爱华网1.引言 近十年来，建筑涂料的产品品种、应用规模和质量水平都有了很大的发展，已经成为涂料中产量最大的品种，占世界涂料总产量的40%~50%。然而，在施涂过建筑涂料的内外墙上，经常会发现有表面粗糙、凹凸不平、龟裂纹、起壳、脱落等现象，并进而影响建筑物的使用功能和外观。大量的事实表明，很多情况下这些问题的出现是由腻子的质量所致。 建筑涂装是一个整体，包括腻子在内的每一涂层的质量都会对其最终性能造成影响。腻子在建筑涂装中的作用有找平、光滑、克服龟裂纹、表现各种风格的花纹和表面质感等。目前，我国成品腻子的品种相对建筑涂料而言还很少，绝大部分都是在施工现场配制，各组分之间没有固定的配比，在客观上造成了腻子质量的不稳定。 开裂是最常见的腻子缺陷，尤其是外墙腻子。如果可以采取适当的措施以降低腻子的开裂程度，则可以减少甚至消除由其引起的面涂缺陷。混凝土技术的发展给了人们以启示，在混凝土中掺入纤维可以使得混凝土的性能得到极大的提高，钢纤维、碳纤维、聚丙烯纤维等已经在纤维增强混凝土中得到了广泛的应用。 众所周知，纤维起到增强作用的前提是在基材中良好的分散，上述的各种纤维在水性体系中的分散性都欠佳，而聚丙烯腈(PAN)分子结构中的极性腈基CN具有亲水性，使得聚丙烯腈纤维可以均匀的分散在水性体系中。 因此，本试验采用聚丙烯腈纤维作为增强材料，研究了纤维的添加量和纤维长度对腻子抗裂性能的影响，并且对聚丙烯腈纤维增强腻子的抗冲击和抗渗性能进行了测试。此外，还考察了纤维的应用对腻子施工性能的影响。 2.试验部分 试验采用KNP聚丙烯腈纤维，以此纤维百分百之百聚丙烯腈为原料，采用了独特的生产工艺和特殊的表面处理，是一种专用于墙体涂装材料的增强纤维。KNP纤维共有KNP192、KNP194和KNP196三种规格，长度分别为2mm、4mm和6mm。 首先按表1称取相应质量的各组分，加入不同量的纤维，混合均匀。然后在腻子粉中加入适量的水并搅拌均匀，水与腻子粉的重量比约为30:100，水的具体用量根据腻子的粘度进行调整。 用扫描电子显微镜(JEOL-6300)表征纤维增强腻子的微观结构。由于没有纤维增强腻子性能测试的相关标准，因此，试验参照类似物质纤维增强混凝土的测试标准进行了腻子的性能测试。腻子的抗裂性能和抗冲击性能试验参照ACI(美国混凝土协会)544委员会推荐的方法进行；腻子的抗渗性能测试参照工程建设国家标准GBJ82-85《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》进行。 3.结果与讨论 3.1.抗裂性能腻子产生裂缝的原因有很多种。 对于新施工的体系而言，腻子上墙以后仍有一个干燥固化的过程，这期间可能局部受到约束，这种约束作用导致在约束部位产生孔隙或缝隙；另一种产生裂缝的原因是塑性收缩，当环境湿度低、温度高和有风的情况下，腻子表面水分迅速挥发时就会产生塑性收缩裂缝。对于施工一段时间的体系而言，干缩是产生裂缝的一个常见原因，此外，温度、风化等作用都可以造成体系中的裂缝。而纤维的应用可以阻止因渗水、离析、塑性收缩、干缩等各种原因引起的腻子材料原生裂缝的产生，减少裂缝的数量并降低裂缝的尺寸。 试验用开裂指数来表示腻子的抗裂性能，根据表面上裂缝的宽度，将裂缝分为5个等级：大于3mm、2~3mm、1~2mm、0.5~1mm和小于0.5mm。定义每一范围裂缝的度量指数分别为3、2、1、0.5和0.25，每一度量指数乘以其相应的裂缝长度，将加和的结果折算 为1m2面积的相应数值，即为该试样的开裂指数。图1给出了腻子的开裂指数随纤维添加量的变化关系，可以看出聚丙烯腈纤维的加入降低了腻子的开裂指数，并且开裂指数随纤维添加量的增加而减小。 KNP聚丙烯腈纤维经过了特殊的表面处理，其与基材的握裹力得到了极大的提高，当腻子于纤维处出现裂缝时，由于纤维与基材之间的粘结力大于裂缝扩展产生的沿纤维方向的剪切应力，从而不会出现纤维从基材中被拔出的情况。当负载进一步加大时，纤维与基材之间的黏结力依然能够保证纤维不被拔出，如果此时裂缝扩展所产生的沿纤维轴向的拉力大于纤维的强度，则纤维发生断裂。即KNP聚丙烯腈纤维增强腻子的最终破坏形式是纤维的断裂，而不是纤维从基材中拔出，如图2所示，因此，腻子的抗裂性能得到了有效的改善。 图1不同纤维添加量的腻子的开裂指数 图2腻子中断裂的聚丙烯腈纤维的SEM照片 通常认为，体系的抗裂能力随体系中纤维间距的减小而增大。根据纤维的平均间距理论，低掺量纤维在腻子中的抗裂效果与纤维的间距有直接的关系。纤维三维乱向分布时，纤维的平均间距S=1.25d/Vf，式中d为纤维的直径，Vf为纤维的体积率，S随Vf的增加和d的减小而减小。对于给定的纤维来说，其直径保持不变，纤维加入量越多，纤维的体积含量越大，从而纤维平均间距越小，因此，得到了如图1所示的腻子开裂指数随纤维添加量的增加而减小的结果。 从图1还可以看出，长度不同的三种聚丙烯腈纤维对腻子抗裂性能增强效果的顺序为KNP192>KNP194>KNP196。腻子内部的空隙较小，纤维的长度为2mm就足以与裂缝两侧的腻子基材有良好的粘结强度。对于重量相同的纤维，长度越短，则纤维数目越多，腻子与纤维的粘结面积越大，从而腻子的抗裂性能随纤维长度的减短而增大。据此，可以认为腻子体系中KNP聚丙烯腈纤维的临界长度为2mm。 3.2.抗冲击性能腻子在施工过程中或是施工后，都会受到外力的影响。 任何材料或多或少的都具有一定的弹性，当一个较小的应力施加到材料上时，材料自身会产生一定的应变来抵抗这一应力，而当应力撤去时，材料会恢复其初始状态。但如果当前一次应力产生的应变还没有完全恢复时，再次对材料施加应力则会使得材料的应变加剧。多次循环之后，当材料无法再通过自身的应变来抵抗外来的应力时，缺陷就会产生。另外一种情况，第一次施加的外力就可能导致材料内部出现微裂缝，在不断重复的外力作用下，微裂缝会逐渐生长而最终导致材料的破坏。 抗裂性能测试结果表明，添加了KNP192纤维的腻子具有最好的抗裂性能，由此，对腻子抗冲击性能和后面的抗渗性能的表征都是针对添加了KNP192纤维的腻子。对于纤维增强的腻子而言，微裂缝缓慢扩展的过程中基体的纵向拉压会引起其横向的缩胀，在裂缝尖端的前缘造成基材与纤维的分离。经过一定的应力循环之后，裂缝由横向改沿纤维和基材的界面纵向扩展。由于体系中分布着大量的纤维，裂缝的扩展需要经历非常复杂和曲折的路径，其破坏是从纤维的薄弱环节开始，逐步扩散到界面之上。由于KNP聚丙烯腈纤维与基材之间良好的握裹力，因此，纤维的加入可以提高体系的抗冲击性能，结果如图3所示。 图3不同KNP192纤维添加量的腻子的抗冲击次数 从图3还可以看出，腻子的抗冲击次数随纤维添加量的增加而增大，其原因如下：随着纤维的增多，纤维与基材界面也就增多，而纤维与基材的界面可以阻缓腻子中裂缝的扩展，因此得到了图3中腻子抗冲击次数随纤维添加量的变化关系。 3.3.抗渗性能 图4给出了KNP192纤维增强腻子的抗渗性能试验结果。GBJ82-85中试样的标准高度为150mm，而本试验中的腻子在达到GBJ82-85中规定的时间后，端面没有出现渗水现象，因此在试验结束后将腻子试样剖开，以腻子耐水性与进水端的距离来表示腻子的抗渗性能，并定义为渗透高度。从图4中可以看出，纤维的加入有效的改善了腻子的抗渗性能，渗透高度随纤维添加量的增加而减小。 图4不同KNP192纤维添加量的腻子的渗透高度 渗水性能表示水或水蒸汽通过基材的难易程度。腻子中含有大小不同的孔隙，水可以以液体和气体的形态在压力作用、或是在毛细管力作用、或是两者共同作用下进入多孔物体。体系的抗渗性能主要是由基材中连通毛细孔的数量和尺度所决定，而纤维的加入可以有效的减少毛细孔的数量和尺度，从而提高了腻子的抗渗透性能。 4.腻子的施工应用 纤维增强腻子在施工前要进行以下的准备：(1)根据腻子的种类并考虑操作的便利，确定施工面与施工平台间的距离；(2)选用已通过法定质检机构并出具有效质检报告的合格产品为腻子原料；(3)根据选定的品种和工艺要求，结合实际面积及材料单耗和损耗确定备料量；(4)根据现行行业标准JGJ/T29-2003《建筑涂饰工程施工及验收规程》中5.0.8条的规定对原料进行复验，合格后备用；(5)材料应存放于阴凉干燥且通风的环境内，其贮存温度应介于5~40℃之间。 纤维增强腻子的施工对基层的要求如下：(1)基层应牢固，不开裂、不掉粉、不起皮、不空鼓、无剥离、无石灰爆裂点和无附着力不良的旧涂层等；(2)基层应表面平整且无光，立面垂直、阴阳角垂直、方正和无缺棱掉角，分格缝深浅一致且横平竖直；(3)基层应清洁，表面无灰尘、无浮浆、无油迹、无锈斑、无霉点、无盐类析出物和无苔青等杂物；(4)如有空鼓必须予以剔凿并重新补抹平整，有蜂窝、麻面、凹凸不平、缺棱掉角及抹灰接茬处需用水泥加胶腻子抹平整；(5)基层应干燥，若面层涂料为溶剂型涂料，则含水率不大于8%；若面层涂料为水性涂料，含水率不大于10%。 称取一定量的腻子粉组分和纤维，纤维添加量一般为粉体组分重量的0.3~0.4%，对抗裂有特殊要求的体系，最高添加为0.8%。混合约10min，使得各组分分布均匀。在干粉中加入重量比为30~40%的水，混合搅拌15min并调整到适当粘度。用刮刀将调成的腻子刮涂上墙，刮涂要均匀、细致，掌握好平整度。第一遍刮涂完毕干燥后，用砂纸将接茬和不平整处砂除，并清除砂灰，再进行第二遍刮涂，第二遍刮涂与第一遍刮涂时间间隔在24h。 在施工过程中，发现掺有聚丙烯腈纤维的腻子的批刮阻力更小，腻子不粘刮刀，与不添加纤维的腻子相比，KNP聚丙烯腈纤维增强腻子的施工性能更佳。
由前面的试验结果可以看出，当纤维的添加量达到0.3%时，腻子的抗裂、抗冲击和抗渗性能整体上才有较明显的改善。施工应用结果则表明，当纤维的添加量在0.4%以下时，其对腻子表面平整度和光滑度的影响较小，基本可以忽略。尽管纤维添加量的继续增大能够 使腻子的抗裂、抗冲击和抗渗性能进一步提高，但找平是腻子的重要作用之一，对腻子其它性能的改善应该是在其找平作用得以良好实现的基础上而进行。因此，结合上述各种性能的改善程度，试验认为KNP192纤维的最佳添加量为腻子粉重量的0.3~0.4%。 聚丙烯腈增强纤维对腻子性能的影响 结论 制备了KNP聚丙烯腈纤维增强腻子，纤维与基材良好的握裹力使得腻子的性能得到了有效的改善。 随着纤维添加量的增加，纤维在基材中的平均间距减小，使得腻子的抗裂性能不断增大。当纤维的长度减小时，纤维与腻子基材的黏结面积变大，从而腻子的抗裂性能也得到了提升。对于本试验而言，腻子中纤维的临界长度为2mm。根据最佳的抗裂试验结果，对KNP192纤维增强腻子的抗冲击和抗渗性能进行了研究，结果表明，纤维的应用明显的改善了腻子的抗冲击和抗渗性能。在腻子中加入KNP聚丙烯腈纤维后，其施工性能也得到了一定的改善。 综合各种性能的改善程度，KNP192聚丙烯腈纤维在腻子中的最佳添加量为腻子粉重量的0.3~0.4%。
