慧正資訊：由于物理性質(zhì)的不相容和化學(xué)反應(yīng)，空鼓和脫落問(wèn)題阻礙了建筑石膏和水泥基材料之間的搭配使用。界面劑是緩解上述問(wèn)題的有效方法之一。然而，由于界面劑的種類(lèi)繁多，明確界面劑在不同場(chǎng)景下的篩選策略和應(yīng)用方案仍是一大難題。因此，本文研究探討了幾種市面上常見(jiàn)的界面劑在不同應(yīng)用場(chǎng)景下的粘結(jié)性能。結(jié)果表明，在水泥基材/石膏自流平砂漿中，聚醋酸乙烯酯類(lèi)界面劑會(huì)造成負(fù)面影響。在石膏基材/水泥砂漿中，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度較低的（Tg≤0 ℃）的界面劑（苯丙類(lèi)型）對(duì)粘結(jié)性能的增強(qiáng)效果最為明顯。同時(shí)，綜合吸水量和乳液含量的測(cè)試，當(dāng)界面劑A為20%時(shí)，界面劑對(duì)粘結(jié)性能的增強(qiáng)效果最佳。在石膏基材/瓷磚膠的應(yīng)用上，各類(lèi)型的界面劑對(duì)粘結(jié)性能均會(huì)有一定的提升。此外，本研究進(jìn)一步探討了三種常用助劑對(duì)乳液性能的影響。結(jié)果表明，市面上常用的增稠劑250HBR和潤(rùn)濕劑LCN-407均會(huì)對(duì)界面劑A造成一定的負(fù)面影響，而分散劑SN-5040可以明顯提升界面劑A的粘結(jié)性能。

關(guān)鍵詞：建筑石膏、水泥、界面劑、粘結(jié)性能、應(yīng)用場(chǎng)景

2.1界面劑在建筑石膏/水泥界面的作用及其機(jī)理

圖1.石膏基材/水泥砂漿界面

建筑石膏的主要化學(xué)組成為硫酸鈣的不同結(jié)晶物及其水合物。當(dāng)建筑石膏與水泥作為兩種基材并搭配使用時(shí)，由于物理及化學(xué)性質(zhì)的不相容，會(huì)導(dǎo)致界面強(qiáng)度的下降（如圖1所示）。

3CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O+2CaSO4·2H2O+16H2O→

3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O                       (a）

首先，當(dāng)石膏基材上涂覆水泥砂漿時(shí)，石膏中的硫酸鈣會(huì)與水泥水化過(guò)程中產(chǎn)生的鋁相（C3A、CAH、AFm）反應(yīng)并生成鈣礬石（3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O）。然而，單硫型鹽向鈣礬石轉(zhuǎn)換的過(guò)程會(huì)導(dǎo)致固相體積的增加（從312.7mLg-1增加到714.9mLg-1）[6]。石膏與水泥砂漿接觸時(shí)，會(huì)向水泥砂漿釋放硫酸根離子，進(jìn)而促進(jìn)氫氧化鈣向硫酸鈣轉(zhuǎn)換。該過(guò)程也會(huì)造成固相體積的增加從（33.2mLg-1增加到74.2mLg-1）[6]。因此，石膏基材/水泥砂漿界面可能發(fā)生膨脹和開(kāi)裂等破壞。其次，石膏基材的高吸水量會(huì)影響界面處水泥的水化過(guò)程，使水泥的水化不完全并降低界面強(qiáng)度。最后，彈性模量、熱膨脹系數(shù)的差異和鈣礬石的熱解（70℃就會(huì)出現(xiàn)分解現(xiàn)象），會(huì)對(duì)石膏/水泥界面的粘結(jié)強(qiáng)度造成負(fù)面影響[7]。

界面劑可以隔絕建筑石膏與水泥之間的不良接觸，并提高建筑石膏/水泥界面的粘結(jié)強(qiáng)度。

2.2水泥基材/石膏自流平界面劑的選擇及其作用機(jī)理

圖2. 不同界面劑下，水泥基材/石膏自流平砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度

為了探討各類(lèi)型界面劑對(duì)水泥基材/石膏自流平砂漿界面粘結(jié)性能的影響，界面劑A（Tg為27±2℃、苯丙類(lèi)型）、界面劑B（無(wú)機(jī)復(fù)合類(lèi)型）、界面劑C（Tg為16±2℃、苯丙類(lèi)型）、市面上常用的界面劑F（苯丙類(lèi)型）、界面劑G（聚醋酸乙烯酯類(lèi)型）被用于提高水泥基材/石膏自流平砂漿之間的粘結(jié)性能。如圖2所示，除了界面劑G，其他類(lèi)型的界面劑均可以達(dá)到良好的粘結(jié)效果。顯然，聚醋酸乙烯酯類(lèi)界面劑用于水泥基層/石膏自流平界面時(shí)，會(huì)對(duì)界面的粘結(jié)性能造成負(fù)面影響（~0.46MPa）。Zhihui Lin的研究表明，聚醋酸乙烯酯（PVAc）在堿性條件會(huì)發(fā)生水解，并生成聚乙烯醇和醋酸鈣[8]。因此，聚醋酸乙烯酯型白乳膠作為界面劑時(shí)，自流平砂漿的流動(dòng)性及堿性環(huán)境，會(huì)破壞界面劑G的表面官能團(tuán)并對(duì)粘結(jié)性能帶來(lái)負(fù)面效果。

表1. 以無(wú)石棉水泥纖維加壓板為基材，涂刷不同界面劑后的24h表面吸水量。

如表1所示，涂刷界面劑A后，基材的表面吸水量最優(yōu)（僅為0.35mL）。因此，界面劑A可以有效地降低基材吸水量。綜合24h吸水量和無(wú)處理粘結(jié)強(qiáng)度分析，水泥基材在吸水量上對(duì)石膏自流平砂漿的水化過(guò)程影響不大。

圖3. （a）不同含量的界面劑A對(duì)水泥基材/石膏自流平砂漿的影響；（b）熱處理下，不同含量的界面劑A對(duì)水泥基材/石膏自流平砂漿的影響

為了進(jìn)一步了解界面劑對(duì)水泥基材/石膏自流平砂漿粘結(jié)性能的影響，對(duì)不同乳液含量的界面劑及熱處理后的粘結(jié)性能進(jìn)行了粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試。結(jié)果表明，隨著乳液含量的增加，粘結(jié)強(qiáng)度得到了明顯的提升。由于水泥和石膏之間的熱膨脹系數(shù)不一致、鈣礬石的分解，熱處理后的粘結(jié)強(qiáng)度會(huì)明顯下降。未涂刷界面劑的空白樣品甚至?xí)苯用撀?。因此，涂刷界面劑可以有效地降低熱處理帶?lái)的負(fù)面影響?？傊橐汉康脑黾訒?huì)提高水泥基材/石膏自流平砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度，且界面劑A會(huì)有效提高界面的熱穩(wěn)定性。

圖4. 不同界面劑下，石膏基材/水泥砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度

為了表征不同類(lèi)型的界面劑對(duì)石膏基材/水泥砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度的作用，實(shí)驗(yàn)對(duì)比了界面劑A（Tg為27±2 ℃、苯丙類(lèi)型）、界面劑B（無(wú)機(jī)復(fù)合類(lèi)型）、界面劑D（Tg≤0 ℃、乳液粒徑0.25-0.35μm、苯丙類(lèi)型）、界面劑E（Tg≤0 ℃、乳液粒徑0.1-0.2μm、苯丙類(lèi)型）、市面上常用的界面劑F（苯丙類(lèi)型）、界面劑G（聚醋酸乙烯酯類(lèi)）之間的性能差異。結(jié)果表明（如圖4所示），Tg≤0 ℃類(lèi)型的界面劑D與界面劑E對(duì)粘結(jié)性能的提高最為明顯（~1.49MPa）。界面劑的Tg主要由共聚物的組成決定。相對(duì)較低的Tg會(huì)增加聚合物的粘流性、流動(dòng)性和基材間的潤(rùn)濕效果[9]。Tg較低類(lèi)型的界面劑可以更好地嵌入石膏基材，形成有效的機(jī)械咬合并增加粘結(jié)強(qiáng)度。因此，界面劑D和界面劑E在粘結(jié)性能的提升上更為顯著。

圖5. （a）不同乳液含量的界面劑A對(duì)石膏基材/水泥砂漿粘結(jié)性能的影響；（b）不同助劑下，界面劑A對(duì)石膏基材/水泥砂漿粘結(jié)性能的影響

如圖5和表2所示，當(dāng)乳液含量達(dá)到20%時(shí)，粘結(jié)強(qiáng)度得到顯著提升（從0.98Mpa增加至1.67MPa）且24h表面吸水量最佳（0.1mL）。有效成分的增加和吸水量的減少可以增加界面劑A對(duì)石膏基材/水泥砂漿的粘結(jié)性能。

此外，為了研究增稠劑、分散劑、潤(rùn)濕劑對(duì)粘結(jié)性能的影響，本文評(píng)估了市面上常用的增稠劑250HBR、分散劑SN-5040及潤(rùn)濕劑LCN-407對(duì)界面劑A粘結(jié)性能的影響。結(jié)果表明，增稠劑250HBR和潤(rùn)濕劑LCN-407的加入均會(huì)造成粘結(jié)性能的下降。一方面，增稠劑會(huì)降低界面劑的流動(dòng)性，這會(huì)使界面劑對(duì)基材的潤(rùn)濕效果和機(jī)械咬合帶來(lái)負(fù)面影響。此外，LCN-407（烷基聚氧乙烯醚型聚合物）分子鏈中的聚氧乙烯醚可以降低乳液的表面張力并提高界面劑對(duì)基材的潤(rùn)濕效果。但其分子中的烷基會(huì)增加乳液的稠粘性和剪切增稠性，并對(duì)界面的機(jī)械咬合能帶來(lái)負(fù)面影響[10]?？傮w之下，LCN-407對(duì)界面劑A的粘結(jié)性能呈現(xiàn)出了負(fù)面影響。與此相對(duì)，聚羧酸鈉鹽（SN-5040）作為陰離子表面活性劑，具有卓越的潤(rùn)濕分散特性并改善界面劑的流動(dòng)性。因此，SN-5040通過(guò)降低表面張力、靜電排斥、空間位阻等方式，有效地改善界面劑的流動(dòng)性和基材的潤(rùn)濕效果，以此提高界面劑A的粘結(jié)性能?？偠灾?，在石膏基材/水泥砂漿界面，乳液含量的增加和分散劑SN-5040的加入可以有效地提高界面劑的粘結(jié)性能。

表2. 以無(wú)石棉水泥纖維加壓板為基材，涂刷不同含量界面劑A后的24h表面吸水量。

2.4石膏基材/瓷磚膠界面劑的選擇及其作用機(jī)理

為了進(jìn)一步探討界面劑對(duì)建筑石膏/水泥界面的影響，實(shí)驗(yàn)研究了界面劑A、界面劑B、界面劑C和界面劑H（硅改性苯丙乳液）對(duì)石膏/水泥基瓷磚膠界面的影響（如圖6所示）。結(jié)果表明，各類(lèi)型的界面劑對(duì)石膏/瓷磚膠界面的粘結(jié)強(qiáng)度均有所提升（0.67MPa提高至0.87MPa），但粘結(jié)性能的提升不高。這可能是因?yàn)榇纱u膠中的膠粉將無(wú)機(jī)組分連接在一起并形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[11]。該過(guò)程會(huì)降低石膏基材與水泥形成鈣礬石及基材吸水量大造成的影響，并提高瓷磚膠與石膏間的粘結(jié)強(qiáng)度。因此，界面劑的引入可以在一定程度上增加石膏/水泥基瓷磚膠的交聯(lián)程度，但粘結(jié)強(qiáng)度的提升相對(duì)有限?？傊奖?lèi)型及無(wú)機(jī)復(fù)合類(lèi)型界面劑均會(huì)對(duì)石膏/水泥基瓷磚膠的粘結(jié)強(qiáng)度有一定的提高。