搅拌设备对聚合物水泥防水涂料性能测试结果的影响

李建虹1，赵晓莺2，于秋菊3
（1.邢台市建设工程质量检测中心，河北邢台054001；2.中国环球工程公司华北规划设计院，河北涿洲072750；3.北京建筑材料科学研究总院有限公司，北京100041）

0 前言
聚合物乳液用于改性水泥材料的第一篇专利早在1924 年就发表于Lefebure[1]。随着研究的深入，聚合物乳液在水泥中的添加量逐渐增大，使得聚合物水泥材料产生了从刚性到柔性的转变。上世纪90 年代初，聚合物水泥防水涂料（以下简称JS 涂料）由核工业北京地质研究院研制成功，并于1993 年获得核工业部科技进步奖。近年来，JS 涂料在建筑物屋面、地下室、厨卫间以及外墙等结构部位的防水工程中得到了广泛应用[2]，其在建筑防水行业中应用的比重也越来越大，从2006 年的4.51%发展到2008 年的11.18%[3-4]。
2009 年，GB/T 23445—2009《聚合物水泥防水涂料》取代JC/T 894—2001《聚合物水泥防水涂料》成为JS 涂料性能的检测标准，但是该标准中未对搅拌设备进行规定。事实上，与搅拌相关的因素对JS 涂料的性能还是有较大影响的[5-6]。本文就搅拌设备包括搅拌工具、搅拌速度、搅拌杆与容器的相对比例对JS 涂料检测结果的影响进行了讨论。

1 实验部分
1.1 主要原料
试验采用了6 家JS 涂料的Ⅰ型和Ⅱ型产品共10 个，具体见表1。

1.2 实验仪器和设备
多功能无极调速搅拌器：D-8401 型，天津华兴科学仪器厂；电热鼓风干燥箱，DHG-9140A 型，上海一恒科学仪器有限公司；恒温恒湿培养箱：HWS-250型，上海森信实验仪器有限公司；搅拌工具为桨叶式搅拌杆和上下齿分散盘搅拌杆；测速仪。

1.3 防水涂料的制备
粉料和液料比例按各厂家要求，在GB/T 23445—2009《聚合物水泥防水涂料》要求的基础上，增加以下一些固定条件：制样分2 次涂覆，间隔24 h，10 个产品同期涂覆，搅拌时间相同，搅拌成型过程相同，每次称料乳液加粉料的总质量相同，采用相同刮尺，由同一位实验员操作。

1.4 浆料密度的测定
按不同JS 涂料产品的要求称取粉料与乳液，搅拌均匀，100 mL 玻璃量筒质量为m0，倒入50 mL 浆料后浆料与玻璃量筒总质量为m1，按下式计算浆料密度。
ρ=（m1-m0）/50 （1）

1.5 力学性能的测试
按照GB/T 23445—2009《聚合物水泥防水涂料》标准要求，测定涂料试样的拉伸强度和断裂延伸率。
2 结果与讨论
2.1 搅拌设备对JS 涂料物理力学性能测试的影响
2.1.1 搅拌工具的影响
采用800 r/min 的搅拌速度，分别用桨叶式搅拌杆和上下齿分散盘搅拌杆对10 个JS 涂料样品按厂家指定配比搅拌成型，测试拉伸强度和断裂延伸率，测试结果见图1—4。

由图1—4 可知，10 个JS 涂料样品的拉伸强度和断裂延伸率都受搅拌工具的影响，相对于桨叶式搅拌杆，采用上下齿分散盘搅拌杆搅拌成型的JS 涂料样品的拉伸强度和断裂延伸率都降低。拉伸强度变化超过20%的有5 个样，1、2、6、7 和8 号样分别为20%、33%、29%、42%和44%；有4 个样品拉伸强度变化超过了10%，3、4、5 和10 号样分别变化了12%、19%、13%和12%；9 号样的拉伸强度变化为8%。断裂延伸率变化超过20%的有6 个样，2、3、4、6、7 和8号样分别为24%、25%、26%、23%、20%和33%；有2个样品拉伸强度变化超过10%，1 和5 号样分别变化了15%和11%；9 和10 号样的拉伸强度变化分别为4%和9%。上述数据的离散性很大，说明搅拌工具的不同影响了数据的准确性。
不同搅拌工具对JS 涂料产品测试结果有影响，是因为搅拌工具的形状使JS 浆料在搅拌过程中引入的含气量不同。JS 涂料在实验室是2 遍刮涂成型，虽然刮涂前浆料静止了3 min，但由于浆料黏度大，大量的气泡无法排出，形成了应力集中点，降低了拉伸强度和断裂延伸率。10 个JS 涂料产品表现的不完全一致是和不同品牌产品选用的乳液、水泥、各种助剂以及填料等因素有关。GB/T 23445—2009 《聚合物水泥防水涂料》规定：Ⅰ型JS 涂料产品拉伸强度应≥1.2 MPa，断裂延伸率应≥200%；Ⅱ型JS 涂料产品拉伸强度应≥1.8MPa，断裂延伸率应≥80% 。采用上下齿分散盘搅拌杆搅拌成型的10 个JS 涂料产品有6 个不合格，采用桨叶式搅拌杆搅拌成型的10 个JS 涂料产品仅有1个不合格，说明搅拌工具的不同严重影响测试结果的公正性。
2.1.2 搅拌速度的影响
采用桨叶式搅拌杆搅拌成型，按800 r/min 和1200 r/min 两种速度搅拌，对10 个JS 产品按厂家指定配比测试拉伸强度和断裂延伸率，结果见图5—8。

由图5—8 可知，相对于800 r/min 的搅拌速度，采用1 200 r/min 搅拌速度成型的JS 涂料产品中有8个拉伸强度和断裂延伸率都降低；5 号样品和9 号样拉伸强度降低，但5 号样断裂延伸率无变化，9 号样增加；拉伸强度变化超过20%的有8 个样，1、3、4、5、6、7、8 和9 号样分别为36%、46%、43%、47%、36%、32%、25%和41%；其他2 个样品拉伸强度变化超过10%，2 和10 号样分别为10%和19%；断裂延伸率变化超过20%的有5 个样，2、4、6、7 和8 号样分别为27%、29%、27%、27%和39%；其他5 个样品中断裂延伸率变化超过10%和低于10%的分别有3 个和2 个，3、9 和10 号样分别变化了14%、15%和13%，1 号样变化了3%，5 号样无变化。上述数据的离散性也很大，说明搅拌速度高低影响了数据的准确性。与不同搅拌工具的原因一样，较高的搅拌速度会使浆料在搅拌过程引入更多的气泡，大量的气泡造成了拉伸强度和断裂延伸率的降低。按照GB/T 23445—2009《聚合物水泥防水涂料》对JS 涂料产品拉伸强度和断裂延伸率的判定规定，采用1 200 r/min 搅拌速度成型的10 个JS 涂料样品有7 个不合格，采用800 r/min 搅拌速度成型的10 个JS 涂料样品有仅1 个不合格，说明搅拌速度的高低严重影响了测试结果的公正性。
2.1.3 搅拌杆与搅拌容器的相对比例
搅拌容器一般为圆柱形容器，具体形状如图9 所示。搅拌杆与搅拌容器的相对比例包括搅拌容器内直径Φ 和搅拌容器内物料高度H。

本试验采用的搅拌容器内直径大约70 mm，这是因为桨叶式搅拌杆和上下齿分散盘搅拌杆旋转形成的圆形直径大约为65 mm。如果容器内直径小于70mm，搅拌杆头部可能撞击容器内壁；如容器内直径过大，浆料很难均匀搅拌；如果人为移动搅拌容器，会造成主观测量误差，影响测试结果的重现性。搅拌容器内物料高度为浆料倒入容器后静止液面的高度，搅拌容器内物料高度一般控制在没过桨叶到H/2 处。浆料太多，底部或上端浆料搅拌不匀，必须上下移动搅拌杆，不易于成型操作，会造成主观测试误差，影响测试结果的重现性；浆料太少，搅拌杆的头部可能撞击容器底部。如果采用不同尺寸的搅拌容器，应配套使用合适的搅拌杆，使乳液与水泥充分混合均匀。

2.2 搅拌工具或搅拌速度对JS 浆料密度的影响
对10 个JS 涂料样品在不同搅拌工具或搅拌速度下的浆料密度进行了测试，其数据见表2。
表2 搅拌工具和搅拌速度对JS 浆料密度的影响

从表2 可以看出，不同搅拌工具或搅拌速度分别导致JS 产品浆料密度变化。相比较桨叶式搅拌杆，采用上下齿分散盘搅拌杆搅拌成型的JS 产品浆料密度均减小；相对于800 r/min，采用1 200 r/min 搅拌速度成型的JS 产品浆料密度均减小。同样配比的浆料密度变小，说明浆料的含气量增加，这充分证明不同搅拌工具和搅拌速度都是通过改变JS 浆体中的含气量来影响最终测试结果的。
在实际工程施工中，JS 涂料采用刷子刷涂、滚子滚涂或机械喷涂，反复涂刷，浆料中的气泡被大量排出，因此实际施工中JS 浆料含气量对产品性能的影响相对较小。