復(fù)配乳液聚合物水泥防水涂料防護效果研究

呂格云,付彎彎,盧雨婷,周 薇,劉杰勝,彭 浩,徐 閆

(武漢輕工大學(xué) 土木工程與建筑學(xué)院,湖北 武漢 430023)

近三十年來隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展,中國建筑業(yè)也快速發(fā)展起來。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,社會城鎮(zhèn)化不斷發(fā)展,人們對居住環(huán)境的要求也越來越高[1]。其中建筑防水工程的質(zhì)量問題作為建筑業(yè)的突出問題得到大家的廣泛關(guān)注[2]。建筑防水材料在建筑物中起到防潮、防滲漏、保護建筑物及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)不受水侵蝕的作用[3],按照防水材料自身特點的不同,可以將其劃分為兩大類,分別為剛性防水材料、柔性防水材料[4]。剛性防水材料是指以無機非金屬材料為主要原料,添加少量外加劑、高分子聚合物等制備而成的防水材料[5],具體類型包含混凝土類、砂漿類等[6]。柔性防水材料主要指瀝青、油氈等有機材料,可按照產(chǎn)品的形狀將其分為防水卷材和防水涂料兩類,其中,防水涂料呈無定形形態(tài)[7],可以在形狀復(fù)雜、節(jié)點多、中小面積上施工,無接縫[8],性能優(yōu)異且施工工藝相對簡單[9],材料運輸方便而被廣泛運用于建筑防水工程。隨著建筑行業(yè)對防水工程質(zhì)量的要求越來越高,對防水材料的性能也提出了更高的要求。防水材料不僅需要有較高的強度和出色的防水能力,同時也必須有良好的柔韌性和耐久性。在眾多防水材料中,聚合物水泥防水涂料作為一種施工方便,防水效果佳的防水材料應(yīng)用前景廣闊。聚合物水泥由合成高分子聚合物乳液(如聚丙烯酸酯、聚醋酸乙烯酯、丁苯橡膠乳液等)及各種添加劑優(yōu)化組合而成的液料和配套的粉料(由特種水泥、石英粉及各種添加劑組成)復(fù)合而成的雙組分防水涂料[10],其既有聚合物涂膜提供的優(yōu)良韌性,又有水泥等無機物填料提供的高強度、耐水性好等優(yōu)點。在其各個組分中,聚合物乳液的種類、性能和用量對防水涂料的性能有著關(guān)鍵影響,因此選擇適當(dāng)?shù)木酆衔锶橐侯愋?合理設(shè)計聚合物水泥防水涂料的原料配比,對聚合物水泥防水涂料的性能影響至關(guān)重要[11]。

制備聚合物水泥防水涂料的聚合物種類很多,常用的有乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、丙烯酸酯共聚物、氯丁膠乳、丁苯膠乳、水性環(huán)氧和橡膠瀝青等[12]。A. Almusallam等人[13]用有無涂層混凝土試塊的吸水率、Cl-透過率和Cl-擴散率評價了環(huán)氧樹脂涂料、聚氨酯涂料、丙烯酸涂料、聚合物乳液涂料、氯化橡膠涂料五類混凝土表面涂層對混凝土耐久性的影響,結(jié)果表明涂層對混凝土試塊的耐久性均有提高。Ollitrault[14]提出聚合物高分子鏈段中含有可水解的基團,這些基團在水泥水化的堿性環(huán)境中更容易水解,水解產(chǎn)物與體系內(nèi)的陽離子產(chǎn)生絡(luò)合作用形成鍵能更強的配位鍵,使得聚合物與水泥水化產(chǎn)物堆砌成為結(jié)構(gòu)更緊密的膜層。李應(yīng)權(quán)[12]等人選用丙烯酸酯共聚物提高聚合物與水泥間的化學(xué)鍵合,大大提高了聚合物-水泥體系的耐水性和耐候性。他們認為丙烯酸酯共聚物具有較好的彈性,其結(jié)構(gòu)中存在著—COOR基團,能與水泥水化產(chǎn)物Ca2+發(fā)生作用,從而顯著提高材料的強度和耐水性。曲秀芳[15]等人應(yīng)用氯丁膠乳對瀝青進行改性,使具有常溫脆裂、高溫流淌的瀝青產(chǎn)品彈性大大提高。這種陽離子水乳化瀝青能與水泥或灰塵產(chǎn)生“陰陽相吸”的效果,從而堵塞了雨水入侵的通道,能確保鋼筋不會因水泥透水而銹蝕。

以前人研究作為依據(jù),本課題組采用復(fù)配乳液制備聚合物水泥防水涂料,通過將耐熱性、低溫柔性、成膜性能好、有較強的黏合能力的氯丁膠乳與具有良好機械強度、光澤度的丙烯酸酯乳液復(fù)配,實現(xiàn)兩種乳液優(yōu)勢結(jié)合,增強涂層的柔韌性,改善涂料的耐久性。以解決市面上所售的單一乳液聚合物水泥防水涂料在應(yīng)用過程中存在柔韌性、耐水性、耐熱耐寒性能差、綜合性能不佳等問題。在優(yōu)化涂料配比方面,本課題組制備了不同聚灰比、乳液復(fù)配比例、偶聯(lián)劑、消泡劑摻量的聚合物水泥防水涂料,探討了聚灰比、乳液復(fù)配比例、偶聯(lián)劑、消泡劑摻量對聚合物水泥防水涂料的拉伸性能、耐水性、鉛筆硬度、附著力、接觸角等的影響,表征了不同聚灰比、不同乳液復(fù)配比例制得涂料的掃描電鏡及乳液復(fù)配制得涂料的紅外光譜,結(jié)果顯示當(dāng)聚灰比為0.6,氯丁膠乳/丙烯酸酯乳液為90/10,偶聯(lián)劑摻量和消泡劑摻量分別為1.5%、0.3%時,制得涂層的性能最優(yōu),抗拉強度可達2.31MPa,斷裂伸長率達86%,7天吸水率僅為8.86%。

現(xiàn)本文采用前期研究中性能最佳四種不同配方涂層運用于水泥砂漿試塊上,研究涂層對水泥試塊在抗氯鹽侵蝕、抗硫酸鹽侵蝕、抗凍融、抗自然環(huán)境侵蝕試驗中的防護效果,探討有無涂層試塊的性能差異以及乳液復(fù)配、偶聯(lián)劑、消泡劑對涂層防護效果的影響,并對涂層的涂覆方式進行對比選優(yōu)。

一、材料與方法

(一)原材料

實驗所用的主要原材料如下表1所示。

表1 實驗原材料

(二)復(fù)配乳液聚合物水泥防水涂料的制備方法

復(fù)配乳液聚合物水泥防水涂料的制備工藝如圖1所示。

圖1 聚合物水泥防水涂料的制備工藝

(1)按配方稱取所需量水泥和河砂并攪拌均勻得到粉料。

(2)按配方量取所需量丙烯酸酯乳液和氯丁膠乳,使用電動攪拌器300r/min,攪拌1min得到復(fù)配乳液。

(3)將偶聯(lián)劑、消泡劑分步加入復(fù)配乳液中,每加入一次外加劑后使用電動攪拌器300r/min,攪拌1min,完成后得到液料。

(4)使用電動攪拌器500r/min,攪拌5min,將粉料與液料混合。靜置5min,得到復(fù)配乳液聚合物水泥防水涂料。

(三)水泥砂漿試塊的制備

本實驗所用水泥砂漿試塊為按照《砌體結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》(GB50203-2011)制備而成的,為邊長70.7mm的立方體。水泥砂漿試塊的水膠比為0.4,膠砂比為2∶1,具體配方如下表2所示,所有試塊在制備完成24h后脫模并置于養(yǎng)護箱中養(yǎng)護28天,以備后續(xù)使用。

表2 水泥砂漿試塊配比

(四)配合比設(shè)計

規(guī)定將無涂層試塊編號為KB,涂覆配方一、二、三、四涂層的水泥砂漿試塊分別被編號為TC1、TC2、TC3、TC4。涂層配合比詳情如表3所示。

表3 涂層配合比設(shè)計

(五)實驗方法

1.氯鹽侵蝕實驗

本實驗采用浸泡法測試涂層對水泥砂漿試塊的抗氯鹽侵蝕能力的影響,所用水泥砂漿試塊為養(yǎng)護箱中養(yǎng)護齡期達28天的試塊。首先,用環(huán)氧樹脂密封膠密封水泥砂漿試塊的五個面,然后放置在室溫下干燥兩天。其次,在試塊無密封膠的一面涂覆聚合物水泥防水涂料,分兩次涂覆,兩次涂覆時間間隔為12小時,之后在室溫下放置7天。然后,測試涂層水泥砂漿試塊的初始質(zhì)量,后將試塊浸泡在質(zhì)量百分比為5%的氯化鈉溶液中。達到測試周期后,取出試塊,在實驗室的室溫下風(fēng)干試塊使其達到恒重。最終,用精度為0.01g的電子天平對每個試塊進行稱重,而后對試塊進行抗壓強度測試。

2.硫酸鹽侵蝕實驗

本實驗采用浸泡法測試涂層對水泥砂漿試塊的抗硫酸鹽侵蝕能力的影響,所用的浸泡溶液為質(zhì)量百分比是5%的硫酸鈉溶液,具體操作流程和測試與氯鹽浸泡測試實驗的流程一致。

3.凍融循環(huán)實驗

本實驗的前期試樣制備操作流程與氯鹽浸泡測試實驗的流程一致。實驗過程按照規(guī)范JGJ/T70-2009《建筑砂漿基本性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》要求進行,試驗前兩天檢查并記錄凍融試件和對照組試件原始狀況,而后放入水中浸泡,兩天后將凍融試件取出并用毛巾擦干其表面水分,對其進行稱重。凍融試件放入全自動快速凍融儀進行測試,對照組試件放回至標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護室,繼續(xù)養(yǎng)護,在凍融循環(huán)完成后,同時對照組與凍融試驗組進行抗壓試驗。凍融循環(huán)次數(shù)分為50次和100次兩組循環(huán)。

實驗結(jié)束后分別按照下列公式(1)、(2)計算水泥砂漿試塊質(zhì)量損失率和強度損失率:

試件凍融循環(huán)后試件整體的質(zhì)量損失率:

(1)

式中Δmm∶n次凍融循環(huán)后試件整體的質(zhì)量損失率,取3塊試件的平均值計算(%);

m0:凍融循環(huán)試驗前試件整體的質(zhì)量(g);

mn:n次凍融循環(huán)后試件整體的質(zhì)量(g)。

試件凍融循環(huán)后的水泥砂漿試塊的強度損失率:

(2)

式中Δfm∶n次凍融循環(huán)后試件整體的強度損失率(%);

fm1:對比試件整體的抗壓強度平均值(MPa);

fm2:n次凍融循環(huán)后的3塊試件的抗壓強度平均值(MPa)。

4.室外自然環(huán)境侵蝕實驗

實驗前,對養(yǎng)護完成的涂層水泥砂漿試塊和無涂層水泥砂漿試塊進行外觀觀察和質(zhì)量稱重,然后將兩組試塊同時置于室外自然環(huán)境條件下放置,達到規(guī)定的實驗周期后,再次稱量試塊的質(zhì)量并測試塊抗壓強度。

二、 結(jié)果與討論

(一)抗氯鹽侵蝕性能

1.水泥砂漿試塊質(zhì)量變化

對有無涂層水泥砂漿試塊進行氯鹽浸泡處理,浸泡周期分別為60天、120天、180天,各浸泡周期結(jié)束后計算得試塊質(zhì)量損失率如下表4所示。由表4可知,隨著浸泡時間的增長,水泥砂漿試塊的質(zhì)量均減小,但涂層試塊的質(zhì)量損失率明顯小于無涂層試塊。對于無涂層試塊,隨著浸泡時間的延長,氯離子滲入水泥砂漿試塊的深度加深,對試塊的侵蝕逐漸嚴(yán)重,導(dǎo)致試塊質(zhì)量損失,在經(jīng)氯鹽溶液浸泡180天后,試塊的質(zhì)量損失率達0.77%。

表4 不同浸泡周期的有無涂層試塊質(zhì)量損失率

而對于涂層試塊,涂層對氯離子的滲入有一定的防護作用,初始浸泡時,涂層致密的膜結(jié)構(gòu)可以抵抗大部分氯離子的滲透,長期浸泡后,涂層結(jié)構(gòu)逐漸被腐蝕破壞,抗氯離子滲透的效果減弱,導(dǎo)致涂層試塊后期的質(zhì)量損失率逐漸增大,但涂層的防護作用仍然存在,對氯離子的侵入有一定的阻隔作用,使得涂層試塊在經(jīng)氯鹽溶液浸泡后的質(zhì)量損失率始終小于無涂層試塊的質(zhì)量損失率。在各配方涂層試塊中,隨著乳液復(fù)配的應(yīng)用及配方優(yōu)化,涂層的內(nèi)部更加密實,致密度提高,從而使得氯鹽浸泡后,配方TC4涂層試塊的質(zhì)量損失率最小,180天浸泡后其質(zhì)量損失率僅為0.42%,相較無涂層試塊時0.77%的質(zhì)量損失率,水泥砂漿試塊的質(zhì)量損失率下降了45%,即配方TC4涂層有最優(yōu)的阻隔氯離子滲透的效果。

2.水泥砂漿試塊抗壓強度變化

有無涂層試塊初始浸泡如下圖2所示,經(jīng)過180天氯鹽浸泡試驗,有無涂層試塊外觀如下圖3所示。由下圖對比可以看出,無涂層試塊表面受到侵蝕,試塊局部有剝落現(xiàn)象存在,而涂層試塊的表面涂層沒有破損現(xiàn)象,浸泡結(jié)束后涂層表面有氯鹽晶體殘留。有無涂層試塊抗壓強度變化如下表5所示,由表可知,早期氯鹽浸泡時,試塊的抗壓強度增大,這是因為氯離子浸入砂漿試件,氯離子能與水泥水化產(chǎn)生的水化鋁酸鈣反應(yīng)生成具有一定膨脹性的氯鋁酸鈣,可填充砂漿內(nèi)部孔隙,試塊致密性提高。但長期氯鹽浸泡后,大量氯鋁酸鈣的生成使得試塊內(nèi)部開始出現(xiàn)膨脹裂縫,導(dǎo)致試塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞,抗壓強度下降。而在涂層的保護下,試塊氯離子滲透量減少,試塊被侵蝕的程度降低,使得試塊的抗壓強度損失率也相對較小,四種配方涂層中,由于配方TC4涂層內(nèi)部結(jié)構(gòu)最致密,使得其抗氯離子滲透的效果也最佳,涂層水泥砂漿試塊在180天浸泡后涂層試塊的抗壓強度仍能達到26.20MPa,試塊強度損失率僅為9.45%。

圖2 試塊初始浸泡

圖3 試塊浸泡180天后

表5 不同氯鹽浸泡周期的有無涂層試塊強度變化

(二)抗硫酸鹽侵蝕性能

1.水泥砂漿試塊質(zhì)量變化

對有無涂層試塊進行硫酸鹽溶液浸泡試驗,浸泡周期分別為60天、120天、180天,測得試塊在不同浸泡周期結(jié)束后計算各浸泡周期試塊的質(zhì)量損失率如下表6所示。對于無涂層試塊,硫酸根離子易于從試塊的微孔隙中滲入試塊內(nèi)部,在試塊浸泡前期,硫酸根離子浸入后可與未水化的水泥顆?；蛩嗟乃a(chǎn)物反應(yīng),生成石膏和鈣礬石,填充與水泥砂漿試塊的內(nèi)部孔隙,從而導(dǎo)致試塊的質(zhì)量增加,與硫酸鹽浸泡60天后有無涂層試塊的質(zhì)量損失率均為負數(shù)的計算結(jié)果相符。試塊在硫酸溶液中的浸泡時間過長時,屬于膨脹性腐蝕物質(zhì)的石膏和鈣礬石的大量存在會導(dǎo)致水泥砂漿試塊的內(nèi)部裂縫萌生并持續(xù)擴展[16],水泥砂漿脫落損壞,從而質(zhì)量減小。

表6 不同硫酸鹽浸泡周期的有無涂層試塊質(zhì)量損失率

在進行硫酸鹽浸泡初期,對于涂層試塊,涂層的致密膜結(jié)構(gòu)可以有效防止硫酸根離子的滲入,保護試塊免受硫酸根離子的侵蝕,但由于涂層體系內(nèi)部也含有水泥及水泥水化產(chǎn)物,溶液中部分硫酸根離子將會與涂層體系的水泥水化產(chǎn)物Ca(OH)2及未水化水泥顆粒反應(yīng)生成少量的鈣礬石和石膏,相應(yīng)地會使試塊質(zhì)量小幅度增大。而四種配方涂層中,從配方TC1到配方TC4,涂層內(nèi)部密實度逐漸增大,導(dǎo)致前期涂層的質(zhì)量損失也呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢。當(dāng)長期將試塊浸泡于硫酸鹽溶液中時,涂層膜結(jié)構(gòu)將會被生成的膨脹性鈣礬石、石膏破壞,導(dǎo)致涂層的防護效果受損,硫酸根離子滲入水泥砂漿試塊內(nèi)部,涂層試塊將產(chǎn)生和無涂層試塊相似的損耗,但對于致密度高的配方涂層,其擁有較好的抗硫酸根離子滲透的效果,從而在硫酸鹽浸泡侵蝕180d后仍能保持較低的質(zhì)量損失,配方TC1到配方TC4涂層試塊的質(zhì)量損失率分別為1.16%、1.05%、0.93%、0.72%。

2.水泥砂漿試塊抗壓強度變化

在經(jīng)過不同硫酸鹽浸泡周期后,水泥砂漿試塊外觀如下圖4所示。由圖可得,經(jīng)過硫酸鹽浸泡,無涂層試塊表面出現(xiàn)明顯的結(jié)晶現(xiàn)象,涂層試塊在長期硫酸鹽浸泡后表面也存在大量的結(jié)晶。對不同浸泡周期的試塊進行抗壓強度測試,結(jié)果如下表7所示。由表可知,在經(jīng)歷短期硫酸鹽浸泡后,試塊抗壓強度均增大,即在60天試驗后,試塊抗壓強度都有不同程度的增大,計算得抗壓強度損失率為負。這是因為硫酸離子浸入水泥砂漿試塊,與水泥水化產(chǎn)物反應(yīng)生成石膏和鈣礬石,填充試塊內(nèi)部孔隙,水泥砂漿試塊密實度提高,使得試塊的抗壓強度提高。隨著浸泡時間延長,水泥砂漿試塊內(nèi)部產(chǎn)生的有害物質(zhì)速度增大和數(shù)量增多,使得試塊體積膨脹,內(nèi)部產(chǎn)生裂縫,從而導(dǎo)致試塊強度降低,而涂層水泥砂漿試塊在涂層的防護作用下,有害離子侵蝕效率低,涂層試塊的抗壓強度損失率相應(yīng)較小,配方TC1到TC4涂層試塊在180天硫酸鹽侵蝕試驗后,抗壓強度損失率分別為16.71%、14.63%、12.38%、10.48%,遠小于無涂層試塊23.62%的抗壓強度損失率。

(a)試塊初始硫酸鹽浸泡

表7 不同硫酸鹽浸泡周期的有無涂層試塊強度變化

(三)抗凍融性能

1.水泥砂漿試塊質(zhì)量變化

凍融循環(huán)試驗結(jié)束后,各配方涂層涂覆水泥砂漿試塊在不同凍融循環(huán)次數(shù)的質(zhì)量損失率如下圖5所示。由圖可知,涂層試塊的質(zhì)量損失率明顯小于無涂層試塊,各配方涂層對試塊的凍融循環(huán)質(zhì)量損失率影響差別不大。在凍融循環(huán)50次后,無涂層試塊的質(zhì)量損失率達0.93%,各配方涂層試塊的質(zhì)量損失率中最小的為0.66%,涂層試塊和無涂層試塊的質(zhì)量損失率相差較小。而在經(jīng)過100次凍融循環(huán)后,試塊的質(zhì)量損失率顯著增大,無涂層試塊的質(zhì)量損失率高達2.28%,各配方涂層試塊的質(zhì)量損失率分別為1.47%、1.43%、1.35%、1.22%,無涂層試塊的質(zhì)量損失率明顯高于各配方涂層試塊的質(zhì)量損失率。原因在于在凍融循環(huán)過程中,聚合物水泥防水涂料形成的涂層相當(dāng)于給水泥砂漿試塊加了一層防護膜,有效阻止試塊對水的毛細吸收作用,減少毛細孔水凍融循環(huán)變化對試塊的影響,從而提高水泥砂漿試塊的抗凍性能,有效降低試塊的質(zhì)量損失率。

圖5 各配方涂層涂覆后試塊質(zhì)量損失率

2.水泥砂漿試塊抗壓強度變化

有無涂層的水泥砂漿試塊在經(jīng)歷50、100次凍融循環(huán)后,分別如下圖6、7所示。由圖6可以看出,50次凍融循環(huán)后無涂層試塊邊緣開始出現(xiàn)裂縫,涂層試塊表面無明顯的破損現(xiàn)象且涂層與水泥砂漿試塊附著良好。由圖7可知,經(jīng)歷100次凍融循環(huán)后,配方TC1、配方TC2涂層表面出現(xiàn)明顯泛白現(xiàn)象,而配方TC3、配方TC4涂層表面只有局部泛白,涂層均無收縮、開裂現(xiàn)象,無涂層試塊的邊緣裂縫更加明顯,局部區(qū)域有試塊剝落現(xiàn)象發(fā)生,表明涂層確實能夠?qū)υ噳K起到了抗凍融效果,后通過對凍融試驗后各配方涂層水泥砂漿試塊的抗壓強度測試,研究不同配方涂層對水泥砂漿試塊抗凍融效果影響的差異。

圖6 凍融循環(huán)50次試塊

圖7 凍融循環(huán)100次試塊

不同凍融循環(huán)周期后,試塊的抗壓強度測試值如下表8所示。由表可知,凍融循環(huán)次數(shù)達50次時,涂層試塊的抗壓強度損失率均小于5%,而無涂層試塊的抗壓強度損失率達5.88%。當(dāng)凍融循環(huán)次數(shù)達100次時,涂層試塊的抗壓強度損失率均小于無涂層試塊,且TC4試塊的強度損失率僅為12.16%,遠小于無涂層試塊。具體原因是在凍融循環(huán)過程中,試塊內(nèi)部的毛細孔水產(chǎn)生凍融循環(huán),將導(dǎo)致試塊內(nèi)部產(chǎn)生裂紋,引起試塊強度下降,而對于涂層試塊,致密的涂層對水泥砂漿試塊起到較好防護效果,可減少因毛細孔水導(dǎo)致的砂漿內(nèi)部裂縫,從而降低水泥砂漿試塊的抗壓強度變化。同時,根據(jù)不同配方涂層水泥砂漿試塊的抗壓強度損失率對比,可知TC2試塊強度損失率明顯小于TC1試塊,說明乳液復(fù)配明顯改善了涂層的防護效果,且TC2、TC3、TC4試塊質(zhì)量損失率依次減小,表明在乳液復(fù)配后,通過添加偶聯(lián)劑、消泡劑進行涂層配方優(yōu)化可以進一步增強制得涂層對水泥砂漿試塊的防護效果。

表8 不同凍融循環(huán)周期的有無涂層試塊強度變化

(四)抗自然環(huán)境侵蝕能力

1.有無涂層試塊強度變化

將不同配方涂層試塊置于室外自然環(huán)境下(實驗時間:2021年4～7月),放置周期分別為60天、120天,研究涂層在自然環(huán)境下對水泥砂漿試塊防護效果的影響,涂層試塊和無涂層試塊在經(jīng)歷自然環(huán)境侵蝕前后外觀對比如下圖所示。由圖8、圖9可知,添加外加劑的配方TC3、配方TC4涂層在受到自然環(huán)境侵蝕后,涂層無明顯的表觀變化,而無外加劑添加的配方TC1、配方TC2涂層均存在明顯的泛白現(xiàn)象。

圖8 室外侵蝕60天試塊

圖9 室外侵蝕120天試塊

在室外自然環(huán)境下,有無涂層試塊在經(jīng)歷60天、120天后的抗壓強度測試結(jié)果如表9所示。由表可知,經(jīng)歷室外自然環(huán)境侵蝕后,各配方涂層試塊的抗壓強度明顯高于無涂層試塊,且TC1、TC2、TC3、TC4試塊的抗壓強度呈遞增趨勢。從TC2試塊的抗壓強度高于TC1試塊可知乳液復(fù)配確可增強涂層對水泥砂漿試塊的防護效果,TC3試塊的抗壓強度比TC2試塊抗壓強度高說明偶聯(lián)劑的添加增強了涂料體系內(nèi)聚合物乳液與水泥、砂的粘結(jié)強度,提高了涂層致密度,從而增強了涂層對試塊的防護效果,TC4試塊的抗壓強度高于TC3試塊,表明通過添加適量的消泡劑的方式確可改善涂層性能,提高其防護效果。隨著室外放置時間的延長,試塊被侵蝕的程度加深,無涂層試塊的抗壓強度明顯降低,在120天室外環(huán)境侵蝕后,無涂層試塊的抗壓強度僅為23.27MPa,而涂層試塊的抗壓強度損失則相對較小,配方TC4涂層試塊的抗壓強度仍可保持為29.80MPa,表明配方TC4涂層有明顯的抵抗自然環(huán)境侵蝕的效果,可以有效保護水泥砂漿試塊,使其維持較高的抗壓強度。因此,后續(xù)研究涂覆方式對涂層試塊性能的影響時采用配方TC4涂料。

2.不同涂覆方式試塊強度變化

本測試采用四種涂覆方法將配方TC4涂料涂覆于水泥砂漿試塊上,涂法分別為沿同一方向分兩次涂覆,十字交叉涂兩次,沿同一方向分三次涂覆,十字交叉涂三次,保持最終涂覆結(jié)束后的涂層厚度為(1.5～1.7)mm,將四種涂法涂覆后的試塊分別記為TX2,JX2,TX3,JX3,研究不同涂覆方法對自然環(huán)境侵蝕下涂層防護效果的影響(實驗時間:2021年5～10月)。防護效果的具體評價指標(biāo)為水泥砂漿的抗壓強度變化,測試周期分別為60天、120天、180天。水泥砂漿試塊涂覆完成如下圖10所示,室外自然環(huán)境放置如圖11所示,四種不同涂法試塊在室外自然侵蝕60天后如圖12所示。

圖10 自制水泥砂漿試樣

圖11 試塊室外自然環(huán)境放置

圖12 水泥砂漿試塊自然環(huán)境侵蝕60d后

由圖12可知,在室外自然環(huán)境侵蝕60天后,四種涂法涂覆的涂層面均無明顯的破損和開裂現(xiàn)象,涂層保持良好的完整性。對經(jīng)歷不同室外環(huán)境侵蝕周期的有無涂層試塊進行抗壓強度測試,測試結(jié)果如表10所示。由表可知,當(dāng)涂層厚度一致時,在各室外環(huán)境侵蝕周期結(jié)束后,涂層水泥砂漿試塊的抗壓強度由大到小分別是JX3、JX2、TX3、TX3,所有涂層試塊的抗壓強度值均大于無涂層試塊。造成這樣結(jié)果的原因是在涂覆涂料時采用刮涂手法,使氣泡從漿料內(nèi)部向涂料表面遷移并破滅[17],從而達到消泡目的,而三次刮涂制得涂料比兩次刮涂消泡效率更高,相對含氣量更小,使得涂層內(nèi)部結(jié)構(gòu)更致密,對試塊的防護效果更優(yōu)。同時,在涂覆過程中,交叉涂覆能夠使涂層厚度分布更均勻,從而導(dǎo)致涂層的防護效率更高,因此,最終JX3涂覆方法制得涂層水泥砂漿試塊在自然環(huán)境侵蝕后的抗壓強度最大,即十字交叉涂三次的涂覆方法制得涂層應(yīng)用效果更高。

表10 不同室外自然侵蝕周期的不同涂法試塊強度

三、結(jié)論

針對當(dāng)前單一聚合物乳液制得聚合物水泥防水涂料存在的易開裂、柔韌性、耐久性不佳的問題,本文通過以氯丁膠乳與丙烯酸酯乳液作為復(fù)配乳液,開展了基于乳液復(fù)配的聚合物水泥防水涂料對水泥砂漿試塊防護性能研究工作,探究了聚合物水泥防水涂料對水泥砂漿試塊的抗氯鹽侵蝕、抗硫酸鹽侵蝕、抗凍融循環(huán)和抗室外自然環(huán)境侵蝕性能的影響;探究了聚合物水泥防水涂料的涂覆方式對涂層水泥砂漿試塊防護效果的影響,最終得出如下結(jié)論:

(1)在氯鹽溶液、硫酸鹽溶液中浸泡60天、120天、180天后,四種配方涂料涂覆的水泥砂漿試塊均沒有出現(xiàn)涂層開裂、起鼓和剝落現(xiàn)象,涂層與水泥砂漿試塊的整體性較好,涂層能夠有效提高水泥砂漿抗氯離子滲透的效果,四種涂層的防護效果分別是TC4> TC3> TC2> TC1。

(2)在經(jīng)歷凍融循環(huán)50次、100次后,與無涂層水泥砂漿試塊相比,涂層水泥砂漿試塊質(zhì)量損失率、抗壓強度損失率均較小,100次凍融循環(huán)后,涂層試塊的抗壓強度損失率最小僅為12.16%。

(3)在經(jīng)歷室外自然環(huán)境侵蝕60天、120天后,四種配方涂料涂覆的水泥砂漿試塊均無涂層開裂、破損、破損現(xiàn)象,TC4試塊在室外自然環(huán)境侵蝕120天后抗壓強度最大為29.80MPa。

(4)在涂料涂覆的過程中,固定涂層厚度,分三次涂覆制得涂層比兩次涂覆涂層厚度更均勻,交叉涂覆涂料的方法制得涂層應(yīng)用效果更佳,制得涂層在室外自然環(huán)境對水泥砂漿試塊的防護效果更優(yōu)。

本文探究了涂料對水泥砂漿試塊的防護效果,但未從微觀機理的角度深入分析研究不同配方涂料對水泥砂漿的防護效果的差異;未對自制涂料與現(xiàn)常用的其他類型防水涂料,如環(huán)氧樹脂涂料、丙烯酸酯涂料進行性能對比,仍有需要完善之處。