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自2002年聚合物水泥基防水涂料行业标准正式实施后，这类简称JS的水性环保防水材料在过去的十年中被广泛用于住宅建筑的各个防水部位，发展极为迅速。而该行业标准也根据市场需求在2009年进行了更新-即新版的GB/T 23445-2009，在已有的I，II型基础上添加了III型产品的技术要求，起到了规范市场的作用。JS类防水涂料结合了无机材料-水泥，以及有机材料-聚合物乳液二者的优势，造就了其刚柔并济的产品特点，素有“弹性水泥”之称，很好地解决了单用有机聚合物与基材粘结力不足和耐久性差，而水泥砂浆硬化后脆化易开裂的问题，特别适合有明显收缩的墙地面和拐角节点处的防水处理。受限于现有乳胶粉的柔韧性和耐水性，市场上几乎没有柔性干粉类防水产品，而主要是由乳液和粉料组成的双组份类产品;而单组份类干粉产品具有冬季低温运输方便，产品质量较易控制和使用方便等优势，属于国家推广的节能环保类产品。本文以巴斯夫新开发的高柔性丙烯酸胶粉Acronal®P 5033在单组份水泥基防水涂料中的应用进行了相关测试和研究。
1试验部分
1.1测试用原材料
采用42.5等级的海螺牌普通硅酸盐水泥。聚合物乳胶粉选用巴斯夫的苯丙共聚乳胶粉Acronal®P 5033为主要测试对象，同时采用柔性醋酸乙烯-乙烯共聚乳胶粉做对比。玻璃化温度是衡量聚合物柔性的关键参数，这两种聚合物具有相同-15 ℃的玻璃化温度，最低成膜温度均小于0 ℃。配方用到的助剂包括：高效分散减水剂 –利于水泥等无机材料均匀分散，容易搅拌;消泡剂–消除搅拌过程中带来的气泡避免有害孔洞形成;流变助剂–保证涂料的均匀度和可涂刷性，避免泌水离析。
1.2测试配方
测试配方详见下表，加水量根据使用的聚合物类型和添加量不同而异(胶粉添加量越多需水量越高，以利胶粉充分分散成膜)，以达到近似施工性为准。延伸率，拉伸强度和粘结强度测试方法参照GB23445-2009进行。
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原材料 |
添加量，% |
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42.5普通硅酸盐水泥 |
15.0 –45.0 |
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石英砂，70-200目 |
配平至100.0 |
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重钙粉，325目 |
5.0 |
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粉末消泡剂 |
0.2 |
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高效减水剂 Melflux 2651F |
0.1 |
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流变助剂Starvis 3003F |
根据施工性调节0.0 - 0.1 |
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可再分散乳胶粉 |
10.0 –30.0 |
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干粉共计100.0%，加水量20.0 - 30.0 % |
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表格
2试验结果及分析
2.1施工性
从施工性角度来观察，Acronal®P 5033配制的单组份防水涂料可以在用水量较低的情况下有很好的涂刷性，其配方加水量一般在20 %到25 %之间，胶粉添加量越多需水量越高。Acronal®P 5033添加量30 %时需水量为25 %，而VAE胶粉在30 %添加量时加水量提高到30 %才具有可施工性。
2.2延伸率和拉伸强度
在固定30 %水泥用量的前提下，对Acronal®P 5033不同添加量时(10 – 30 %)的防水涂膜按GB23445-2009检测其性能。从图1结果可看出，随着胶粉添加量提高涂膜的延伸率呈线性增长，添加量25 %时防水涂膜达到37 %延伸率，完全满足JS-III型的30 %延伸率要求;而所有涂膜测试的拉伸强度均在2.2 MPa以上，完全满足标准1.8 MPa的需求。因而25 %的Acronal®P 5033添量是达到JS-III标准的合适添加量，并有一定的富余空间;而相同玻璃化温度的VAE乳胶粉在30 %添加量时只有15 %的延伸率。对涂膜进行的耐水测试则表明，其延伸率会稍有下降而拉伸强度略有升高，主要是浸水后水泥继续水化造成的。
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图1 胶粉添加量对延伸率和拉伸强度影响
2.3桥接裂缝性能
混凝土收缩等因素造成的裂缝不可避免，在有保护层时允许其裂缝宽度放宽至0.4 mm，属于无害裂缝，而防水材料是否可以抵御混凝土后期开裂小于等于0.4 mm的裂缝是防水材料持久性的关键所在，也就是我们说的桥接裂缝能力，其原理可详见图2上半部描述。墙体后期开裂造成的防水失效并不少见，尤其以刚性防水为主，漏水点也多处于基材发生开裂之处。这一性能测试在目前国标中并未体现，而它是国外防水常用检测项目之一。本试验参考欧洲湿屋墙地面防水技术要求ETAG 022 Part1进行静态桥接裂缝测试，试验装置见图2下半部，试验基材为加入钢丝或纤维的砂浆块，养护后在其一面分两次涂覆防水层，干膜总厚度约为1.5 – 2.0 mm;养护至龄期后，通过推进下方螺栓直到试块有可见开裂纹，再以0.02 mm/min 速度使裂纹打开变成0.4 mm的裂缝，保持裂缝宽度24小时后观察防水涂层是否断裂或有破损孔洞。
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图2桥接裂缝示意图及测试夹具
刚性防水材料不具备柔韧性，因而一定会随着基材的开裂而开裂，造成防水失效，如图3中10 – 15 %较低胶粉添量时，涂料没有足够延展性而随基材一起开裂或出现破裂孔洞(这些孔洞在测试后几个小时并未出现，而是在24小时后观察到的);而高聚合物添加量的防水涂料并不代表其使用时桥接裂缝能力就更好，还与其所用聚合物的内聚力有关：Acronal®P 5033乳胶粉在水泥碱性条件下表现出特有的自交联性，在保持优异柔性的同时也提供可靠的内聚力，图3和图4展示了Acronal P®5033在20 %添加量以上时均能桥接0.4 mm的裂缝，而VAE胶粉在30 %添量时也会随基材一起开裂。后续试验(增加裂缝宽度)表明添加25 - 30 % Acronal®P 5033的防水膜甚至可以桥接0.75 - 1.00 mm的裂缝，表面仅有涂膜延伸纹路，并未出现断裂或孔洞。
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图3 胶粉10 – 20 %添加量的桥接裂缝性能（上方为试块侧视图，下方为涂膜面俯视图）
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图4 胶粉25 – 30 %添加量的桥接裂缝性能（上方为试块侧视图，下方为涂膜面俯视图）
2.4与基材粘结力
除了防水涂膜自身的延伸率和拉伸强度外，它与基材的粘结力也是重要的考量指标。不合要求的粘结强度通常会导致防水涂膜与基材的脱落，导致防水材料失效。因而JSIII型对粘结力的标准要求是1.0MPa，高于I型和II型的0.5和0.7MPa，正是考虑了柔性防水材料易脱落的问题，常见现象就是厨卫间瓷砖和防水层从墙体整体脱落，或是地下室防水层起鼓漏水等粘结失效导致的问题。本试验在固定的25 %乳胶粉添加量下，测试不同水泥用量对防水涂膜的性能影响，从图5和6中可以得出如下结果：过高的水泥用量对防水涂膜的延伸率有负面影响，因为水泥颗粒及其水化产物较多时会包裹聚合物颗粒从而导致聚合物成膜连续性的下降，柔性降低;而过低的水泥用量会使得防水涂膜与基材的粘结力下降，而其长期耐水性也随之降低，这点可以从防水涂膜浸水后与基材的粘结力下降中看出(图6)。综合这两项测试结果可以确定：30-35 %水泥用量较为合适，这时涂料涂膜兼具耐久性和柔韧性。
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图5 水泥用量对延伸率和拉伸强度的影响
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图6 水泥用量对粘结强度的影响
3结语
通过对配方中水泥和胶粉用量的平衡和调整，使用高柔性丙烯酸胶粉Acronal®P 5033配制的干粉型水泥基防水涂料表现出优异的柔韧性，同时又有较好的内聚力和与基材良好的粘结力，综合性能远好于同样玻璃化温度的醋酸乙烯-乙烯类柔性乳胶粉;此外，其自交联性也大大提升了其桥接裂缝的能力，使得防水材料寿命更久。Acronal®P 5033可以广泛用于柔性或半柔性类水泥基防水材料的开发，例如聚合物水泥基防水涂料III型，乳胶粉推荐用量25 %;以及将要推出的半柔性防水浆料产品，推荐胶粉用量为5 - 10 %，而配方还要根据实际应用的性能要求进行优化和调整，以达到成本和性能的平衡点。
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