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水泥基聚合物防水涂料的自愈合研究

来源:未知 作者:admin 时间:2014-08-19 点击:
导读:通过渗透结晶技术及增塑方法研究了水泥基聚合物防水涂料(JS 防水涂料)的自愈合性能。结果表明,水泥基聚合物防水涂料的自愈合效果与结晶粉料、增塑剂含量密切相关,也与涂膜厚度及裂口宽度有关;显微观察显示了结晶粉料与水反应导致结晶及结晶体增大的过程
水泥基聚合物防水涂料的自愈合研究
吴蓁1,方颖1,余金妹2
[1.上海应用技术学院,上海200235;2.大岩(上海)建筑材料有限公司,上海200127]

聚合物水泥基防水涂料,又称JS 防水涂料,为柔性防水材料,具有高强度、中柔性及合格的耐水性能,是一种非常适合于地下、厕浴间、外墙等防水工程的新型防水材料。在2012“中国建筑地下防水与建筑安全”论坛上获悉,据不完全统计,我国建筑工程渗漏率高达80%以上,多年来居高不下。而建筑地下防水对于建筑安全的重要程度仅次于建筑结构。现在建筑工程的防水材料和技术水平越来越高,验收合格率越来越高,但使用中的渗漏率却也越来越高。因此,解决使用中的防水材料破损而导致的渗漏问题成为防水技术的一个重点,而防水材料破损后的自愈合功能(自闭性)就成为技术关键。GB/T 23445—2009《聚合物水泥防水涂料》对于自闭性的定义为:防水涂膜在水的作用下,经物理和化学反应使涂膜裂缝自行愈合、封闭的性能。以规定条件下涂膜裂缝自封闭的时间表示。目前尚无关于JS 防水涂料自愈合性能的研究报道。本研究主要运用结晶生长技术和增塑技术使JS 防水涂料具有自愈合性能,并且研究JS 防水涂料中结晶生长的过程。
 
1 实验
1.1 原料
VAE 乳液、丙烯酸酯乳液、润湿剂、消泡剂、增塑剂、普通硅酸盐水泥、碳酸钙、石英粉,工业级,均为大岩(上海)建筑材料有限公司提供;结晶粉料,自制。
1.2 JS 防水涂料的制备
1.2.1 液料制备工艺
按配方分别称量所需的液料原料,在容器中高速搅拌下依次加入水、润湿剂、消泡剂、增塑剂等助剂,搅拌混合10min,然后加入乳液;待所有原料加完后,继续搅拌20 min,制成液料。
1.2.2 粉料制备工艺
将按配方计量的各粉料研磨粉碎,充分混合均匀,制成粉料。
1.2.3 物料混合工艺
称取一定配比的液料和粉料,边高速搅拌液料边将粉料逐步加入,至粉料全部加入再搅拌15 min,制成JS 防水涂料;将涂料刮涂成型制样。
1.2.4 样品养护
按GB/T 23445—2009 将样品于室温下放置168 h 后在50 °C 的恒温烘箱中加热24 h。
1.3 性能测试
1.3.1 JS 防水涂膜结晶过程的观察
将含结晶粉料的厚涂膜(2 cm)的切口放置在显微镜的载玻片上,滴一定量的水,盖上玻璃片,放置在显微镜载物台上,调节显微镜,打开电脑和相应的软件,观察结晶粉料的结晶过程并进行拍摄。采用WSV-400 数码生物显微镜观察。
1.3.2 自愈合性能测试
将一定厚度呈圆形薄片的涂膜样品中部切割具有一定宽度的裂口;将样品置于短管标准漏斗中,用硅酮胶将样品与漏斗的玻璃壁粘合,将透明橡皮管接上漏斗下方玻璃管,橡皮管口朝下。测试自愈合性能时,连续滴加水至短管标准漏斗中,水从样品的裂口处漏出,并沿着透明橡皮管流出,维持杯中水位的高度,并且开始计时,直到样品裂口处没有水渗出并且透明橡皮管没有水流出,此时记录时间,实验结束。
1.3.3 固化时间、拉伸性能测试
固化时间、拉伸性能按照GB/T 23445—2009 测试。
 
2 结果与讨论
2.1 自愈合性能研究
本研究粉料与液料的质量比皆为1∶1。
2.1.1 不同结晶粉料含量对自愈合性能的影响
为考察不同的结晶粉料含量对水泥基聚合物防水涂料自愈合性能的影响,在相同的膜厚(1.0 mm)和0.1、0.2、0.3 mm裂口宽度下,测试不同结晶粉料含量下的自愈合时间,结果见表1。
结晶粉料含量对JS 防水涂料自愈合性能的影响
表1 结果显示,防水膜裂口宽度为0.1~0.3 mm 时,自愈合时间均随结晶粉料含量的增加而缩短,自愈合效果上升;裂口宽度越大,自愈合时间越长,但自愈合时间随结晶粉料含量的增加而下降的幅度加大。
2.1.2 不同增塑剂含量对自愈合性能的影响
为考察不同增塑剂含量对水泥基聚合物防水涂料自愈合性能的影响,在相同的膜厚(1.0 mm)和0.1、0.2 mm 裂口宽度下,测试不同增塑剂含量下的自愈合时间,测试结果见表2。
增塑剂含量对JS 防水涂料自愈合的影响
表2 结果表明,增塑剂含量越多,所需自愈合时间越短,自愈合效果上升。在相同膜厚的条件下,裂口宽度越大,自愈合时间越长,同时,自愈合时间随增塑剂含量增加而下降的幅度也越大。对照结晶性自愈合,增塑自愈合的效果比较明显,但增塑剂用量过多(超过10%)则涂膜过软,拉伸强度明显下降,达不到产品的拉伸强度标准。
2.1.3 不同涂膜厚度对自愈合性能的影响
考察结晶体系不同涂膜厚度对水泥基聚合物防水涂料自愈合性能的影响,保持裂口宽度为0.1 mm 时,测试不同结晶粉料含量时不同厚度防水涂膜的自愈合时间,结果见表3。
不同膜厚对结晶体系JS 防水涂料自愈合的影响
由表3 可知,在相同的裂口宽度时,自愈合时间随着膜厚的增加而降低,自愈合效果上升。并且结晶粉料含量越多,自愈合时间随膜厚增加而下降的幅度越大。
2.2 结晶粉料结晶生长微观观察
2.2.1 局部渗透结晶观察
通过10 倍显微镜观察渗透结晶的局部区域来考察结晶粉料在涂膜中结晶生长的微观状态,研究其渗透结晶过程,结晶生长观察时间依次为(a)→(b)→(c)。结果见图1。
渗透结晶局部显微镜观察(10 倍)
由图1 所圈出区域中的圆点显示,不同时间所对应的圆点(结晶体)大小明显变化,结晶体随结晶粉料与水的反应时间增加而变大。
2.2.2 全貌渗透结晶观察
通过10 倍显微镜观察渗透结晶的全貌来考察结晶粉料在涂膜中结晶生长的微观状态,研究其渗透结晶过程,结晶生长的观察时间依次为(a)→(b)→(c)→(d)→(e)。结果见图2。
渗透结晶全貌显微镜观察(10 倍)
从图2 全貌来看,自图2(a)→图2(e),随结晶时间增加,由图2(a)整张图的背景颜色较浅,黑色圆点较小,逐步形成黑色晶体圆点增多、增大乃至于整张图的背景变深及充满较大晶体的最终状态图2(e)。
2.2.3 等时间间隔渗透结晶观察
通过25 倍显微镜等时间间隔(0.5 h)拍摄结晶粉料渗透结晶观察图来考察结晶粉料结晶生长的微观情况,研究其渗透结晶过程。结晶生长观察时间依次为(a)→(b)→(c)→(d)→(e)→(f)。结果见图3。
等时间间隔渗透结晶显微镜观察(25 倍
等时间间隔渗透结晶显微镜观察(25 倍)
由图3 显示,随着时间的推移,结晶粉料晶体变大;到图3(e)时,晶体的增大基本停止至最终状态的图3(f)。说明结晶粉料在厚涂膜中与水的反应基本上在2.5~3 h 完成,结晶完全。这与以上研究结果涂膜厚度越大自愈合时间越短是吻合的。
2.3 典型自愈合(自修复)JS 防水涂料的主要性能
m(液料)∶m(粉料)=10∶7 时,经检测,JS 防水涂料的固化时间1.5 h,拉伸强度2.08 MPa,断裂延伸率269%,裂口宽度0.1 mm 时自愈合时间11~12 h。均符合GB/T 23445—2009 中I 型和II 型聚合物水泥防水涂料的拉伸强度、断裂延伸率指标要求。
 
3 结论
(1)JS 防水涂料的自愈合时间随结晶粉料含量的增加而下降;同样,随增塑剂含量的增加而自愈合时间缩短,自愈合效果上升。
(2)在相同的结晶粉料或增塑剂的含量下,自愈合的效果与裂口宽度有关,随裂口宽度的增加自愈合时间延长。在相同的结晶粉料含量下,随膜厚的增加自愈合时间缩短。
(3)显微观察得到结晶粉料与水反应生成结晶物的过程,并且该过程与时间有关。因此JS 防水涂料的自愈合需要一定的时间。
(4)自愈合水泥基聚合物防水涂料典型产品的拉伸强度达到2.08 MPa,断裂延伸率达到269%。
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