填料对聚合物水泥防水涂料力学性能的影响

data-full-width-responsive="true"> 聚合物乳液是JS 防水涂料具有防水效果的主要因素。JS 防水涂料的液料与粉料两个组分经混合搅拌均匀后，聚合物乳液将粉料组分中的水泥颗粒与石粉等骨料包裹起来。JS 防水涂料涂覆以后，乳液中的部分水分挥发，高分子微粒脱水而粘连在一起，形成连续的弹性薄膜；同时，乳液中剩余的水分与粉料组分中的水泥发生水化反应，粉料组分中的无机胶凝材料与乳液水分挥发形成的弹性薄膜共同组成互穿网络的防水涂膜结构，见图 1。从上述防水涂料成膜机理可以看出，粉料组分在JS防水涂料中有着非常重要的作用。本文讨论了粉料中填料的种类和目数、水泥用量等因素对 JS 防水涂膜力学性能的影响，并优选出一种经济、实用的粉料组合。1 实验部分11 原材料和仪器原材料：丙烯酸酯乳液 A、分散剂、消泡剂、去离子水、325白水泥、400目滑石粉、400目重质碳酸钙、80~120目石英砂、140目石英粉、200目石英粉、300目石英粉、400目石英粉，以上原材料均为市售。仪器：SDF400分散砂磨机、电子天平、制膜器、热空气老化试验箱、冲片机、电子拉力机等。12 JS防水涂料的制备1）液料的制备分别取90%乳液、10%去离子水、06%分散剂和03%消泡剂，以 600 r/min 搅拌 10 min，存放备用。2）粉料的制备将粉料中各组分按照一定配比混合均匀，存放备用。3）JS 防水涂料的制备将液料与粉料按照 1∶15（质量比，下同）的比例混合，以 600 r/min 搅拌 5 min，静置备用。13 JS 防水涂膜的制备将JS 防水涂料倒入模具，用制膜器制膜，在温度为（232）℃、湿度为（5010）%的标准条件下放置 20h后第 2 次涂膜。在标准条件下养护 96 h 后脱模，将脱模后的试样反面向上在（402）℃干燥箱中养护 48h，然后取出置于干燥器中冷却 2 h。用切片机将试样冲切成6 个试件，标号并划标线后测量厚度。每个试样选取5 个试件进行拉伸试验，1 个试件留做备用，拉伸速度为 200 mm/min。2 结果与分析21 填料种类对 JS 防水涂膜力学性能的影响用相同目数（400 目）、相同用量但不同类型的填料和白水泥混合配制JS 防水涂料的粉料，粉料中各组分的比例见表1。上述粉料与相同液料按照 1∶15 的液粉比配制成JS防水涂料，涂膜经过标准养护后，测试其力学性能，得到拉伸强度和断裂伸长率的数据，见图 2。从图2可以看出，在液料、水泥用量相同，填料不同的情况下，JS防水涂膜的拉伸强度与断裂伸长率成反比，即拉伸强度大的JS防水涂膜断裂伸长率小。从数据上看，以滑石粉作为填料的JS防水涂膜拉伸强度最高，但是断裂伸长率较差；以重质碳酸钙作为填料的JS防水涂膜的拉伸强度略高于以石英粉作为填料的JS防水涂膜，但是断裂伸长率较低。从吸水量方面看，滑石粉吸水量最大，粉料与乳液的结合更加牢固，以滑石粉作为填料的JS 防水涂膜拉伸强度和硬度明显较大，但断裂伸长率较低；而重质碳酸钙与石英粉的吸水量差不多，分别以两者作为填料的 JS 防水涂膜的力学性能有差别的原因可能是，碳酸钙是一种弱极性物质，在 JS 防水涂料成型时有一定的活性作用，可调节pH 值，从而调节水泥的水化速率以及防水涂膜的成型过程。22 填料目数对 JS 防水涂膜力学性能的影响以相同用量的石英砂为填料，目数分别为 80~120目、140 目、200 目、300 目、400 目，水泥用量相同，试验编号依次为15。在液料相同的情况下，按照1∶15 的液粉比配制成 JS 防水涂料，涂膜经过标准养护后，测试其力学性能，得到拉伸强度和断裂伸长率数据如图 3 所示。从图 3 可以看出，随着石英粉（砂） 目数的增加，JS 防水涂膜的断裂伸长率逐渐减小，拉伸强度逐渐增加，填料由石英砂变为石英粉时力学性能的变化最明显。石英粉目数越大，形成最紧密堆积时粉体之间的间隙越小，在与聚合物乳液混合的过程中越不容易分散，即乳液不能均匀地包裹粉料，结果导致制得的JS防水涂膜断裂伸长率下降的同时拉伸强度没有明显增加。石英砂目数越小，颗粒越大，乳液能很容易地填满粉体之间的空隙，形成致密的膜结构，因此，以石英砂作为填料的JS 防水涂膜的断裂伸长率较以石英粉作为填料的JS 防水涂膜的要大。但是，乳液在 JS防水涂料中分布均匀后，则水泥等无机粉料的优势就不能完全发挥，所以，此时拉伸强度明显较小。另一方面，如果填料完全采用石英砂，则制得的 JS 防水涂膜的颗粒感会很明显，影响涂膜的美观。综合考虑，140 目或者 200 目的石英粉最适合用作 JS 防水涂料的填料。23 粉料组合对 JS 防水涂膜力学性能的影响如果粉料中只有水泥与石英粉，则制得的 JS 防水涂料在涂刷阴角、管根等应力集中的部位时，特别容易开裂。经过研究发现，如果在粉料中适当减少白水泥与石英粉的用量，并适当添加重质碳酸钙，能有效防止 JS 防水涂料在阴角、管根等应力集中处开裂。试验表明，在选用聚合物乳液A 的情况下，选用白水泥、400 目重质碳酸钙、200 目石英粉作为粉料，与液料混合配制成的 JS 防水涂料，无论在性能还是抗开裂方面都有比较理想的表现。在液料固定的情况下，白水泥用量对 JS 防水涂膜性能的影响实际上是水灰比对 JS 防水涂膜性能的影响。水泥是JS防水涂料的主要成膜物质之一，对JS防水涂膜拉伸强度的影响很复杂，随着水泥用量的增加，涂膜的拉伸强度会出现峰值，在此暂不研究。选用400目重质碳酸钙与200目石英粉作为填料，石英粉的用量固定为30%，改变白水泥与重质碳酸钙的用量，将制得的JS防水涂膜按照标准养护后，检测其断裂伸长率，结果见表2。从表2可以看出，JS防水涂膜的断裂伸长率随水泥用量的增加会不断下降。这是由于随着水泥用量的增加，聚合物乳液形成的网络结构不再完整，最终导致断裂伸长率不断下降。从表 2 还可以看出，在液料固定的情况下，白水泥用量为 30%、35%，重质碳酸钙用量为 40%、45%，石英粉用量为 30%时，制得的 JS 防水涂膜的断裂伸长率比较高，而且涂膜不开裂。考虑到碳酸钙微溶于水，用量太多会导致JS 防水涂膜的耐水性下降，因此，在选用丙烯酸乳液A 的情况下，白水泥用量为 35%，400目重质碳酸钙用量为 35%，200 目石英粉用量为30%是最理想的粉料组合。3 结论1）填料作为 JS 防水涂料的重要组成部分，在液粉比一定的情况下，填料的吸水量越大，JS 防水涂膜的拉伸强度越大，断裂伸长率越小；重质碳酸钙和英粉的吸水量差不多，分别以两者作为填料制得的JS防水涂膜的力学性能越有差异，是因为碳酸钙具有一定的弱极性，在JS 防水涂料成型时有一定的活性作用，可作为缓冲物质调节pH 值，从而调节水泥的水化速率以及防水涂膜的成型过程，因此，以碳酸钙作为填料的JS 防水涂膜较以石英粉作为填料的 JS 防水涂膜的拉伸强度略高，而断裂伸长率则略低。2）对于同一种填料（如石英粉）来说，随着目数的增大，制得的 JS 防水涂膜断裂伸长率减小，拉伸强度增大；但是填料目数越小，在防水涂膜在应力集中部位越容易出现开裂现象，因此，200 目石英粉比较适合用来配制JS 防水涂料。3）水泥用量对 JS 防水涂膜力学性能的影响比较复杂，但随着水泥用量的增加，JS 防水涂膜的断裂伸长率一直下降，并且，水泥用量越大，JS 防水涂膜在应力集中处越容易出现开裂现象。研究表明，在选用丙烯酸乳液A 的情况下，白水泥用量为 35%，400 目重质碳酸钙用量为 35%，200 目石英粉用量为 30%，制得的 JS 防水涂膜的力学性能及耐水性能最优。