影響聚合物水泥防水涂料拉伸性能試驗結(jié)果的因素

鄭兵

（深圳市建研檢測有限公司）

0 前言

聚合物水泥防水涂料是以聚合物乳液和水泥為主要原料，加入填料及其他助劑配制而成，經(jīng)水分揮發(fā)和水泥水化反應(yīng)固化成膜的雙組份水性防水涂料。它兼具了高分子聚合物的柔性和水泥無機材料的剛性，既改善了聚合物乳液再溶脹、防水性差的缺點，又彌補了水泥基材料脆性的缺陷，具備安全環(huán)保、與水泥砂漿粘結(jié)性好，成膜性、整體性好，對施工基面要求低，施工簡便等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于建筑防水工程。但也正是聚合物水泥防水涂料復(fù)雜的組分，其成膜過程包含了聚合物乳液脫水成膜和水泥水化，這兩種反應(yīng)相互影響、相互作用，復(fù)雜而受多種因素影響。

1 聚合物水泥防水涂料成膜機理

聚合物水泥防水涂料是由聚合物乳液和水泥組成的雙組份水性防水涂料，其成膜過程根據(jù)Ohama模型可描述為[1]：聚合物乳液與水泥充分攪拌后，聚合物顆粒分散沉積或者吸附在水泥顆粒表面，隨著表面的水分的揮發(fā)以及水泥水化作用的消耗，體系內(nèi)的自由水不斷減少，當減少到一定程度時，聚合物乳膠粒被約束在水泥水化產(chǎn)物堆積的毛細孔洞中；當未水化水泥顆粒進一步水化，毛細孔洞里的自由水分進一步減少，聚合物乳膠粒開始凝結(jié)，并在水泥顆?；旌衔锉砻嫘纬蛇B續(xù)緊密的有機層；同時水泥水化凝結(jié)成無機固化膜，并堆積與擠壓在已成膜的聚合物有機層中，形成有機膜層與無機膜層的相互貫穿結(jié)構(gòu)。聚合物乳膠凝結(jié)與水泥水化是相互影響、相互作用的過程。

在聚合物水泥防水涂膜中，當聚灰比高時，聚合物構(gòu)成了連續(xù)相，水泥等無機粉料以粒狀分散在聚合物連續(xù)相中，有少量的水泥被水化，水泥水化的產(chǎn)物在涂膜中形成一定程度的硅酸鈣骨架，增強了涂膜的組織結(jié)構(gòu)，但是涂膜整體呈“柔”性，拉伸強度主要受聚合物顆粒粘聚、堆積情況而定；當聚灰比低時，水泥可水化形成剛性的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，聚合物和無機填料在界面間存在較多的空隙和缺陷，涂膜呈“剛”性，其拉伸強度受水泥水化程度影響為主[2-4]。

聚合物水泥防水涂料的成膜是一個復(fù)雜的過程，其拉伸性能的試驗結(jié)果主要取決于涂料組成材料及其配比等涂料本身因素，但其測試過程中的涂膜制備、養(yǎng)護、干燥等過程也會嚴重影響涂料的拉伸性能的結(jié)果。本文將在下面分析在測試聚合物水泥防水涂料拉伸性能過程中，涂膜制備、養(yǎng)護、干燥、測試環(huán)境對試驗結(jié)果產(chǎn)生影響的幾個因素。

2 影響防水涂料拉伸性能試驗結(jié)果的因素

2.1 涂膜制備對涂料拉伸性能實驗結(jié)果的影響

涂膜制備包含了混合攪拌、涂覆過程。李倩[5]、徐建鋒[6]的研究結(jié)果表明，隨著涂覆次數(shù)的增加，涂料的拉伸強度和斷裂伸長率均得到提高，到分四次涂覆時，拉伸強度和斷裂伸長率的提供趨于緩和。這主要是因為，分次涂覆可以有效的消除攪拌引入氣泡帶來的影響，減少涂膜中的孔洞，使得涂覆成膜的試樣，密實度更高。李俊[7]的研究表明，不同廠家的I型聚合物水泥防水涂料，涂覆次數(shù)從2次增加到3次，拉伸強度都增大，但是拉伸斷裂伸長率有3種樣品降低，另外2種樣品稍微增加。他認為，一方面，涂覆次數(shù)的增加會加快涂料中水的揮發(fā)速度，同時增加成型時間，導(dǎo)致水分揮發(fā)更多，而水對涂膜有增塑劑的作用，水的含量高會使涂料拉伸性能降低、斷裂伸長率增加；另一方面涂覆次數(shù)的增加可以減少涂膜中的氣泡，從而提高拉伸強度和斷裂伸長率。不同防水涂料，涂覆次數(shù)的增加，這兩方面的效果不一樣，導(dǎo)致結(jié)果的差異。因此，實際檢測過程中，不能一遍涂覆完成。

李雪梅等[8]研究了不同成膜間隔時間下的涂料拉伸性能，結(jié)果表明，成膜間隔時間越長，涂料的拉伸強度減小，斷裂伸長率增大。這主要是因為間隔時間短，阻礙了上道涂覆涂料水分的揮發(fā)，有利于水泥的水化，強度增大的同時，剛性也增強。

林春升[9]研究了不同涂膜的厚度對聚合物水泥防水涂料性能的影響，涂膜厚度增加，所測得的拉伸強度值減小，而延伸率增加。

聚合物水泥防水涂料是雙組份水性涂料，因此需要采用適宜的攪拌以獲得分散均勻、穩(wěn)定、氣泡少的料漿。攪拌速度過低，不利于聚合物乳膠顆粒與水泥顆粒的均勻分散，攪拌速度過大，有可能使聚合物中高分子鏈段斷裂，同時也易產(chǎn)生氣泡。王慧萍等[10]的研究表明，4個防水涂料當攪拌速度從800rmp提高到1200rmp時，涂膜的拉伸強度和斷裂伸長率均出現(xiàn)降低。華衛(wèi)東等還研究了不同攪拌工具對涂料拉伸性能的影響，結(jié)果顯示，槳葉式攪拌工具比上下齒式攪拌工具更有利于涂料拉伸性能的提升。

2.2 養(yǎng)護對涂料拉伸性能實驗結(jié)果的影響

聚合物水泥防水涂料成膜過程中，無論是聚合物乳膠粒脫水成膜還是水泥水化均需要一定溫度和濕度，并且是一個漸進過程。因此，涂膜養(yǎng)護中環(huán)境的溫濕度、齡期對聚合物水泥防水涂料的拉伸性能有重要影響。GB/T 23445-2009規(guī)定的養(yǎng)護制度是：最后一道涂覆試樣刮平后，于溫度（23±2）℃、相對濕度（50±10）%的濕度下養(yǎng)護96h。

李倩等研究結(jié)果顯示：隨著養(yǎng)護齡期從7d延長至14d、21d，聚合物水泥防水涂料的拉伸強度有較大的提高，斷裂伸長率有所下降。但養(yǎng)護14d和養(yǎng)護21d，防水涂料的的拉伸性能變化不大。董松等對比研究了三種丙烯酸乳液聚合物水泥防水涂料的拉伸性能隨著養(yǎng)護齡期變化的情況，結(jié)果顯示，三種涂料的拉伸強度均隨著養(yǎng)護齡期的增長而變大，并趨于穩(wěn)定，而斷裂伸長率則隨著養(yǎng)護齡期的增長而降低，最后趨于穩(wěn)定。但三種涂料拉伸性能趨于穩(wěn)定的齡期各不相同。

董松等的研究結(jié)果也顯示，較高溫度和相對潮濕的環(huán)境有利于涂膜拉伸性能的改善，而較低溫度和相對干燥環(huán)境下涂膜拉伸性能變差。這主要是因為防水涂料中既有水泥的水化又有聚合物高分子的脫水成膜，兩者不同的條件下各自發(fā)展并相互作用，相互牽制。干燥環(huán)境可加速水分的蒸發(fā)，有利于涂料的成膜，而潮濕環(huán)境則有利于水泥的水化。較高的溫度可以保證聚合物中高分子鏈段的自由移動，涂膜更加柔韌；溫度較低時，高分子鏈的運動受凍結(jié)，無機材料發(fā)揮著主導(dǎo)作用。賈非等研究也顯示，相對濕度為60%環(huán)境下，養(yǎng)護溫度高，涂膜的拉伸強度高，斷裂伸長率也略微增長。

2.3 干燥對涂料拉伸性能實驗結(jié)果的影響

根據(jù)GB/T 23445-209規(guī)定，聚合物水泥防水涂料涂膜在標準試驗條件下養(yǎng)護96h后，需放在40℃干燥箱中處理48h，之后放在干燥器中冷卻至室溫。在這個過程中，一方面高溫干燥的環(huán)境可加速涂膜中水分的蒸發(fā)，同時利于聚合物中高分子鏈段自由移動，使聚合物乳液進一步成膜，涂膜的拉伸性能得到改善；另一方面，隨著涂膜中含水量的減少，水分充當增塑劑的影響減小，涂膜的拉伸強度增大，斷裂伸長率減小。在干燥早期，涂膜中含水量較多時，高溫環(huán)境也可能促進水泥的水化，從而影響涂膜的拉伸性能。

干燥過程中，除了溫度、時間對涂膜干燥效果有重要影響外，干燥箱中的相對濕度對涂膜的干燥效果亦有重要影響。筆者將同一涂膜經(jīng)標準試驗條件下養(yǎng)護96h后，分別放在溫度為40℃、相對濕度30%和溫度為40℃、相對濕度為60%的恒溫恒濕箱中干燥處理48h。之后在干燥器中冷卻，測試二者的拉伸性能。結(jié)果顯示，相對濕度為30%干燥處理的試件的拉伸強度比相對濕度為60%干燥處理的試件的拉伸強度高0.2MPa，其拉伸強度分別為1.83MPa、1.63MPa；同時斷裂伸長率有所降低。這主要是因為，涂膜在40℃、相對濕度為60%下干燥結(jié)束后，仍有含有較多的水分，這些水分充當增塑劑，使得涂膜的拉伸強度降低，斷裂伸長率增大。筆者將溫度為40℃、相對濕度為60%的恒溫恒濕箱中干燥處理48h下的涂膜試件，分別在干燥器中冷卻0.5h，8h,24h，之后測試涂膜的拉伸性能。結(jié)果顯示，隨之在干燥器中冷卻時間的延長，涂膜的拉伸性能逐漸增大，斷裂伸長率逐漸降低。這也印證了溫度為40℃、相對濕度為60%環(huán)境下，涂膜未完全干燥，仍存有較多的水分。因此，除了需要關(guān)注干燥過程中的溫度，時間，也需關(guān)注干燥箱中的相對濕度，特別是高溫多雨的南方夏季。筆者測試過，在南方下雨的夏季，放在室溫環(huán)境下，40℃下的鼓風(fēng)干燥箱中的相對濕度為56%，遠高于晴朗的天氣。

2.4 測試環(huán)境對涂料拉伸性能實驗結(jié)果的影響

在聚合物水泥防水涂料涂膜中，聚合物構(gòu)成了連續(xù)相，未水化的水泥以及部位水泥水化的產(chǎn)物分散其中。由于聚合物本身含有親水集團，同時聚合物乳化過程中需要加入大量的親水性強的乳化劑。因此，聚合物水泥防水涂膜對溫度、濕度相對敏感。測試過程中的環(huán)境溫濕度對涂膜的拉伸性能有重要影響。隨著溫度及相對濕度的提高，同一樣品的拉伸強度降低、斷裂伸長率增大。

3 結(jié)論

聚合物水泥防水涂料主要是由聚合物乳液和水泥組成的雙組分水性防水涂料，其成膜過程復(fù)雜，其中水泥的水化和聚合物高分子的脫水成膜，在不同的條件下各自發(fā)展并相互作用，相互牽制，影響因素眾多。在測試其拉伸性能過程中，需嚴格按照GB/T 23445-2009的規(guī)定，注重涂膜的制備、養(yǎng)護、干燥、測試環(huán)境的各個細節(jié)，才能獲得真實、相對一致的檢測結(jié)果。