聚合物水泥防水涂料性能影响因素研究

卢雨婷，刘杰胜，武肖雨，陈永飞，高 凡

(武汉轻工大学 土木工程与建筑学院，湖北 武汉 430040)

1 前言

聚合物水泥防水涂料是由聚合物乳液、水泥、石英砂等无机填料及一些外加剂，通过合理配比、复合而成的新型环保双组分水乳型防水涂料[1]。它兼具聚合物涂膜韧性优良和无机填料的高强度、耐水性能好的优点[2]，对施工基层要求较低，在潮湿基面上也能正常施工，且聚合物水泥防水涂料以水为载体，避免了以往溶剂型涂料的溶剂挥发造成环境污染的情况，无毒无害、绿色环保[3]。

因此，从1991年我国开始进行聚合物水泥防水涂料的研发，[4]聚合物水泥防水涂料也因其性能优异被广泛应用在厕所、屋面、隧道等防水工程中，并且随着人们对建筑防水抗渗要求的逐步提高，对高性能防水涂料的需求的增加，对聚合物水泥防水涂料的材料组成、施工方法、施工操作环境等方面的研究也更加深入。

2 聚合物水泥防水涂料的防水机理

聚合物水泥防水涂料可以分为表面成膜型和表面渗透型两大类，目前常用的聚合物水泥防水涂料为表面成膜型。

表面成膜型涂料的防水机理为：聚合物乳液和水泥混合后，水泥吸收聚合物乳液的水分，发生水化反应，聚合物乳液失水，聚合物颗粒向料浆中分散[5]，随着水泥水化及干燥失水的持续进行，混合物中水分进一步减少，聚合物颗粒在凝胶体上和孔隙中紧密堆积，形成连续的薄膜，聚合物与水泥相互贯穿，使水化产物之间及骨料相互胶接，最终形成性能良好的致密涂膜[5]。

表面渗透型涂料的防水机理是水泥砂浆内部发生相互作用，填充施工过程中无法完全消除的孔隙，引入活性基团偶联剂，其在水泥碱性条件下易水解，可以很容易与混凝土基层发生化学作用，形成网状交联结构，形成由内到外的保护层，从而发挥其防水功效。

3 聚合物水泥涂料性能的影响因素

3.1 涂料的组成成分对其性能的影响

聚合物水泥防水涂料是由聚合物乳液和水泥、各种填料和一定量的添加剂按一定配比配制，通过水泥的水化反应伴随聚合物乳液的水分挥发交联固化，形成防水涂膜，其任何一个组成部分的种类、用量都影响着涂料的性能。

3.1.1聚合物乳液选择对涂膜性能的影响

聚合物水泥防水涂料的各个组分中，对防水涂料的性能有着关键影响的是聚合物乳液的种类、性能和用量，因此选择适当的聚合物乳液类型，合理进行聚合物水泥防水涂料的配比选择，对聚合物水泥防水涂料的性能影响至关重要。目前常用于配制聚合物水泥防水涂料的聚合物乳液有丙烯酸酯乳液、乙烯-醋酸乙烯酯乳液、丁苯乳液等[6]，不同乳液配制的聚合物水泥防水涂料的性能也有很大差异。

因此，选择合适聚合物乳液的种类，是能否制备出性能优异的聚合物水泥防水涂料先决条件。陈立军等人[7]研究从乳液的单体分析应如何选用乳液，其结果表明从单体结构分析，丙烯酸酯乳液具有较好的耐水性、耐候性、柔韧性;VAE乳液分子极性相对较大，耐水性较差。从单体组成的角度分析，用丙烯酸酯类乳液比用VAE乳液制作的聚合物水泥防水涂料在耐水性、耐候性等方面更具有优势。李应权等人[8]从作用机理方面分析聚合物乳液的选择，得出改性丙烯酸酯乳液，可通过与水泥水化产物发生化学反应，形成聚合物与水泥界面的化学结合，增强界面的承载能力，从而提高其物理力学性能，使得用其作为原料的聚合物水泥防水涂料的性能更优。秦景燕等人[9]对比了氯丁胶乳、丁基胶乳、醋酸乙烯共聚乳等制成的非反应型涂料及聚丙烯酸酯乳液制得反应型涂料得到的涂膜性能，说明非反应型涂料内部有机物和无机物之间，仅仅只是惰性机械式的相互填充，使得用其作为原料制得的涂膜的粘结性、致密度和耐水性相对较差，反应型涂料成膜过程中聚合物活性基团与水泥水化产物发生了化学反应，使得涂膜更致密，强度更高，成膜快，粘结力强。

从以上研究可以看出，聚丙烯酸酯类乳液比VAE乳液、丁基胶乳等在配制聚合物水泥防水涂料时，表现出更优异的性能，且目前其也常被作为聚合物水泥防水涂料配制的首选乳液。

3.1.2聚灰比对涂膜性能的影响

聚灰比指涂料中聚合物的固含量与水泥的质量之比[10]，是影响聚合物水泥防水涂料性能的关键因素之一。马华飞[11]通过对苯丙乳液进行不同聚灰比下所制得涂料的进行拉伸性能、低温柔性和吸水率的对比试验，通过其涂膜微观结构、力学性能和耐水性方面的差异分析，得出高聚灰比下聚合物形成的连续相比低聚灰比涂料更为完整，延伸性和低温柔性都更优，但低聚灰比涂膜的耐水性更优。原因在于聚合物水泥防水涂料的耐水性主要是由水泥提供，而涂料的柔性是由聚合物乳液提供，则水泥含量高的涂料的耐水性更佳，抗拉强度更高，聚合物乳液含量多的涂料具有更佳的柔韧性，断裂伸长率更大。董峰亮等人[12]分析了选用丙烯酸酯乳液在配制涂料时，聚灰比对聚合物水泥防水涂料的拉伸性能、吸水率等的影响，得出随聚灰比的增大，聚合物水泥防水涂料的断裂延伸率逐渐增加，抗拉强度先降低后逐渐趋于平稳，吸水率逐渐身高，但高聚灰比涂料的吸水率明显高于低聚灰比的聚合物水泥防水涂料。蹇守卫等人[13]通过对比纯丙乳液、苯丙乳液、EVA乳液在不同聚灰比下的拉伸性能，得出不同乳液水泥基防水涂料的断裂延伸率随聚灰比的变化呈现类似趋势，但涂膜的拉伸强度因乳液种类的不同而可能存在差异。

3.1.3填料的种类对涂膜性能的影响

填料在聚合物水泥防水涂料中起着填充的作用[14]，不同种类的填料对其性能也有一定的影响，常用于聚合物水泥防水涂料填料的材料有石英砂、粉煤灰、滑石粉等，目前多用几种填料进行复配，优势互补，减少水泥用量，提升涂膜的整体性能同时节约成本。王宏霞等人[6]通过研究粉料组成对聚合物水泥防水涂料耐久性的影响，得出不同粉料组成对涂膜的拉伸强度和断裂伸长率有着不同的影响趋势，但尚未形成普适性的规律。张志强[15]研究了不同填料对聚合物水泥防水涂料性能的影响，结果表明粉煤灰和方解石粉可与水泥水化产物形成较好的界面结构，用粉煤灰做填料制得的涂膜的拉伸性能最大，方解石制得涂膜拉伸性能次之，拉伸性能相对较差的是滑石粉制得的涂膜。王娴[5]研究了填料对聚合物水泥防水涂料性能的影响，得出将粉煤灰、硅灰石、碳酸钙等填料同时加入水泥中，能够提高涂料的性能，填料复合化是填料发展的一大方向的结论。

3.1.4外加剂对涂膜性能的影响

虽然外加剂的添加量只占聚合物水泥防水涂料总质量的极少部分，但对聚合物防水涂料的性能有着极大的影响，不同种类外加剂对涂膜性能起着有不同的影响作用，常用的外加剂有成膜助剂、减水剂、消泡剂、分散剂等，可以根据涂料的具体使用要求添加不同种类的外加剂对涂料性能进行改进，满足使用要求。成膜助剂是一种暂时性增塑剂，可以增加涂料的粘度，但会以缓慢速度减小成膜的拉伸强度[16]。减水剂吸附于水泥颗粒表面，使水泥颗粒带电，颗粒间由于带相同电荷而相互排斥，水泥被分散，呈悬浮状态，从而释放出被水泥凝聚团中包裹的多余水[17]，是涂膜拉伸强度得到一定的提高，抗渗性提高，适用于干粉较多，不宜加入过多的水来分散的配方中[15]。在涂料成膜过程中，采用物理搅拌方法使液料、粉料混合均匀过程中会产生气泡，使得涂膜产生气孔和应力集中，导致其力学性能降低[18]，为此可添加适量消泡剂，减少涂膜中存在的气泡量，增强涂膜的力学性能[10]。

3.2 涂料的施工作业方法对性能的影响

涂料的施工作业方法包括刮涂、喷涂、刷涂，不同的操作方法对其性能也具有一定的影响，且一定厚度的涂膜，涂料的涂覆的次数对其性能也存在影响。周子夏等人[19]通过在实验室内进行3种不同成型方式的涂膜力学性能试验，得出刮涂成型制得涂膜拉伸强度、断裂伸长率最差，滚涂和刷涂由于成膜次数多，拉伸强度和断裂伸长率均高于刮涂成型制得涂膜。王宏霞等人[6]对比实验室刮涂成型方式，工程实际施工常采用的滚涂或刷涂成型制得的涂膜所含气泡量、气泡特征、分布情况等，得出成型方式对聚合物水泥防水涂料的性能影响很大[19]，其中若气泡的数量、存在形态及水的挥发速率控制得当，则可制得性能良好的聚合物水泥防水涂料。

3.3 涂料的施工作业环境对其性能的影响

涂料的施工作业环境包括涂料涂敷基材的性质及施工场所的环境。聚合物水泥防水涂料能在潮湿基材上直接施工，但对潮湿基材的含水率并无确切的规定，在实际施工中也无法进行很好的控制。若基材含水量过多，会导致涂膜与基材的粘结性能不佳，基材含水量过少，涂料覆盖后涂料中的水分水化不充分，制得涂膜的抗冲击性降低，耐水性降低。

对于施工场所的具体环境而言，文翠琴等人[20]通过对夏季、冬季室内自然养护和混凝土标准养护、水泥涂料标准养护条件下，断裂伸长率和抗拉强度的对比，可知夏季室内自然养护环境下涂膜的力学性能最佳，即高温的相对潮湿环境有利于涂膜形成良好的力学性能。严芬英等人[21]研究了施工温度、湿度对聚合物水泥防水涂料成膜性能的影响，得出为保证涂膜质量，一般施工湿度保持在50%～70%，施工温度在5～35℃为宜的结论。秦景燕等人[9]研究了施工温度、湿度调节对涂膜性能的影响，研究表明在干燥环境下，水分的蒸发加快，对涂料成膜有利，而在潮湿环境下，对水泥水化有利。较高温度可保证聚合物中高分子链段的自由移动，涂膜柔韧性更佳，而较低温度情况下，高分子链的运动受冻结，无机材料发挥主导作用[18]，硬度更大。因此，处于相对较高温度和相对潮湿环境的涂膜有较为力学的拉伸性能，而处于较低温度和相对干燥环境中的涂膜拉伸性能较差[18]。

4 结论

现阶段，聚合物水泥防水涂料由于其具有优异的防水性且无毒环保，在建筑业的应用取得良好的效果，但由于不同产品存在一定的性能差异，不同施工部位对聚合物水泥防水涂料的性能要求也大有区别，需根据工程实际需要合理选择聚合物水泥防水涂料。在施工过程中，必须按照施工标准和环境条件的各项要求进行操作，对聚合物水泥防水材料的涂膜工作进行性能影响测试，严格把控聚灰比、养护龄期及成膜厚度等多个方面，以保证涂膜的拉伸性能和使用寿命，最大限度地发挥其防水作用。