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聚合物水泥基防水涂料及其影响因素界首

时间:2022年09月03日

聚合物水泥基防水涂料及其影响因素

【中国牛涂网,NTW360.com新闻资讯】

王 娴 (西安市环境监理处,陕西西安 710068)

摘要 :聚合物水泥基防水涂料是由水泥和聚合物乳液复合而成的双组分涂料。分析了聚合物水泥基防水涂料的防水机理及其影响因素。

关键词:聚合物水泥基防水涂料;双组分涂料;防水机理;影响因素

中图分类号:TQ 630.7 文献标识码:A 文章编号 :1009-1696(2012)11-0033-04

聚合物水泥基防水涂料又称JS 复合防水涂料,是近年发展起来的新型建筑防水涂料okmart.com。该防水涂料由有机材料和无机材料复合而成,兼具这两类材料的优点,既有一定的刚性,又具有一定的柔韧性,是一种环境友好型涂料[1]。

聚合物水泥基防水涂料基于有机聚合物乳液失水,而形成具有黏结性、连续性的弹性膜层,水泥吸收乳液中的水而硬化,柔性聚合物填充在水泥硬化体的空隙中,使水泥硬化体更加致密而富有弹性,涂膜具有良好的延伸率;水泥硬化体又填充在聚合物相中,使其具备更好的户外耐久性和基层适应性。因此,聚合物水泥基防水涂料是一种高强度、坚韧、耐久的弹性防水层[2]。

1· 聚合物水泥基防水涂料的防水机理

改性有机硅防水剂(FSJ)利用有机硅的高渗透性对水泥基防水涂料中的超细活性组分(例如硅灰等)进行处理,使其能渗透到混凝土内部裂缝缺陷处,并与硅酸盐水泥基材进行反应,生成新的胶凝体及憎水性产物,堵塞毛细孔隙通道,并使裂缝缺陷处不易被水润湿,从而达到防水止漏的作用。这样,不仅提高了涂层的憎水性,而且能在基体中渗入一定深度,对基体起到密实增强的作用,使防水效果更加稳定可靠。涂料与基体之间的黏结是通过涂料中的活性物质,借助于水的传递作用,与基体发生渗透结晶反应实现的。因为在硬化的基体内部及表面存在大量的孔隙,而涂料中的活性物质以水为载体,进入基体内部发生渗透结晶反应,生成不溶于水的结晶体,填充基体孔隙,使基体致密,同时也实现了与基体的有效黏结,形成整体防水层[3]。

双组分丙烯酸类高聚物改性水泥基防水涂料(渗透结晶型)是一种柔性的水硬性防水涂料,主要由硅酸盐水泥、精细硅砂、助剂粉料(含特殊活性化学物质,包括能加快结晶形成的催化剂和减小表面张力、增加渗透能力的表面活性剂等)和液态高聚物添加剂等组成,其中液态高聚物添加剂是一种具有极强渗透性的纳米级溶液。上述粉料与添加剂按一定配比混合后,其活性成分即以具有强渗透性的溶剂为载体渗透到基材的毛细孔和微裂纹中,并发生化学反应,与底材融为一体后形成一层结晶致密的弹性防水层,可大大提高基材的密实性,有效阻遏水的通过。防水膜层对混凝土或灰浆均有良好的黏附性,固化后不会产生收缩且富有柔韧性,可适应建筑结构轻微的震动以及小于2 mm 的位移[4]。

2· 聚合物水泥基防水涂料的成膜机理

在聚合物颗粒聚集成膜的过程中,聚合物中的基团发生水解的可能性很小,尽管有很少的一部分Ca2+ 与乳液中游离的—COO- 发生了键合,但不是主要反应。同时,这一阶段聚合物颗粒沉积、包覆于水泥凝胶、未水化水泥、填料和颗粒表面(图1)。随着水泥水化的进一步加深,体系中的水不断被水化所结合,再加之水分不断地挥发,体系中的含水量减少,这时水泥水化的凝胶结构进一步扩展,聚合物颗粒之间慢慢地靠拢接触、融合、凝聚在一起,形成聚合物薄膜。硅酸钙凝胶、填料被包裹在聚合物膜中,聚合物膜之间相互黏结,形成一种连续的立体构型网络结构(图2)。由于水化过程的不断完善,水分逐渐被吸收到水化过程的化学结合水当中,聚合物颗粒最终完全被压缩融合形成聚合物网络结构,水泥水化产物在一定区域内也形成有序的硅酸盐网络结构。但从整体上来看,涂膜是以聚合物网络结构为主体,水泥及其水化产物和其他填料被聚合物膜包裹在其间,水泥的硅酸盐网络结构已不连续,这种结构对涂膜的力学性能和耐久性有一定的贡献。因此,聚合物水泥基防水涂料能够形成坚韧、高强、具有连贯性的整体涂膜[5]。

JS 防水涂料的成膜机理:在搅拌过程中,水泥遇水而水化时,反应产生的Ca(OH)2 溶液的浓度能迅速达到饱和,并析出水化晶体,同时生成钙矾石晶体及水化硅酸钙凝胶体,乳液中的聚合物颗粒便沉积到凝胶体表面。随着水化反应的进行,聚合物颗粒的沉积量越来越多,并在凝胶体表面及未水化完全的水泥颗粒上形成紧密的堆积层,进而扩展为连续的薄膜,形成与水化水泥浆体相互胶结的网状结构。这种网状结构能大大改善水泥砂浆硬化体的物理组织结构,缓解内应力,减少微裂纹的产生,增强聚合物防水涂料的致密性及力学性能[6]。

3· 聚合物水泥基防水涂料的影响因素

3.1 乳液对防水涂膜性能的影响

当温度高于乳液的玻璃化温度Tg 时,材料受载时产生弹性变形;当温度低于Tg 时,材料易产生脆性破坏。热固性聚合物的Tg 相对较高,弹性体聚合物的Tg 较低,热塑性聚合物的Tg 介于两者之间。JS 防水涂料一般选用Tg 值在0℃以下的乳液,因为其适于低温下应用。如果水泥水化温度低于乳液最低成膜温度(MFT),所提供的能量不足以成膜,这时聚合物将以间断的颗粒形式存在于防水涂料中。只有当水泥水化温度高于乳液的MFT 时,乳液才可以形成均匀的膜结构分布于水化产物之间,才能在有应力时起到架桥作用,有效吸收和传递能量,从而抑制裂缝的形成和扩展。所以JS 防水涂料的养护温度要高于乳液的MFT[7]。

3.2 液粉比对防水涂膜性能的影响

液粉比是指涂料中聚合物乳液的用量与所用粉料量(水泥和填料的总量)的比值。随着液粉比的增大,涂膜的拉伸强度呈现出先升后降的趋势,并在液粉比为1 时,拉伸强度达到峰值1.15 MPa(图3)。这是因为:一方面,随着液粉比的增大,体系中的水量增多,涂料中水泥的水化反应也比较完全,使得涂膜的拉伸强度不断增大;另一方面,乳液量增加后,体系中的颜填料体积浓度减小,容易导致涂膜拉伸强度的急剧下降。因此,涂膜拉伸强度的大小由两者互相竞争所决定。对于本实验研究,当液粉比<1 时,前者占决定因素,呈现为涂膜的拉伸强度逐渐上升;当液粉比>1 时,后者占决定因素,呈现为拉伸强度的迅速下降。另外,液粉比增大,涂膜的断裂伸长率呈现逐渐上升的趋势。这是因为,一方面聚合物乳液的增加,使得体系中的柔性成分不断上升;另一方面,聚合物乳液能与粉料中的无机粉体形成网络结构,从而改善了无机粉料与聚合物的界面黏结,使得体系的断裂伸长率上升[8]。

3.3 成膜助剂对防水涂膜性能的影响

随着成膜助剂用量的增加,涂料的黏度增大。这是因为成膜助剂是一种高效的溶剂,会软化乳液粒子,使乳液粒子溶胀变大,并且更容易凝结,而使涂料黏度增大。随成膜助剂用量的增加,涂膜的拉伸强度缓慢地减小。这是因为成膜助剂有利于聚合物颗粒的软化,使之更加容易产生塑性流动和弹性变形,颗粒凝聚在一起,形成完整连续的高分子网络结构。即成膜助剂提高了乳液对水泥和滑石粉等填料的润湿性,使两者的界面结合更加紧密。

当苯丙乳液中成膜助剂的用量为4.5% 时,涂膜的拉伸强度为2.18 MPa,断裂伸长率为276%,完全能够满足防水的要求。总体上来说,随着成膜助剂用量的增大,开始时拉伸强度大幅度地降低,后来降低的幅度比较缓慢(图4);断裂伸长率开始呈跳跃式地增大,之后增大较为缓慢[9],见图5。

3.4 填料对防水涂膜性能的影响

将几种不同填料同时加入水泥基涂料中,可以达到优势互补、减少水泥用量、节约成本的效果,这就是填料的复合化。当不同的填料同时加入到水泥中后,特别是一些外形呈近似圆球状、粒度和密度等小于水泥的填料,会附聚在较大颗粒与颗粒团聚群外层。其结果是:由于粉煤灰、矿渣等的水化速度远不及水泥颗粒,致使水泥水化产物之间的搭结变慢;磨细的高岭土、硅灰石等细小颗粒会嵌入颗粒团聚所形成的三角区内,而释放包裹在其间的自由水而起到一定的潜在减水作用;石灰石、粉煤灰等表面价键较小,表面吸附水的能力较差,即它们本身的需水性很弱,故在其潜在减水作用下,可改善水泥的工作性能,适当降低水灰比,而水灰比的降低意味着空隙量的大幅度降低,对提高水泥强度、抗渗性等性能都有较大贡献。因此可将粉煤灰、硅灰石、碳酸钙等填料同时加入到水泥中来提高复合防水涂料的工作性能。填料的复合化是填料发展的一大方向[10]。

3.5 温湿度对防水涂膜性能的影响

聚合物水泥基防水涂料较其他防水涂料的特点是可在潮湿基层表面施工,但并不是说任何潮湿的气候环境条件或非常高的基层含水率情况下均可施工,因为聚合物水泥基防水涂料中的乳液通过挥发固化,过高的基层含水率和潮湿的气候条件对乳液的固化成膜不利,会降低涂膜的延伸率。同时聚合物水泥基防水涂料中的水泥通过水化固化,太干的基层和气候条件,对水泥水化不利,所以在炎热干燥季节施工时应在基层表面略喷洒些水后再施工。一般温度在5~35℃,湿度在50%~70% 为宜,不考虑温湿度条件强行施工,虽然也能成膜,但涂膜性能相去甚远[11]。

3.6 涂膜厚度对防水涂膜性能的影响

林春升[12]在研究涂膜的厚度对JS 防水涂料性能的影响时,得出如下结论:涂膜厚度增加,所测得的拉伸强度值减小,而延伸率增加。这是由于涂膜厚度增加,其拉力值也在增大,延伸率随着拉力值的增加而增大,而拉伸强度不仅仅与拉力值有关,还与涂膜的截面积有关。

涂膜厚度也是影响工程质量的因素之一,分2 次或3 次涂覆,使涂膜厚度达到(1.5±0.2)mm 为宜。太厚的涂膜撕裂强度会差些,但拉伸强度会高些;太薄的涂膜拉伸强度会好些,但撕裂强度相比会差些[11]。

4· 结语

JS 防水涂料是由水泥、填料等与聚合物乳液复合而成的双组分防水涂料。复合体系中水泥遇到乳液中的水即发生水化反应,形成一定量的水泥凝胶体;而聚合物乳液本身属于胶体分散体,其中的聚合物颗粒向料浆中分散,吸附在水泥及其水化产物和其它填料的表面。随着水分的消耗和逸失,聚合物颗粒之间慢慢地靠拢而相互凝聚在一起,进一步固化即形成连续的涂膜结构。这种涂膜以聚合物网络结构为主体,水泥及其水化产物和其它填料被聚合物膜包裹在其间,水泥的硅酸盐网络结构已不连续,因此涂膜具有良好的柔韧性。该涂料弥补了水泥基材料柔性不足,以及聚合物乳液涂膜再溶胀、防水性差的缺陷,其既有有机涂料高韧高弹的性能,又有无机材料耐久性好的优点,二者达到了性能上的优势互补,同时还具有黏结强度高、无毒、无味、无大气污染等特点。

另外,JS 防水涂料选用了有机聚合物乳液和铁铝酸盐水泥及无机填料,通过这两类材料巧妙的结合,在最终形成的防水涂膜中,聚合物相与水泥固相相互贯穿交联固化,形成互穿网络结构,既有有机高分子材料的柔性网络,又有无机凝胶网络结构。在保持了无机凝胶材料抗老化能力强、强度高、硬度大、黏结力强等特点的基础上,引进了有机高分子材料变形性好、结构封闭性好、易刷涂等优点,使刚柔防水结合在化学建材的研究中得到了圆满的体现。

参考文献

[1]董孔祥,卢迪芬. 聚合物水泥基防水涂料性能的影响因素[J]. 新型建筑材料,2006(5):19-21.

[2] 苑金生. 粉煤灰微珠、蒙脱土在聚合物水泥基防水涂料中的应用[J]. 粉煤灰综合利用,2007(6):45-46.

[3] 姬海君,杨阳,周述光,等. 新型水泥基防水涂料的试验研究[J].西安建筑科技大学学报(自然科学版),2008,40(1):80-86.

[4] 杨锐,阮广雄,刘国荣. 双组分丙烯酸类高聚物改性水泥基防水涂料的应用[J]. 新型建筑材料,2010(8):67-69.

[5]董松,张智强. 聚合物水泥基复合防水涂膜的显微结构研究[J].化学建材,2008,24(4):35-38.

[6]李应权,徐永模,韩立林. 新一代聚合物水泥防水涂料的性能与固化机理[J]. 化学建材,2002,18(6):27-30.

[7] 赵春艳,孙顺杰,张琳,等. 聚合物水泥防水涂料拉伸性能影响因素分析[J]. 新型建筑材料,2010(10):70-72.

[8]黄金荣. 聚合物水泥防水涂料的制备及其性能研究[J]. 中国建筑防水,2008(3):15-18.

[9]张智强,董松. 聚合物水泥基复合防水涂料各组分对其性能的影响[J]. 新型建筑材料,2002(11):21-25.

[10] 胡海鹏,卢迪芬,朱小容. 水泥基防水涂料的组成与性能的关系[J]. 新型建筑材料,2005(4):39-41.

[11] 李小明. 浅谈聚合物水泥防水涂料的检测[J]. 山西建筑,2010,36(19):159-160.

[12]林春升. 聚合物改性水泥基复合防水涂料[J]. 新型建筑材料,2000(5):21-22.

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