聚灰比对聚合物水泥防水涂料性能的影响

董峰亮, 葛树高, 杨荣俊, 李栋梁
( 北京市城市建设工程研究院, 北京 100081)

采用柔性的聚合物乳液来改性刚性的水泥基材料一直受到材料学家的关注. 早在1924 年, 有关聚合物乳液改性水泥材料的第一篇专利就发表于Lefebure[ 1] 上. 近几年来, 由于对环保的愈加重视,各地均在开发绿色建材. 聚合物改性水泥材料( PCM) 以其无毒、无味、环保等特点, 在许多领域特别是防水领域得到了广泛的应用. 目前, 对PCM防水领域的研究主要集中在聚合物改性水泥防水砂浆和聚合物水泥防水涂料2 类材料上.采用不同的聚合物乳液如氯丁胶乳[ 2] 、苯丙乳液[ 3] 、聚醋酸乙烯乳液[ 4] 、EVA 乳液[ 5, 6] 较低程度的改性水泥砂浆的报道有很多. 作为防水砂浆,尽管聚合物的加入在一定程度上起到了克服水泥干缩、填充水泥石毛细孔的作用, 但由于这类材料的聚灰比( p / c) 较低( 一般在0. 1~ 0. 3 范围内) ,因此, 这类材料的性能仍表现为刚性. 高改性程度的聚合物水泥防水涂料由于聚灰比较高, 从而弥补了水泥基材料柔性不足以及高分子材料耐水性、耐老化性能较差的缺陷, 近几年在许多防水工程中得到了广泛的应用. 本文主要从聚合物水泥防水涂料各种组成成分的选材, 以及聚灰比对聚合物水泥防水涂料拉伸性能、低温柔性、吸水率等性能的影响进行了一些论述, 并简单分析了不同聚灰比的聚合物水泥防水涂料的适用范围.

1 实验部分
1. 1 原材料和试验方法
11111 基料 用于聚合物水泥防水涂料的乳液有很多. 但主要集中在聚醋酸乙烯- 乙烯共聚乳液( EVA) 、丁苯乳液( SBR) 和丙烯酸酯乳液( PAA) 三大类. EVA 乳液是由醋酸乙烯酯与乙烯单体共聚形成的乳液. 与聚醋酸乙烯乳液( PVAc) 相比, 由于乙烯单体的引入, 大大降低了该乳液的玻璃化转变温度( T g ) , 但EVA 乳液采用水溶性的聚乙烯醇作为保护胶体, 因此, 作为防水涂料的基料其长期耐水性并不理想. 丁苯胶乳由丁二烯与苯乙烯单体共聚而成, 其柔韧性、耐水性具佳. 但聚合物分子链中含有C= C 不饱和键, 因此, 分子易受外界热能、紫外线、臭氧干扰而断裂降解, 使得该类材料的耐老化性能不佳. 丙烯酸酯乳液在这3 类乳液中是综合性能最好的. 调节软( 丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯) 、硬( 苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯等) 单体的比例而得到的特殊开发的丙烯酸酯乳液具有优异的低温性能、耐水性和耐候性, 是制备聚合物水泥防水涂料的首选. 因此, 试验中我们采用丙烯酸酯乳液, 其固含量为55% .
11112 水泥 水泥是聚合物水泥防水涂料的另一个重要组成部分. 不同种类、不同标号的水泥物理、化学性能不相同, 如细度、稠度、凝结时间、安定性、强度、水化热等. 不同的水泥品种与高分子乳液的配伍性也不相同. 因此, 采用何种水泥必须通过大量反复的实验来确定. 文献[ 7] 讨论了白水泥、硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥对聚合物水泥防水涂料性能的影响. 实验结果表明, 采用适宜的白水泥其综合性能最佳.
11113 助剂 作为防水涂料的原材料之一, 助剂的用量通常很少( 一般为配方总量的1% 左右) , 但作用却很大. 它的加入不仅可以避免产生许多涂料的缺陷及涂膜弊病, 同时又可以使防水涂料的生产和施工过程易于控制. 而且, 某些助剂的添加, 可以赋予防水涂料一些特殊的功能. 所以, 助剂是水基防水涂料的重要组成部分. 常用的助剂有成膜助剂、增稠剂、分散剂、润湿剂、消泡剂、增塑剂、防霉杀菌剂等.

2. 2 试验方法
2. 2. 1 试验过程
( 1) 固定填灰比, 将不同聚灰比的聚合物水泥防水涂料分别分三次涂刷, 制成( 1. 5 +- 0. 2) mm 厚涂膜.
( 2) 在标准条件下( 温度: ( 23 +- 2) e ; 相对湿度: 45% ~ 70% ) 养护1 周后, 将试样放入( 50 +-2) e 干燥箱中处理24 h, 取出后置于干燥器中, 在标准条件下放置2 h. 用切片机将试样切成试件进行检测.
2. 2. 2 拉伸性能试验 按GB/ T16777- 1997 8.2. 2 的规定进行试验, 拉伸速度为200 mm/ min.
2. 2. 3 低温柔性试验 按GB/ T16777 - 199710. 2. 1. 2 的规定进行试验, 圆棒直径10mm.
2. 2. 4 吸水率试验 将不同聚灰比的试样分别制成12 cm X 2. 5 cm 大小的试件6 块, 置于盛有蒸馏水的容器中, 测试试件不同天数的吸水率.

3 结果与分析
3. 1 聚灰比对聚合物水泥防水涂料拉伸性能的影响 图1 为聚合物水泥防水涂料的抗拉强度随聚灰比改变的变化曲线. 从图1 的曲线形状可以看出, 在相同条件下, 聚灰比在0. 97~ 0. 52 之间的试样的抗拉强度变化不大, 基本持平. 但当聚灰比降至0. 39 时, 抗拉强度明显增大, 与p / c = 0. 52 时相比, 其抗拉强度增加了50%.图2 为聚合物水泥防水涂料的断裂延伸率随聚灰比改变的变化曲线. 从图2 的曲线可以看出,随着聚灰比的增大, 聚合物水泥防水涂料的断裂延伸率是逐渐增加的. 当p / c= 0. 97 时, 断裂延伸率达到440% , 是p / c= 0. 39 的试样断裂延伸率的5倍.

拉伸性能是材料刚柔性能的宏观体现. 以延伸率为衡量指标, 聚合物水泥防水涂料的柔性随聚合物加量的增加而提高. 文献[ 8] 认为, 随着聚灰比的不断提高, 聚合物在体系中的量增加, 聚合物跃升为主要组分, 水泥为次要或改性成分. 从微观上看,高聚灰比的体系中, 水泥胶体链已很不完整, 聚合物的柔性链部分完全包裹住了水泥胶体颗粒. 聚合物的柔性链起抵抗外界应力的主导作用. 而图1 的曲线形状也表明, 在高聚灰比( p / c= 0. 52~ 0. 97)下, 抗拉强度基本持平, 此时的柔性链起主导作用.但当聚灰比降至0. 39, 抗拉强度有了明显提高. 我们推测, 此时的水泥胶体链与聚合物柔性链已胶着在一起, 两者共同为抵抗外界应力做出了贡献.