阻燃型聚合物水泥防水灰浆影响因素的研究

1 引言
近年来,我国由于建筑材料引起的火灾频频发生,特别是央视大楼、济南奥体中心、北大兵乓球馆和太钢厂房等特大火灾已引起政府主管部门的高度重视。公安部消防局组织公安部天津消防研究所、公安部四川消防研究所等有关单位,对《建筑设计防火规范》(GB50016 - 2006)及《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045 - 95)进行整合修订。日前,修订后的《建筑设计防火规范》已完成征求意见稿,不久就要报批。目前我国绝大多数防水材料的燃烧性能都达不到B2 级,在所有现行防水材料的国家或行业标准中,也没有防水材料阻燃性能的要求,国家也没有防水材料防火性能的试验方法和标准。因此,目前暂不宜将防水层的燃烧性能列入规范。即使列入了也无法执行,缺少可操作性。现在还没有可替代的防水材料既具备条文的燃烧性能又能满足巨量的市场需求。实施后,将处于屋面工程无符合规范要求的防水材料可选择的尴尬境地。建议立即加快制定相关防水材料的防火性能试验方法和标准,然后再列入规范。
屋面工程中的各个层次中,既包括防水层、保温层、承重层,也包括隔汽层、粘接剂和各种配件。屋面功能要求防水层必须有良好的延伸性、柔性和耐久性。因此,屋面各层次的材料全部由不燃材料组成是不现实的。但通过不燃材料和可燃材料的组合,可以构成不燃的屋面系统。聚合物水泥基防水灰浆是由水泥、高分子聚合物、骨料和水等组成。当中使用的聚合物有橡胶、树脂、乳液、水溶性聚合物等几大类,使用最多的是苯乙烯—丁二烯橡胶聚丙烯酸酯和乙烯醋酸乙烯酯等聚合物乳液[1]。本文所论述的产品以优质阻燃型聚合物乳液和多种添加剂组成的有机液料,再以特种水泥及多种填充料组成的无机粉料,经一定比例配制成的双组份聚合物改性水泥基柔韧型防水涂层材料。产品可实现良好的阻燃效果,通过与柔韧性防水卷材复合使用,有望构成不燃的屋面体系,同时在外墙防水中也有着广阔的应用前景。本文主要针对聚合物防水灰浆,深入研究了聚合物乳液类型、聚灰比、阻燃剂种类及参量对聚合物水泥防水灰浆性能的影响,旨在为阻燃型聚合物水泥防水灰浆的研究提供理论依据。

2 原材料及实验方法
2.1 原材料
2.1.1 水泥
水泥基防渗堵漏材料是保证建筑物和构筑物不受侵蚀以及内部使用空间不受水危害的特殊材料。从作用机理上看,凝结时问对施工的影响很大[2] ,因为要保证一定的可操作时间,所以实验所用水泥为普通硅酸盐水泥。本文所采用的水泥为河北唐山冀东P.O42.5普通硅酸盐水泥,其成分分析见表(1-3):


2.1.2 石英砂
80-120 目石英砂:80 目以下≤ 15%,120目以上≤ 20%,含水量≤ 0.5%,325 目石英粉,河北灵寿石坎世堂矿业加工厂。
2.1.3 乳液
本实验挑选3 种乳液,分别是
1)S400F 苯丙乳液,玻璃化温度-8℃,巴斯夫化学有限公司。
2)VAE707 醋酸乙烯乳液,玻璃化温度0℃,瓦克化学。
3)623 丁苯乳液 玻璃化温度15℃ 巴斯夫化学有限公司
2.1.4 阻燃剂
目前阻燃剂主要有有机和无机,卤素和非卤素几种类型。其中有机阻燃剂是以溴系、氮系和红磷及化合物为代表的一类阻燃剂,无机阻燃剂主要是以三氧化二锑、氢氧化镁、氢氧化铝,硅系等为代表的一类阻燃剂。迄今, 建材塑料等阻燃大都以有机卤化物和三氧化二锑并用,也有用有机磷化物阻燃。这些阻燃剂有良好的阻燃效果,对制品的物性影响较小[3],。为了更好地对比阻燃剂对聚合物水泥防水灰浆性能的影响,本文采用了十溴二苯乙烷、氢氧化镁和磷铵作为阻燃剂的典型代表加以研究。
2.2 试验方法
2.2.1 氧指数测试方法
在氧指数测试仪中,将一定尺寸的试样用试样夹垂直夹持于透明燃烧筒内,筒内有按一定比例混合的向上流动的氧氮气流。点燃试样的上端,观察其燃烧现象,记录持续燃烧时间或燃烧过的距离,试样的燃烧时间超过3min 或火焰前沿超过50mm 标线时,降低氧浓度,试样的燃烧时间不足3min 或火焰前沿不到标线时,增加氧浓度,如此反复操作,从上下两侧逐渐接近规定值,至两者的浓度差小于0.5%。读取仪表中显示的氧气浓度,即为该试样的氧指数。
2.2.2 粘结强度测试方法
搅拌均匀后,按JC/T907-2002 中5.4 进行成型。成型两组试件,每组5 个试件。采用橡胶或硅酮密封材料制成的模框( 见图1),将模框放在(70×70×20)mm 的符合JC/T907-2002 要求的普通硅酸盐水泥砂浆基块上,将按7.3 制备好的试样倒入模框中,抹平,在温度(23±2)℃,相对湿度(50±10)% 条件下养护(24±2)h 后脱膜。如经24h 养护,因脱膜会对强度造成损害的,可以延迟24h 脱膜。
按GB/T16777-2008 中第7 章的7.1A 规定进行。涂膜厚度达到1.0mm,样块在标准试验条件下养护7 天后检测。
2.2.3 抗渗性能的测试方法
砂浆搅拌均匀后, 一次装满抗渗试模,在振动台上振动成型, 振动2min。在温度(23±2)℃,相对湿度(50±10)% 的环境下,养护至规定龄期,试验按GB 23445—2009 中附录A的规定进行试验。
3 结果与讨论
3.1 聚合物乳液对产品性能的影响
聚合物乳液对产品性能产生很大的影响。改性的聚合物大多为丁苯、丙烯酸、酯类和氯丁橡胶等乳液,它们对水泥砂浆( 混凝土) 的粘结强度均有显著的改善效果[4],聚合物改性水泥材料的抗渗性应该与聚合物的连续成膜和良好的变形能力有关[5]。现主要对其粘接和抗渗的影响做对比,分别用同等量的3 种乳液做对比,对比如下:

根据实验结果,苯丙乳液玻璃化温度低,有一定的柔韧性,使其性能“刚柔并进”,并且其效果也是同类乳液中最好的,并考虑到乳液的环保性,苯丙乳液也是很优秀的,故苯丙乳液为首选。
3.2 聚灰比对产品性能的影响
聚灰比对产品性能的影响见表5。

由表5 可见,当聚合物乳液用量大时,聚合物形成连续胶膜,此时灰浆的强度低而延伸性好;当聚合物乳液用量较小时,聚合物与粉体交错形成致密胶膜,此时灰浆的强度和延伸性都较好;当聚合物乳液用量小时,聚合物已经不能连续成膜,而水泥的水化程度又弱,导致防水灰浆的强度和抗渗能均降低。粘结强度主要与水泥的加入量有关,水泥加入量越大粘结强度就越大。
3.3 阻燃剂种类与参量对产品性能的影响

图1 阻燃剂对粘结的影响


图2 阻燃剂对抗渗性的影响


图3 阻燃剂对阻燃性的影响
从图1、图2、图3 可知,无论什么种类的阻燃剂在加入后都会对性能产生影响,不同的是阻燃剂与产品的结合程度直接导致其对性能的影响大小,从图中我们可以看到卤溴系的阻燃剂对产品的影响率最小,但是加到10% 之后都会有明显的减小,所以选择阻燃剂种类和合适参量是很重要的。

4 结论
1) 苯丙乳液在性能和环保方面影响俱佳。
2) 乳液一定时随着水泥掺入量的增加 , 灰浆的抗渗和粘接性能逐渐增强。
3) 磷系、无机阻燃剂和溴化物相比其阻燃性,溴化物的阻燃性更好。
4) 溴化物的阻燃剂与无机阻燃剂相比影响产品原性能小,保持性好。
总之,选用适当的阻燃剂种类参量,乳液和聚灰比既可以达到良好的自身性能和阻燃效果,又不会对其性能产生明显的影响。

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