日期：2021-07-28
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156 核心提示：双组分聚合物水泥防水涂料（JS 防水涂料）是一种具有挥发固化和反应固化双重特点的防水涂料，其成膜机理是：粉料、液料按一定比
双组分聚合物水泥防水涂料（JS 防水涂料）是一种具有挥发固化和反应固化双重特点的防水涂料，其成膜机理是：粉料、液料按一定比例搅拌混合后，聚合物微粒与水泥颗粒之间相互包裹，随着水分的挥发，聚合物微粒逐渐凝聚粘结在一起，形成连续的弹性薄膜；另外，水泥与水接触后发生水化反应，生成钙矾石和硅酸钙凝胶体；随着反应的进行，水分持续挥发与消耗，聚合物微粒慢慢凝聚，并与水泥水化的胶凝体互穿，形成连续的三维立体网络互穿结构。JS 防水涂料具有有机材料的柔韧性、防水性和无机材料的耐水性、耐久性以及良好的耐候性，并且施工简单、性价比高、防水可靠、无毒无污染，现已被广泛应用于厨卫间、外墙、地下、隧道及洞库等防水工程。
双组分JS 防水涂料由液料和粉料两部分组成，液料主要是指聚合物乳液，它关系到JS 防水涂料的耐水性、硬度和柔韧性等；无机粉料在JS 防水涂料中的作用是使涂膜增加硬度、呈现颜色和遮盖力，减缓紫外线破坏和提高涂料的耐久性。本文主要就聚合物乳液的选择、粉料的组成对JS 防水涂料性能的影响做了一些研究。
1 实验部分
1.1 原材料与仪器
1）原材料
32.5 普通硅酸盐水泥、42.5 普通硅酸盐水泥（1#）、52.5 普通硅酸盐水泥：华新水泥；42.5 普通硅酸盐水泥（2#）：洋房水泥；石英砂（100～200 目）、石英粉（325 目）：安徽产；重质碳酸钙（325 目）：湖北产；消泡剂CD-3：德国巴斯夫；杀菌剂LXE、增稠剂：罗门哈斯。聚合物乳液：市售，详见表1。
2）仪器
JJ-1 定时电动搅拌器：江苏金坛市中大仪器厂；NDJ-5S 黏度计：上海方瑞仪器有限公司；101-2A 电热恒温鼓风干燥器：上海东星建材实验设备有限公司；WDW-50 微机控制电子万能试验机：上海华龙。
1.2 试验方法
将聚合物乳液、消泡剂、杀菌剂、水按照一定比例称量后倒入烧杯中，在300～500 r/min下机械搅拌5～8 min 制得液料。
将水泥、石英砂、石英粉、重质碳酸钙及其他助剂，混合均匀后制得粉料备用。将液料和粉料按一定配合比在500 r/min下机械搅拌5 min 后静置消泡，制得JS 防水涂料。将制得的JS防水涂料在模具中分2～3 次涂刷，每次涂刷间隔12～24 h，制得（1.5±0.2）mm 厚的涂层，在温度（23±1）℃、相对湿度（50±10）%的条件下养护96 h，再在40℃的鼓风烘箱中干燥48 h，取出置于干燥器中冷却至室温备用。按GB 23445—2009《聚合物水泥防水涂料》进行相关性能测试。
2 结果与分析
2.1 液料对拉伸性能的影响
2.1.1 聚合物乳液的选择
聚合物乳液的性能决定了JS 防水涂料的柔韧性、粘结性和致密性等。JS 防水涂料既要有较高的弹性，也要有良好的抗拉性能，同时还要有较高的粘结性能。市场上聚合物乳液的品种很多，单体种类和用量、乳液聚合时乳化剂的种类和用量、乳液聚合工艺的不同等，均会导致即使是相同类型的聚合物乳液，其性能差别依然很大。本研究所用的聚合物乳液的性能对比见表2。
玻璃化温度（Tg）是JS 防水涂料用聚合物乳液的典型物理特性之一，从表2 可以看出，乳液F 与乳液H 的玻璃化温度较高，不适于北方寒冷地区的施工需求；乳液G 为VAE 乳液，其耐水性和耐久性比苯丙乳液差；乳液D、乳液E 本身的VOC 较高，环保性较差。乳液E 与水泥混合后释放出较多氨气。乳液C 制得的JS 防水涂料拉伸性能指标较高，但是乳液本身的耐水性较差；乳液A、乳液B、乳液D 三种乳液相比，在相同配比的条件下，乳液A 的单价高，导致制得的JS 防水涂料的成本高，乳液B 成本低。同时乳液B 的各方面性能均符合JS 防水涂料的要求，在应用方面优势更大。
2.1.2 聚合物乳液的用量
在本研究中，液料由聚合物乳液、水、消泡剂组成，液粉比为1∶2（质量比，下同），主要探讨了聚合物乳液B 占液料质量的75%～95%时，对制得的JS 防水涂膜拉伸性能的影响，结果见图1。考虑综合性能与成本，聚合物乳液B 用量在80%时，制得的JS 防水涂料的性能满足标准要求。因此，选用聚合物乳液B，占液料质量比为80%进行后续研究。
2.1.3 液粉比的选择
JS 防水涂料中聚合物乳液成膜后涂膜会具有一定的弹性，无机粉料中水泥水化硬化后涂膜会具有一定的刚性。液粉比不同，制得的JS 防水涂料的组成和涂膜的结构也会不同。液粉比对涂膜拉伸性能的影响见图2。从图2 可以看出，当液料用量较少时，涂料中的聚合物乳液无法完全包裹粉料，故粉料起主要作用，其中的水泥发生水化反应，产物填充涂膜的空隙，形成以水泥石为主的刚性网络结构，增大了涂膜的拉伸强度。当液料用量较大时，聚合物乳液完全包裹粉料颗粒，故聚合物乳液起主要作用，随着水分的消耗，乳液颗粒逐渐聚集粘结在一起，形成完整的以有机物为主的网络结构，涂膜的断裂伸长率增大。从图2 还可以看出，本体系中液粉比在1∶2 左右，制得的JS 防水涂料的拉伸性能满足标准要求。
2.2 粉料对拉伸性能的影响
2.2.1 水泥的选择
表3 是不同水泥对涂膜拉伸性能的影响。由表3可以看出，32.5 水泥的强度偏低，在相同掺量下，制得的JS 防水涂膜拉伸强度明显低于由42.5 水泥或52.5 水泥制得的涂膜的拉伸强度；粉料中掺入的52.5水泥，加水后会迅速吸水反应，使制得的JS 防水涂料前期的黏度变化较大，不利于夏季施工；同一标号不同厂家的42.5 水泥对JS 防水涂膜拉伸性能影响基本相同。因此，选用42.5 水泥制得的JS 防水涂料能满足产品性能要求，也可满足施工需要。
2.2.2 水泥的用量
图3 是水泥用量对涂膜拉伸性能的影响。从图3可以看出，随着水泥用量的增加，涂膜的拉伸强度增加明显，当水泥用量增加到60%时，拉伸强度的变化趋势逐渐平缓。主要是因为在水泥用量较少时，加入的水泥较大部分参与了水化反应，使涂膜的拉伸强度增大明显；随着水泥用量的加大，增加的这部分水泥只有较少发生水化，大部分都充当了填料，因而对涂膜的拉伸强度贡献很小。当水泥用量继续增大时，涂膜的断裂伸长率迅速减少，涂膜变得硬而脆，这是由于聚合物乳液量少，水泥量多，粉料的表面积越来越大，聚合物乳液不能完全包裹粉料；另一方面，当水泥用量较大时，粉料中的骨料比重增大，制得的JS 防水涂料黏度降低，放置后易发生沉降。
综合考虑，在本体系中，当水泥用量在50%左右时，制得的JS 防水涂料的性能满足标准要求。
2.2.3 不同填料对拉伸性能的影响
表4 是不同填料对涂膜拉伸性能的影响。从表4可以看出，填料配比、细度不同，制得的JS 防水涂料的拉伸强度和断裂伸长率差别较大，合理调节填料的级配可以获得较高的拉伸强度和断裂伸长率。在表4 中，试验1～3 研究了单掺一种填料对JS防水涂料拉伸性能的影响。结果表明：填料的粒径大小对JS 防水涂料拉伸性能的影响较大，填料粒径越大，拉伸强度越大，断裂伸长率越小。其中，只有单掺石英砂的JS 防水涂料满足国标Ⅱ型产品的要求。在表4 中，试验4～11 研究了掺入两种填料对JS防水涂料拉伸性能的影响。在石英砂掺量相同时，掺加石英粉的JS 防水涂料的拉伸强度高于掺加重质碳酸钙的JS 防水涂料的拉伸强度；石英砂掺量不同时，不管是同时掺加石英粉还是重质碳酸钙，随着石英砂掺量的增加，JS 防水涂料的拉伸强度增大、断裂伸长率减小。
在表4 中，试验12～15 研究了了掺入三种填料对JS 防水涂料拉伸性能的影响，石英砂掺量分别为20%、40%、60%和80%，石英粉和重质碳酸钙各占剩下质量的50%。结果表明，只有试验14 和15 的配方的制得JS 防水涂料能满足标准要求，但试验14 的配方富裕值不大，试验15 的配方性能较佳。
3 结论
本研究探讨了双组分JS 防水涂料中，液粉比，聚合物乳液种类、用量，水泥种类、用量，填料配制等因素对拉伸强度和断裂伸长率的影响，结果如下：
1）在聚合物乳液选择方面，应根据施工的需求，尽量选择玻璃化温度低、吸水率低、稳定性好的乳液，如果对耐水性、耐候性有较高的要求，应选择苯丙类乳液。同时也要关注乳液的环保性。
2）聚合物乳液的用量对JS 防水涂料的断裂伸长率影响较大，考虑到经济成本，在本体系中聚合物乳液的用量占液料质量的80%时，制得的JS 防水涂膜拉伸强度与断裂伸长率均能满足GB 23445—2009中Ⅱ型产品的性能要求。
3）粉料用量（尤其是水泥用量）的增加可以大大提高涂料的拉伸强度，当液粉比为1∶（1.8～2）时，制得的JS 防水涂料可以满足国标Ⅱ型产品的要求。
4）粉料中水泥的选用应根据制备JS 防水涂料的类型而定，国标Ⅱ型产品选用42.5 普硅水泥即可，不同厂家的水泥对涂膜拉伸性能的影响很小。随着水泥用量的增加，涂膜的拉伸强度增加，断裂伸长率减小。在本体系中，水泥用量在50%时，制得的JS 防水涂料满足国标Ⅱ型产品的性能要求。
5）填料的选择应根据性能要求决定。填料粒径越小，JS 防水涂料的拉伸强度越大，而断裂伸长率越小。因此，应选择粒径分布范围较大的填料。本体系选取的填料为单掺100～200 目石英砂，也可适量掺入200 目石英粉或325 目重质碳酸钙，但掺量应控制在20%以内。
6）在本体系中，按照m（乳液）∶m（消泡剂）∶m（杀菌剂）∶m（水）=80∶0.5∶0.5∶20 的配比制备液料，m（水泥）：m（石英砂）：m（增稠剂）=100∶100∶0.2 的配比制备粉料，按液粉比为1∶2 制得的JS 防水涂料拉伸强度和断裂伸长率均满足GB 23445—2009 中Ⅱ型产品的要求。
