0 前 言
近年来,由于我国城镇化速度的加快以及房地产业的发展,建筑防水材料的应用越来越广泛,据中国建筑防水协会统计,我国的防水材料市场年需求超过20亿m2,防水市场产值在2 000亿元。防水材料主要分为防水卷材和防水涂料两大类产品,其中防水卷材约占70%,防水涂料约占30%,涂料产量达到45万t。
1 防水涂料的概念及分类
建筑防水涂料是一种建筑防水材料,将涂料单独或与胎体增强材料复合或分层施工在需要进行防水处理的基层面上,可形成一定连续无缝的整体且具有一定厚度的涂膜防水层,从而满足工业与民用建筑的屋面、地下工程、楼地面等部位的防水抗渗透要求。防水涂料按使用行业分为建筑工程防水涂料、民用家装防水涂料、道桥防水涂料、隧道防水涂料等;按其主要成膜物质的基料可分为合成高分子类(主要是聚氨酯、聚脲等)、聚合物水泥类(含聚合物乳液类及无机类)以及橡胶沥青及改性沥青类的产品。
1.1 合成高分子类防水涂料
合成高分子类防水涂料,主要指通过反应合成的高分子防水涂料,主要有聚氨酯防水涂料和聚脲防水涂料两大类。
聚氨酯防水涂料包括双组分反应固化型涂料或单组分潮气固化型涂料。聚氨酯防水涂料可以常温施工、操作简便,涂膜的黏结力强,具有良好的物理力学性能和优异的防水、耐酸、耐碱和耐老化性能,适用于屋面、地下室和其他结构部位的防水施工,特别适用于造型复杂的屋面防水工程。国内从20世纪70年代开始研发聚氨酯防水涂料,列入了国家“七五”科技攻关计划,先后诞生了“851”“911”等聚氨酯防水涂料经典型号。
目前聚氨酯防水涂料执行GB/T 19250—2013《聚氨酯防水涂料》标准,产品分为3种类型:Ⅰ型通常用于工业与民用建筑工程的普通防水,有单双组分两种产品,主要指标拉伸强度大于2 MPa,断裂伸长率500%;Ⅱ型通常用于桥梁等非直接通行部位桥面的防水,主要指标拉伸强度大于6 MPa,断裂伸长率450%;Ⅲ型通常用于桥梁、停车场、上人屋面等外露通行部位的防水。国内聚氨酯防水涂料约占防水涂料总量的40%。
聚脲涂料是20世纪90年代从国外发展起来的高性能防水涂料:产品执行GB/T 23446—2009 《喷涂聚脲防水涂料》标准,产品分为Ⅰ、Ⅱ型两类,Ⅱ型产品主要指标拉伸强度大于16 MPa,断裂伸长率450%,表干时间小于120 s。聚脲的高强度、快速固化等优异的性能使得产品迅速得到了广泛的应用,尤其是在2010年前后的高铁桥面涂装中大量使用,但因铁路应用过程,出现大量的假冒现象,被中国铁路总公司叫停后受到冷落。然而,该产品具有的优异防水、耐腐蚀等性能,在长期浸水环境中可优先考虑使用,即将落成的港珠澳大桥隧道防水就采用的是喷涂聚脲。
1.2 聚合物水泥类防水涂料
聚合物水泥类包括聚合物乳液防水涂料、聚合物水泥防水涂料、聚合物水泥防水浆料等产品,主要成分是由聚合物乳液与水泥、石英粉等组成,依据乳液含量和粉料的比例,从材料的柔韧性高低,依次是聚合物乳液防水涂料、聚合物水泥防水涂料。市面上流通的K11防水涂料,实际上就是该类产品的不同组合。
1.2.1 聚合物乳液防水涂料
聚合物乳液防水涂料是合成树脂乳液类建筑涂料中的一种,一般是以丙烯酸酯均聚乳液、苯乙烯-丙烯酸酯共聚乳液或者以乙烯-醋酸乙烯(VAE)乳液等为基料,产品执行行业标准JC/T 864—2008《聚合物乳液建筑防水涂料》,分为两类,拉伸强度分别满足Ⅰ型1.0 MPa、Ⅱ型1.5 MPa,断裂伸长率同时满足大于300%。另外出现金属屋面专用的丙烯酸高弹防水涂料,其采用的是JG/T 375—2012《金属屋面丙烯酸高弹防水涂料》标准,该类产品主要适用于彩钢屋面等直接外露的金属屋面防水工程。
1.2.2 聚合物水泥防水涂料
聚合物水泥防水涂料(又称JS复合防水涂料),是以聚合物乳液和水泥为主要原料,综合了聚合物和水泥的优势,而具有“刚柔相济”的特性,即既有聚合物涂膜的延伸性、耐水性,也有水硬性胶凝材料强度高、与潮湿基层黏结能力强、耐水性好的优点。目前是室内防水涂料产品中用量最大的产品。产品执行GB/T23445—2009《聚合物水泥防水涂料》标准,标准将产品分为3类,Ⅰ型适用于活动量较大的场所,偏柔性,主要防水指标满足拉伸强度大于1.2 MPa,断裂伸长率200%;Ⅱ、Ⅲ型分别适用于活动量较小的场所,偏刚性,主要防水指标分别满足拉伸强度大于1.8 MPa,断裂伸长率80%及30%。聚合物水泥防水涂料主要用在室内厕浴间、厨房阳台等工程防水、抗渗、防潮使用。
聚合物水泥防水浆料,严格意义上该产品不属于防水涂料品种,应归属于防水砂浆,其产品执行JC/T2090—2011《聚合物水泥防水浆料》,产品适合于外墙或室内卫生间立面的防渗要求,因其材料偏刚性,特别适合于贴瓷砖的墙面防水装修使用。
1.2.3 水泥基渗透结晶型防水涂料
水泥基渗透结晶型防水涂料(简称CCCW)是20世纪40年代,由德国著名的化学家Lauritz Jensen(劳伦斯 · 杰森)发明,当时主要用于解决水泥船渗漏问题。其利用活性母液在混凝土内部的渗透反应来进行止水(见图1),渗透催化作用的物质,遇水就激活,能促使水泥再产生新的晶体,当混凝土中产生新的细微缝隙,一旦有水渗入,又会产生新的晶体把水堵住,具有自我修复能力。产品执行的是GB 18445—2012《水泥基结晶型渗透防水涂料》标准,主要技术指标通过使用CCCW后混凝土和砂浆的抗渗压力比来衡量。目前行业内热门的SSGF建造工法(碧桂园地产)采用自愈合防水技术原理就是采用该类材料。
1.3 改性沥青类防水涂料
沥青具有很好的防水性和耐久性,但是沥青也有很多性能缺陷,例如性脆、柔韧性差、低温易开裂,因此多采用橡胶对沥青进行改性。溶剂型橡胶沥青防水涂料因含有大量的挥发溶剂,2017年工信部的第23号公告,正式废止了JC/T 852—1999《溶剂型橡胶沥青防水涂料》。因此橡胶沥青防水涂料,正式进入了非固化橡胶沥青防水涂料的时代。非固化橡化沥青防水涂料是一种既非水性又非溶剂型的材料,它是一种永不固化成膜的蠕变性防水涂料,非固化防水涂料层在建筑物的整个使用寿命期内,始终保持蠕变性、黏结性和自愈性(见图2)。在基层出现开裂、变形的情况下材料会自行封堵裂缝,确保不出现渗漏。
2008年,国内在奥运鸟巢工程中变形缝防水的修复工程中从韩国引进该产品后,非固化橡胶沥青防水涂料在国内得到了迅速的发展,尤其是其与自粘卷材构成的复合防水体系成为当今主流防水构造体系,行业也完成了该产品的行业标准JC/T 2428—2017《非固化橡胶沥青防水涂料》的制定,并于2018年4月1日正式执行。
2 防水涂料行业市场及运行特点
我国防水涂料的开发应用始于20世纪60年代,很多产品诞生与应用多与国家的一些重大工程建设项目有关,承担任务的多为国有的重点涂料和建材企业。20世纪80年代,中国建筑防水协会成立,自此之后,尤其是大规模的防水卷材生产线的引进和投产,使得以SBS为改性剂的沥青卷材产品蓬勃发展,随后沥青自黏防水卷材、高分子防水卷材、聚氨酯涂料、聚合物水泥防水涂料等产品得到了广泛的发展应用。图3为2017年各防水材料的占比情况,防水涂料约占26.6%。
2.1 行业发展迅速,规模化集中度提高
建筑防水行业一直属于“大行业,小企业”的格局。行业集中度低,拥有生产许可证的企业有1 500多家,无证企业还有600多家,无证企业的销售收入达到整个行业销售收入的30%。但是随着国家质检总局、工信部以及中国建筑防水协会市场监督加强,行业规模以上企业收入占比逐渐提高,骨干防水企业的竞争力不断提升,落后产品和产能被淘汰。从公布的2017年全国房地产首选品牌榜单可以看出(表1),前5名占比接近80%,行业的集中度大大提高。
2017年,是防水涂料行业在资本市场丰收的一年,先后有3家从事防水主业或防水相关业务的公司——凯伦股份(300715.SZ)、飞鹿股份(300665.SZ)、科顺股份(300737.SZ)在创业板上市,行业首家上市公司东方雨虹(002271.SZ)的市值突破400亿元,排整个建材板块第3名。同时三棵树(60373.SH)、伟星股份(002003.SZ)也先后宣布建立防水涂料和卷材生产线,宣布正式进军防水市场,未来几年将会有越来越多的资金涌入防水行业。
2.2 行业推广机械化喷涂、标准化施工
防水工程质量好坏,防水材料是关键,施工是保障,中国建筑防水协会从2013年起已经连续举办了五届防水比武大赛,防水涂料喷涂也举办了三届,2017年人社部将防水行业的技能大赛列入正式国家技能工种比赛的范畴,“工匠精神”在防水行业受到推崇。在国外,美国涂料的喷涂率达到97%,而在我国涂料行业,即便是包含汽车涂料产品(全部喷涂)也只不到30%,防水涂料的喷涂远低于这个比例。早在2012年,东方雨虹公司与美国GRACO公司联合研究Z45喷涂设备,经过近5年来的运作,该设备可喷涂所有的防水涂料,兼容性强,极大地提高防水涂料施工高质量和效率、降低人工的劳动强度。我们对喷涂施工与手工刮涂施工聚合物水泥防水涂膜进行扫描电镜分析(图4、图5),其比刮涂形成的涂膜致密,耐水性好,不透水性更高。
2.3 绿色环保节能为行业的主旋律
绿色环保一直是近年来涂料界的热门话题,尤其是国家的“大气十条”出台、溶剂型涂料的消费税的征收,防水涂料也不例外,先后有溶剂型橡胶沥青防水涂料标准被废止,2017年公布的京津冀DB11/3005—2017《建筑类涂料与胶黏剂挥发性有机化合物含量限值标准》,对防水涂料的挥发性有机化合物提出了更高的要求,见表2。
注:a外墙涂料、内墙涂料、挥发固化型防水涂料、水性地坪涂料、水性建筑防腐涂料、水基型胶黏剂不考虑稀释配比。
b外墙与内墙腻子中膏状腻子不考虑稀释配比。粉状腻子按照产品规定的施工配比将粉体与水或胶黏剂等其他液体混合后测试。如施工配比在某一范围时,应按照水用量最小、胶黏剂等其他液体用量最大的施工配比混合后测试。
c反应固化型防水涂料、溶剂型地坪涂料、溶剂型建筑防腐涂料、溶剂型胶黏剂按照产品规定的施工配比混合后测试。如稀释剂的使用量为某一范围时,应按照产品施工配比规定的最大稀释比例混合后进行测试。
d仅适用于在天津市和河北省生产的溶剂型地坪涂料;北京市生产的溶剂型地坪涂料应按照北京市清洁空气行动计划及相关政策执行;京津冀区域销售和使用的地坪涂料应符合水性和无溶剂型的含量限值。
e仅适用于在天津市和河北省生产、销售、使用的溶剂型建筑防腐涂料,以及北京市在市政、交通设施等必须采用重防腐工艺时所使用的溶剂型重防腐涂料;北京市生产的溶剂型建筑防腐涂料应按照北京市清洁空气行动计划及相关政策执行,销售和使用的建筑防腐涂料(除前述重防腐情况外)应执行水性防腐涂料的含量限值。
3 防水涂料行业发展的新技术
总体上来讲,我国建筑防水涂料的发展已经取得了长足的进步,但与先进国家相比,在品种、质量尤其是配套的施工技术上面也还存在一定差距,很多先进的产品和标准已经在逐步陆续进入国内,并迅速推广应用。下面介绍近年来防水涂料行业新技术、标准、产品和工艺等的新发展。
3.1 防水行业新标准的技术更新
从2017年国家标准法改革以来,首次推出团体标准,深圳市建筑防水协会发布了T44SZWA1—2017《高分子益胶泥》团体标准,该产品在原来《益胶泥》地方标准上,提升技术标准要求,推出能同时满足外墙瓷砖粘贴和防水要求的二合一产品,这也是2017年以来防水涂料发展的一个重要方向。广东省建筑防水协会在广州市质检院比对研究聚合物水泥防水涂料国内外产品的基础上,发布了T/GDWA3—2017《高弹韧性聚合物水泥防水涂料》,为国内全面提升聚合物水泥防水涂料树立了标杆,该产品列入了广东质检系统的《关于民生产品质量提升计划》示范项目。
同时现行的GB 50108《地下工程防水技术规范》也在进行修编,现已进入了标准报批阶段,该标准的修订,对防水涂料在地下工程中应用进行了重新的规范,为未来防水涂料明确技术方法和要求。
3.2 喷涂类防水涂料涌现
本文第二节重点谈到机械化喷涂的应用,喷涂施工代替人工刮涂,尤其是在大型地铁、矿山、隧道、桥梁等防水工程等领域的广泛应用,不局限于现有成膜物质的喷涂丙烯酸盐防水涂膜、喷涂橡胶沥青防水涂膜、喷涂MMA防水涂料等相继出现。这类产品在满足现有隧道、桥梁等防水要求的基础上,替代防水卷材,在异形面上施工,快速固化和成膜,有良好附着力和优异的防水性能。这类产品列入中国铁道总公司的两项技术产品——《铁路工程喷膜防水材料 第1部分:喷涂丙烯酸盐》和《铁路工程喷膜防水材料 第2部分:喷涂橡胶沥青》。另有国内外公路钢结构桥梁防水防腐用的JC/T 2251—2014《聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)防水涂料》,该产品有良好防水、黏结、防腐和抗碾压性能,在与道路沥青的结合下,形成对钢结构桥面有效的保护(见图6)。
4 结 语
防水涂料产品,作为一种功能性的建筑涂料,其发展和应用同我们百姓的日常生活息息相关,随着对美好生活的向往和追求,其市场前景越来越广阔,防水涂料行业也正在向竞争有序、规模化的健康道路上发展。