摘要：研究了不同粒徑石英砂對(duì)聚合物水泥防水涂料（JS防水涂料）性能的影響，通過(guò)對(duì)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(chēng)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(lèi)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(jiǎn)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(duì)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(shí)選擇更合理粒徑的石英砂。
1、實(shí)驗(yàn)
1.1 原材料
乳液：5000N苯丙乳液；有機(jī)硅類(lèi)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(lái)水。
1.2 主要儀器
啞鈴狀沖片機(jī)；烘箱；拉力試驗(yàn)機(jī)；高速分散機(jī)。
1.3 性能測(cè)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(cè)試。粘度采用斯托默粘度計(jì)進(jìn)行測(cè)試。
1.4 實(shí)驗(yàn)方案
實(shí)驗(yàn)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(cè)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(jiàn)表1。
表1 JS防水涂料的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
2.1 石英砂粒徑對(duì)JS防水涂料粘度的影響（見(jiàn)圖1）
JS防水涂料中石英砂顆粒比較粗時(shí)，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(shí)，防水涂料的粘度也直線上升。由圖1可見(jiàn)，石英砂粒徑在20-40目時(shí)，粘度較低，為85.0KU；石英砂粒徑逐漸減小時(shí)，粘度也是逐漸上升的，特別是在1000目時(shí)，粘度達(dá)到了123.9KU。目數(shù)高，比表面積大，蓄水能力強(qiáng)，同時(shí)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(shí)際應(yīng)用方面考慮，如果石英砂目數(shù)較小，施工時(shí)容易造成JS防水涂料水分過(guò)多，涂料對(duì)基材的附著力降低，并且防水涂膜顆粒感強(qiáng)，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(shí)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(kāi)裂。因此，石英砂粒徑在80-120目時(shí)粘度適宜，成膜性和施工性良好。
2.2 石英砂粒徑對(duì)防水涂料拉伸性能的影響（見(jiàn)圖2）
2.2.1 石英砂粒徑對(duì)無(wú)處理防水涂料拉伸性能的影響
由圖2可見(jiàn)，拉伸強(qiáng)度：3#＞2#＞5#＞4#＞1#，斷裂伸長(zhǎng)率：4#＞2#＞3#＞1#＞5#。摻加80-120目（3#）石英砂的防水涂料的拉伸強(qiáng)度較大，達(dá)到了2.12MPa；斷裂伸長(zhǎng)率雖然有所下降，但是與4#和2#對(duì)比相差不大，整體效果較佳。因?yàn)槠漕w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(shí)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(qiáng)度較大，同時(shí)能夠保證一定的斷裂伸長(zhǎng)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(huì)影響水化反應(yīng)和防水涂膜的致密性，因此拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率會(huì)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(qiáng)，吸收大量水分，影響水泥水化反應(yīng)，同時(shí)涂膜比較堅(jiān)硬，因此拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率也會(huì)有所下降，所以石英砂的粒徑要適中。
2.2.2 石英砂粒徑對(duì)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(cè)試其拉伸性能，由圖2可以看出，拉伸強(qiáng)度：3#＞2#＞4#＞5#＞1#，斷裂伸長(zhǎng)率：3#＞2#＞4#＞1#＞5#，堿處理后拉伸強(qiáng)度比無(wú)處理拉伸強(qiáng)度有明顯的提高，斷裂伸長(zhǎng)率相比于無(wú)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(huì)和堿溶液中Ca2+通過(guò)配位鍵產(chǎn)生絡(luò)合作用，增加了有機(jī)膜層和無(wú)機(jī)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(duì)比實(shí)驗(yàn)表明，堿處理后3#試樣的拉伸強(qiáng)度為4.11MPa，斷裂伸長(zhǎng)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(duì)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(cè)試其拉伸性能。由圖2可見(jiàn)，浸水處理后拉伸強(qiáng)度：3#＞2#＞4#＞5#＞1#，斷裂伸長(zhǎng)率：4#＞3#＞2#＞5#＞1#；同時(shí)拉伸強(qiáng)度比無(wú)處理拉伸強(qiáng)度有明顯的提高，斷裂伸長(zhǎng)率相比于無(wú)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(jiān)硬，導(dǎo)致涂膜的拉伸強(qiáng)度升高，斷裂伸長(zhǎng)率下降。從5組實(shí)驗(yàn)對(duì)比得出，浸水處理后5#的拉伸強(qiáng)度大于1#，由于5#摻加的石英砂目數(shù)太大，蓄水能力強(qiáng)，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(qiáng)度明顯提高，浸水對(duì)摻加石英砂目數(shù)過(guò)低的1#的拉伸強(qiáng)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(zhǎng)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(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率分別達(dá)到了3.74MPa和60.61%。
2.2.4 石英砂粒徑對(duì)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(cè)試其拉伸性能。從圖2可以看出，熱處理拉伸強(qiáng)度：3#＞2#＞4#＞1#＞5#，斷裂伸長(zhǎng)率：4#＞3#＞2#＞1#＞5#，拉伸強(qiáng)度比無(wú)處理拉伸強(qiáng)度有明顯的提高，斷裂伸長(zhǎng)率相比于無(wú)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(guò)快會(huì)影響水泥的水化反應(yīng)，降低拉伸強(qiáng)度，但是涂膜的整體拉伸強(qiáng)度仍然是提高的，在高溫條件下，涂膜中水分揮發(fā)速率過(guò)快，涂膜變得更加干燥堅(jiān)硬，所以斷裂伸長(zhǎng)率下降明顯。加熱處理后，1#的拉伸強(qiáng)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(qiáng)度更大；而5#則相反，同時(shí)拉伸強(qiáng)度2#＞4#的結(jié)果也說(shuō)明摻加粒徑過(guò)大的石英砂的防水涂料在加熱條件下拉伸強(qiáng)度大于摻加粒徑過(guò)小石英砂的防水涂料。3#試樣的拉伸強(qiáng)度較大，為3.6MPa，斷裂伸長(zhǎng)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(duì)JS防水涂料粘結(jié)強(qiáng)度的影響（見(jiàn)圖3）
2.3.1 石英砂粒徑對(duì)無(wú)處理防水涂料粘結(jié)強(qiáng)度的影響
從圖3可以看出，無(wú)處理防水涂料的粘結(jié)強(qiáng)度：4#＞2#＞3#＞1#＞5#，石英砂的粒徑不宜過(guò)大或過(guò)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(qiáng)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(guò)大，會(huì)消耗大量的聚合物乳液，導(dǎo)致粘結(jié)強(qiáng)度降低。所以石英砂的粒徑要保證合理的級(jí)配才能有更佳的粘結(jié)性能。
2.3.2 石英砂粒徑對(duì)防水涂料堿處理粘結(jié)強(qiáng)度的影響
從圖3可以看出，堿處理后防水涂料的粘結(jié)強(qiáng)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(huì)和堿溶液中Ca2+通過(guò)配位鍵產(chǎn)生絡(luò)合作用，在絡(luò)合作用下，增加了有機(jī)膜層和無(wú)機(jī)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(qiáng)，如2#、4#和5#粘結(jié)強(qiáng)度比無(wú)處理時(shí)大。另一方面，浸堿處理后也會(huì)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(qiáng)度比無(wú)處理時(shí)小。摻加40-80目石英砂的防水涂料在堿處理后的粘結(jié)強(qiáng)度較高，為1.01MPa。
2.3.3 石英砂粒徑對(duì)浸水處理防水涂料粘結(jié)強(qiáng)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(qiáng)度：2#＞1#＞3#＞5#＞4#，浸水處理后粘結(jié)強(qiáng)度比無(wú)處理時(shí)粘結(jié)強(qiáng)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(qiáng)，對(duì)基層的滲透粘結(jié)逐漸減小，所以浸水后涂膜粘結(jié)強(qiáng)度降低。粉料越細(xì)，涂膜的剛性越強(qiáng)，故5#和4#浸水后粘結(jié)強(qiáng)度顯著降低，而2#浸水后的粘結(jié)強(qiáng)度相對(duì)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(qiáng)度較高，達(dá)到0.92MPa。
2.3.4 石英砂粒徑對(duì)潮濕基面處理防水涂料粘結(jié)強(qiáng)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(qiáng)度：3#＞2#＞1#＞4#＞5#，潮濕基面處理后的粘結(jié)強(qiáng)度比無(wú)處理時(shí)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(qiáng)，對(duì)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(qiáng)度降低，3#的粘結(jié)強(qiáng)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(duì)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(kāi)裂，所以石英砂粒徑在80-120目時(shí)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(shí)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(shí)，可根據(jù)要求的不同合理調(diào)配石英砂的級(jí)配，從而保證防水涂料較優(yōu)的粘結(jié)強(qiáng)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。
