不同环境水对自修复聚合物水泥防水涂料自修复性能的影响

胡强 ，王东 ，周振哲 ，魏红超

（1.浙江省建工集团有限责任公司，浙江 杭州 310000；2.浙江鲁班建材科技股份有限公司，浙江 杭州 310005）

0 概述

自修复的概念是20世纪90年代提出来的，自修复材料的核心是能量补给以及物质补给从而模仿生物体损伤后自我愈合，使复合材料对内部或者外部损伤能够进行自我修复，从而消除裂缝，恢复材料最初的性能和延长材料的使用寿命[1]。

自修复聚合物水泥防水涂料是浙江鲁班建材科技股份有限公司自主开发的裂缝自修复防水涂料，以丙烯酸酯等聚合物乳液作为液料、以水泥和活性物质等作为粉料的双组份水性建筑涂料[2]。能修复0.5～0.7 mm宽的裂缝，并且修复速度较快。在一定时间就可以修复一般切割的裂缝。本试验按照浙江鲁班建材科技股份有限公司企业标准QB/ZLK 001—2017《自修复防水涂料》中涂料“自修复性”项目的测试方法，探究了在测试自修复聚合物防水涂料自修复性能时，采用去离子水、自来水、雨水、河水和地下水等不同环境下的水作为修复测试时的测试水时，其对自修复聚合物水泥防水涂料自修复性能的影响。

1 试验

1.1 主要原料

自修复聚合物水泥防水涂料液料及粉料：浙江鲁班建材科技股份有限公司生产；去离子水：自制，用活性碳去离子设备过滤自来水，且制得的去离子水可溶性总固体含量为0[3]；自来水：普通管道自来水；雨水、河水、井水：取水后静置24 h，取上部干净部分。各水源取水所在地均为杭州市。

1.2 试验器具

90°连通管：用硬质塑料或不锈钢制成，直径110 mm，两端各有一个压板，其中一个压板中心开有直径30 mm的观察孔，另一个压板开直径50 mm孔，与玻璃管连接（见图1）。玻璃管直径50 mm，长约300 mm。聚丙烯（PP）膜片，厚度约0.6 mm。密封胶：中性硅类密封胶[4]。

图1 自修复性能试验装置示意

1.3 试验步骤及要求

（1）试验所有过程在（23±2）℃、相对湿度（50±10）%标准试验条件下进行，试验前原料及所用器具在标准试验条件下放置24 h。

（2）自修复聚合物水泥防水涂料按照m（液料）∶m（粉料）=200∶196混合后机械搅拌5 min，静置3 min备用。将PP膜片切割成直径106 mm的圆形膜片，在膜片的中心位置用刀片切割出10 mm×4 mm规格的U型口，然后用一小片透明胶带固定好；最后在PP膜片的另一面上分3次涂刷防水涂料，后道涂覆在前一道涂层实干后才能进行，2道涂覆的间隔时间应小于12 h，3次涂覆的涂层总厚度为1.5～2.0 mm。之后将涂好的膜放置在标准条件下静置96 h，最后将涂膜放在（40±2）℃的电热恒温鼓风干燥箱中48 h，取出后放置于干燥器中冷却至室温备用。

（3）除去膜背面的固定胶带，揭去事先切割好的10 mm×4 mm PP膜片，让涂膜暴露出来。然后用0.5 mm厚的壁纸刀在暴露出来的涂膜的中心切割出长度为5 mm的裂缝，切割的时候刀侧面穿过膜面，让裂缝完全贯穿涂膜。

（4）把连通管固定在实验架子上，连通管垂直方向的压板中心连接垂直的玻璃管，压板和连通管末端的连接处，压板和玻璃管末端的连接部位用密封胶作密封处理，涂层面作为迎水面，用压板压紧涂层并在连接处用密封胶作密封处理。

（5）在安装好的玻璃管中注入（23±2）℃的测试水（测试水类别见表1）。使液面至试件中心的垂直高度为30 cm，在试验过程中液面要一直保持同样高度。观察并记录试件裂缝处的渗水情况，从注水后渗漏的时间到试件裂缝处表面干燥的时间，试件裂缝处表面干燥后继续保持24 h液面高度不变，然后将试验器具内的水倒干，反向放置在标准试验条件下24 h，最后重复注入与测试时相同的水，观察试件裂缝处的渗漏情况。2 h后无潮湿渗漏则认为合格，若是渗漏则判定不合格，重新换膜试验。

2 试验结果与分析

2.1 试验结果

用不同种类水对本公司研制的裂缝自修复防水涂料的自修复性能进行测试，结果见表1（每个方案做3次平行试验，取平均值）。

表1 不同种类水对自修复防水涂料自修复性能的影响

从表1可以看出：用0.5 mm厚壁纸刀在暴露的涂膜中心切割长度为5 mm的裂缝，并使刀侧面穿过膜面，使裂缝完全贯穿涂膜；采用这种方式裂缝宽度基本能控制在0.3～0.4 mm（见图2）。切割好缝的膜加载在自修复性能测试的试验装置上，在玻璃管中加入（23±2）℃的测试水使水液面距测试涂膜试件中心的垂直高度为30 cm，裂缝位置流水状态见图3。修复完成后在对应的测试用水中养护24 h，干湿循环后达到无渗漏状态，其裂缝处的修复情况见图4。

图2 裂缝初始状态

图3 初始时裂缝处流水状态

图4 裂缝测试完成养护后状态

2.2 试验原理及现象分析

2.2.1 试验原理分析

根据自修复聚合物水泥防水涂料自身的特点，当涂料开裂漏水（或开裂处于潮湿环境中）时，涂料中吸水膨胀材料发生膨胀、凝胶，比较快速地减小裂缝的宽度及渗漏水量直至初步溶胀达到止漏效果，但此时的裂缝修复非常脆弱，如果不及时加以巩固，水消失后裂缝会出现二次开裂。因此，涂料中除了用体积膨胀型材料，还添加了化学反应型活性物质，这些活性物质会在初步止漏的裂缝处堆积，且在裂缝填充堆积的基础上，能把无强度的填充堆积物通过化学反应成为有一定强度的整体，这样达到真正意义上的自修复。

自修复防水涂料的整个修复过程是逐渐发生的：最开始在有水条件下涂膜会被水渗入发生涂膜吸水的现象，从而裂缝附近的防水涂膜吸水发生体积膨胀，让裂缝位置迎水面的进水口被涂膜吸水膨胀挤压变窄，从而抑制裂缝处水的侵入。在涂膜吸水挤压裂缝口堵漏之后，涂膜在涂料中的活性物质、无机凝胶等物质的作用下，形成固体胶态的链接和无机固体物质的堆积，从而堵塞裂缝通道，使裂缝达到自我愈合。

2.2.2 试验现象分析

方案1测试水为去离子水，修复时间为72 h，水养护时间为24 h的干湿循环后无渗漏现象，方案1和其他方案相比，修复时间最长，远远高于其他方案。方案2采用一般自来水作为测试水，其修复时间为15 h，远小于方案1的72 h，但也明显大于其他方案。方案3采用雨水作为测试水，其修复时间8.0 h，远小于方案1和方案2；方案4的修复时间有6.7 h，方案5的修复时间只有6.0 h，此3个方案修复所需时间都较短且相差比较小。从5个方案的修复时间来看：去离子水基本不含任何活性物质，以去离子水作为修复测试时的测试水，膜对裂缝的修复作用完全靠自身形成固体胶体链接和堆积，堵塞进水通道来达到修复堵漏效果，因此堵漏所用时间很长；但是自来水、雨水、河水和地下水作为测试修复性能用水时，水中含有不同量的有机、无机活性物质，能促进形成固体胶体链接和堆积来堵塞进水通道达到修复堵漏效果，因此堵漏所用时间短。

（1）本试验采用去离子水、自来水、雨水、河水和地下水作为修复测试时的测试水，在涂料存在0.3～0.4 mm宽的切割裂缝时，一定时间内能达到止漏状态，且干湿循环后达到无渗漏状态，这一现象说明自修复聚合物水泥防水涂料是可以在涂层存在一定裂缝时经过一段时间使裂缝自主修复达到堵漏效果。

（2）经过人工处理完全去掉有机物质和可溶性无机盐的去离子水作测试水的修复堵漏时间为72 h，远大于其他方案；经过人工净化处理、去掉有机物质和部分可溶性无机盐的自来水作测试水的修复堵漏时间为15 h，远小于去离子水做测试水的方案，但也大于其他方案；雨水中含有较多无机盐其堵漏时间为8 h；河水中含有较多的有机物质和较多的可溶性无机盐类，其作测试水的堵漏时间是6.7 h；地下水中含有少量有机物质和大量可溶性无机盐，其作为测试水的堵漏时间最短为6 h。可以看出，不经人工处理去掉水中有机物质和可溶性无机盐的测试水对自修复堵漏有促进作用，能明显加快修复堵漏时间，而测试水中的可溶性无机盐类对自修复堵漏的促进作用远大于测试水中的有机质对自修复堵漏的促进作用。从涂料的修复机理“涂料中的活性胶凝剂、化学修复剂等相互作用下，形成胶体固化和堆积，堵塞进水通道，从而使裂缝自我愈合”来看，测试水中的地下水含有较多钙盐、电解质等无机盐，正是该类的无机盐对胶体的形成起到促进作用，加快形成胶体固化和堆积，从而堵塞进水通道，才使地下水作为测试水的堵漏时间最短。

（3）本试验之所以采用去离子水、自来水、雨水、河水和地下水作为修复测试时的测试水，主要原因是以去离子水作为纯净水的空白参考；自来水作为厕所、厨房类环境水，雨水作为屋顶、室外水池类的环境水；河水作为河岸、堤坝、水库类的环境水，地下水作为地下室、隧道类的环境水；这些水都是可以作为对应的环境水，而在厕所、厨房、屋顶、室外水池，河岸、堤坝、水库，地下室、隧道这些地方都是防水工程的重点。本试验采用这些对防水有很高要求的地方的环境水作为自修复聚合物防水涂料一般切割的裂缝的修复测试用水，从试验结果来看，当这些地方使用该涂料后因外部原因导致出现微裂缝时可在更短时间内达到自愈合堵漏效果，且堵漏后不再渗水。

3 结论

本实验探究了不同环境中的水对自主开发的裂缝自修复聚合物水泥防水涂料修复性能的影响。从实验结果也可得出：裂缝自修复聚合物水泥防水涂料开裂渗水时在不同测试水条件下都能达到裂缝修复的效果；不同环境测试水中有机物质和可溶性无机盐对自修复堵漏有促进作用，且能明显加快修复堵漏时间；而测试水中的可溶性无机盐类对自修复堵漏的促进作用大于测试水中的有机质对自修复堵漏的促进作用。可以预见，在厕所、厨房、屋顶、室外水池、河岸、堤坝、水库、地下室、隧道等必须做防水处理且对防水有较高要求的地方都可以使用自修复聚合物水泥防水涂料，当外部原因导致出现微裂缝时，自修复聚合物水泥防水涂料可在较短时间内达到自愈合堵漏效果，且堵漏后不再渗水，从而可解决漏水时修复困难、修复成本高等问题。