聚合物水泥防水涂料粘结强度影响因素的探讨

   日期:2021-08-10     浏览:191    
核心提示:聚合物水泥防水涂料(下称JS 防水涂料)广泛用于厨房、厕浴间的防水工程,是影响瓷砖饰面体系质量的重要因素之一。在厕浴间的装
聚合物水泥防水涂料(下称JS 防水涂料)广泛用于厨房、厕浴间的防水工程,是影响瓷砖饰面体系质量的重要因素之一。在厕浴间的装修工程中,瓷砖饰面体系的基本构造见图1。瓷砖起鼓、脱落、开裂等现象的产生有多种原因,JS 防水涂料的粘结强度差也是引起瓷砖脱落的原因之一。JS 防水涂料是双组分水性常温固化型防水涂料,其粘结力取决于液料组分和粉料组分的组成及施工现场配制的比例。本文将探索JS 防水涂料粘结强度的影响因素,通过对聚合物乳液种类的选择及乳液的复配、水泥的种类及添加量、填料的合理级配、减水剂和消泡剂的种类进行研究,探讨各组分对JS 防水涂料粘结强度的影响,以期改进其与基材(如混凝土等)的粘结力,减少瓷砖饰面体系产生质量问题的几率。
1 实验部分
1.1 试验原料
聚合物乳液为市售产品,详见表1。消泡剂(硅油类、矿物油类、硬脂酸盐类)、防腐剂、减水剂(萘系减水剂、密胺类减水剂、干酪素、聚羧酸类减水剂)、水泥(高铝水泥、普硅水泥、白水泥等)、填料(不同目数的水洗砂、重质碳酸钙)、瓷砖胶等均为市售产品。混凝土板和瓷砖是从上海曾司工贸采购,符合JC/T 547—2005《陶瓷墙地砖胶粘剂》的要求。

1.2 试验过程
1) 液料制备:将液料各组分按比例称取后,用SFJ-400 分散搅拌多用机混合均匀。
2) 粉料制备:将粉料各组分按比例称取后,用JJ-5 行星式水泥胶砂搅拌机混合均匀。
3)液料与粉料混合:按试验设计的比例用SFJ-400 分散搅拌多用机搅拌至均匀无结块。
4)JS 防水涂料性能的测试执行GB/T 23445—2009《聚合物水泥防水涂料》的有关规定。为了模拟JS 防水涂料的实际应用,特规定其粘结强度的测试方法如下:将水泥混凝土板(400 mm×200 mm×20mm)水洗干净后,晾干,含水率控制在15%±3%,分2次涂刷JS 防水涂料,使涂层的干膜厚度为1.2~1.5mm。标准条件下养护96 h 后,置于(40±2)℃的鼓风干燥箱中养护48 h,取出后在JS 防水涂膜和金属拉拔头(40 mm×40 mm)上均匀刮涂环氧树脂粘结剂。将6 个拉拔头放在JS 防水涂膜上,相互之间的间距不小于30 mm,轻轻转动,使粘结密实无气泡。除去拉拔头四周溢出的环氧树脂。24 h 后,用裁纸刀沿拉拔头四周切割JS 防水涂膜至混凝土板,在试验机上测定其大的拉伸荷载,并计算粘结强度。
5) 瓷砖胶对防水涂层拉伸粘结原强度的测定方法,参照EN 14891《用于粘贴陶瓷砖下的湿铺防水膜产品的要求、试验方法、一致性评价、分类与定义》的方法。在粘贴瓷砖前,应在标准混凝土板上均匀地涂抹JS 防水涂料2 遍,使得涂层干膜厚度为1.2~1.5mm,后一遍施工后,在标准条件下放置4 d,然后按JC/T 547—2005《陶瓷墙地砖胶粘剂》中7.5 的要求,在防水膜上用瓷砖粘结剂粘贴瓷砖,后在标准条件下养护27 d 后,用高强胶粘剂将50 mm×50 mm 的拉拔头粘在瓷砖上,24 h 后测试标准条件下的拉伸粘结原强度。
 
2 结果与讨论
2.1 液料组成对粘结强度的影响
1)聚合物乳液
聚合物乳液是水泥砂浆的改性剂之一,它赋予水泥砂浆良好的柔韧性、粘结力和致密性等。JS 防水涂料要求产品在弹性、粘结性方面具有良好的平衡,用于JS 防水涂料制备的聚合物乳液品种虽然较少,但即使同一类型的聚合物乳液如苯丙乳液,每个厂家所采用的单体的种类和用量、乳液聚合时乳化剂的种类和用量、乳液聚合工艺的不同均会导致相应的JS 防水涂料粘结力的差异。不同聚合物乳液对JS 防水涂料粘结强度的影响,见表2。
从表2 可以看出,乳液H 提供给JS 防水涂料较高的粘结强度,但众所周知VAE 乳液的耐水性和耐久性较苯丙乳液差。乳液C、F 和G 在其制备过程中使用了烷基酚聚氧乙烯醚类(APEO)乳化剂,不符合国家环境保护标准HJ 457—2009《环境标志产品技术要求防水涂料》的规定。乳液D、E 和G 在与水泥混合过程中会释放出氨气。聚合物乳液A、E、F 的玻璃化转变温度较高,由其制备的JS 防水涂料的粘结强度也较高,但防水涂膜的延伸性较差。因此,建议用玻璃化转变温度较高的乳液和玻璃化转变温度较低的乳液复合使用。本实验采用乳液A 与B 配合使用。
2)乳液配合比例
乳液A 具有较高的玻璃化转变温度,可为JS 防水涂料提供较好的粘结力,但会降低涂膜的延伸性,将其以不同的比例和乳液B 配合使用,相应的JS 防水涂料的粘结强度见表3。
从表3 可以看出,随着乳液A 用量的增加,从拉伸破坏形式上讲,JS 防水涂膜内聚破坏占的比例越来越多;从粘结强度上讲,JS 防水涂料的粘结强度逐渐增大。乳液A 对JS 防水涂料拉伸粘结强度的改善效果十分明显。考虑到JS 防水涂料应具有适当的延伸性,乳液A 的比例不应超过8%。
3)消泡剂
由于聚合物乳液中的乳化体系不同,需要选择合适的消泡剂。该消泡剂应既具有优异的抑泡性能,同时又具有良好的消泡性能。JS 防水涂膜的致密性将增加其与基材的接触面积,有利于防水涂膜和基层之间范德华力的建立,增加相应的粘结强度。消泡剂种类对JS 防水涂料粘结强度的影响见表4。
从表4 可以看出,6 个消泡剂的消泡效果均较好,但1# 涂料中有少许气泡,4# 消泡剂和乳液的相容性较差;5# 消泡剂的综合效果为理想。
4)用水量
在聚合物乳液和粉料用量固定的条件下,用水量越大,JS 防水涂料的稠度越小,有利于涂料更多地嵌入基层中;在外界条件(温度、相对湿度、风速等)相同时,用水量越大,涂膜干燥所需的时间越长,越有利于JS 防水涂料润湿基层,从而增加其与基层的粘结力。当然,用水量的控制十分重要,要在保证施工性的前提下尽量多用水,且要求混合均匀的JS 防水涂料不离析、放置1 h 后没有明显的沉降。用水量对JS 防水涂料粘结强度的影响见表5。
从表5 可以看出,用水量增加,JS 防水涂料的拉伸粘结强度增加,说明JS 防水涂料的润湿性变好了;虽然水增加有可能分层,但是分层的影响不足于抵消润湿性增加带来的好处。
2.2 粉料组成对粘结强度的影响
1)水泥种类和型号
水泥是水硬性无机胶凝材料,在JS 防水涂料中既是填料又是胶凝材料,对涂膜的强度和硬度起作用。水泥种类和型号对JS 防水涂料粘结强度的影响见表6。
从表6 可以看出,标号为32.5 的白水泥与水反应后,由于本身强度低,相应的JS 防水涂料的粘结强度也小;高铝水泥中大量的多价金属离子会与聚合物乳液反应,产生凝聚,使得乳液破乳无法成膜。所以,普硅水泥42.5R 和52.5R 较适合JS 防水涂料,且能提供较高的粘结强度。
2)水泥的用量
表7 是42.5R 普硅水泥用量对JS 防水涂料粘结强度的影响。从表7 可以看出,随着42.5R 普硅水泥用量的增加,J S 防水涂料的均匀性和细腻程度增加。

表7 中1#JS 防水涂料较稀,放置后易发生沉降;4#至6#JS 防水涂料均匀细腻,施工性良好。水泥用量对JS 防水涂料拉伸粘结强度的影响有一个跳跃式的变化,在水泥用量为25%以下时,强度为一个等级;当水泥用量为35%以上时,拉伸粘结强度为另一个等级,但是在此范围内随着水泥用量的增加,拉伸粘结强度略有降低。
3)高铝水泥替代部分普硅水泥
高铝水泥中铝离子的含量较高,会使聚合物乳液破乳的可能性增加,但是适当的添加有利于粘结强度的提高。表8 是高铝水泥替代部分普硅水泥对JS 防水涂料粘结强度的影响。
本试验中,高铝水泥用量大时,虽然表观上JS 防水涂料并未凝絮,但在微观上大量存在的铝离子已部分破坏JS 防水涂膜的性能,导致粘结力降低,终导致无法成膜。从表8 可以看出,随着高铝水泥添加量的增加,粘结强度会随之增加,但是添加量不应超过水泥总量的20%。
4)填料的级配
填料是JS 防水涂料中用量较大的组分。在质量相同的条件下,细填料的表面积较大,和基材的接触面积也大,有利于粘结力的提高,但是过多的细填料需要消耗大量的聚合物乳液,又会使得粘结强度降低。粗填料的总表面积较小,在JS 防水涂料中甚至在涂膜中易产生沉降。因此,要对填料进行合理的级配,使JS 防水涂料的粘结力和使用效果都较佳。填料级配对JS 防水涂料粘结强度的影响见表9。
从表9 可以看出,填料细度不同,制得的JS 防水涂料的粘结强度差别较大,合理的调节填料的级配可以获得较高的粘结强度,如3#、4# 样品的拉伸粘结强度就较高。
5)减水剂的种类
依据减水效率由低到高排列,萘系减水剂的减水效率低,且对水泥有选择性;密胺类减水剂减水效率居中,在碱性条件下易分解,会有氨气释放;聚羧酸类减水剂是近年来研制的高性能减水剂,对水泥适应性强,虽然价格高,但较少的用量即可满足要求,产品性价比较好。在JS 防水涂料中,减水剂可促使粉料颗粒相互分散,有效地增加粉料的分散性和均匀性,从而提高JS 防水涂料的粘结性能。减水剂种类对JS 防水涂料粘结强度的影响见表10。
从表10 可以看出,减水剂的加入有利于JS 防水涂料拉伸粘结强度的提高。但是,聚羧酸类减水剂减水效率较高,其用量的改变对JS 防水涂料稠度的影响较大,会导致施工性能变差,因此聚羧酸类减水剂不适用于JS 防水涂料。可选择适当的萘系减水剂。
2.3 液料和粉料比例对粘结强度的影响
JS 防水涂料由液料和粉料组成,二者配比不同,防水涂膜的组成和结构也不同:当聚合物乳液用量较小,水泥水化占主要角色时,水泥水化成水泥石,形成刚性网络结构,聚合物填充在水泥石网络结构的缝隙和毛细管间,改善水泥石的柔韧性和粘结力。当聚合物乳液用量较大时,聚合物乳液形成完整的涂膜,包裹所有的粉料颗粒,此时水泥大部分作为填料使用,水泥部分水化消耗水,可以提高JS 防水涂料的固化速度。表11 是液粉比对JS 防水涂料粘结强度的影响。
由于JS 防水涂料是以乳液成膜为主,随着粉料用量的逐渐增大,刚性逐渐变强,对基层的渗透粘结逐渐减小,导致粘结强度降低。从表11 可以看出,在本体系中,液粉比为1∶1.8~1∶2.0 时粘结强度较好。
 
3 JS 防水涂料的应用试验
3.1 施工方法对粘结强度的影响
JS 防水涂料施工方便,只要将液料和粉料按比例混合均匀,涂刷在防水基层上即可。在我国,防水涂料施工时,大多数采用手工施工方式,机械设备喷涂施工在我国仍处于起步阶段。在厕浴间防水施工中,由于管道多,施工空间小,JS 防水涂料多采用滚涂、刷涂和刮涂的方式施工。施工方法对JS 防水涂料粘结强度的影响见表12。
从表12 可以看出,JS 防水涂料和基层的粘结强度受施工方法的影响较小,说明JS 防水涂料施工方便,无论采用刷涂、刮涂或是滚涂均可保证其与基层的粘结力。
3.2 防水涂膜对瓷砖饰面系统粘结强度的影响
JS 防水涂料广泛应用于厕浴间的防水工程。经蓄水试验合格后,可进行瓷砖的粘贴。此时瓷砖的粘贴基层为JS 防水涂膜,因此测试瓷砖胶在JS 防水涂膜上的拉伸粘结强度具有现实意义。表13 是3 种较为常见的单组分瓷砖胶在JS 防水涂膜上的粘结能力。
测试结果显示,3 种瓷砖胶在不同基材上的破坏界面均为瓷砖粘结剂的内聚破坏,其拉伸粘结强度在JS 防水涂膜和混凝土基材上相近,说明JS 防水涂膜不会降低瓷砖粘结剂与基层混凝土板的粘结强度。从表13 可以看出,瓷砖胶的拉伸粘结强度不仅符合我国行业标准JC/T 547—2005 中C1 类瓷砖胶的规定,而且符合欧洲标准EN 14891 对防水膜的要求。

4 结论
1)JS 防水涂料中乳液的选择应考虑环保性能,要求无APEO,无氨等。高玻璃化转变温度的聚合物乳液往往具有较好的粘结强度,将高玻璃化转变温度的乳液与低玻璃化转变温度的乳液进行复配可制得粘结强度较高的JS 防水涂料产品。但是高玻璃化转变温度的乳液拉伸性能较差,所以添加量不应超过乳液总量的8%。
2) 在以乳液A 和乳液B 为主的液料体系中,硅油类消泡剂的综合效果好。
3)在聚合物乳液和粉料用量固定的条件下,用水量越大粘结力越好,但要保证JS 防水涂料无离析、沉降等异常情况。
4)42.5R 和52.5R 普硅水泥较适合JS 防水涂料体系。42.5R 水泥用量为35%时性能适合。适量的高铝水泥可以增加JS 防水涂料的粘结强度,但添加量不应超过水泥总量的20%。
5)适当增加细填料的用量会增加JS 防水涂料的粘结强度。
6) 减水剂的使用有助于改善粉料的分散性和均匀性,从而增加JS 防水涂料体系的粘结强度。
7)JS 防水涂膜的粘结强度主要取决于涂料自身的性能,受施工方法的影响很小。
8)瓷砖胶的拉伸粘结强度在JS 防水涂膜和混凝土基材上的测试结果相近,防水涂膜不会降低瓷砖粘结剂与基层混凝土板的粘结强度。
 









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