Cơ chế hoạt động của bột polyme phân tán trong vữa khô

Bột polyme phân tán và các chất kết dính vô cơ khác (như xi măng, vôi tôi, thạch cao, đất sét, v.v.) cùng với các loại cốt liệu, chất độn và phụ gia khác [như hydroxypropyl methylcellulose, polysaccharid (tinh bột ete), sợi, v.v.] được trộn đều về mặt vật lý để tạo thành vữa khô. Khi cho vữa bột khô vào nước và khuấy đều, dưới tác dụng của chất keo bảo vệ ưa nước và lực cắt cơ học, các hạt bột latex có thể nhanh chóng phân tán vào nước, đủ để tạo thành màng bột latex phân tán hoàn toàn. Thành phần của bột cao su khác nhau, điều này ảnh hưởng đến tính lưu biến của vữa và các đặc tính xây dựng khác nhau: ái lực của bột latex với nước khi phân tán lại, độ nhớt khác nhau của bột latex sau khi phân tán, ảnh hưởng đến hàm lượng không khí trong vữa và sự phân bố bọt khí. Sự tương tác giữa bột cao su và các phụ gia khác làm cho các loại bột latex khác nhau có chức năng tăng tính lưu động, tăng tính thixotropy và tăng độ nhớt.

Người ta thường tin rằng cơ chế mà bột latex phân tán lại giúp cải thiện khả năng thi công của vữa tươi là do bột latex, đặc biệt là chất keo bảo vệ, có ái lực với nước khi phân tán, làm tăng độ nhớt của hỗn hợp và cải thiện độ kết dính của vữa xây dựng.

Sau khi hỗn hợp vữa tươi chứa bột latex được hình thành, với sự hấp thụ nước bởi bề mặt nền, sự tiêu thụ phản ứng hydrat hóa và sự bay hơi vào không khí, lượng nước giảm dần, các hạt nhựa dần tiến lại gần nhau, ranh giới giữa các hạt dần mờ đi, và các hạt nhựa dần kết dính với nhau, cuối cùng trùng hợp thành một lớp màng. Quá trình hình thành màng polymer được chia thành ba giai đoạn. Ở giai đoạn đầu, các hạt polymer chuyển động tự do theo kiểu chuyển động Brown trong nhũ tương ban đầu. Khi nước bay hơi, sự chuyển động của các hạt tự nhiên bị hạn chế ngày càng nhiều, và sức căng bề mặt giữa nước và không khí khiến chúng dần dần sắp xếp lại gần nhau. Ở giai đoạn thứ hai, khi các hạt bắt đầu tiếp xúc với nhau, nước trong mạng lưới bay hơi qua mao dẫn, và sức căng mao dẫn cao tác dụng lên bề mặt các hạt gây ra sự biến dạng của các hạt latex khiến chúng kết dính với nhau, và lượng nước còn lại lấp đầy các lỗ rỗng, và màng được hình thành sơ bộ. Giai đoạn thứ ba và cuối cùng cho phép sự khuếch tán (đôi khi được gọi là tự kết dính) của các phân tử polymer tạo thành một lớp màng thực sự liên tục. Trong quá trình tạo màng, các hạt latex di động riêng lẻ sẽ kết tụ lại thành một pha màng mỏng mới với độ bền kéo cao. Rõ ràng, để bột polymer phân tán có thể tạo thành màng trong vữa đã đông cứng lại, nhiệt độ tạo màng tối thiểu (MFT) phải được đảm bảo thấp hơn nhiệt độ đông cứng của vữa.

Các chất keo – polyvinyl alcohol – phải được tách ra khỏi hệ màng polymer. Điều này không phải là vấn đề trong hệ vữa xi măng kiềm, vì polyvinyl alcohol sẽ bị xà phòng hóa bởi kiềm sinh ra từ quá trình hydrat hóa xi măng, và sự hấp phụ của vật liệu thạch anh sẽ dần dần tách polyvinyl alcohol ra khỏi hệ thống, nếu không có chất keo bảo vệ ưa nước. Màng được hình thành bằng cách phân tán bột latex có thể phân tán lại, không tan trong nước, không chỉ có thể hoạt động trong điều kiện khô ráo mà còn trong điều kiện ngâm nước lâu dài. Tất nhiên, trong các hệ thống không kiềm, chẳng hạn như thạch cao hoặc hệ thống chỉ có chất độn, vì polyvinyl alcohol vẫn tồn tại một phần trong màng polymer cuối cùng, ảnh hưởng đến khả năng chống nước của màng, khi các hệ thống này không được sử dụng để ngâm nước lâu dài và polymer vẫn giữ được các đặc tính cơ học đặc trưng của nó, bột polymer có thể phân tán vẫn có thể được sử dụng trong các hệ thống này.

Với sự hình thành cuối cùng của màng polymer, một hệ thống gồm các chất kết dính vô cơ và hữu cơ được hình thành trong vữa đã đóng rắn, tức là một khung xương giòn và cứng được cấu tạo từ vật liệu thủy lực, và bột polymer có thể phân tán lại được hình thành trong các khe hở và bề mặt rắn, tạo thành một mạng lưới linh hoạt. Độ bền kéo và độ kết dính của màng nhựa polymer được hình thành từ bột latex được tăng cường. Do tính linh hoạt của polymer, khả năng biến dạng cao hơn nhiều so với cấu trúc cứng của đá xi măng, hiệu suất biến dạng của vữa được cải thiện, và hiệu quả phân tán ứng suất được cải thiện đáng kể, từ đó nâng cao khả năng chống nứt của vữa.

Khi hàm lượng bột polymer phân tán tăng lên, toàn bộ hệ thống sẽ phát triển theo hướng nhựa. Trong trường hợp hàm lượng bột latex cao, pha polymer trong vữa đã đóng rắn dần dần vượt trội so với pha sản phẩm thủy hóa vô cơ, vữa sẽ trải qua những thay đổi về chất lượng và trở thành chất đàn hồi, còn sản phẩm thủy hóa của xi măng sẽ trở thành chất “lấp đầy”. Độ bền kéo, độ đàn hồi, độ dẻo và tính chất bịt kín của vữa được cải tiến bằng bột polymer phân tán được nâng cao. Việc kết hợp bột polymer phân tán cho phép hình thành màng polymer (màng latex) và tạo thành một phần của thành lỗ rỗng, do đó bịt kín cấu trúc xốp cao của vữa. Màng latex có cơ chế tự kéo giãn tạo ra lực căng để neo giữ nó với vữa. Thông qua các lực nội tại này, vữa được giữ nguyên vẹn, do đó làm tăng cường độ kết dính của vữa. Sự hiện diện của các polymer có độ dẻo và độ đàn hồi cao giúp cải thiện độ dẻo và độ đàn hồi của vữa. Cơ chế làm tăng ứng suất chảy và cường độ phá hủy như sau: khi tác dụng lực, các vết nứt nhỏ bị trì hoãn do sự cải thiện độ dẻo và độ đàn hồi, và không hình thành cho đến khi đạt đến ứng suất cao hơn. Ngoài ra, các miền polymer đan xen cũng cản trở sự hợp nhất của các vết nứt. Các vết nứt nhỏ phát triển thành vết nứt xuyên suốt. Do đó, bột polymer phân tán làm tăng ứng suất phá hủy và biến dạng phá hủy của vật liệu.

Lớp màng polymer trong vữa biến tính polymer có tác động rất quan trọng đến quá trình đông cứng của vữa. Bột polymer phân tán lại trên bề mặt tiếp xúc đóng vai trò quan trọng khác sau khi được phân tán và tạo thành màng, đó là tăng cường độ bám dính với các vật liệu tiếp xúc. Trong cấu trúc vi mô của vùng giao diện giữa vữa dán gạch men biến tính polymer dạng bột và gạch men, lớp màng polymer tạo thành một cầu nối giữa gạch men tráng men có độ hút nước cực thấp và ma trận vữa xi măng. Vùng tiếp xúc giữa hai vật liệu khác nhau là khu vực có nguy cơ cao, nơi hình thành các vết nứt co ngót và dẫn đến mất độ bám dính. Do đó, khả năng hàn gắn các vết nứt co ngót của màng latex đóng vai trò quan trọng trong chất kết dính gạch.

Đồng thời, bột polyme phân tán lại chứa etylen có độ bám dính tốt hơn với các chất nền hữu cơ, đặc biệt là các vật liệu tương tự, chẳng hạn như polyvinyl clorua và polystyren. Một ví dụ điển hình là...