FS-1新型水泥基复合防水涂料的研制
杨久俊 一，张玉江 ，韩玉芳 ，杨艳娟。
(1．郑州大学材料科学与工程学院，450052；2．天津城市建设学院材料工程系，300384
3．河南建筑材料研究设计院有限责任公司，郑州450002)
摘要：以微膨胀水泥基材料和整形石英砂为主要组分，辅以具有渗透激活离子的无机盐、水溶性高分子材料和纤维材料，研制出了FS一1型水泥基复合防水涂料。实验结果表明，该涂料具有良好的渗透结晶、堵塞孔缝能力，且具有粘结强度高、抗裂能力强的优点，完全达到并超过了GB18445—2001II型结晶防水材料标准规定的各项指标要求；经与国外同类型防水产品比较，性能优良并具有显著的价格优势。
关键词：渗透；结晶；防水材料；相容性；粘结强度
O 前言
长期以来，建筑工程结构的渗漏问题一直是困扰建筑行业的一个难题。在传统防水材料中，刚性防水材料与基材融合性好，但是变形性差『l ；柔性防水材料品种多，变形性好，但与基面相容性差，还存在老化的问题；聚合物水泥防水涂料克服了水泥水化过程中的收缩开裂与水性聚合物耐水性差的缺陷，能与混凝土基面形成致密且具有弹性的复合防水层，但由于聚合物乳液价格昂贵，且多为有毒物质[21，因此，目前国内外建筑业专家学者致力于研究以无机材料为主的性能优良的结构防水材料。
国外产品“赛柏斯”(XYPEX)渗透结晶型防水材料嘲，是一种性能优良的新型刚性防水材料，该材料与混凝土基材相容性好，不存在老化隐患，无挥发性气体释放，渗透结晶后的防水混凝土结构物仍具有透气性，既可以表面粉刷，又可以喷涂应用，但国内售价昂贵。
本文以膨胀水泥基材料和整形石英砂为主体 ，采用有机、无机复合的方法，研制了FS一1新型水泥基复合防水涂料[6-7]，与同类型产品相比较，具有性能优良、成本低廉、施工方便并适宜各种工程条件使用的优点，因此具有良好的应用前景[s-9]。
1 原材料和实验方法
1．1 涂料组分原材料
(1)水泥熟料：化学成分和物理性能分别见表1和表2。
(2)二水石膏：化学成分见表1。
(3)铝酸盐水泥：62．5级，化学成分见表1。
(4)粉煤灰：化学成分见表1
(5)活性渗透结晶组分JA、ZB：组分JA、ZB均是市售的化学纯试剂，JA为白色晶体，主要成分为NszSiO3，纯度在99．5％ 以上；ZB为白色粉体，主要成分为Na2CO3。
(6)高效减水剂FDN：高效减水剂是固态黄褐色粉状，减水率20％以上，为市售工业级产品。
(7)粉磨砂：普通细河砂，经筛分、整形(球磨机内无磨球研磨4h)、清洗，其级配为30~100目。
(8)水溶性高分子材料：羧甲基纤维素，市售化学分析纯试剂，白色粉末。
(9)纤维材料：聚丙烯工程纤维，其基本性能指标参数见表3。
1．2 基体试块原材料
普通硅酸盐水泥，P·042．5；砂为Ⅱ区中砂，细度模数2．6；碎石子粒径5-30mm；水采用自来水。
1．3 实验方法
1．3．1 基体试块的制备
粘结强度实验采用“8”字模砂浆试块，选用的基体砂浆配合比为：水泥：砂：水=1：2：0．5。抗渗实验混凝土试块选用的配合比为：水泥：砂：碎石：水=1：3-3：4．4：0．75，水泥用量250 kg／m 。
1-3．2 涂层处理及养护
抗渗混凝土基体试块成型ld后脱模，用钢丝刷将上、下两端表面打毛，清洗，除去积水，使试样表面处于饱和面干状态。然后将配制好的防水材料以5：1的质量比与水混合均匀(水中溶解适量CeC1 ，作为示踪离子测试防水材料渗透深度)[1O-Ill，在混凝土基体的上表面(背水面)分2次涂刷，第二次涂刷要在第一次涂刷完成后放置至手触感觉干时进行。涂刷量为1．8kg，m 2o 第二次涂刷后，移人标准养护室内养护3d，再将涂层混凝土浸在深度为试件高度3／4的水中养护(涂层表面不能浸水)，水温为20℃±3℃ ，抗渗基体试块及性能检测试块的抗渗龄期均为28d。
1．3．3 性能测试方法
所有性能测试方法均按照GB 18445—2001(Ⅱ型)的规定要求进行。力学性能按照GBfr 17671规定进行。成型试模采用40 mm~40 mm~l60 mm的三联模，每个方案成型2组。试件成型后移人标准养护室养护，ld后脱模，继续在标准条件下养护，但不能浸水。试验龄期为7d、28d。测试仪器包括：水泥标准稠度凝结测定仪、DKZ一5000型电动抗折试验机、NYL一300型压力试验机、HS 0型手动混凝土抗渗仪、WE一10oB 100千牛顿液压万能试验机(用于湿基面粘结强度测试)。在抗渗压力测试中，取每组第三个试块被击穿时的压力为该组的抗渗压力。
2 实验方案
在前期查阅文献[1 31及初步试验的基础上，以水泥熟料、石膏、JA和FDN作变量进行四因素三水平试验选择其最佳掺量，实验中固定羧甲基纤维素和聚丙烯纤维掺量(分别为0．05％和0．25％)，以粉煤灰、高铝水泥、ZB组成的混合料(其比例为10％：8％：0．5％)做总量调节剂，并固定胶砂比为1：1，分别以抗压、抗折强度、粘结强度和一次抗渗强度作为测试指标。正交设计因素及水平见表4，对应的实验配比方案见表5。
3 试验结果与讨论
根据表2所列出的各组配比配制防水涂料，然后分别进行初凝和终凝时间、一次抗渗性能、7d和28d抗折抗压以及“8”字模粘结强度试验，测试结果见图1-3。
按GB1845—2001(Ⅱ型)规定水泥基渗透结晶型防水材料的初凝时间大于20min，终凝时间小于24h由于国标的要求较为宽泛，根据防水材料的实际施工要求，一般需要防水材料的初凝时间100min左右，终凝时间5h左右『】41。这几组试验方案中，第3、4、6、7和9组都是满足这一要求的。
由图1可以看出，湿基面粘结强度28d均远超过国标规定值1．0MPa，大部分大于3MPa，尤其是第6组试验能够达到3．5MPa，证明了该涂料与基体粘结性能非常优良。
图2抗折强度数据结果显示，不同组合的配方，不同龄期抗折强度值变化趋势基本上是先增加，达到最大值后又呈下降趋势。从数值来看，整体均远远超出规范规定值(f7．折≥ 2．8MPa，f趣折≥ 3．5MPa)。其中最大值为第6号，28d达到10．2MPa，且7d、28d相差仅0．1MPa。图3抗压强度数据结果显示，早期强度波动较大，28d强度相对7d波动幅度较小。整体也远远超出规范规定(f7．压≥12MPa， 压≥18MPa)，与表2方案对应的试验结果详见表7，数据结果显示，6号配方无论从强度还是粘结性能、抗渗压力来看整体最好。因此拟选择其为防水材料的最佳配制比例(见表6)。
4 渗透深度的XRD分析
对渗透深度测试不同部位试样的XRD分析 结果见图4。从图中可知，涂刷防水材料的不同部位试样的XRD图谱具有相似的衍射峰，显示均是由石英、CaCO 、CH、水化氯铝酸钙和未水化的硅酸钙组成。但是从衍射峰的强度来看，其中距涂层5mm、50mm直至水泥基体处的水化氯铝酸钙的衍射峰明显要高，且逐步减弱，说明来自于涂层的Cl一从表层呈梯度逐步向内部扩散，形成结晶体。化学分析结果显示，距涂层5mm处的Ce“和Cl一的含量分别为0．32mg／g和0．81mg／g，距涂层50mm处的含量分别为0．03 mg／g和0．36mg／g，而水泥基体中二者的含量分别为0和0．35mg／g，结果与衍射图谱分析结果相吻合。另一方面说明该该涂层在基体内部的的渗透深度能够达到50mm。
进一步取距离涂层50mm试样进行SEM形貌观察及不同区域能谱分析【l q，见图5，表8显示了对应图中选择部位的元素成分分析结果。数据显示在涂层50mm以上的水泥浆体中，仍检测有Ce4+存在，更加肯定了FS一1的渗透深度超过50mm。
5 FS一1与×YPEX防水材料的比较
赛柏斯(XYPEX)为我国应用较多的同类型进口防水涂料产品[31。通过显微镜下对比FS一1与赛柏斯的化结构 刀以及它们与基体砂浆结合面的渗透与粘结效果，图6(a)和图6(b)显示，XYPEX水化后成凝胶状，而FS一1水化物为凝胶体、结晶体和混合纤维相互交错共生，而且从粘结面结构图中明显看出，FS一1与基体的结合面重叠深度明显优于后者，且呈交叉重叠；而XYPEX的界面却比较清晰，粘结面仅仅出现在界面，并没有向水泥基体内渗透的迹象，说明其与基体的相容性较差，见图6(C)和图6(d)。两者的物理力学性能结果对比见表9，数据显示FS一1的各项性能明显优于XYPEX。
6 结论
(1)研制出的FS一1防水砂浆材料，拌和流动性好，凝结时间适宜；涂刷1．0～1．2mm厚度，可使粘结强度达到3．5MPa，抗渗能力强，28d抗折、抗压强度分别达到10MPa和44MPa，均远远超过标准规定数值
(2)产品对基体接触部位形成梯度扩散态势，与基体融为一体，有效阻隔了其原生及次生孔隙通道，28d渗透深度超过50mm。
(3)本产品各组分材料取材方便，制备工艺简单，性能优于同类型国外进口材料。
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