论

为了研究不同掺量的白炭黑和聚丙烯纤维，分别单独掺加和复合掺加引入内墙腻子，然后对腻子的粘结强度进行测试。

2.1 单独引入白炭黑对内墙腻子性能影响

为了研究不同掺量的白炭黑对内墙腻子性能的影响，设计试验方案和检测结果见表2。

表2 不同掺量的白炭黑对内墙腻子性能影响

根据结果可知，随着白炭黑掺量的增加，标准状态下内墙腻子的粘结强度先增加后降低，浸水后内墙腻子的粘结强度表现出类似规律，即先增加后降低，在白炭黑掺量为1.0%时，粘结强度最大，相对于空白样标准状态强度提高了50%，相对于浸水后强度提高了29%，说明白炭黑的最佳掺量为1.0%。分析原因为：当少量引入白炭黑时，由于主要成分为纳米级别的SiO2，在水化过程中SiO2颗粒填充到微裂缝中形成水化产物，提高了基体的致密度，从而提高了强度，但是当SiO2颗粒超过一定量后，大量未水化的颗粒反而降低了基体的粘结强度。

2.2 单独引入聚丙烯纤维对内墙腻子性能影响

为了研究不同掺量的聚丙烯纤维对内墙腻子性能的影响，设计试验方案和检测结果见表3。

表3 不同掺量的聚丙烯纤维对内墙腻子性能影响

根据结果分析可知，随着聚丙烯纤维掺量的增加，标准状态下内墙腻子的粘结强度先增加后降低，浸水后内墙腻子的粘结强度也是先增加后降低，在聚丙烯纤维掺量为0.05%时，粘结强度最大，相对于空白样的粘结强度，标准状态强度提高了15.5%，浸水后强度提高了26.2%。分析原因为：当少量引入聚丙烯纤维时，聚丙烯纤维在搅拌中能充分分散到腻子浆体中，可以很好地减少腻子干燥中的开裂问题，对强度也有一定的贡献。但是当聚丙烯纤维掺量过高时，大量的纤维团聚影响了强度的发展。

2.3 白炭黑和聚丙烯纤维的协同作用对内墙腻子性能影响

在前期研究基础上，考虑到白炭黑和聚丙烯纤维具有不同的结构形态，在内墙腻子中可能具有不同的复合效果，所以研究了白炭黑和聚丙烯纤维的复合掺加对内墙腻子性能的影响，设计试验方案和检测结果见表4。

表4 复合掺加白炭黑和聚丙烯纤维对内墙腻子性能影响

根据结果分析可知，当内墙腻子中白炭黑掺量为1.0%时，聚丙烯纤维掺量为0.05% ～ 0.20%，随着聚丙烯纤维掺量的增加，粘结强度都表现为不断降低的趋势，最佳的聚丙烯纤维掺量为0.05%。相对于空白样，优化后的腻子标准状态强度提高了60.3%，浸水后强度提高了38.1%。分析原因为：固定白炭黑掺量，当少量引入聚丙烯纤维，聚丙烯纤维在搅拌中能充分分散到腻子浆体中，可以很好地减少腻子干燥中的开裂问题，对强度也有一定的贡献。但是当聚丙烯纤维掺量过高时，大量的纤维团聚影响了强度的发展。同时由于两种的相互作用，形成叠加效应，从而获得了更优异的性能。

3 结 论

该文研究了白炭黑和聚丙烯纤维对内墙耐水腻子粘结强度的影响研究，单独引入白炭黑和聚丙烯纤维在一定程度上可以提高内墙腻子的粘结强度。单掺白炭黑和聚丙烯纤维的最佳掺量分别为1.0% 和0.05%，混合掺加时最佳掺量也分别为1.0%和0.05%，相对于空白样标准状态强度提高了60.3%，浸水后强度提高了38.1%。分析原因主要是白炭黑和聚丙烯纤维的引入提高了腻子的致密性，优化了内部孔结构，从而提高了粘结强度。结果表明通过优化腻子内部孔结构可以提高腻子的粘结性能，并能进一步在工程上应用。