高分子聚合物防水涂料的研发与应用

董思楠

北京市第五建筑工程集团有限公司 北京 100028

二十世纪六十年代，我国防水材料基本使用纸胎油毡，改革开放后，我国防水技术有了突破性发展，先后研制出了SBS改性沥青防水卷材、自粘防水卷材、聚氨酯防水涂料、丙烯酸防水涂料、聚合物水泥基防水涂料、速凝喷涂橡胶防水涂料等众多防水材料，这些材料的使用，对我国防水工程质量的提升起到了推动作用。但每种防水材料又有其自身局限性，再加上有的项目在设计时忽视对材料特性的深入研究，没有因地制宜根据使用环境和使用部位不同，结合不同材料性能侧重点不同有针对性地选择材料，形成“一方治百病”的设计方案，从根源上造成防水工程质量不达标。施工质量也是影响防水工程质量的重要因素，防水材料的研发以及性能检测都是在实验室环境下完成的，要想接近或达到实验室检测数据，对施工现场基面、施工环境、温度要求非常高。另外对阴阳角、伸缩缝、管根等关键部位的处理也是施工中的重中之重。

1 目前常用防水材料的应用分析

1.1 SBS改性沥青防水卷材

SBS改性沥青防水卷材是以SBS（苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物）橡胶作为改性剂，改性石油沥青引为浸渍覆盖层，以聚酯纤维无纺布、黄麻布、玻纤毡等分别制作为胎基，以塑料薄膜为防粘隔离层，经选材、配料、共熔、浸渍、复合成型、卷曲等工序加工制作而成[1]。

优点：成本低、厚薄均匀、施工技术简单。

缺点：施工程序复杂，需基面干燥，涂底胶，加热，裁剪、拼接等。与基面结合度差，一旦漏水，会形成串水现象，不易查找漏水点。接缝多，易粘接不到位渗漏，渗漏后长期被水浸泡，搭接缝会脱离。材料主要成分为改性沥青，不环保。

应用分析：由于改性沥青的使用，使材料具有一定的柔韧性和耐低温性，胎体可增加材料的抗拉性。但在应用中有两大弊端，一是接缝多，二是不能与基面满粘接。接缝多大大增加施工人员人为不确定性造成的搭接不合格，尤其在处理伸缩缝、管根等特殊部位时，卷材可塑性差，施工难度大。同时，光靠增加附加层，其抗拉强度无法抵御热胀冷缩产生的拉力，容易拉裂。不能与基面满粘会造成串水，漏水后找不到漏水点，为修复工作增加很大麻烦。由于其价格低廉，目前仍为工程项目广泛使用。随着各种新型防水材料的性价比不断提高，从长远来看，这种材料将被市场淘汰。防水等级高的地下防水工程不建议单独使用这种材料。

1.2 自粘防水卷材

自粘防水卷材是一种以SBS等合成橡胶、增粘剂及优质道路石油沥青等配制成的自粘橡胶沥青为基料，强韧的高密度聚乙烯膜或铝箔作为上表面材料，可剥离的涂硅隔离膜或涂硅隔离纸为下表面防粘隔离材料制成的防水材料。

优点：厚薄均匀、施工无需动火，具有一定的自愈能力。

缺点：对基面要求高，接缝多，不能与基面完全满粘，渗漏后，会出现串水现象。

应用分析：自粘防水卷材主要解决了SBS改性沥青防水卷材施工需要动火加热的问题。同时，二者防水理念略有区别，自粘卷材与基面是粘接结合，不留缝隙，突出材料的隔离性。SBS改性沥青防水卷材与基面不能满粘接，需要搭接处、边、角、缝必须密闭，突出整体密闭包覆性。在实际使用中，自粘卷材需要克服天气因素，秋冬季施工有时也需要动火，增强粘接效果。由于现场施工基面条件比实验室差，普遍存在不平、起砂、气孔等现象，基本不能达到满粘效果，渗漏后依然会存在串水现象。所以，自粘卷材并未从根本上解决SBS改性沥青防水卷材的问题。欧美流行的TPO卷材，国产的“反应粘”卷材，也都是想从根本上解决卷材的满粘问题。总体来讲，卷材类防水材料可单独用于屋面类防水工程，地下水位高，一级防水要求的地下防水工程，可与涂料类防水材料搭配使用。有防穿刺要求的，可使用耐根穿刺防水卷材。

1.3 聚氨酯防水涂料

聚氨酯防水涂料是由异氰酸酯、聚醚等经聚合反应而成的含异氰酸酯基的预聚体，配以催化剂、无水助剂、无水填充剂、溶剂等，经混合等工序加工制成的单组分防水涂料。

优点：能在潮湿基面施工，粘接力强，无接缝，可塑性强，抗拉伸性好，耐候性好，抗老化性好。

缺点：抗紫外线性差，不能直接暴露在自然环境中使用。每公斤材料成膜厚度相对薄，约为0.2-0.3mm，材料用量大。

应用分析：聚氨酯防水涂料分为单组份和双组分两种。双组份聚氨酯防水涂料施工需要现场计量搅拌，搅拌后需要在规定时间内使用，否则材料会失效。双组分聚氨酯防水涂料由于B组份主要为固化剂，所以固化时间较单组份聚氨酯防水涂料短，粘接力也比单组份聚氨酯防水涂料强。单组份聚氨酯防水涂料比双组份聚氨酯防水涂料施工简单，不用现场配料，性能稳定。聚氨酯防水涂料由于其有众多优点，是应用广泛的一种防水材料，尤其是要求一级防水的地下工程（地下室、地下综合管廊等），要求涂料加卷材两道防水，涂料类防水材料一般选择聚氨酯。在实际应用中，聚氨酯防水涂料在立面施工时，成膜厚度薄，有流淌现象，达到1.5mm厚的标准需要涂刷十遍左右才能满足，远超理论规定。聚氨酯防水涂料不适用于内防水工程，因为是沥青基油性材料，不是亲水性材料，粘接面长期被水浸泡会产生剥离、脱落现象。聚氨酯防水涂料抗紫外线性能差，不能裸露于自然环境中使用，否则会快速老化。

1.4 聚合物水泥基防水涂料

聚合物水泥基防水涂料是由合成高分子聚合物乳液（如丙烯酸酯、聚醋酸乙烯酯、丁苯橡胶乳液）及各种添加剂优化组合而成的液料和粉料（由特种水泥及石英砂等组成）复合而成的双组份防水涂料，是一种即具有合成高分子聚合物材料弹性高、又有无机材料耐久性好双重优点的防水材料。

优点：无接缝、满粘接、可塑性强、抗老化性好，水溶性材料、环保。

缺点：粘接强度与拉伸性能不能兼具，夏季高温施工，基面气孔处理不到位，有起鼓现象。

应用分析：聚合物水泥基防水涂料施工简单，适用性好，可在潮湿基面施工，也可在金属、木材、塑料、玻璃等多种基面上施工。可人工涂刷，也可机械喷涂，施工效率高。在实际应用中，与基面的粘接强度低于实验室测试数据，但高于规范要求（大于等于0.5MPa）。秋冬季自然气温条件下拉伸性也相对差一些，其拉伸性介于卷材与聚氨酯之间。由于其价格远低于聚氨酯，跟SBS改性沥青卷材差不多，从性价比角度考虑，可广泛应用于屋面和地下防水工程。但不能用于室外裸露环境，夏季会出现起鼓现象，冬季会产生裂纹。也不宜被水长期浸泡，会产生返乳现象，使材料失去防水作用。

2 高分子聚合物防水涂料的研发

2.1 研发背景

通过对以上防水材料优缺点的分析，我们不难发现，每种材料都有其自身局限性，包括我们上面未做详细分析的“反应粘”卷材、丙烯酸防水涂料和速凝喷涂橡胶防水涂料。“反应粘”卷材施工复杂，需要在水泥内掺建筑胶（例如107胶），水泥与胶反应形成水泥素灰浆，在卷材上涂抹水泥素灰浆后，将卷材粘在基面上。同时，它还有卷材类防水材料共同的缺点，接缝多，拼接部位多，施工效率低。丙烯酸防水涂料成本太高，性价比低。速凝喷涂橡胶防水涂料粘接强度低，在实际测试中甚至不能达到涂料类防水的规范要求。综上所述，在实际应用中，我们需要一种价格适中，粘接强度高，拉伸性能好，耐候性好，抗紫外线性能好，抗老化性能好的绿色环保材料。这种材料应具备即可应用于室外自然环境，又可应用于室内环境，即可应用于外防水部位，又可应用于内防水部位，即可应用于屋面工程，又可应用于地下工程的优越性能。

2.2 研发

根据以上述求，在对丙烯酸防水涂料、聚合物水泥基防水涂料、水泥基渗透结晶防水材料防水原理进行深入研究基础上，通过对乳液改性工艺创新，添加助剂创新，配方比例创新的方法，研制出了一种高分子聚合物防水材料。该材料是利用自主创新的改性技术对丙烯酸乳液进行物理化学改性、复配，并添加多种助剂，与硅酸盐水泥进行科学配比而成。执行国家GB/T 23445-2009《聚合物水泥防水涂料》标准，综合性能突出。其主要成分如表1、2所示。

表1 液料成分表

苯丙乳液的选择对产品质量的影响很大，TG（玻璃化温度）值是一个重要参数，TG值过高，材料的耐低温性不好，粘接强度不够，TG值过低，材料硬度不好，会像口香糖一样，粘接性好，延伸性好，但硬度不够。乳液中苯丙聚合物的固体含量也是影响材料质量的重要因素，总体来说，固体含量高的乳液性能要好，但成本也会上升。

2.3 生产过程

将苯丙乳液和增稠剂、防腐剂、防冻剂等按比例倒入反应釜中，温度升至80℃，当反应单体转化率趋于恒定时，升温至90℃，保温45分钟。然后将PH值调到8-9，冷却至40℃，对聚合物进行过滤即可。

粉料将表2中物质按比例放入搅拌器中，搅拌30分钟左右，均匀即可。

表2 粉料成分表

液料每袋10kg封装，粉料每袋8kg封装，然后按1:0.8比例封装在一个包装桶内，现场按1:0.8比例直接调配即可使用。

2.4 高分子聚合物防水涂料的性能特点

高分子聚合物防水涂料可以看做是聚合物水泥基防水涂料的升级材料，除了继承了聚合物水泥基材料的所有优点之外，同时还兼具一些自有性能特点。

使用前，除了对基面进行常规处理外，基面一定要浇充足的水，因为混凝土基面一般都有大量的气孔，让土建专业全部封堵，难度太大，通过浇水，让水渗入气孔中，使气孔中空气排出，以免造成因气温升高，空气膨胀，防水层起鼓现象。另一方面，材料需要以水作为引导，使高分子物质和硅酸盐水泥渗入到基面微孔和细缝中，固化结晶后，与基面紧密结合在一起，形成“皮肤式”防水层，大大提高粘接强度，而不像一般防水材料，仅仅粘接在基面表层。浇水作业以基面吸水基本饱和，基面表面潮湿但无明水为标准。

由于丙烯酸乳液具有抗紫外线照射，耐热性好的特点，所以这种材料可在室外自然环境下使用，可在钢结构厂房屋面、老旧小区屋面直接涂刷，无需保护层覆盖，节省材料和人工。

这种材料以水（苯丙乳液中含水约30%）作为溶剂，属于水溶性材料，在施工中同样需要水起到辅助引导作用，所以，也是亲水性材料，通过助剂的改性调配，新的聚合物分子结构更加稳定，不怕水长期浸泡，水的浸泡反而使材料与基面的结合更加牢固。内防水工程是防水工程的一个难点，沥青基的油性材料与基面的黏结面被水长期浸泡都会出现剥离、脱落现象，需要选择粘接强度高的亲水性材料才能满足粘接要求，所以，这种材料可以很好地应用于内防水工程。

高分子聚合物防水涂料具体性能指标如表3所示，执行《聚合物水泥防水涂料》GB/T 23445-2009规范中Ⅰ型的技术要求，检测环境温度21℃～25℃，湿度45%～55%。

表3 高分子聚合物防水涂料性能指标表［2］

3 高分子聚合物防水涂料的应用

3.1 高分子聚合物防水涂料应用的调研与验证

为了更好地对高分子聚合物防水涂料性能进行验证，对其工程应用案例进行了详细调研，防水材料的性能是防水工程质量保证的关键。在伸缩缝、管根、龟裂纹等特殊部位结合非固化嵌缝胶（非固化胶具有很强的弹性，可以适应热胀冷缩产生拉力）使用，会产生很好的防水效果。

3.1.1 内防水工程应用情况调研

锦州华山御景小区地下配电室渗水严重，严重影响供电安全，已经无法用外防水方式进行修复，只能用水泵将水抽干，利用渗水间隙，短时间内在地下室内墙面和地面重做防水层，是典型的内防水维修工程，施工难度大，对材料性能要求高。维修前后效果对比如图1、图2、图3、图4所示。

图1 维修前地下室台阶下

图2 维修前地下室走廊

图3 地下配电室防水涂料固化前

图4 地下配电室防水涂料固化后

3.1.2 室外环境应用情况调研

兴安盟信合广场1期顶层严重漏水，屋面结构复杂，太阳能热水器林立，非常不适合使用卷材修复，为节约成本，要求防水层外不加保护层，直接裸露在自然环境中。对材料的可塑性和抗紫外线性能要求极高。当时，屋面基面已经出现大量起砂现象，施工人员采用了先用稀释后的液料固砂，再进行防水涂料涂刷施工的特殊方法。维修后效果如图5、图6所示。

图5 维修后的屋面

图6 太阳能热水器地脚处理

3.1.3 长期被水浸泡环境应用情况调研

大连星海广场喷泉水池项目是一个新建工程，业主要求直接在喷泉水池内壁涂刷防水涂料，要求防水涂料即具有防水功能，还兼具装饰功能，同时裸露在外面，直接浸泡在喷泉水中。施工后的效果如图7、图8、图9、图10所示。

图7 内壁防水层施工完成后1

图8 内壁防水层施工完成后2

图9 蓄水后内壁防水层直接浸泡在水中

图10 蓄水后裸露的上台面防水层

3.1.4 蓄水试验及冰冻环境应用调研

大连花园口碳纤维厂房项目是在冬季条件下施工，施工后进行蓄水试验，试验后，水很快结冰，冻住防水层，72小时后多处取点破冰检验，防水层完好，无任何冻裂裂纹。如图11、图12所示。

图11 蓄水试验

图12 冰冻裂纹检查

3.2 机械喷涂施工方法的应用

当施工作业面积大时，高分子聚合物防水涂料采用了机械喷涂方式进行施工，使用双管专业喷涂机，用一个喷管中的压缩空气，将另一个喷管中的物料喷射而出，在喷枪出口处进行雾化，喷涂在基层表面，节省了大量人力及工期。喷涂作业如图13、图14所示。人工作业与机械喷涂作业经济效益对比分析以大连金州中学项目地下防水工程为例，施工面积7435m2，具体分析见表4。

图13 喷涂机

图14 喷涂作业

表4 机械喷涂与人工涂刷经济效益对比分析表

4 结论

本文以高分子聚合物防水涂料基本研发生产理论为基础，重点根据材料工程实际应用情况对其性能特点、性能优势、应用场所等情况做了详细论述。高分子聚合物防水材料即具有一般防水材料性能，可广泛应用于厨房、卫生间、屋面、地下等众多部位，还可应用于玻璃、金属、木材、地砖等多种建材表面，重点解决了在渗漏严重的潮湿环境下及基面条件较差条件下的防水维修难题，对从事防水专业的技术人员在设计、实施防水工程项目过程中，针对防水材料的选择、应用具有一定借鉴意义。