影响聚合物水泥防水涂料拉伸性能试验结果的因素

郑兵

（深圳市建研检测有限公司）

0 前言

聚合物水泥防水涂料是以聚合物乳液和水泥为主要原料，加入填料及其他助剂配制而成，经水分挥发和水泥水化反应固化成膜的双组份水性防水涂料。它兼具了高分子聚合物的柔性和水泥无机材料的刚性，既改善了聚合物乳液再溶胀、防水性差的缺点，又弥补了水泥基材料脆性的缺陷，具备安全环保、与水泥砂浆粘结性好，成膜性、整体性好，对施工基面要求低，施工简便等优点，被广泛应用于建筑防水工程。但也正是聚合物水泥防水涂料复杂的组分，其成膜过程包含了聚合物乳液脱水成膜和水泥水化，这两种反应相互影响、相互作用，复杂而受多种因素影响。

1 聚合物水泥防水涂料成膜机理

聚合物水泥防水涂料是由聚合物乳液和水泥组成的双组份水性防水涂料，其成膜过程根据Ohama模型可描述为[1]：聚合物乳液与水泥充分搅拌后，聚合物颗粒分散沉积或者吸附在水泥颗粒表面，随着表面的水分的挥发以及水泥水化作用的消耗，体系内的自由水不断减少，当减少到一定程度时，聚合物乳胶粒被约束在水泥水化产物堆积的毛细孔洞中；当未水化水泥颗粒进一步水化，毛细孔洞里的自由水分进一步减少，聚合物乳胶粒开始凝结，并在水泥颗粒混合物表面形成连续紧密的有机层；同时水泥水化凝结成无机固化膜，并堆积与挤压在已成膜的聚合物有机层中，形成有机膜层与无机膜层的相互贯穿结构。聚合物乳胶凝结与水泥水化是相互影响、相互作用的过程。

在聚合物水泥防水涂膜中，当聚灰比高时，聚合物构成了连续相，水泥等无机粉料以粒状分散在聚合物连续相中，有少量的水泥被水化，水泥水化的产物在涂膜中形成一定程度的硅酸钙骨架，增强了涂膜的组织结构，但是涂膜整体呈“柔”性，拉伸强度主要受聚合物颗粒粘聚、堆积情况而定；当聚灰比低时，水泥可水化形成刚性的凝胶网络结构，聚合物和无机填料在界面间存在较多的空隙和缺陷，涂膜呈“刚”性，其拉伸强度受水泥水化程度影响为主[2-4]。

聚合物水泥防水涂料的成膜是一个复杂的过程，其拉伸性能的试验结果主要取决于涂料组成材料及其配比等涂料本身因素，但其测试过程中的涂膜制备、养护、干燥等过程也会严重影响涂料的拉伸性能的结果。本文将在下面分析在测试聚合物水泥防水涂料拉伸性能过程中，涂膜制备、养护、干燥、测试环境对试验结果产生影响的几个因素。

2 影响防水涂料拉伸性能试验结果的因素

2.1 涂膜制备对涂料拉伸性能实验结果的影响

涂膜制备包含了混合搅拌、涂覆过程。李倩[5]、徐建锋[6]的研究结果表明，随着涂覆次数的增加，涂料的拉伸强度和断裂伸长率均得到提高，到分四次涂覆时，拉伸强度和断裂伸长率的提供趋于缓和。这主要是因为，分次涂覆可以有效的消除搅拌引入气泡带来的影响，减少涂膜中的孔洞，使得涂覆成膜的试样，密实度更高。李俊[7]的研究表明，不同厂家的I型聚合物水泥防水涂料，涂覆次数从2次增加到3次，拉伸强度都增大，但是拉伸断裂伸长率有3种样品降低，另外2种样品稍微增加。他认为，一方面，涂覆次数的增加会加快涂料中水的挥发速度，同时增加成型时间，导致水分挥发更多，而水对涂膜有增塑剂的作用，水的含量高会使涂料拉伸性能降低、断裂伸长率增加；另一方面涂覆次数的增加可以减少涂膜中的气泡，从而提高拉伸强度和断裂伸长率。不同防水涂料，涂覆次数的增加，这两方面的效果不一样，导致结果的差异。因此，实际检测过程中，不能一遍涂覆完成。

李雪梅等[8]研究了不同成膜间隔时间下的涂料拉伸性能，结果表明，成膜间隔时间越长，涂料的拉伸强度减小，断裂伸长率增大。这主要是因为间隔时间短，阻碍了上道涂覆涂料水分的挥发，有利于水泥的水化，强度增大的同时，刚性也增强。

林春升[9]研究了不同涂膜的厚度对聚合物水泥防水涂料性能的影响，涂膜厚度增加，所测得的拉伸强度值减小，而延伸率增加。

聚合物水泥防水涂料是双组份水性涂料，因此需要采用适宜的搅拌以获得分散均匀、稳定、气泡少的料浆。搅拌速度过低，不利于聚合物乳胶颗粒与水泥颗粒的均匀分散，搅拌速度过大，有可能使聚合物中高分子链段断裂，同时也易产生气泡。王慧萍等[10]的研究表明，4个防水涂料当搅拌速度从800rmp提高到1200rmp时，涂膜的拉伸强度和断裂伸长率均出现降低。华卫东等还研究了不同搅拌工具对涂料拉伸性能的影响，结果显示，桨叶式搅拌工具比上下齿式搅拌工具更有利于涂料拉伸性能的提升。

2.2 养护对涂料拉伸性能实验结果的影响

聚合物水泥防水涂料成膜过程中，无论是聚合物乳胶粒脱水成膜还是水泥水化均需要一定温度和湿度，并且是一个渐进过程。因此，涂膜养护中环境的温湿度、龄期对聚合物水泥防水涂料的拉伸性能有重要影响。GB/T 23445-2009规定的养护制度是：最后一道涂覆试样刮平后，于温度（23±2）℃、相对湿度（50±10）%的湿度下养护96h。

李倩等研究结果显示：随着养护龄期从7d延长至14d、21d，聚合物水泥防水涂料的拉伸强度有较大的提高，断裂伸长率有所下降。但养护14d和养护21d，防水涂料的的拉伸性能变化不大。董松等对比研究了三种丙烯酸乳液聚合物水泥防水涂料的拉伸性能随着养护龄期变化的情况，结果显示，三种涂料的拉伸强度均随着养护龄期的增长而变大，并趋于稳定，而断裂伸长率则随着养护龄期的增长而降低，最后趋于稳定。但三种涂料拉伸性能趋于稳定的龄期各不相同。

董松等的研究结果也显示，较高温度和相对潮湿的环境有利于涂膜拉伸性能的改善，而较低温度和相对干燥环境下涂膜拉伸性能变差。这主要是因为防水涂料中既有水泥的水化又有聚合物高分子的脱水成膜，两者不同的条件下各自发展并相互作用，相互牵制。干燥环境可加速水分的蒸发，有利于涂料的成膜，而潮湿环境则有利于水泥的水化。较高的温度可以保证聚合物中高分子链段的自由移动，涂膜更加柔韧；温度较低时，高分子链的运动受冻结，无机材料发挥着主导作用。贾非等研究也显示，相对湿度为60%环境下，养护温度高，涂膜的拉伸强度高，断裂伸长率也略微增长。

2.3 干燥对涂料拉伸性能实验结果的影响

根据GB/T 23445-209规定，聚合物水泥防水涂料涂膜在标准试验条件下养护96h后，需放在40℃干燥箱中处理48h，之后放在干燥器中冷却至室温。在这个过程中，一方面高温干燥的环境可加速涂膜中水分的蒸发，同时利于聚合物中高分子链段自由移动，使聚合物乳液进一步成膜，涂膜的拉伸性能得到改善；另一方面，随着涂膜中含水量的减少，水分充当增塑剂的影响减小，涂膜的拉伸强度增大，断裂伸长率减小。在干燥早期，涂膜中含水量较多时，高温环境也可能促进水泥的水化，从而影响涂膜的拉伸性能。

干燥过程中，除了温度、时间对涂膜干燥效果有重要影响外，干燥箱中的相对湿度对涂膜的干燥效果亦有重要影响。笔者将同一涂膜经标准试验条件下养护96h后，分别放在温度为40℃、相对湿度30%和温度为40℃、相对湿度为60%的恒温恒湿箱中干燥处理48h。之后在干燥器中冷却，测试二者的拉伸性能。结果显示，相对湿度为30%干燥处理的试件的拉伸强度比相对湿度为60%干燥处理的试件的拉伸强度高0.2MPa，其拉伸强度分别为1.83MPa、1.63MPa；同时断裂伸长率有所降低。这主要是因为，涂膜在40℃、相对湿度为60%下干燥结束后，仍有含有较多的水分，这些水分充当增塑剂，使得涂膜的拉伸强度降低，断裂伸长率增大。笔者将温度为40℃、相对湿度为60%的恒温恒湿箱中干燥处理48h下的涂膜试件，分别在干燥器中冷却0.5h，8h,24h，之后测试涂膜的拉伸性能。结果显示，随之在干燥器中冷却时间的延长，涂膜的拉伸性能逐渐增大，断裂伸长率逐渐降低。这也印证了温度为40℃、相对湿度为60%环境下，涂膜未完全干燥，仍存有较多的水分。因此，除了需要关注干燥过程中的温度，时间，也需关注干燥箱中的相对湿度，特别是高温多雨的南方夏季。笔者测试过，在南方下雨的夏季，放在室温环境下，40℃下的鼓风干燥箱中的相对湿度为56%，远高于晴朗的天气。

2.4 测试环境对涂料拉伸性能实验结果的影响

在聚合物水泥防水涂料涂膜中，聚合物构成了连续相，未水化的水泥以及部位水泥水化的产物分散其中。由于聚合物本身含有亲水集团，同时聚合物乳化过程中需要加入大量的亲水性强的乳化剂。因此，聚合物水泥防水涂膜对温度、湿度相对敏感。测试过程中的环境温湿度对涂膜的拉伸性能有重要影响。随着温度及相对湿度的提高，同一样品的拉伸强度降低、断裂伸长率增大。

3 结论

聚合物水泥防水涂料主要是由聚合物乳液和水泥组成的双组分水性防水涂料，其成膜过程复杂，其中水泥的水化和聚合物高分子的脱水成膜，在不同的条件下各自发展并相互作用，相互牵制，影响因素众多。在测试其拉伸性能过程中，需严格按照GB/T 23445-2009的规定，注重涂膜的制备、养护、干燥、测试环境的各个细节，才能获得真实、相对一致的检测结果。