丙烯酸酯系聚合物水泥防水涂料研究

賀行銳（安徽省宿松建筑工程質量監督站，安徽 宿松246501）

1 概述

聚合物水泥防水涂料（簡稱JS涂料）是以丙烯酸酯等聚合物乳液和水泥為主要原料，加入其它外加劑制得的雙組份水性建筑防水涂料。這種涂料有“剛柔相濟”的特性，既有聚合物涂膜的延伸性、防水性，也有水性膠凝材料強度高、易與潮濕基層粘結的優點。JS涂料可以廣泛用于廁浴和廚房間、外墻、屋面天溝和女兒墻、地下工程、儲液池工程等部位的防水。由于聚合物乳液和水泥的比例不同，聚合物水泥涂膜會表現出不同的物理力學性能。根據其物理力學性能，聚合物水泥防水涂料主要分為2種：I型和 II型。I型產品屬高伸長率產品，其伸長率在 200%以上，主要適于底材較干燥及位移較大部位的防水；II型產品屬低伸長率產品，其伸長率在 80%以上，主要適于潮濕底材和底材位移較小部位的防水[1-4]。

雖然聚合物水泥防水涂料具有良好的綜合性能，但在實際的使用過程中還存在一些問題。涂膜本身力學性能不夠理想，抗拉強度比較低，容易出現開裂的情況。有些涂料吸水率比較高，耐水性差，降低了物理力學性能。涂料耐久性差是普遍存在的問題，在適用三、四年以后變硬發脆，延伸性能降低，影響長期防水功能。按國家屋面防水的標準，該產品一般只能用于Ⅲ類和Ⅳ類建筑物防水，對Ⅲ類以上的防水工程不能使用，嚴重限制了該類涂料的推廣和應用。本文通過對JS(I)型、JS（Ⅱ）型聚合物水泥防水涂料配合比的研究，分析聚合物水泥防水涂膜的作用機理，為聚合物水泥防水涂料應用提供指導。

2 原材料與實驗

2.1 原材料

液料：BA-310TS丙烯酸酯共聚乳液（乳白色液體，固含量為57%±1，PH值5-7，粘度為1000-3000cps，Tg值-20℃，最低成膜溫度<0℃）、DF-01高效消泡劑、防腐劑。

粉料：普通硅酸鹽水泥（PO32.5）、石英粉（80-120目）、石英粉（200目）、方解石粉（200目）、方解石粉（400目）、重鈣（400目）、普通高效減水劑。

2.2 涂膜制備及配合比設計

先將助劑按照各配方中的配比加入到丙烯酸酯共聚乳液中，使用電動攪拌器進行緩慢攪拌，同時將粉料漸漸加入到液料中，勻速攪拌5分鐘左右。用玻璃棒蘸取涂料，觀察是否含有顆粒，如果仍含有少許顆粒則應繼續攪拌1-2分鐘直至顆粒全部溶解為止。靜置幾分鐘，待涂料中不再有氣泡冒出時便可經行涂膜。涂膜在玻璃板上進行，為防止涂膜與玻璃板粘接不易脫模，涂膜前在玻璃板上涂一層薄薄的石蠟。涂膜分3次進行，每次涂膜時間間隔24小時，涂膜厚度為1.5mm。

將涂膜好的膜層置于溫度（23±2）℃，相對濕度45%-70%的養護室內，養護7天。然后將涂膜放入烘箱中（50±2℃）處理24小時，取出置于干燥器中，在標準條件下至少放置2小時，用切片機和刀具將涂膜沖切成實驗所需規格。實驗所需試件規格及數量見表1，涂料的配合比設計如表2所示。

表1 試驗試件數量

表2 JS涂料配合比設計

3.實驗結果及分析

3.1 涂膜物理力學性能

按照建材行業標準《聚合物水泥防水涂料》JC/T 894-2001制備涂膜并進行物理力學性能測試，測試結果見表3。

由表3可以看出，配方一要優于配方二，配方三要優于配方四。配方一聚灰比=1，配方二聚灰比=0.9；配方三聚灰比=1.65，配方四聚灰比=1.47，可見聚灰比對涂膜物理性能有著重要的影響，填料的種類和細度也影響著涂膜的物理力學性能。

表3 涂膜物理力學性能

3.2 JS(I)型、JS(Ⅱ)型涂料性能比較

涂膜物理性能測定結果顯示，JS(I)型涂膜相對JS(Ⅱ)型具有較高的斷裂延伸率，其主要原因是(I)型涂料液料比較充足，可以對粉料充分包裹，聚合物形成連續的網絡結構，從而具有較好的延伸性能。JS(Ⅱ)具有較高的拉伸強度，充分體現了粉料作為無機填料對涂膜物理性能的改善作用。

從應用角度看，JS(I)型涂膜適應基層變形的能力強，可以用于變形較大的部位；其潮濕基面粘結強度不高，不適用作粘接材料。JS(Ⅱ)型涂膜抗拉強度高，剛性大，可以用作修補填充材料；利用其良好的潮濕基面粘結強度，可以用于背水面防水。

傳統的JS(I)型涂料液料與粉料之比為1：1，涂膜干燥時間不僅長，而且拉伸性能指標也不夠理想，乳液用量比較大，造價高。配方三和配方四的液料和粉料之比為1：1.2，通過合理調整配合比參數，所得涂膜滿足JC/T 894-2001對JS(I)型的技術要求，并且獲得了良好的拉伸性能。尤其是配方三的JS(I)涂膜，其無處理拉伸強度達到了JC/T 894-2001對JS(Ⅱ)型涂料涂膜的要求。由此可見，通過合理調整配合比，JS(I) 型涂料的液粉比可以適當減小，而涂膜性能組合得到優化。

3.3 涂料成膜機理

在粉料和液料以一定比例配合攪拌后，聚合物顆粒均勻的分散在水泥漿體中。活性高的水泥顆粒與乳液中的一部分水發生水化反應，形成一定量的水泥凝膠體；而聚合物乳液中另一部分水則揮發到大氣中。通過這兩種途徑，膠乳不斷失水，凝聚、吸附在未水化的水泥顆粒、水泥化產物和填料顆粒的表面。隨著水化反應的進行，水分不斷消耗，水化產物增多，聚合物顆粒逐漸聚集于毛細孔中，并在凝膠體表面、未水化水泥顆粒上形成緊密堆積層。這聚集的聚合物顆粒逐漸填充毛細孔并且覆蓋著它們不能完全填充的毛細孔的內表面。逐漸靠攏的聚合物水泥顆粒最終凝聚、粘結成膜，形成由未水化水泥、水化水泥產物及其他沿填料和聚合物微粒相互咬合貫穿的具有粘結性、彈塑性的柔韌聚合物網絡結構。聚合物顆粒在水泥水化產物表面的凝結覆蓋，影響了鈣礬石和粗大的氫氧化鈣晶體的生長，有效延緩了水泥固化體的缺陷和微裂紋的出現及擴展，同時由于聚合物在界面過渡區的填充和膠結作用，使JS涂料的性能得到了很大的改善[5]。

在上述物理作用過程，一些聚合物分子中的活性基團（如丙烯酸酯分子中的COO-）與水泥水化產物中的Ca2+、Al3+等產生交聯反應。丙烯酸酯乳液含有大量的酯基COO-，當與Ca(OH)2接觸時。Ca(OH)2溶解出的OH-使酯基水解：

生成的羧酸根離子COO-可與Ca2+以離子鍵結合，在Ca（OH）2顆粒表面發生反應：

這種以Ca2+橋連離子鍵大分子體系，形成以化學鍵結合的交織互穿網絡結構，改善了水泥砂漿硬化體的物理組織結構，緩解內應力，增強了聚合物防水涂料的致密性。

4 結論

對丙烯酸酯系聚合物水泥防水涂料配合比的優化研究，以及該類型涂料主要性能及其影響因素的分析，得出如下結論：Ⅰ型、Ⅱ型JS涂料各有特點，應用范圍不同；通過選擇適宜組分、合理調整配合比，JS(I) 型涂料的液粉比可以適當減小，涂膜性組合在滿足標準要求下得到優化；聚合物在水泥水化過程中不僅存在物理行為，還存在化學行為，形成互穿網絡結構；JS涂料中各組分種類及其配比對涂膜物理性能都有影響，其中聚灰比是影響涂膜物理性能的關鍵因素。

[1]徐益超.上海地區高層住宅外墻滲水情況及對策[J]. 建筑技術,1997,(6):18-20.

[2]黃從運,付冰,陳超.聚合物砂漿的現狀與發展趨勢[J].混凝土與水泥制品,2008,(4):61-64.

[3]鄭高峰,鄭水蓉,南博華.聚合物水泥基復合防水涂料的研究進展[J].涂料工業,2005,(12):31-34.

[4]陳立軍,陳煥欽.聚合物水泥防水涂料的應用及其乳液的選擇[J].新型建筑材料,2004,(12):32-34.

[5]李祝龍,梁乃興.丁苯類聚合物乳液對水泥水化硬化的影響[J].建筑材料學報,1999,(1):6-10.