复合高分子乳液改性沥青防水涂料的应用研究

2023-09-02杜素军宁志伟郭重阳程嘉琪

散装水泥 2023年4期

李瑞杜素军宁志伟郭重阳程嘉琪

（1.山西工程科技职业大学，山西晋中 030619；2.山西三建集团有限公司，山西太原 030000；3.山西交通养护集团有限公司，山西太原 030000）

随着工农业生产的快速发展，工程建设对高分子材料的需求越来越大。仅仅依靠单纯的高分子材料，已很难胜任各种复杂的技术条件。所以，材料研究者们试图通过各种改性途径，研制全新的高分子材料，复合高分子乳液就是其中一类。与聚氨酯、JS 等主要防水卷材相比，水乳型沥青防水涂料发展滞后，工程利用率较低，这是由于其总体质量不高，无法在防水技术产品竞争中建立竞争地位。2005 年，中国建材行业委员会颁布的《水乳型沥青防水涂料》（JC/T 408-2005）标准规范中增加了延展性，但黏附力、不透水压力等主要技术指标仍较低，且对拉伸厚度没有严格要求，因此，目前市场上此类材料的防水性能并不理想，涂层易起鼓、易剥落。实验结果表明，单纯由丁苯胶乳（SBR）或氯丁胶乳（CRL）改造的聚合物沥青涂层粘接强度较低，因本试验中使用了丙烯酸酯乳液与CRL 复配，用作改性剂等，对乳化沥青做出了改良，并开发了一种综合性能较好的复合高分子乳液改性沥青防水卷材。

1 水乳型沥青涂料的发展

过去，仅借助乳化剂就足以使纯净的沥青进行乳化作用，获得乳化沥青，常用作卷材表面处理剂，仅起改善防水涂料表面和基体连接的作用，但因为不能添加其他聚合物或高分子改性物质，干燥后的固态物基本上和原有沥青料特性一致，即高速渗透、降温时易脆，因此，无法单独作为防水材料使用。近年来，通过在沥青中加入SBS 和其他橡胶材料，得到了一种新型的橡胶改性乳化沥青防水卷材，该材料符合《水乳型沥青防水涂料》（JC/T 408-2005）要求，使用寿命延长、延伸率增加（超过600%）、低温柔韧性极优（-20℃）。但建筑施工时只能采取辊涂或喷涂防水措施，防水效果不好，主要表现为：涂层涂膜具有非常强烈的黏性，黏脚程度很大，执行不好；涂层的耐渗力偏低，在日光下容易起鼓，涂膜层的厚度达不到要求。这些不足与该产品的技术局限性有很大关系，橡胶材料对沥青黏性有极高的要求，在产品中，橡胶材料的添加数量也有一定的约束，通常会低于5%，过量添加未实现乳化，最终得到的改性乳化沥青涂料固体含量一直处于很低的水准（45%左右），且漆膜内聚性较小、不透水压力低。

2 复合高分子乳液改性沥青防水涂料的研制

根据上述试验结论，提出了复合高分子乳液改性沥青防水涂料的标准配方（见表1），复合高分子聚氨酯乳液改性剂和乳化沥青的质量比为1∶1。

表1 复合高分子乳液改性沥青防水涂料配方

按照表1 配方制备了复合高分子乳液改性沥青防水卷材，并对产品进行了稳定性试验，将检测数据与《水乳型沥青防水涂料》（JC/T 408-2005）和《聚合物乳液建筑防水涂料》（JC/T 864-2008）等标准比对，结论见表2。可以发现，复合高分子乳液改性沥青防水卷材的机械性能优异，粘接强度、拉伸强度远超JC/T 408-2005 规范规定，且在酸处理、水处理和热处理后，其可以保持非常显著的稳定性，这一现象与其本身的化学组成特征有很大关系。本试验得到的复合高分子乳液改性沥青保护涂层既不含易挥发有机溶剂，也不含DBP、DOP 等电解质溶液，涂料完全以丙烯酸酯、氯丁橡胶等大分子为基体，实现塑化效果，所以，它的耐热性非常稳定，低温柔性也表现出很好的样态。在涂层干燥、固化时，对沥青产生憎水性作用，使水分快速蒸发，让沥青乳化，并均匀填充在涂层内。同时，因为沥青的憎水性、斥水作用，水分很难渗入涂层中，所以，涂层的抗水性、耐酸碱性能很好，其特点是纯乳液的聚合物乳液，与建筑防水涂料无法相比。

3 复合高分子乳液改性沥青防水卷材特性测试与解析

从20 世纪80 年代以来，对高分子乳液的研究取得了空前的进步，尤其是纯丙、醋丙等具有更多性能的丙烯酸酯乳液，已作为建筑材料用于建筑工程中，并进行了大量研究。本次采用的是橡胶乳剂法，其具有较高的低温和拉伸性能，在建材中亦有广泛应用。本方法采用非同步的方式，首先制备高固含量（超过60%）的纯乳化沥青，并在乳化沥青中添加了丙烯酸酯乳液和 SBR 胶乳剂等助剂，进行复杂、精密的混合与加工，由此制造出一种不同于以往的沥青基防水材料，以方便增加大分子物质含量，使涂层具备更加丰富的性能，如伸展性、粘着能力、高低温稳定性等，使其得到了极大改善。

3.1 拉伸强度与延伸率好

在改进中，对高分子聚氨酯乳液改性沥青防水涂料做了一些处理，在涂层中添加了聚合物物质，如橡胶和丙烯等材料，极大地改善了涂层的粘结性，涂层的最大拉伸硬度达0.9MPa 以上，延伸率满足超过600%的要求，因此，可满足普通防水施工的材质要求，尤其在硬度标准方面，可拓宽水乳型沥青防水涂料的应用领域。

3.2 粘接强度大

加入高分子材料后，分子链可以看出，基团与基体在一种作用力的合成下，形成了氢键、共价键等，提高了涂层与表面基质的粘接能力，解决了以往单纯依靠沥青分子自身机械作用而导致基体粘接不佳的问题。防水涂料与基层之间的粘接保持牢固，能有效防止基层出现起泡和脱皮等问题，增强涂料的持久防水作用。根据JC/T 408-2005 规范，运用8 字模进行测试，其粘接能力处于很高的水平，在测试过程中，8 字模的界面存在拉裂现象。

3.3 不透水性好

不透水性是涂层保护的必要条件。涂层不透水压更高，意味着涂层的密实性能更好，防水性能也更优异。本涂层不透水特性高于国际行业标准0.1MPa，达到了目前世界上主要的耐压力要求0.3 MPa，适用于各类建筑物。

3.4 高低温性能好

沥青是一种对高温度敏感、且在高温度下易变形、低温下易发生脆化的热塑性材料，常用于建筑工程，因此，在各种热改性沥青材料中，高低温性能是表征其性能完备度的一个核心参数，也是评价材料在高低温工况下，是否能够达到使用要求的一个指标。该产品高温可达130℃，低温在-10℃以下，适用于不同的使用环境。

4 与高分子乳液建筑防水涂料对比

高分子乳液建筑防水卷材是单组分建筑防水涂料，由大分子乳剂、填充料、阻锈剂等材料构成，现广泛应用于建筑物的防水施工领域。本文将高分子乳液建筑防水卷材与高分子乳剂改性沥青防水涂料相比，是由于它们之间存在着某些相同之处，即都由高分子材料/多聚物乳剂组成，具有单组分、水性结构特点等。聚合物乳液建筑防水涂料等的防水区域，完全能够满足大分子乳剂建筑改性沥青防水涂料的使用要求。但是，由于这两种建筑防水工艺的成膜性质不同，所以，属性并不一样，而且有很大的不同。表2 为这种类型防水卷材与其他类型（按照JC/T 864-2008 的要求，测定了聚合物乳液建筑防水卷材性能）的对比。

从表2 中可以看出，该制品拉伸强度等指标稍有不足；固体组成、施工稳定性、贮存稳定性、不渗透性、低温柔性等性能基本一致；断裂延伸性、粘接稳定性等方面具有显著优势，尤其是对其进行酸处理、水处理和热处理后，它的机械性能的维持率和绝对数值都处于优秀水平，这跟它本身的化学结构有很大关系，即不含增塑物和挥发性溶剂物质。该产品既不含有易挥发的表面活性剂物质，也不含有DBP，DOP 等增塑物物质，全靠生产中的丙烯酸酯、SBR 橡胶等高分子材料进行塑化，所以，其具有热稳定性和很低的柔性。

沥青具有一定的憎水性效果，涂层干燥固化后，由于水分在热量的作用下快速蒸发，使乳化沥青产生破裂情况，涂层均匀地充满整个空间，因此，水难以渗透到涂层内部，说明该产品能够充分发挥浸水、浸碱的性能特质。涂层处理和未处理情况少，在建筑费用方面有一定优势，与聚合物乳液防水涂料相比，其单位面积造价成本可减少约20%。

5 应用范围及施工工艺

复合型高分子乳液改性沥青防水涂料具有水性环保涂膜，可应用在建筑工程外墙、地下室建筑、厨卫空间、游泳池、隧洞、大桥等，当涂层厚度达到某一特定规范时，可作为施工中的首道防水层。这种涂膜的施工方法简单，在有设计要求的情况下，可按照规定进行；不对其作出要求时，一般建议用量不小于2.5kg/m2。建筑施工时，上道涂膜实干后即可继续完成下一道涂刷，但每次涂刷不可太厚，通常以3 遍完成为宜；在建筑或防护区域有必要加固时，可采用聚酯类无纺布进行加固；不要践踏还没有干透的涂膜层及涂料，也不要在下雨和温度低于5℃的情况下进行。