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蒸压加气混凝土砌筑用单组份聚氨酯泡沫胶粘剂的性能研究
吕夏阳
（福建省建筑科学研究院有限责任公司，福建省绿色建筑技术重点试验室，福建福州350028）
来源：新型建筑材料，中国科技核心期刊
摘要
将单组份聚氨酯泡沫胶粘剂应用于蒸压加气混凝土的砌筑，通过测试发泡倍数、表干时间、剪切粘结强度和与蒸压加气混凝土拉伸粘结强度研究其性能。结果表明：发泡倍率对粘结强度有一定影响；表干时间影响砌筑施工的可操作性；耐水试验后胶粘剂强度变化不显著；耐热试验后胶粘剂强度显著降低。将单组份聚氨酯泡沫胶粘剂应用于蒸压加气混凝土砌筑具有较大的技术优势。
关键词
聚氨酯泡沫；蒸压加气混凝土；砌筑
引言
单组份聚氨酯泡沫胶粘剂是利用聚合物中游离活性基团—NCO 与大气中的水汽或粘结基材中的活泼氢原子发生反应交联，从而达到粘结目的的一类胶粘剂。该胶粘剂与大多数建筑材料具有很高的粘结力，主要用于门窗填缝、保温填充、保温板粘结等领域[2]。用于蒸压加气混凝土砌筑还未见文献报道。但近几年国外已有相关应用实例，在国内已有部分聚氨酯泡沫胶厂家引进技术，尝试将产品应用于砌筑领域。蒸压加气混凝土砌块砌筑用聚氨酯胶粘剂具有以下几个方面的技术优势：（1）与传统砌体砌筑砂浆相比，该砌筑缝更薄，可有效提高粘结强度；（2）墙体砌筑机械化程度高，可有效减少人力成本，提高施工效率；（3）导热系数比传统砂浆低，可有效降低产生热桥的可能性，避免墙体热工性能降低；（4）能够营造干净、整洁的施工现场，避免传统砂浆砌筑时泥水横流的现象。相较于传统的单组份聚氨酯泡沫应用领域，用于砌筑的聚氨酯泡沫胶粘剂应考虑与加气混凝土表面粘结力、耐水和耐老化等的方面的性能。本研究通过收集目前市售的4组单组份聚氨酯泡沫胶粘剂产品，测试其与墙体砌筑有关的各项性能，并研究单组份聚氨酯泡沫的特性。
1 试验
1.1 试验材料
试验选用的4种单组份聚氨酯泡沫胶粘剂见表1。
1.2 主要仪器设备
拉力试验机：WDW-30，长春科新试验仪器有限公司；电热鼓风干燥箱：101-3 型，福州锡南实验仪器有限公司。
1.3 性能测试方法
1.3.1 发泡倍数、剪切粘结强度
发泡倍数：按照JC/T 936—2004《单组分聚氨酯泡沫填缝剂》进行测试。浸水后剪切粘结强度：将养护好的试件完全浸入（23±2）℃的水中，7 d 后将试件取出并用布擦干表面水渍，再进行剪切粘结强度测试；热老化后剪切粘结强度：将养护好的试件放入70 ℃或90 ℃的烘箱中，至规定时间后将试件从烘箱中取出，并在标准环境条件下冷却4 h，再进行剪切粘结强度测试。
1.3.2 表干时间
按照中国建筑材料联合会协会标准T/CBMF 21—2018《单组分罐装聚氨酯发泡胶粘剂》进行测试。
1.3.3 与蒸压加气混凝土的拉伸粘结强度
测试方法及基材要求按照JC/T 890—2017《蒸压加气混凝土墙体专用砂浆》中附录A 的规定进行。将胶粘剂连续不间断的喷在基材（蒸压加气混凝土）表面，覆盖尺寸大于40mm×40 mm。立刻放上拉拔接头，拉拔接头上放置（1000±50）g的压块，压块面积大于拉拔接头面积。胶粘剂可由四周挤出。然后再进行下一个位置的制备，至少取6个位置，试件在标准环境条件下放置72 h后，移除压块，开始测试。
1.3.4 晾置2 min 后与蒸压加气混凝土的拉伸粘结强度
将胶粘剂连续不间断的喷在基材（蒸压加气混凝土）表面后，晾置2 min 再放上拉拔接头及压块，后续测试步骤与1.3.3节相同。
2 结果与讨论
2.1 不同单组份聚氨酯泡沫胶粘剂的性能对比
将4组单组份聚氨酯泡沫胶粘剂样品进行发泡倍数、表干时间、与蒸压加气混凝土拉伸粘结强度和可操作性（晾置2 min后与蒸压加气混凝土拉伸粘结强度）的测试，初步探讨胶粘剂的性能与蒸压加气混凝土粘结性能的相关性。测试结果见表2。
从表2 可以看出：
（1）4 组胶粘剂与蒸压加气混凝土的粘结性较好，拉伸粘结强度均大于0.3 MPa，符合JC/T 890—2017规定要求。这是由于胶粘剂中的—NCO 官能团与蒸压加气混凝土表面分子中活泼氢发生反应交联，且发泡胶粘剂比传统砂浆更容易渗透到加气混凝土的表面孔隙中，增大了接触面积。但其中发泡倍率较高的产品的拉伸粘结强度较低，这可能是由于泡沫体本身的内聚力较低，容易自身破坏。而发泡率较低的产品中泡孔体积小，泡壁较厚，使其内聚力高。最终拉伸粘结强度的破坏界面反而在内聚力较低的蒸压加气混凝土表面。因此，用于设计砌筑用的胶粘剂可适当降低其发泡率。
（2）胶粘剂的表干时间对砌筑施工有一定的影响。表干时间较短的产品的晾置后与蒸压加气混凝土拉伸粘结强度较低。原拉伸粘结强度较高的4＃样品，因其表干时间仅3 min，导致晾置后的拉伸粘结强度反而低于2＃、3＃试样。这可能是由于胶粘剂与空气接触后即开始反应，经过一定时间后，黏度增大，反应官能团数量减少，造成与加气混凝土的粘结性能下降。另外，发泡倍数不高的产品，晾置后再放上拉拔接头使得胶粘剂不能充分地通过膨胀渗入到加气混凝土的孔隙中，使接触面积下降。试验结果中，晾置后拉伸粘结均在界面破坏也表明了晾置后胶粘剂与加气混凝土的粘结不牢固。在实际墙体施工过程中，砌块需要搬运和表面清理的一些过程；为了提高效率，通常需要提前在一排砖面上喷好胶粘剂，再逐块放砖。因此需要保留一定的操作时间，延长表干时间，即降低胶粘剂中官能团的反应速率，同时还要兼顾发泡率的影响。
2.2 浸水时间对剪切粘结强度的影响
砌筑墙体在建筑环境中经常会遇到一系列问题，受潮或浸水就是常见的现象。因此，使用聚氨酯泡沫胶粘剂砌筑就需要考虑材料的耐水性。试验采用将剪切粘结强度试件浸水至规定时间后再测试粘结强度，结果见表3。
从表3 可以看出，随着浸水时间的延长，聚氨酯泡沫胶粘剂的剪切粘结强度变化并不明显。这是由于胶粘剂中尚未完全反应的—NCO 官能团继续与水反应产生交联，可进一步提高剪切粘结强度，而且聚氨酯材料的氨基甲酸酯结构稳定，具有耐水、耐碱和耐腐蚀的特性。
2.3 热老化温度和时间对剪切粘结强度的影响
聚氨酯泡沫砌筑胶粘剂作为一种有机高分子材料，需要考虑材料的耐久性能。但是目前尚无很好的试验方式可对材料进行快速的耐久性测试。所有的耐久性测试都很难模拟真实的使用环境情况。另外，蒸压加气混凝土墙体砌筑后，有后续抹灰等装饰过程。固化后的聚氨酯泡沫砌筑胶粘剂在此环境下处于一个密闭环境，不会遭受外界光照的影响。因此本研究用测试热老化后剪切粘结强度来间接探究聚氨酯泡沫砌筑胶粘剂的耐久性能。热老化温度和时间对聚氨酯泡沫砌筑胶粘剂剪切粘结强度的影响见图1。
从图1 可以看出：在70 ℃、90 ℃条件下，随着热老化时间的延长，4 组聚氨酯泡沫砌筑胶粘剂的剪切粘结强度均有所下降。在70 ℃条件下，剪切粘结强度下降趋势较为平缓；而90 ℃条件下，剪切粘结强度下降的幅度较大。表明温度越高，聚氨酯泡沫胶粘剂的剪切粘结强度的保持能力越差，无法应对高温环境使用。聚氨酯的分子结构通常是由软段和硬段嵌段组成的，聚氨酯的耐热性能与软硬段结构及种类、软硬段的比例、相对分子质量、交联等因素密切相关[3]。目前市售的单组份聚氨酯泡沫胶粘剂主要用于门窗填缝，主要起隔热、隔声的作用，对强度要求不高，即使具有一定的初始强度，但耐热较长时间后，强度会明显降低，出现脆化、掉粉的现象。试验结果表明，未作特殊软硬度和改性设计的单组份聚氨酯泡沫胶粘剂的耐热性较差，暴露在自然环境中时间较长时，胶粘剂自身的强度以及与基材的粘结强度会受到一定影响，因此需要对聚氨酯泡沫胶粘剂进行改性，提高其耐久性能才能应用于墙体砌筑领域。另外，针对砌筑胶粘剂的使用环境，如何准确地将热老化性能与实际使用环境的耐久性能进行关联还需要进一步研究。
3 结语
（1）单组份聚氨酯泡沫胶粘剂与蒸压加气混凝土的拉伸粘结强度符合JC/T 890—2017 的要求，发泡倍数越大的产品其拉伸粘结强度可能较低。
（2）胶粘剂的表干时间影响砌筑施工，适当延长胶粘剂的表干时间能提高砌筑施工的可操作性和施工效率。
（3）聚氨酯材料的耐水性能优异，浸水后的剪切粘结强度变化不明显，可以应用于长期处于潮湿环境的墙体中。
（4）普通单组份聚氨酯泡沫胶粘剂的耐热性较差，如要应用于墙体砌筑中还需要对配方和工艺进行改进，并进一步进行耐久性的研究。
为方便阅读，本文移除了脚注。如有需要，请参阅《新型建筑材料，中国科技核心期刊》。
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