聚合物水泥防水涂料拉伸性能影响因素分析

VAE乳液

巴斯夫减水剂 Melment F10

 

    摘要：介绍了聚合物水泥防水涂料的组成及成膜机理。分析了乳液种类、乳液玻璃化温度、乳液最低成膜温度、液粉比、减水剂、涂层遍数及养护时间对防水涂膜拉伸性能的影响。

    关键词：聚合物水泥防水涂料；液粉比；拉伸强度；断裂伸长率

 

    聚合物水泥防水涂料由有机材料和无机材料复合而成，兼有柔韧性和刚性的特点。其对环境无污染，防水性能较好，越来越受人们的重视，是近几年来发展较快的一种产品，适用于屋面、厨房、卫生间、地下室、水池等区域。与外层水泥砂浆及各种粘结材料结合牢固，能在潮湿或干燥的多种材质基面上直接施工，也可根据工程需要，可配制成彩色涂料，增强建筑物的装饰效果。

 

1. 聚合物水泥基防水涂料的组成及成膜机理

    聚合物水泥防水涂料(简称JS防水涂料)是由一种兼具挥发固化和反应固化双重特点的涂料，通常由水泥、填料、添加剂及聚合物乳液复合而成，常用的填料包括石英粉、重钙、硅灰石、粉煤灰等。其成膜机理是在液料和粉料混合搅拌均匀后，聚合物乳液把水泥颗粒包裹起来，一方面是乳液中的一部分水分挥发，使高分子微粒脱水而粘接在一起，从而形成连续的弹性薄膜；另一方面是水泥吸收乳液中其余水分，发生水化反应固化，并与有机高分子聚合物链共同组成互穿网络的防水涂膜结构，从而加快了涂膜固化的速度。
    水泥是一种活性比较大的材料，耐候、耐水性极佳，JS防水涂料成型中只有15％左右的水泥参与水化反应，其余85％的水泥没有参与水化，仅充当了填料作用。在防水涂料中，水泥加入量不宜过多，否则成型时容易产生涂膜开裂现象。石英粉一般是经人工磨碎加工而成，表面粗糙，与高分子聚合物的粘接力较强，可改善涂膜的拉伸性能；重钙是一种弱酸性物质，在防水涂料成型时起到弱缓冲作用，调节pH值，进而调节水泥水化速度，使防水涂膜硬度和强度得以提高。

 

2 试验

2．1 原材料与实验仪器

白水泥：32．5级，北京产；

石英粉：200目，河北产；

石英砂：100目；

重钙粉：325目，利国伟业产；

金属藻类消泡剂：日本诺普科；

乳液：市售丙烯酸乳液和VAE乳液；

减水剂：MELMENTF10，BASF。

 

CP一25防水卷材冲片机

CMT4104电子万能试验机

海尔卧式低温保存箱

分散搅拌多用机。

 

2．2 试验方法
按GB 23445-2009《聚合物水泥防水涂料》进行相关项目的测试。
依据GB／T 16777-2008规定，将标准条件下放置的液料和粉料混合均匀，搅拌5min后，开始制模，分2次或3次涂覆，后道涂覆应在前道涂层实干后进行，在72 h内使试样厚度达到(1．5±0．2)mm，模具可采用聚四氟乙烯或易脱模的基材，试样脱模后在标准条件下养护96 h，然后放入(4O士2)℃干燥箱中处理48 h，取出后置于干燥器中2 h，用切片机冲切试件，待用。

3 结果与分析
3．1 乳液对防水涂膜性能的影响
3．1．1 乳液的选择(见表1）

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    由表1可知，市售Ⅲ(VAE乳液)的吸水率偏高，与水泥混合相容性一般，所得防水涂膜的低温柔韧性欠佳，易开裂。这是因为VAE乳液采用聚乙烯醇作为保护体，且单体中有一定量醋酸乙烯，分子极性相对较大，耐水性差，且玻璃化温度较高，所以不适宜北方地区使用，可适用于南方低温性要求不高的地区。而丙烯酸类乳液与水泥的相容性优异，分散均匀，流动性好，所以在应用方面有一定的优势。

 

3．1．2 乳液玻璃化温度Tg 的影响
    当温度高于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，热塑性聚合物居于两者之间。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。

 

3．1．3 乳液最低成膜温度MFFT的影响
    如果水泥水化温度低于乳液最低成膜温度，所供给的能量不足以开始成膜，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最低成膜温度时，乳液才可以形成均匀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最低成膜温度。

 

3．1．4 乳液用量的影响
    聚合物乳液是JS防水涂料的主要成膜物质，对涂膜的耐水性、柔韧性、与基层的粘接性有着直接的影响。试验中，液料由乳液、水、增稠剂组成，m(液料)：m(粉料)=l：l，对比3种国产丙烯酸乳液A、丙烯酸乳液B、丙烯酸乳液C，在乳液用量分别为70％、80％、90％(相对液料)时对JS防水涂料拉伸性能的影响分别见图l、图2。

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    由图l、图2可见，随乳液用量的增大，断裂伸长率增加，拉伸强度降低。综合产品的性价比来看，乳液用量在80％为宜，既可降低成本，又能满足性能指标的要求。

 

3．2 液粉比对防水涂膜性能的影响
    参照GB／T 23445—2009《聚合物水泥防水涂料》进行测试，具体指标见表2，液粉比对防水涂膜性能的影响见表3。

 

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    液粉比不仅影响防水涂膜的性能，而且关系到产品的经济效益。由表3可知，同一配方中，随着液粉比的增大，断裂延伸率增大，拉伸强度降低。这是因为随液粉比的增大，聚合物的比例提高，能与水泥发生水化反应的水增多，水泥水化完全。因此，涂膜拉伸强度提高，但同时乳液用量增加后，PVC(颜料体积浓度)减少，导致涂膜拉伸强度降低。从总体趋势来看，涂膜的拉伸强度随液粉比的增大而缓慢降低，断裂延伸率逐渐增大。由表3可知，1 、2 能满足JS防水涂料I型要求，3 、4 能满足JS防水涂料Ⅱ型要求，6#、8 满足jS防水涂料Ⅲ型的指标要求。

    GB 23445-2009中规定Ⅲ型JS防水涂料的伸长率大于30％，拉伸强度大于1．8 MPa即可满足要求，即要求涂膜偏刚性多一点，对柔韧性要求不太高，所以在配方的设计中，可以考虑做成干粉状单组分产品，即用胶粉代替乳液，施工时直接加水搅拌。目前市场已有这方面的少量应用，但还存在着技术上的缺陷，比如柔韧性偏低，强度达不到要求，因此还需要进一步的实验研究。

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3-3 减水剂的影响
    由表3可知， 与5 相比，8 与7 相比，加入减水剂后，拉伸强度得到一定提高，因为在干粉较多的配方中，不宜加入过多的水分散，否则会破坏涂膜的性能，而减水剂的加入可以减少水泥的用量，提高涂层的抗渗性。JS防水涂料中多采用UNF萘系减水剂，它是一种阴离子表面活性剂，即分子中具有亲水和憎水2种基团的化合物，这些物质吸附于水泥颗粒表面使水泥颗粒带电，颗粒间由于带相同电荷而相互排斥，水泥被分散，呈悬浮状态，从而释放出被水泥凝聚团中包裹的多余水。

 

3．4 涂层遍数的影响
    GB 23445-2009中规定，将搅拌好的试样分2 3次涂覆，干膜总厚度达到(1．5±0．2)mm，区间比较宽，即1．3—1．7mm内均可，而在实际试验中，分2遍和3遍涂覆可得到不同的结果。以涂膜厚度均为1．5 mm为例，涂覆2遍的无处理涂膜断裂伸长率比涂覆3遍的无处理涂膜断裂伸长率偏低。同时对涂膜裁片的横截面观察，发现涂覆2遍的涂膜截面有针孔，气泡相对较大，但涂层表面看起来很密实，涂覆3遍的涂膜截面几乎无针孔，气泡很少，涂膜密实。

 

3．5 养护时间的影响
    按照标准规定，养护7 d后即可进行性能测试。延长养护时间进行测试发现，14 d测得的断裂延伸率较7 d时有所降低，拉伸强度提高。因为JS防水涂料中水泥水化是一个渐进的过程，成膜后涂膜中残存的成膜助剂、增塑剂等助剂随时间的延长而缓慢挥发，利于涂膜拉伸强度的提高、断裂延伸率降低。继续延长养护时间，由于水泥己基本充分水，且体系中残存的助剂已基本挥发完，因此，涂膜的拉伸性能趋于平缓，变化不明显。

 

4 结语
    (1)在乳液选择方面，尽量选择 在0℃以下、最低成膜温度低的丙烯酸乳液，既可以提高耐水性，还可保证防水涂膜的柔韧性良好。VAE乳液推荐用于对耐水、耐候性、柔韧性要求不太高的南方区域。
    (2)随液粉比的提高，防水涂膜的拉伸强度降低，断裂延伸率上升。
    (3)减水剂的加入，可以提高防水涂膜的拉伸强度。
    (4)建议涂膜成型时，最好分3次涂覆，以尽可能减少气泡，提高涂膜的密实度，增加测试准确性。
    (5)养护时间延长，防水涂膜的拉伸强度提高，柔韧性降低。
    (6)在实际应用中，应根据不同需要，选择不同的产品及配比，以达到良好的性价比。

 

 

 

德国巴斯夫 减水剂 F10 MELMENT

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