巖棉外墻外保溫系統(tǒng)中，界面劑對(duì)巖棉與砂漿粘結(jié)性能的作用效果有何不同?本文采用巖棉板和巖棉條兩種樣品，通過(guò)使用界面劑和不使用界面劑兩種情況下單面涂抹抹面膠漿，拉伸粘結(jié)強(qiáng)度及失效模式的測(cè)量來(lái)評(píng)價(jià)界面劑的效果。試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)巖棉系統(tǒng)而言，界面劑的作用效果不顯著。
巖棉外墻外保溫系統(tǒng)是近幾年發(fā)展較快的一種建筑節(jié)能措施，巖棉應(yīng)用于外墻外保溫有兩種形式，一種是使用巖棉板，通常以機(jī)械固定為主、粘結(jié)為輔的方式固定在基墻上;一種是使用巖棉條，通常采用以粘結(jié)為主、機(jī)械錨固為輔的方式與基墻固定。但無(wú)論使用巖棉板還是巖棉條，都需要使用膠粘劑和抹面膠漿。膠粘劑的作用是將巖棉粘貼在基墻上，抹面膠漿的作用是涂抹在巖棉外表面，用以保證系統(tǒng)的機(jī)械強(qiáng)度和耐久性。因此巖棉與粘結(jié)劑和抹面膠漿的粘結(jié)性能是關(guān)系到工程質(zhì)量和安全的重要性能。國(guó)內(nèi)目前應(yīng)用相對(duì)成熟的聚苯板(EPS)外墻外保溫系統(tǒng)已經(jīng)證明，使用界面劑能有效提高EPS板與膠粘劑或抹面膠漿的粘結(jié)強(qiáng)度。界面劑對(duì)巖棉系統(tǒng)的作用效果如何，是否也能起到提高巖棉粘結(jié)強(qiáng)度的效果，是人們普遍關(guān)心的問(wèn)題。為此我們進(jìn)行了試驗(yàn)研究，為敘述方便，以下以“砂漿”指代膠粘劑和抹面膠漿。
【試驗(yàn)概述】
界面劑是一種對(duì)某種物體表面進(jìn)行處理的液劑產(chǎn)品，用以改善物體表面物理或化學(xué)性能，提高其與另一種物質(zhì)的相溶性。本次試驗(yàn)所用的界面劑為巖棉專用界面劑，由系統(tǒng)供應(yīng)商提供。
本次試驗(yàn)采用巖棉板和巖棉條兩種樣品，分別在使用界面劑和不使用界面劑兩種情況下單面涂抹砂漿，測(cè)量拉伸粘結(jié)強(qiáng)度及失效模式。試樣示意見圖1。
本次試驗(yàn)的樣品：巖棉板的規(guī)格為密度100kg/m3，厚度50mm，TR7.5。巖棉條的規(guī)格為密度100kg/m3，厚度100mm，TR80。
巖棉板裁切成200mm×200mm的尺寸，巖棉條裁切成150mm×150mm的尺寸。
涂抹界面劑試樣制作過(guò)程：分別在巖棉板試樣和巖棉條試樣單面先涂抹一層界面劑，待試樣表層界面劑干固后，再涂抹砂漿，養(yǎng)護(hù)15天后，用膠將試樣與金屬夾具粘結(jié)，如圖1(a)所示。每組制作至少5個(gè)試樣，確保得到5個(gè)有效數(shù)據(jù)。
未涂抹界面劑試樣制作過(guò)程：分別在巖棉板試樣和巖棉條試樣單面涂抹砂漿，養(yǎng)護(hù)15天后，用膠將試樣與夾具粘接，如圖1(b)所示。每組制作至少5個(gè)試樣，確保得到5個(gè)有效數(shù)據(jù)。
失效模式為巖棉破壞或巖棉與砂漿界面破壞為有效，與金屬夾具的粘結(jié)破壞為無(wú)效。
【試驗(yàn)結(jié)果】
1.巖棉板拉伸粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)
對(duì)帶有界面劑和不帶界面劑的兩組巖棉板試樣，分別進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，得到試驗(yàn)結(jié)果見表1。
從數(shù)據(jù)上看，帶有界面劑的試樣拉伸粘結(jié)強(qiáng)度平均值略高于不帶界面劑的試樣，但兩者之間是否存在顯著性差異?為此我們對(duì)得到的兩組試驗(yàn)數(shù)據(jù)平均值進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。
從失效模式上看，無(wú)論是帶界面劑還是不帶界面劑的巖棉板試樣，失效模式都是巖棉破壞，沒(méi)有發(fā)生巖棉與砂漿界面破壞的情況，這說(shuō)明巖棉與砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度大于巖棉板的層間拉伸強(qiáng)度。但仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)，帶有界面劑和不帶界面劑兩種失效的情況又不完全相同，帶有界面劑試樣的失效模式是從巖棉板中間沿纖維層的褶皺將纖維層撕開，而不帶界面劑試樣的失效模式是在近巖棉板表面將纖維層拉開，好像是揭掉巖棉板表面的一層皮。拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的值沒(méi)有顯著性差異，失效模式為什么不同呢?讓我們分析一下巖棉板的結(jié)構(gòu)。
從圖2中可以看出，巖棉板是由纖維層疊加形成的層狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)巖棉板受到拉伸作用時(shí)，其強(qiáng)度大小與纖維強(qiáng)度關(guān)系不大，而是取決于與纖維間的摩擦力，因此，在巖棉生產(chǎn)工藝中都采用“打褶”的方式，使纖維層并不是完全平行堆疊的，而是增加垂直向的纖維層，以使纖維層之間相互鉤連，提高層間拉伸強(qiáng)度，打褶越多，纖維鉤連的程度也越大，強(qiáng)度也越高。巖棉板中間的纖維層“皺褶”更多些，纖維上下鉤連，而板表面層的纖維層“皺褶”得少，相對(duì)中間層平行的纖維層要多些，因此面層的纖維更容易被拉開。這就是未使用界面劑的試樣，失效模式更多是在近表面處被拉開的原因。
本次試驗(yàn)使用的界面劑是一種液態(tài)物質(zhì)，與巖棉有良好親和性，可以滲透到巖棉表層。當(dāng)巖棉板表面涂抹界面劑后，界面劑滲入巖棉板表層，固化后使巖棉板中的纖維粘結(jié)到一起，實(shí)際上是對(duì)巖棉板的表層起到了一定的增強(qiáng)作用，提高了表層強(qiáng)度，失效模式是巖棉板中間層被撕開。
盡管是否使用界面劑得到拉伸粘結(jié)試驗(yàn)的失效模式不同，但決定系統(tǒng)拉伸強(qiáng)度高低的還是巖棉板層間的拉伸強(qiáng)度，因此涂施界面劑對(duì)提高系統(tǒng)的拉伸強(qiáng)度沒(méi)有顯著影響。
2.巖棉條拉伸粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)
對(duì)帶有界面劑和不帶界面劑的兩組巖棉條試樣，分別進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，得到試驗(yàn)結(jié)果見表2。
從失效模式上看，無(wú)論是帶界面劑還是不帶界面劑的巖棉條試樣，失效模式都是巖棉條與砂漿界面破壞。
巖棉條是將巖棉板以一定的間距切割成條狀翻轉(zhuǎn)90°使用的制品。巖棉條中纖維層是垂直平行排列的，因此巖棉條在受到拉伸作用時(shí)，它的破壞方式是纖維被拉斷，這與巖棉板纖維層拉開破壞方式不同，因此巖棉條的拉伸強(qiáng)度遠(yuǎn)大于巖棉板。本次試驗(yàn)所用的巖棉條樣品，標(biāo)稱拉伸強(qiáng)度為80kPa，實(shí)際拉伸強(qiáng)度達(dá)到300kPa。由于巖棉條自身拉伸強(qiáng)度較高，因此在拉伸粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)中無(wú)論是否使用了界面劑，都沒(méi)有出現(xiàn)巖棉條被拉壞的情況，所有的失效模式都是巖棉與砂漿的界面破壞。從拉伸粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看，使用和未使用界面劑的兩組拉伸強(qiáng)度分別為277.9kPa和264.9kPa，兩組試驗(yàn)數(shù)據(jù)不存在顯著性差異，也就是說(shuō)施加了界面劑并沒(méi)有顯著提高巖棉與砂漿的粘結(jié)性能。
按照ETAG004《外墻外保溫薄抹灰系統(tǒng)歐洲技術(shù)認(rèn)證指南》的要求，當(dāng)發(fā)生粘接破壞時(shí)，所有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果至少要達(dá)到80kPa，從測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)看，即使沒(méi)有施加界面劑，拉伸粘結(jié)強(qiáng)度平均值為265kPa，最低值也達(dá)到了230kPa，完全可以達(dá)到ETAG004的要求。
綜上所述，對(duì)巖棉板系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，由于巖棉板自身拉伸強(qiáng)度較低，巖棉與砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度大于巖棉板自身的拉伸強(qiáng)度，拉伸粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)的失效模式都是巖棉板破壞，拉伸粘結(jié)強(qiáng)度值主要取決于巖棉板自身的拉伸強(qiáng)度，使用或不使用界面劑拉伸強(qiáng)度的測(cè)試結(jié)果不存在顯著性差異。
對(duì)巖棉條系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，若巖棉與砂漿粘結(jié)強(qiáng)度大于巖棉條自身的拉伸強(qiáng)度則巖棉條被破壞，拉伸粘結(jié)強(qiáng)度值取決于巖棉條的強(qiáng)度;若巖棉條自身強(qiáng)度較高，巖棉與砂漿粘結(jié)強(qiáng)度小于巖棉條自身的拉伸強(qiáng)度時(shí)，失效模式為巖棉條與砂漿粘結(jié)破壞。從本次試驗(yàn)的結(jié)果來(lái)看，涂抹界面劑和未涂抹界面劑試樣的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度不存在顯著性差異。
