聚合物水泥防水涂料的应用误区分析

聚合物水泥防水涂料的应用误区分析

秦景燕，王传辉，贺行洋，李先志
（湖北工业大学土木工程与建筑学院，湖北武汉430068）

中国建筑防水协会2009 年对全国防水工程的调查表明，聚合物水泥防水涂料位居防水材料总用量的第4 位，且连续3 年呈上升态势。近几年防水行业市场竞争激烈，聚合物水泥防水涂料在应用过程中也出现了一些质量问题。本文通过分析聚合物水泥防水涂料的性能特点及其在防水工程上的应用误区，为合理选择和应用该防水涂料提供理论和实践参考。

1 聚合物水泥防水涂料的防水机理及特性
聚合物水泥防水涂料（简称JS 防水涂料）是以丙烯酸酯、乙烯-醋酸乙烯酯等聚合物乳液和水泥为主要原料，加入填料及其它助剂配制而成，经水分挥发和水泥水化反应固化成膜的双组分水性防水涂料。在液料和粉料配合搅拌均匀后，聚合物乳液中的高分子微粒脱水而粘连在一起，形成连续的聚合物弹塑性薄膜，同时水泥吸收乳液中的水分水化硬化，柔性的聚合物膜层与水泥硬化体相互交织，组成互穿网络结构，固化后形成完整、柔韧、高强的防水涂膜。JS 防水涂料无毒、无污染，属于环保型产品；与基层粘结力强，是理想的修补粘接材料；涂层坚韧高强，耐水、耐候、耐久、耐高温，也可配成彩色涂层；能在潮湿（无明水）或干燥的多种材质（如砖石、砂浆、混凝土、金属、木材、硬塑料、玻璃等）基面直接施工，操作简单方便。但其固含量较低，需多次薄涂方可达到设计厚度，施工周期较长；成膜需良好通风和较高温度；涂膜长期耐水性不好，某些品种在地下工程长期使用后，会出现吸水溶胀，强度下降。JS 防水涂料既有有机涂料的高韧、高弹性，又有无机材料的耐水、耐久和强粘结性，可用于厕浴间、厨房、屋面、外墙、蓄水池、道桥、地下等工程的防水堵漏和抗渗防潮，还可作为面砖粘结层及密封材料，尤其适用于卫生间和坡屋面的防水。

2 聚合物水泥防水涂料的应用误区分析
2.1 对JS 防水涂料不同产品类型的认识误区
JS 防水涂料产品类型不同，性能有差异，应用部位也不同。因此，用户必须了解各类产品的特性，以免错用。

2.1.1 按聚合物乳液和水泥的不同比例分类
按聚合物乳液和水泥的不同比例，JS 防水涂料分Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型。Ⅰ型是我国JS 防水涂料的主流产品，其聚合物含量较高，弹性好，适于非长期浸水环境、较干燥、活动量较大基层（如屋面、外墙面等）；Ⅱ型聚合物含量逐渐降低，材料伸长率随之大幅降低，刚性增加，粘结强度提高，涂膜抗穿刺、耐磨，干燥快，但一般低温柔性较差，适用于长期浸水环境或潮气、活动量较小基层（如地下室、厕浴间等）；Ⅲ型为水泥中加入少量聚合物配成的弹性水泥，粘接强度高，有一定的伸长率和抗裂性，主要用于地下室、厨卫间、外墙等部位，作为地下（有回填土）、背水面防水（尤其在水压较高）效果更好，特别是作为饰面瓷砖的粘结材料，可有效解决外墙饰面瓷砖易脱落而造成的墙体渗漏问题。

2.1.2 按聚合物的反应活性分类
按聚合物的反应活性，JS 防水涂料可分为反应型和非反应型。非反应型的聚合物（如氯丁胶乳、丁基胶乳、醋酸乙烯共聚乳液等）在复合材料结构中是物理结合，聚合物成膜后覆盖于水泥胶凝体表面或水泥水化物填充于聚合物网络之间，有机物和无机物仅为惰性地、机械式地相互填充，其涂膜的粘结、致密和耐水性相对较差。反应型JS 防水涂料是用活性聚合物、水泥、引发系统和集料制成，与非反应型的不同之处在于：聚合物活性基团与水泥水化产物间发生了化学反应，形成以化学键结合的界面结构，通过界面增强使涂膜更致密，强度更高，成膜更快，粘结力增强。聚丙烯酸酯乳液配制的反应型JS 防水涂料已在我国防水工程中得到广泛应用，并取得了良好的使用效果[1]。

2.2 对聚合物乳液选择的认识误区
聚合物乳液是JS 防水涂料的主要成膜物质，采用无皂、形态设计、交联等先进乳液合成技术生产高质量乳液是提高涂料质量的重要保证。随意减少聚合物乳液用量或只关心胶乳掺量而不考虑乳液品种质量等错误做法，必然会降低涂料性能，影响产品信誉。

2.2.1 对聚合物乳液性能的认识误区
目前JS 防水涂料主要采用聚丙烯酸酯乳液、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（VAE）乳液或两者的复合及其改性乳液。要尽量选择带活性基团的聚合物或对现有聚合物进行改性。聚丙烯酸酯乳液分子中有活性—COOH 基团，可通过带—OH 基团的助剂对其进行改性，使原有线性结构在成膜过程中形成立体网状结构，因此涂膜耐水、抗紫外线、耐高温、耐臭氧和柔韧性都较好。VAE 乳液不含活性官能团，为线性高分子材料，分子极性相对较大，交联困难，在受热或紫外线作用下，易造成分子裂解，使涂膜变脆、发硬以致破裂，因此其耐热老化、耐水性较差，但拉伸强度较高，耐碱性、抗蠕变性优于聚丙烯酸酯乳液。采用复合乳液的方法也能取得良好的效果，如以聚丙烯酸酯乳液为主液料，适当添加VAE 乳液，即可增加涂膜的耐久、耐水、粘结和柔韧性，又能使涂料的低温成膜性好、拉伸强度高、断裂伸长率好，且价格适中。聚丙烯酸酯乳液的改性能力优于VAE 乳液，要达到相同性能前者的用量亦显著少于后者，其副作用亦明显小于后者[2]。丙烯酸酯乳液是制备JS 防水涂料的首选，可通过调节软（丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯）、硬（苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯等）单体的比例使其具有优异的低温性能、耐水性和耐候性。VAE 乳液柔性较差，要达新国标Ⅰ型、Ⅱ型产品要求的伸长率，需添加较多（6％以上）增塑剂，而在Ⅲ型产品中只需加2％左右的增塑剂就可满足要求，所以VAE 乳液更适用于Ⅲ型JS 防水涂料。应注意涂料配方只是针对规定掺量的某种聚合物乳液，当聚合物乳液的掺量、品种或品牌变化时必须根据试验结果调整配方[3]。
2.2.2 不同气候条件和使用部位对聚合物乳液选择的认识误区
气候条件、使用部位不同，对JS 防水涂料的性能要求有差异，选用的聚合物乳液也不同。北方冬季气温较低，对涂膜低温柔性、抗冻融和冷热循环性的要求较高；南方春夏多雨，潮湿天气较多，不追求高抗拉强度和高伸长率，而要求浸水后抗拉强度损失较少；屋面防水必须具有优异的耐紫外线老化性能，满足间歇耐水、抗积水要求，但耐水性要求相对较低；厕浴间防水必须满足间歇耐水，对拉伸、粘结、耐水性要求较高，而对耐热、耐紫外线、低温柔性要求相对较低。屋面用JS 防水涂料分南方型、北方型，主要表现在低温柔性要求不同，南方要求耐-10℃，而北方则要求耐-20℃，而厕浴间南北方基本相似。从提高涂膜性能的角度出发，屋面工程可优先选择耐老化性好的聚丙烯酸酯乳液，而长期浸水环境不宜采用易返乳的乳液（如VAE），并应注意涂料168 h 浸水后的力学性能指标。

2.3 对JS 防水涂料配比的认识误区
JS 防水涂料为双组分，施工前需要现场配制。一些施工单位为省钱，只买液料，不买粉料，有的生产企业虽然对单买液料的用户提供了配比指导，但实际工程中为追求高额利润而任意加大粉料用量或随便加水调整稠度的现象比比皆是，很容易导致产品质量失控。了解JS 防水涂料配比的有关参数，掌握原料配比与涂料性能之间的关系[4]，严格按涂料生产企业规定的配比混合才能确保防水工程的质量。

2.3.1 聚灰比
聚灰比是乳液中固体聚合物与水泥的质量比，是决定涂料柔性-刚性变化的重要参数。聚灰比越小，聚合物用量越少，导致涂膜断裂伸长率下降，柔性变差，但水泥用量增多，涂膜的耐水、耐候性可得到改善，拉伸强度不断提高。

2.3.2 液粉比
液粉比是聚合物水泥涂料中聚合物乳液的量与所用粉料量（水泥和填料的质量之和）的比值。在一定聚灰比范围内，液粉比对拉伸强度影响较小，对延伸率影响较大。从总的趋势来看，随液粉比的增大，涂料黏度急剧减小，流动性增大，拉伸强度逐渐减小，断裂伸长率直线升高，但涂膜的耐候性降低，吸水性有上升的趋势。

2.3.3 聚粉比
聚粉比是固体聚合物和粉料的比值。聚粉比大小直接影响涂膜的断裂伸长率，显著影响涂膜的柔韧性和拉伸强度。在保持聚灰比不变的情况下，聚粉比降低，涂膜的拉伸强度提高，同时断裂伸长率急剧降低。目前市售JS 防水涂料Ⅰ型产品聚灰比为1～2，液粉比为1∶0.7；Ⅱ型产品聚灰比约为0.6，液粉比为1∶1.5；Ⅲ型产品聚灰比约为0.5，液粉比为1∶（2～3）。

2.4 对JS 防水涂料作业面的认识误区
柔性涂膜的抗渗能力在迎水面和背水面有很大区别。同一涂膜材料，迎水面的抗渗强度比背水面高3 倍左右。用于背水面的防水涂料应具备良好的不透水性和耐水性，但更为重要的是与基层的粘结力应超过水的渗透压力，一般的高分子防水涂料很难达到此要求，但JS 防水涂料不透水却有一定透气性，且Ⅱ型、Ⅲ型产品水泥用量多，与基层的粘结强度高，不但可做迎水面而且作背水面防水（尤其在较高水压）抗渗效果更好。

2.5 对JS 防水涂料涂层厚度和涂覆次数的认识误区
防水涂料必须有一定的厚度储备，才能谈及防水层的抗渗、耐久性及涂膜延伸率。林春升指出，JS 防水涂料的抗渗性能明显依赖于材料厚度的变化，并在一定厚度范围内产生突变；随试件厚度的增加，拉伸强度减小，而延伸率增加。有的实际工程施工中将涂料加水兑稀，只关心涂刷的次数，却忽略涂层最终厚度的把关[5]。JS 防水涂料施工时要求平均厚度为1.5～2.0 mm，防水设计图除标明涂膜厚度要求外，还应标明涂料的固含量、密度和单位面积用量，并以设计的平均厚度作为防水工程验收的依据。
在施工中要严禁厚涂，最好分2 次以上涂覆，在制作试件时至少涂刷3 遍，每次间隔时间以前一次涂膜干固不黏为准。褚建军等研究表明：试件在相同厚度和养护龄期下，所测得拉伸强度、延伸率随涂覆次数增加而有所增大；不同的涂覆方法，能导致JS 防水涂料产品试验结果的不同，并影响到对产品合格性的评定[5]。文翠琴[6]研究表明，同一JS 防水涂料，分3 次涂覆制备的试样其试验结果符合相应的技术指标要求，而分2 次涂覆制备的试样试验结果可能会不符合要求。实际工程施工时为赶进度，常采用厚涂施工，当试件表干后，内部剩余水分不易蒸发，在干燥过程中易造成涂膜开裂。用放大镜对涂膜裁片的截面观察发现，涂层薄（厚度不超过0.5 mm）的涂膜内部存在的气泡较小且呈封闭状态；涂层厚（厚度在0.6～0.8 mm）的涂膜内部气泡相对较大，有时气泡几乎贯穿整个涂层，但涂层表面看似密实。

2.6 对JS 防水涂料施工基层潮湿程度的认识误区
JS 防水涂料可在无明水的潮湿基面直接施工，但对基层潮湿程度判断的认识误区却会显著影响涂膜的质量。基层含水率必须符合规定要求。潮湿基层没有一个标准，有的甚至称饱和吸水层，“饱和”的意思是，若再加上1 滴水，水便会游离于基层上。在固体表面布满水分子形成的隔离层时，高分子物质是无法在基层上“生根”或与基层固体分子产生引力，就不可能有牢固的附着力，势必容易起皮、剥落；且基层表面多余的水（或水珠）会局部改变涂料的配比成分，在成膜后必然会影响涂膜的均匀性和整体性。

2.7 对JS 防水涂料配制现场拌和状态重要性的认识误区
双组分产品拌和分相的均匀状态对涂膜性能的形成至关重要。许多施工队伍对拌和过程不够重视，甚至为节省资金采用人工搅拌，使最终涂膜的性能因拌和不均而显著下降。现场搅拌应采用机械搅拌，手持式电动搅拌器是目前涂料液、粉料混合较为理想的设备。要确保搅拌均匀，搅拌时间为5～10min。JS 防水涂料拌合后的可用时间为2～3 h，夏季则更短，施工时要做到随配随用，宁少勿多。

2.8 对施工温度、湿度条件及涂膜养护制度的认识误区
JS 防水涂料施工直接受天气的影响，不顾气候条件随意施工，其涂膜性能相去甚远。高温、负温会改变材性；大风易将粉尘、杂物吹到未凝固涂膜表面。为保证涂膜质量，一般要求涂料施工温度在5～35 ℃，湿度在50%～70%，雨天或5 级以上大风则应停止施工。一旦遇大风或雨，要采取覆盖，严禁未干涂料泡水，对已被雨水冲蚀的涂膜应在天气转好后进行重新涂刷，予以补救。JS 防水涂料成膜过程中，只有约15%水泥水化，其余水泥都充当了填充料。水泥要水化形成金属盐（特别是高价铝盐）才能与高分子活性基团起作用。干燥环境可加速水分的蒸发，有利于涂料的成膜，潮湿环境则有利于水泥的水化。较高的温度可保证聚合物中高分子链段的自由移动，涂膜更柔韧；较低温度时，高分子链的运动受冻结，无机材料发挥主导作用。因此，处于相对较高温度和相对潮湿环境的涂膜有较理想的拉伸性能，而处于较低温度和相对干燥环境中的涂膜则拉伸性能较差。JS 防水涂料理想的养护条件是：养护温度要高于聚合物最低成膜温度，早期潮湿养护，促进水泥水化，然后干燥养护，加快聚合物成膜。养护龄期对水泥基材料的影响较大，随养护龄期的增加，涂料的拉伸强度上升，断裂伸长率下降，但超过一定龄期后，这种变化趋于平缓和稳定[7]。养护龄期大多为7 d，但有些厂家定为14 d。

3 结语
JS 防水涂料已成为防水工程中最受人们青睐的环境友好型产品之一。随着对JS 防水涂料的进一步研究，各种性能优异的产品如自闭型、纤维增强型JS 防水涂料等相继诞生。了解JS 防水涂料的应用误区，掌握涂料的性能和应用方法，规范施工工艺技术，重视对JS 防水涂料的研究及总结，必将使JS 防水涂料在防水工程中发挥更大的作用。