摘要：研究了不同粒徑石英砂對聚合物水泥防水涂料（JS防水涂料）性能的影響，通過對比摻加不同粒徑石英砂的JS防水涂料的粘度及其在不同環(huán)境下的粘結(jié)性能和拉伸性能，確定了石英砂在JS防水涂料中的較佳粒徑為80-120目，從而可提高JS防水涂料的綜合性能。
聚合物水泥防水涂料又稱JS復(fù)合防水涂料，是由液料和粉料組成的雙組份建筑防水涂料，液料包括聚合物乳液、水及水性助劑；粉料由水泥、重鈣、石英砂等填料及其他粉末助劑組成。聚合物水泥防水涂料分為Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型3種類型，適用于從柔性到剛性多種防水范圍，能在干燥或者潮濕的環(huán)境下進(jìn)行施工，施工簡單方便，與基材的粘結(jié)牢固，防水性能好，是近些年發(fā)展較快一種防水產(chǎn)品。
JS防水涂料的性能不僅與聚合物乳液的性能有關(guān)，而且也受粉料的影響。本文介紹了粉料中通常摻加的石英砂的粒徑對聚合物水泥防水涂料性能的影響。以便在生產(chǎn)聚合物水泥防水涂料時選擇更合理粒徑的石英砂。
1、實驗
1.1 原材料
乳液：5000N苯丙乳液；有機硅類消泡劑：LDF-01；殺菌劑：市售；水泥：冀東P·O42.5水泥；重鈣：400目，市售；石英砂：20-1000目，市售；纖維素醚（HMPC）：粘度100Pa·s；水：自來水。
1.2 主要儀器
啞鈴狀沖片機；烘箱；拉力試驗機；高速分散機。
1.3 性能測試方法
按GB/T 2344-2009《聚合物水泥防水涂料》進(jìn)行相關(guān)性能測試。粘度采用斯托默粘度計進(jìn)行測試。
1.4 實驗方案
實驗用5000N乳液屬于柔性乳液，配制Ⅱ型JS防水涂料（液粉比為1:1.7），配方中液料的摻量保持不變，粉料中只改變石英砂的目數(shù)，摻量不變，其他粉料摻量和目數(shù)均不變。測試防水涂料的粘度及不同環(huán)境下的拉伸性能和粘結(jié)性能。
5組摻加不同目數(shù)石英砂的聚合物水泥防水涂料的配方見表1。
表1 JS防水涂料的實驗配方
| 原料 | 1# | 2# | 3# | 4# | 5# | |
| 乳液5000N | 80 | 80 | 80 | 80 | 80 | |
| 水 | 19.3 | 19.3 | 19.3 | 19.3 | 19.3 | |
| 消泡劑LDF-01 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | |
| 殺菌劑 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | |
| 水泥 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | |
| 400目重鈣 | 35 | 35 | 35 | 35 | 35 | |
| HMPC | 0.05 | 0.05 | 0.05 | 0.05 | 0.05 | |
| 石英砂 | 20-40 | 35 | ||||
| 40-80 | 35 | |||||
| 80-120 | 35 | |||||
| 320 | 35 | |||||
| 1000 | 35 | |||||
注：液粉比為1:1.7。
2、實驗結(jié)果與討論
2.1 石英砂粒徑對JS防水涂料粘度的影響（見圖1）
JS防水涂料中石英砂顆粒比較粗時，比表面積小，蓄水能力低，當(dāng)乳液和水充分填滿粉料中的空隙后，游離水較多，所以粘度低；當(dāng)石英砂粒徑減小時，防水涂料的粘度也直線上升。由圖1可見，石英砂粒徑在20-40目時，粘度較低，為85.0KU；石英砂粒徑逐漸減小時，粘度也是逐漸上升的，特別是在1000目時，粘度達(dá)到了123.9KU。目數(shù)高，比表面積大，蓄水能力強，同時也需要更多的乳液和水填充粉料之間的空隙，導(dǎo)致游離水分減少。從實際應(yīng)用方面考慮，如果石英砂目數(shù)較小，施工時容易造成JS防水涂料水分過多，涂料對基材的附著力降低，并且防水涂膜顆粒感強，成膜不均勻，影響防水涂膜的整體性能；如果石英砂粒徑太小，涂料粘度大，施工時不易刮涂涂膜，并且水泥水化需要消耗部分自由水，使涂膜易干燥開裂。因此，石英砂粒徑在80-120目時粘度適宜，成膜性和施工性良好。
2.2 石英砂粒徑對防水涂料拉伸性能的影響（見圖2）
2.2.1 石英砂粒徑對無處理防水涂料拉伸性能的影響
由圖2可見，拉伸強度：3#＞2#＞5#＞4#＞1#，斷裂伸長率：4#＞2#＞3#＞1#＞5#。摻加80-120目（3#）石英砂的防水涂料的拉伸強度較大，達(dá)到了2.12MPa；斷裂伸長率雖然有所下降，但是與4#和2#對比相差不大，整體效果較佳。因為其顆粒的大小適中，聚合物充分均勻地填充在粉料中，能夠有效提高防水涂膜的彈性，同時水泥水化反應(yīng)更加充分，提高防水涂膜的硬度，所以形成的防水涂膜拉伸強度較大，同時能夠保證一定的斷裂伸長率。相比1#的顆粒較粗，顆粒易下沉，與聚合物不易混合均勻，導(dǎo)致聚合物不能均勻地填充在粉料中，也會影響水化反應(yīng)和防水涂膜的致密性，因此拉伸強度和斷裂伸長率會有所下降，而5#石英砂顆粒較細(xì)，比表面積大，聚合物不能充分填充，影響涂膜的彈性，其蓄水性強，吸收大量水分，影響水泥水化反應(yīng)，同時涂膜比較堅硬，因此拉伸強度和斷裂伸長率也會有所下降，所以石英砂的粒徑要適中。
2.2.2 石英砂粒徑對防水涂料堿處理拉伸性能的影響
按照標(biāo)準(zhǔn)要求，將防水涂膜放在堿性溶液中浸泡7d，然后測試其拉伸性能，由圖2可以看出，拉伸強度：3#＞2#＞4#＞5#＞1#，斷裂伸長率：3#＞2#＞4#＞1#＞5#，堿處理后拉伸強度比無處理拉伸強度有明顯的提高，斷裂伸長率相比于無處理的則有一定程度的下降。這是由于在堿性條件下，聚合物高分子鏈段含有的可水解基團(tuán)水解程度加大，水解后產(chǎn)生的COO-會和堿溶液中Ca2+通過配位鍵產(chǎn)生絡(luò)合作用，增加了有機膜層和無機膜層的吸附凝聚力，從而使聚合物與水泥水化產(chǎn)物形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的膜層，涂膜的硬度顯著增加。對比實驗表明，堿處理后3#試樣的拉伸強度為4.11MPa，斷裂伸長率為64.05%，為5組中較佳，所以石英砂的較佳粒徑為80-120目。
2.2.3 石英砂粒徑對防水涂料浸水處理后拉伸性能的影響
按照標(biāo)準(zhǔn)要求，將涂膜浸泡在水中養(yǎng)護(hù)7d，然后測試其拉伸性能。由圖2可見，浸水處理后拉伸強度：3#＞2#＞4#＞5#＞1#，斷裂伸長率：4#＞3#＞2#＞5#＞1#；同時拉伸強度比無處理拉伸強度有明顯的提高，斷裂伸長率相比于無處理的則有一定程度的下降。由于涂膜浸泡在水中后，可以促進(jìn)水泥的水化反應(yīng)，從而使涂膜變得致密而堅硬，導(dǎo)致涂膜的拉伸強度升高，斷裂伸長率下降。從5組實驗對比得出，浸水處理后5#的拉伸強度大于1#，由于5#摻加的石英砂目數(shù)太大，蓄水能力強，影響水泥的水化。但是浸水后，水泥水化更加充分，所以拉伸強度明顯提高，浸水對摻加石英砂目數(shù)過低的1#的拉伸強度雖有提高，但是不及5#明顯。由于1#涂膜孔隙多，浸水后涂膜彈性下降較大，因而其斷裂伸長率下降更加明顯，5#也稍有下降，3#浸水處理后拉伸性能較佳，拉伸強度和斷裂伸長率分別達(dá)到了3.74MPa和60.61%。
2.2.4 石英砂粒徑對防水涂料加熱處理后拉伸性能的影響
按照標(biāo)準(zhǔn)要求，將涂膜放入80℃烘箱中熱處理7d，然后測試其拉伸性能。從圖2可以看出，熱處理拉伸強度：3#＞2#＞4#＞1#＞5#，斷裂伸長率：4#＞3#＞2#＞1#＞5#，拉伸強度比無處理拉伸強度有明顯的提高，斷裂伸長率相比于無處理的則有一定程度的下降。在加熱條件下，乳液中的水分揮發(fā)速率加快，使高分子微粒脫水而更緊密地粘結(jié)在一起，從而增加了涂膜的致密性。水分揮發(fā)速率過快會影響水泥的水化反應(yīng)，降低拉伸強度，但是涂膜的整體拉伸強度仍然是提高的，在高溫條件下，涂膜中水分揮發(fā)速率過快，涂膜變得更加干燥堅硬，所以斷裂伸長率下降明顯。加熱處理后，1#的拉伸強度大于5#，由于1#石英砂的蓄水性差，加熱處理水分揮發(fā)大部分后，殘余的水分更多，水泥的水化反應(yīng)更完全，所以拉伸強度更大；而5#則相反，同時拉伸強度2#＞4#的結(jié)果也說明摻加粒徑過大的石英砂的防水涂料在加熱條件下拉伸強度大于摻加粒徑過小石英砂的防水涂料。3#試樣的拉伸強度較大，為3.6MPa，斷裂伸長率在加熱處理后各組的下降幅度基本相同。
綜合以上4種不同條件的處理結(jié)果得出，3#的拉伸性能較佳。
2.3 石英砂粒徑對JS防水涂料粘結(jié)強度的影響（見圖3）
2.3.1 石英砂粒徑對無處理防水涂料粘結(jié)強度的影響
從圖3可以看出，無處理防水涂料的粘結(jié)強度：4#＞2#＞3#＞1#＞5#，石英砂的粒徑不宜過大或過小，石英砂粒徑太大，粉料的總比表面積小，攪拌后的防水涂料易形成沉淀，導(dǎo)致防水涂膜粘結(jié)強度明顯降低；而如果石英砂的粒徑太小，粉料的總比表面積過大，會消耗大量的聚合物乳液，導(dǎo)致粘結(jié)強度降低。所以石英砂的粒徑要保證合理的級配才能有更佳的粘結(jié)性能。
2.3.2 石英砂粒徑對防水涂料堿處理粘結(jié)強度的影響
從圖3可以看出，堿處理后防水涂料的粘結(jié)強度：2#＞4#＞5#＞3#＞1#，在堿性條件下，聚合物高分子鏈段含有的可水解基團(tuán)水解程度加大，水解后產(chǎn)生的COO-會和堿溶液中Ca2+通過配位鍵產(chǎn)生絡(luò)合作用，在絡(luò)合作用下，增加了有機膜層和無機膜層的吸附凝聚力，使聚合物與水泥水化產(chǎn)物形成更為緊密的膜層，因此涂膜的粘附力大幅增強，如2#、4#和5#粘結(jié)強度比無處理時大。另一方面，浸堿處理后也會導(dǎo)致涂膜硬度明顯上升，質(zhì)地變脆，附著力降低，故3#和1#的粘結(jié)強度比無處理時小。摻加40-80目石英砂的防水涂料在堿處理后的粘結(jié)強度較高，為1.01MPa。
2.3.3 石英砂粒徑對浸水處理防水涂料粘結(jié)強度的影響
從圖3可以看出，浸水處理后防水涂料的粘結(jié)強度：2#＞1#＞3#＞5#＞4#，浸水處理后粘結(jié)強度比無處理時粘結(jié)強度明顯下降，由于浸泡在水中，涂膜的水化程度更加完全，剛性增強，對基層的滲透粘結(jié)逐漸減小，所以浸水后涂膜粘結(jié)強度降低。粉料越細(xì)，涂膜的剛性越強，故5#和4#浸水后粘結(jié)強度顯著降低，而2#浸水后的粘結(jié)強度相對較大，1#和3#次之。摻加40-80目石英砂的防水涂料在浸水處理后的粘結(jié)強度較高，達(dá)到0.92MPa。
2.3.4 石英砂粒徑對潮濕基面處理防水涂料粘結(jié)強度的影響
從圖3可以看出，潮濕基面處理后防水涂料的粘結(jié)強度：3#＞2#＞1#＞4#＞5#，潮濕基面處理后的粘結(jié)強度比無處理時有所下降，由于涂布的基面含水較多，水泥粉料水化程度高，所以涂膜的剛性更強，對基面的附著力減小。另一方面，粉料越細(xì)，導(dǎo)致涂膜的硬度增加，故4#和5#潮濕基面處理后粘結(jié)強度降低，3#的粘結(jié)強度為0.85MPa，在5組試樣中較高，2#和1#次之。因此，摻加80-120目的石英砂的防水涂料在潮濕基面處理后粘結(jié)性能較佳。
3、結(jié)論
（1）防水涂料的粘度隨摻加的石英砂粒徑的減小而上升。石英砂粒徑較大，涂料對基材的附著力降低，成膜不均勻，影響涂膜的整體性能；石英砂粒徑太小，涂料粘度大，易造成涂膜干燥開裂，所以石英砂粒徑在80-120目時涂料粘度適宜，成膜性和施工性良好。
（2）在堿處理、浸水處理及潮濕基面環(huán)境下，防水涂料的拉伸性能隨著石英砂粒徑的減小先升高后降低，摻加80-120目石英砂時拉伸性能較佳。
（3）在堿處理、浸水處理及潮濕基面環(huán)境下，摻加40-320目石英砂的防水涂料粘結(jié)性能良好，具體施工時，可根據(jù)要求的不同合理調(diào)配石英砂的級配，從而保證防水涂料較優(yōu)的粘結(jié)強度。
（4）在保證液料和其它粉料用量一定的情況下，聚合物水泥防水涂料中選用80-120目石英砂較為適宜。
