聚合物水泥基复合防水涂料料浆稳定性的研究

董 松1,2，张智强2
（1.广州地区建设工程质量安全监督站，广州 510150；2.重庆大学 建筑材料工程系，重庆 400045）

1 前言
聚合物水泥基复合（JS）防水涂料是由水泥与水乳型聚合物乳液通过合理配比复合而成的双组分防水涂料。该涂料既有有机涂料高韧高弹性能，又有无机材料耐久性好等优点，经过许多工程的使用，效果是理想的。聚合物乳液是一种多相共存的复杂体系，在热力学上处于亚稳态，极易受外界因素的影响而产生破乳、絮凝等现象。JS防水涂料中水泥遇水便发生水化，并产生许多电解质离子，使体系处于碱性环境，这些都会对聚合物乳液的稳定性产生不利的影响。同时乳液中的乳化剂及其它化学外加剂和涂料配制过程中的各种外加助剂也影响水泥的水化。因此需要聚合物乳液对电解质具有较高的稳定性，与水泥的具有良好的相容性。

2 原材料
醋酸乙烯- 乙烯共聚乳液(VAE 乳液)，四川维尼纶厂生产；苯丙乳液；白水泥，标号32.5，重庆腾辉白水泥有限公司生产；外加剂。

3 试验方法
(1) 乳液钙离子稳定性：用10%CaCl2 溶液对乳液进行滴定，以乳液中出现絮凝物作为滴定的终点，所耗CaCl2 溶液的量来表示乳液的钙离子稳定性[1]。
(2) 黏度：直接由旋转黏度计测得。

4 结果与分析
4.1聚合物乳液与水泥的相容性
涂料中的基料对涂料的涂膜性能起着决定性作用。在涂料的配制中，要求各种填料或助剂以及配制工艺不会对基料产生不良影响。要想得到性能优异的JS复合防水涂膜，必须保证所用的乳液(基料)与水泥具有良好的相容性，水泥的水化不会引起乳液的去乳化(凝聚)。乳液属于水分散体，一般乳液中含有50% 的水。水泥属于水硬性胶凝材料，水泥水化的早期产生了大量的阳离子(Ca2+、Mg2+、Al3+ 等)。一般的聚合物乳液都是在阴离子乳化剂作用下形成微小粒子的悬浮液。乳化剂离子赋予粒子表面带负电荷，这种带负电荷的聚合物粒子又通过吸引体系中的阳离子构成双电层，使乳液得以较为稳定地存在。JS复合防水涂料配制时，水化产生的金属阳离子无疑增加了乳液中阳离子的总量。当乳液中电解质浓度增大时，吸附层中的异性离子浓度提高，乳胶粒表面的双电层被压缩，动电电位(ξ电位)降低。从DLVO理论可知，使乳液体系失稳的最低电解质浓度(临界电解质浓度)与平衡离子化合价的6次方成反比[2、3]。聚合物颗粒表面的负电荷吸引金属阳离子并发生中和，粒子相互斥力消失，形成大粒子而凝结，乳液的稳定性下降。因此，选择对电解质稳定性较高的乳液才能保证配制时乳液不发生凝聚，得到流变性较好的涂料。
表1 乳液钙离子稳定性与水泥的相容性

从上述实验可看出：纯丙、苯丙等体系中水泥的加入，散发出一股氨味，这主要是由于纯丙、苯丙等乳液的生产工艺中主要是用氨水作为pH 值调节剂，使其pH保持于弱碱环境中，有利于乳液的稳定。而水泥跟乳液中的水一接触即发生水化，产生高碱性环境，从而导致乳液中的氨散发。乳液与水泥的相容性跟乳液的钙离子稳定性有密切的关系。乳液的钙离子稳定性越高，水泥水化所产生的离子就越不容易削弱乳液中颗粒的双电层作用，使得颗粒保持一定ξ电位，维持着乳液的稳定，乳液就能很好地跟水泥相混均匀，并且体系在一定的时间能够保持胶体的特性，不会因水泥的加入而发生凝聚等异常情况。水泥加入酸性乳液中(如VAE)得到比较稳定的体系。在酸性环境中水泥的水化受到了抑制，水化产生的金属阳离子的量相对较少，对乳液颗粒的双电层影响不大，使得该种体系能在较长时间内保持均一性。
4.2 外加剂对JS复合防水涂料料浆稳定性的影响
在JS复合防水涂料体系中，主要是由于水泥的水化产生大量的金属阳离子，它们很容易进入扩散双电层，中和颗粒表面的一部分电荷，使得动电电位降低，压缩双电层厚度，降低了势能屏障，从而引起乳液颗粒的凝聚。因此，在配制JS复合防水涂料时，除了选择对电解质不是很敏感的乳液外，特别要抑制水泥的早期水化。本文主要采取了在液料中加入水泥调凝剂的方法来控制水泥的早期水化。在该涂料体系中，在水分蒸发得到控制的情况下，体系黏度的变化主要是由于水泥的水化所引起。因此，测定涂料黏度随时间的变化在一定程度上反映该涂料体系的稳定性和水泥早期水化程度。本文对苯丙、VAE乳液两种体系的稳定性进行了试验，见表2。
表2 几种调凝剂对苯丙类JS复合防水涂料黏度的影响①

注：① 调凝剂的加量按水泥量的百分数计。
② ... 表示涂料体系已凝结，用黏度计无法测定。