丙烯酸酯系聚合物水泥防水涂料研究

贺行锐（安徽省宿松建筑工程质量监督站，安徽 宿松246501）

1 概述

聚合物水泥防水涂料（简称JS涂料）是以丙烯酸酯等聚合物乳液和水泥为主要原料，加入其它外加剂制得的双组份水性建筑防水涂料。这种涂料有“刚柔相济”的特性，既有聚合物涂膜的延伸性、防水性，也有水性胶凝材料强度高、易与潮湿基层粘结的优点。JS涂料可以广泛用于厕浴和厨房间、外墙、屋面天沟和女儿墙、地下工程、储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，聚合物水泥涂膜会表现出不同的物理力学性能。根据其物理力学性能，聚合物水泥防水涂料主要分为2种：I型和 II型。I型产品属高伸长率产品，其伸长率在 200%以上，主要适于底材较干燥及位移较大部位的防水；II型产品属低伸长率产品，其伸长率在 80%以上，主要适于潮湿底材和底材位移较小部位的防水[1-4]。

虽然聚合物水泥防水涂料具有良好的综合性能，但在实际的使用过程中还存在一些问题。涂膜本身力学性能不够理想，抗拉强度比较低，容易出现开裂的情况。有些涂料吸水率比较高，耐水性差，降低了物理力学性能。涂料耐久性差是普遍存在的问题，在适用三、四年以后变硬发脆，延伸性能降低，影响长期防水功能。按国家屋面防水的标准，该产品一般只能用于Ⅲ类和Ⅳ类建筑物防水，对Ⅲ类以上的防水工程不能使用，严重限制了该类涂料的推广和应用。本文通过对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机理，为聚合物水泥防水涂料应用提供指导。

2 原材料与实验

2.1 原材料

液料：BA-310TS丙烯酸酯共聚乳液（乳白色液体，固含量为57%±1，PH值5-7，粘度为1000-3000cps，Tg值-20℃，最低成膜温度<0℃）、DF-01高效消泡剂、防腐剂。

粉料：普通硅酸盐水泥（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）、重钙（400目）、普通高效减水剂。

2.2 涂膜制备及配合比设计

先将助剂按照各配方中的配比加入到丙烯酸酯共聚乳液中，使用电动搅拌器进行缓慢搅拌，同时将粉料渐渐加入到液料中，匀速搅拌5分钟左右。用玻璃棒蘸取涂料，观察是否含有颗粒，如果仍含有少许颗粒则应继续搅拌1-2分钟直至颗粒全部溶解为止。静置几分钟，待涂料中不再有气泡冒出时便可经行涂膜。涂膜在玻璃板上进行，为防止涂膜与玻璃板粘接不易脱模，涂膜前在玻璃板上涂一层薄薄的石蜡。涂膜分3次进行，每次涂膜时间间隔24小时，涂膜厚度为1.5mm。

将涂膜好的膜层置于温度（23±2）℃，相对湿度45%-70%的养护室内，养护7天。然后将涂膜放入烘箱中（50±2℃）处理24小时，取出置于干燥器中，在标准条件下至少放置2小时，用切片机和刀具将涂膜冲切成实验所需规格。实验所需试件规格及数量见表1，涂料的配合比设计如表2所示。

表1 试验试件数量

表2 JS涂料配合比设计

3.实验结果及分析

3.1 涂膜物理力学性能

按照建材行业标准《聚合物水泥防水涂料》JC/T 894-2001制备涂膜并进行物理力学性能测试，测试结果见表3。

由表3可以看出，配方一要优于配方二，配方三要优于配方四。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，可见聚灰比对涂膜物理性能有着重要的影响，填料的种类和细度也影响着涂膜的物理力学性能。

表3 涂膜物理力学性能

3.2 JS(I)型、JS(Ⅱ)型涂料性能比较

涂膜物理性能测定结果显示，JS(I)型涂膜相对JS(Ⅱ)型具有较高的断裂延伸率，其主要原因是(I)型涂料液料比较充足，可以对粉料充分包裹，聚合物形成连续的网络结构，从而具有较好的延伸性能。JS(Ⅱ)具有较高的拉伸强度，充分体现了粉料作为无机填料对涂膜物理性能的改善作用。

从应用角度看，JS(I)型涂膜适应基层变形的能力强，可以用于变形较大的部位；其潮湿基面粘结强度不高，不适用作粘接材料。JS(Ⅱ)型涂膜抗拉强度高，刚性大，可以用作修补填充材料；利用其良好的潮湿基面粘结强度，可以用于背水面防水。

传统的JS(I)型涂料液料与粉料之比为1：1，涂膜干燥时间不仅长，而且拉伸性能指标也不够理想，乳液用量比较大，造价高。配方三和配方四的液料和粉料之比为1：1.2，通过合理调整配合比参数，所得涂膜满足JC/T 894-2001对JS(I)型的技术要求，并且获得了良好的拉伸性能。尤其是配方三的JS(I)涂膜，其无处理拉伸强度达到了JC/T 894-2001对JS(Ⅱ)型涂料涂膜的要求。由此可见，通过合理调整配合比，JS(I) 型涂料的液粉比可以适当减小，而涂膜性能组合得到优化。

3.3 涂料成膜机理

在粉料和液料以一定比例配合搅拌后，聚合物颗粒均匀的分散在水泥浆体中。活性高的水泥颗粒与乳液中的一部分水发生水化反应，形成一定量的水泥凝胶体；而聚合物乳液中另一部分水则挥发到大气中。通过这两种途径，胶乳不断失水，凝聚、吸附在未水化的水泥颗粒、水泥化产物和填料颗粒的表面。随着水化反应的进行，水分不断消耗，水化产物增多，聚合物颗粒逐渐聚集于毛细孔中，并在凝胶体表面、未水化水泥颗粒上形成紧密堆积层。这聚集的聚合物颗粒逐渐填充毛细孔并且覆盖着它们不能完全填充的毛细孔的内表面。逐渐靠拢的聚合物水泥颗粒最终凝聚、粘结成膜，形成由未水化水泥、水化水泥产物及其他沿填料和聚合物微粒相互咬合贯穿的具有粘结性、弹塑性的柔韧聚合物网络结构。聚合物颗粒在水泥水化产物表面的凝结覆盖，影响了钙矾石和粗大的氢氧化钙晶体的生长，有效延缓了水泥固化体的缺陷和微裂纹的出现及扩展，同时由于聚合物在界面过渡区的填充和胶结作用，使JS涂料的性能得到了很大的改善[5]。

在上述物理作用过程，一些聚合物分子中的活性基团（如丙烯酸酯分子中的COO-）与水泥水化产物中的Ca2+、Al3+等产生交联反应。丙烯酸酯乳液含有大量的酯基COO-，当与Ca(OH)2接触时。Ca(OH)2溶解出的OH-使酯基水解：

生成的羧酸根离子COO-可与Ca2+以离子键结合，在Ca（OH）2颗粒表面发生反应：

这种以Ca2+桥连离子键大分子体系，形成以化学键结合的交织互穿网络结构，改善了水泥砂浆硬化体的物理组织结构，缓解内应力，增强了聚合物防水涂料的致密性。

4 结论

对丙烯酸酯系聚合物水泥防水涂料配合比的优化研究，以及该类型涂料主要性能及其影响因素的分析，得出如下结论：Ⅰ型、Ⅱ型JS涂料各有特点，应用范围不同；通过选择适宜组分、合理调整配合比，JS(I) 型涂料的液粉比可以适当减小，涂膜性组合在满足标准要求下得到优化；聚合物在水泥水化过程中不仅存在物理行为，还存在化学行为，形成互穿网络结构；JS涂料中各组分种类及其配比对涂膜物理性能都有影响，其中聚灰比是影响涂膜物理性能的关键因素。

[1]徐益超.上海地区高层住宅外墙渗水情况及对策[J]. 建筑技术,1997,(6):18-20.

[2]黄从运,付冰,陈超.聚合物砂浆的现状与发展趋势[J].混凝土与水泥制品,2008,(4):61-64.

[3]郑高峰,郑水蓉,南博华.聚合物水泥基复合防水涂料的研究进展[J].涂料工业,2005,(12):31-34.

[4]陈立军,陈焕钦.聚合物水泥防水涂料的应用及其乳液的选择[J].新型建筑材料,2004,(12):32-34.

[5]李祝龙,梁乃兴.丁苯类聚合物乳液对水泥水化硬化的影响[J].建筑材料学报,1999,(1):6-10.