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自2002年聚合物水泥基防水涂料行業標準正式實施后，這類簡稱JS的水性環保防水材料在過去的十年中被廣泛用于住宅建筑的各個防水部位，發展極為迅速。而該行業標準也根據市場需求在2009年進行了更新-即新版的GB/T 23445-2009，在已有的I，II型基礎上添加了III型產品的技術要求，起到了規范市場的作用。JS類防水涂料結合了無機材料-水泥，以及有機材料-聚合物乳液二者的優勢，造就了其剛柔并濟的產品特點，素有“彈性水泥”之稱，很好地解決了單用有機聚合物與基材粘結力不足和耐久性差，而水泥砂漿硬化后脆化易開裂的問題，特別適合有明顯收縮的墻地面和拐角節點處的防水處理。受限于現有乳膠粉的柔韌性和耐水性，市場上幾乎沒有柔性干粉類防水產品，而主要是由乳液和粉料組成的雙組份類產品;而單組份類干粉產品具有冬季低溫運輸方便，產品質量較易控制和使用方便等優勢，屬于國家推廣的節能環保類產品。本文以巴斯夫新開發的高柔性丙烯酸膠粉Acronal®P 5033在單組份水泥基防水涂料中的應用進行了相關測試和研究。
1試驗部分
1.1測試用原材料
采用42.5等級的海螺牌普通硅酸鹽水泥。聚合物乳膠粉選用巴斯夫的苯丙共聚乳膠粉Acronal®P 5033為主要測試對象，同時采用柔性醋酸乙烯-乙烯共聚乳膠粉做對比。玻璃化溫度是衡量聚合物柔性的關鍵參數，這兩種聚合物具有相同-15 ℃的玻璃化溫度，最低成膜溫度均小于0 ℃。配方用到的助劑包括：高效分散減水劑 –利于水泥等無機材料均勻分散，容易攪拌;消泡劑–消除攪拌過程中帶來的氣泡避免有害孔洞形成;流變助劑–保證涂料的均勻度和可涂刷性，避免泌水離析。
1.2測試配方
測試配方詳見下表，加水量根據使用的聚合物類型和添加量不同而異(膠粉添加量越多需水量越高，以利膠粉充分分散成膜)，以達到近似施工性為準。延伸率，拉伸強度和粘結強度測試方法參照GB23445-2009進行。
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原材料 |
添加量，% |
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42.5普通硅酸鹽水泥 |
15.0 –45.0 |
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石英砂，70-200目 |
配平至100.0 |
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重鈣粉，325目 |
5.0 |
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粉末消泡劑 |
0.2 |
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高效減水劑 Melflux 2651F |
0.1 |
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流變助劑Starvis 3003F |
根據施工性調節0.0 - 0.1 |
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可再分散乳膠粉 |
10.0 –30.0 |
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干粉共計100.0%，加水量20.0 - 30.0 % |
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表格
2試驗結果及分析
2.1施工性
從施工性角度來觀察，Acronal®P 5033配制的單組份防水涂料可以在用水量較低的情況下有很好的涂刷性，其配方加水量一般在20 %到25 %之間，膠粉添加量越多需水量越高。Acronal®P 5033添加量30 %時需水量為25 %，而VAE膠粉在30 %添加量時加水量提高到30 %才具有可施工性。
2.2延伸率和拉伸強度
在固定30 %水泥用量的前提下，對Acronal®P 5033不同添加量時(10 – 30 %)的防水涂膜按GB23445-2009檢測其性能。從圖1結果可看出，隨著膠粉添加量提高涂膜的延伸率呈線性增長，添加量25 %時防水涂膜達到37 %延伸率，完全滿足JS-III型的30 %延伸率要求;而所有涂膜測試的拉伸強度均在2.2 MPa以上，完全滿足標準1.8 MPa的需求。因而25 %的Acronal®P 5033添量是達到JS-III標準的合適添加量，并有一定的富余空間;而相同玻璃化溫度的VAE乳膠粉在30 %添加量時只有15 %的延伸率。對涂膜進行的耐水測試則表明，其延伸率會稍有下降而拉伸強度略有升高，主要是浸水后水泥繼續水化造成的。
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圖1 膠粉添加量對延伸率和拉伸強度影響
2.3橋接裂縫性能
混凝土收縮等因素造成的裂縫不可避免，在有保護層時允許其裂縫寬度放寬至0.4 mm，屬于無害裂縫，而防水材料是否可以抵御混凝土后期開裂小于等于0.4 mm的裂縫是防水材料持久性的關鍵所在，也就是我們說的橋接裂縫能力，其原理可詳見圖2上半部描述。墻體后期開裂造成的防水失效并不少見，尤其以剛性防水為主，漏水點也多處于基材發生開裂之處。這一性能測試在目前國標中并未體現，而它是國外防水常用檢測項目之一。本試驗參考歐洲濕屋墻地面防水技術要求ETAG 022 Part1進行靜態橋接裂縫測試，試驗裝置見圖2下半部，試驗基材為加入鋼絲或纖維的砂漿塊，養護后在其一面分兩次涂覆防水層，干膜總厚度約為1.5 – 2.0 mm;養護至齡期后，通過推進下方螺栓直到試塊有可見開裂紋，再以0.02 mm/min 速度使裂紋打開變成0.4 mm的裂縫，保持裂縫寬度24小時后觀察防水涂層是否斷裂或有破損孔洞。
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圖2橋接裂縫示意圖及測試夾具
剛性防水材料不具備柔韌性，因而一定會隨著基材的開裂而開裂，造成防水失效，如圖3中10 – 15 %較低膠粉添量時，涂料沒有足夠延展性而隨基材一起開裂或出現破裂孔洞(這些孔洞在測試后幾個小時并未出現，而是在24小時后觀察到的);而高聚合物添加量的防水涂料并不代表其使用時橋接裂縫能力就更好，還與其所用聚合物的內聚力有關：Acronal®P 5033乳膠粉在水泥堿性條件下表現出特有的自交聯性，在保持優異柔性的同時也提供可靠的內聚力，圖3和圖4展示了Acronal P®5033在20 %添加量以上時均能橋接0.4 mm的裂縫，而VAE膠粉在30 %添量時也會隨基材一起開裂。后續試驗(增加裂縫寬度)表明添加25 - 30 % Acronal®P 5033的防水膜甚至可以橋接0.75 - 1.00 mm的裂縫，表面僅有涂膜延伸紋路，并未出現斷裂或孔洞。
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圖3 膠粉10 – 20 %添加量的橋接裂縫性能（上方為試塊側視圖，下方為涂膜面俯視圖）
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圖4 膠粉25 – 30 %添加量的橋接裂縫性能（上方為試塊側視圖，下方為涂膜面俯視圖）
2.4與基材粘結力
除了防水涂膜自身的延伸率和拉伸強度外，它與基材的粘結力也是重要的考量指標。不合要求的粘結強度通常會導致防水涂膜與基材的脫落，導致防水材料失效。因而JSIII型對粘結力的標準要求是1.0MPa，高于I型和II型的0.5和0.7MPa，正是考慮了柔性防水材料易脫落的問題，常見現象就是廚衛間瓷磚和防水層從墻體整體脫落，或是地下室防水層起鼓漏水等粘結失效導致的問題。本試驗在固定的25 %乳膠粉添加量下，測試不同水泥用量對防水涂膜的性能影響，從圖5和6中可以得出如下結果：過高的水泥用量對防水涂膜的延伸率有負面影響，因為水泥顆粒及其水化產物較多時會包裹聚合物顆粒從而導致聚合物成膜連續性的下降，柔性降低;而過低的水泥用量會使得防水涂膜與基材的粘結力下降，而其長期耐水性也隨之降低，這點可以從防水涂膜浸水后與基材的粘結力下降中看出(圖6)。綜合這兩項測試結果可以確定：30-35 %水泥用量較為合適，這時涂料涂膜兼具耐久性和柔韌性。
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圖5 水泥用量對延伸率和拉伸強度的影響
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圖6 水泥用量對粘結強度的影響
3結語
通過對配方中水泥和膠粉用量的平衡和調整，使用高柔性丙烯酸膠粉Acronal®P 5033配制的干粉型水泥基防水涂料表現出優異的柔韌性，同時又有較好的內聚力和與基材良好的粘結力，綜合性能遠好于同樣玻璃化溫度的醋酸乙烯-乙烯類柔性乳膠粉;此外，其自交聯性也大大提升了其橋接裂縫的能力，使得防水材料壽命更久。Acronal®P 5033可以廣泛用于柔性或半柔性類水泥基防水材料的開發，例如聚合物水泥基防水涂料III型，乳膠粉推薦用量25 %;以及將要推出的半柔性防水漿料產品，推薦膠粉用量為5 - 10 %，而配方還要根據實際應用的性能要求進行優化和調整，以達到成本和性能的平衡點。
高柔性丙烯酸膠粉在聚合物水泥防水涂料中的應用 最新評論:
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