聚合物在防水砂浆中的应用

0 引言
长期以来,有效地解决建筑结构渗漏对建筑物带来的损坏一直是建筑技术的一项难题。水分的存在和迁移常常是混凝土和砌筑结构的性能产生不良变化的重要原因,同时,水分作为结构物内部传递可溶性组分的重要媒介同样可以引起混凝土和砌体结构性能上的破坏,例如:混凝土和砂浆的碳化、钢筋锈蚀、冻融破坏以及墙体的发霉现象均与水的存在和迁移有关。外界的水可以通过多种途径进入到建筑物中,并对建筑物产生不良的影响,例如:湿气可以通过毛细管张力的作用从处于地下的建筑物基础部分上升,造成建筑物地下室或底层的潮湿,湿气的上升还可能把盐分带到上部的墙体,水分蒸发后形成盐的结晶,这一过程可能循环发生,从而引起建筑物耐久性的下降,外界的水分也可能通过土壤进入埋入土中的侧墙,结构物中存在的盐分也可能通过吸湿作用吸收外部的水分造成墙体含水率的升高,此外,冷凝也可以使得与建筑物表面接触的水汽变成冷凝水而进入墙体;雨水和飞溅水也可以直接渗入建筑物。为防止这些现象发生,除了通过密实结构达到防水抗渗以外,防水密封成为一项必不可少的防水手段。

1 传统的防水密封的种类
(1)传统的防水体系。包括水性与溶剂型沥青基防水涂层与卷材,高聚物改性沥青基材料,各种高聚物防水织物卷材,金属片带,单一水泥类等。
(2)溶剂或水性高分子密封涂层或卷材,包括氯丁胶乳,聚丙烯酸酯类,硅橡胶等。
(3)反应型合成树脂,包括聚氨酯类,环氧类等。
(4)近40 年来发展起来的可替代传统防水涂层的聚合物改性水泥基防水浆料,包括含聚合物乳液的液料与粉料现场复配类材料,聚合物水泥基防水卷材等。
(5)近几年来,从第4 种防水材料进一步延伸出干粉状的聚合物改性防水浆料,包括快速堵漏材料、刚性干混砂浆防水浆料、柔性干混砂浆防水浆料等。
由于聚合物改性水泥基防水砂浆优异的性能与出色的耐久性,作为新型的防水材料在全世界范围内建筑防水领域都得到广泛的认同与应用。

2 改性水泥基防水砂浆的应用
聚合物改性水泥基防水砂浆的应用已有50 多年的历史。与传统的仅用水泥基水硬性材料防水不同,通过聚合物的改性,使其成为双黏结剂体系,即无机的水硬性胶凝材料与高有机分子树脂。并形成一种互补的状态:作为无机黏结剂的水泥可以提供耐水性骨架(机械承载性),与基面(潮湿基面)的机械黏结力,长期的耐久性,长期的强度增长性,对水泥基基层的额外防护;聚合物作为第2 种胶凝材料可以对水泥体系进行增强,聚合物均匀地分布于砂浆体系中,成膜后能增强体系的内聚力,增加体系的密实度,减少裂缝的发生。聚合物的网状结构使得水泥结构这一刚性体系变得柔韧以适应可能的应力变形,聚合物对平光难粘表面甚至有机表面的优秀黏结力又弥补了水泥黏结的不足,并通过与无机材料(如水泥)及水化产物(如氢氧化钙)的表面的分子级连接弥补了水泥的缺陷。

人们最熟悉的是采用聚合物乳液对砂浆进行改性来完成对防水部位的处理。合成聚合物乳液自30年代起就用于砂浆产品,最初都是在现场将乳液(稀释或未稀释)与粉料(水泥,砂或预混的水泥砂等)在施工现场由工人拌和———以这种方式改性的砂浆称为双组分系统。但是在实际应用中,施工现场用此双组分系统时出现了很多问题,最主要的困难就是无法准确控制聚合物乳液的掺加量,出现这种错误的原因可能是由于缺乏知识和经验,甚至是故意这样做以降低成本,由此带来的后果是防水系统的质量不稳,另外,双组分产品的包装费用较高,其装卸,运输和储存的要求比较高,一旦上述过程引起乳液的性质发生变化,就会显著改变砂浆的特点和技术性能,从而使其黏结性,柔性和耐久性不符合要求,进而风险也更大。基于这些问题单组分防水砂浆逐渐被广为接受来取代双组分系统,单组分防水砂浆对施工条件适应性更强,只需加水搅拌即可使用,显然方便得多,效率也提高很多。防水浆料的优势是明显的:质量更可靠,使用更安全,包装更环保,储运更方便。

3 干混砂浆防水浆料的分类
根据使用范围与技术性能的不同,干混砂浆防水浆料可分为两大类:刚性干混砂浆防水浆料,柔性干混砂浆防水浆料。

3.1 刚性聚合物改性干混砂浆防水浆料
刚性干混砂浆防水浆料是指用于需要有一定承载力或不需承载力的部位的,不具抗裂性能的粉状单组分防水材料。其主要的应用范围包括:尺寸稳定且无移动或开裂危险的吸水性基面上的防水工程,如地下室墙面、游泳池、水槽、潮湿房间的墙地面,在阳台与露台贴砖以前,其他室内外需要的防水抗渗施工等。典型的刚性防水砂浆的配比见表1。

3.1.1 刚性防水浆料的优点
刚性防水浆料的优点:①可在非常潮湿的吸水基面施工;②长期浸水后的保持高黏结力;③极低可挥发有机物;④无毒害;⑤高硬度可承载;⑥可在高压下正面或负面防水;⑦可长期用于水下;⑧高湿气条件下不起泡;⑨使用环境可从-40 ℃~250 ℃。

3.1.2 刚性防水浆料的局限
刚性防水浆料的局限:①不适用于移动性基面;②不具架桥抗裂能力;③对有机等非吸水基面的黏结差;④施工的潮湿养护要求较高。
刚性防水砂浆一般水泥含量比较高,是聚合物与水泥共同作用从而形成一个致密的涂层以达到防水的要求,在这种聚合物—水泥复合材料中,聚合物和水泥的紧密结合,聚合物胶粉所形成的薄膜分布在砂浆中不同的位置,包括基层—砂浆界面区,孔隙之间、孔壁周围、水泥水化产物之间,水泥颗粒周围,集料周围和集料—砂浆界面。正是这些分布在砂浆中的乳胶膜使其获得刚性水泥砂浆无法具备的特性,如内聚性,与基面的黏结性和柔性。掺加可再分散乳胶粉可使聚合物膜形成并构成孔壁的一部分,从而对砂浆的高孔隙构造起了封闭作用,从而降低吸水率。相关数据见图1 所示。乳胶膜具有自拉伸机制,可对其与砂浆锚接之处施加拉力,通过这些内部作用力,将砂浆保持为一个整体,换言之,砂浆的内聚力提高了,对基面的黏结强度提高了,故而各种不同的养护条件下防
水砂浆都有一个不错的拉拔强度。

刚性防水浆料的另一个优势是正负压防水方面,在30 mm 厚的砂浆块表面涂2~3 mm 厚的防水砂浆层,在不同龄期测其正负面的抗水压性能,以此评定防水砂浆的抗渗能力。图2 为两种不同胶粉用量时防水砂浆抗渗的测试结果。数据上可能看出,两种材料都有一个很好的抗水压能力。干燥后的涂层可能承受15 m 的水压。

刚性防水砂浆的另一个优势为施工方面:防水砂浆的施工比较适合刷涂与刮刀刮涂或二者结合。对于较干燥的吸水基面,需要预湿基面。同时刚性防水浆料的早期潮湿养护对其性能的充分发挥也较关键。

3.2 柔性聚合物改性干混砂浆防水浆料
柔性干混砂浆防水浆料是指用于抗压或防潮部位的具有抗裂性能和延展力的粉状单包装防水涂层材料。其主要的应用范围包括:在尺寸稳定的基面或有移动或有开裂危险的非稳定性吸水或非吸水基面施工,如地下室墙面,游泳池,水槽,潮湿房间的墙地面,在阳台与露台贴砖以前,接缝,木板,转角,屋面,异形部位,其他室内外需防水抗渗防潮的施工等。典型柔性防水浆料的配比见表2。

3.2.1 柔性防水浆料的优点
柔性防水浆料的优点:①可在非常潮湿的吸水或非吸水基面黏结;②具有延展和抗裂架桥能力;③长期浸水后的保持较高黏结力;④极低可挥发有机物;⑤无毒害;⑥可在高压下正面或较高水压负面防水;⑦可较长期用于水下;⑧高湿气条件下不易起泡;⑨使用环境可从-50~100 ℃;⑩可用于异形部位防水。

3.2.2 刚性防水浆料的局限
刚性防水浆料的局限:①不适用高水压负面防水;②施工后要有适当的干燥养护;③材料单位成本较高。
在柔性防水砂浆中,胶粉掺量比较高,桥接砂浆-基层界面/ 水泥水化产生与填料区的聚合物膜增多,使得砂浆与混凝土基层的黏结强度获得显著提高。高柔性和高弹性聚合物区域的存在改善了砂浆的柔性和弹性,从而提高了砂浆的抗裂性能。互相交织的聚合物区域对微裂缝合并为贯穿裂缝也有阻碍作用,最终的表现就是砂浆具有极好的柔性和抗裂性能。具体可以从图3 和图4 看出。

柔性防水砂浆一般水泥含量不高,聚合物含量比较高,聚合物作为第2 种胶凝材料与水泥复合在一起保证了材料的防水砂浆的拉伸强度以及防水砂浆与基面的结合力。见图5 所示。

聚合物水泥基防水砂浆的另一个优势是在透气性方面,见图6 所示,防水砂浆,不论是柔性还是刚性,都有较好的透气性,这使得防水工具能防水又保持呼吸能力。不影响墙体的呼吸作用,有利于墙体内的水分的排出,这是其他类防水材料所不具有的。

4 结语
聚合物改性防水砂浆以其易于操作,防水且透气,可正负压防水,绿色环保,适应性广等出色的性能在现代建筑领域得到广泛应用。这些出色性能保证了其将愈来愈多地替代传统的防水产品成为建筑防水市场的发展趋势。

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