粉煤灰聚合物水泥防水涂料的性能研究

中國(guó)新型涂料網(wǎng)訊：

       防水涂料多使用在建筑物屋面、地下室、廚衛(wèi)間、地下車庫(kù)、蓄水池等部位，為防止雨水、地下水、工業(yè)和民用給排水，以及空氣中的濕氣、蒸汽等侵入建筑物內(nèi)，需對(duì)建筑物多個(gè)部位進(jìn)行防水處理。在眾多防水產(chǎn)品中，聚合物水泥防水涂料（簡(jiǎn)稱JS 防水涂料）因?yàn)闊o(wú)毒、無(wú)害、無(wú)污染；對(duì)基面要求相對(duì)簡(jiǎn)單（主要表現(xiàn)為基面無(wú)明水即可施工）；可在任意形狀基面施工等因素而備受用戶推崇。

       JS 防水涂料是一種兼具揮發(fā)固化和反應(yīng)固化雙重特點(diǎn)的涂料，通常是由水泥、填料、添加劑及聚合物乳液復(fù)合而成的雙組分涂料。最常用的填料主要為石英粉和重鈣粉。石英粉主要來(lái)源于石英石；重鈣粉主要是由方解石、大理石等經(jīng)過(guò)磨碎加工而成，是我國(guó)大量存在的礦產(chǎn)物，但兩者均屬于非可再生資源。粉煤灰是火力發(fā)電的必然產(chǎn)物，每消耗4 t 煤就會(huì)產(chǎn)生1 t 粉煤灰。自2012 年起全國(guó)粉煤灰排放量已超過(guò)5 億噸/a，且每年的排放量仍在上升，這不僅造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，而且也造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)。出于對(duì)廢物利用、改善環(huán)境的目的，本研究考察了石英粉、重鈣粉及粉煤灰三種填料對(duì)JS 防水涂料的斷裂伸長(zhǎng)率和拉伸強(qiáng)度的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在防水涂料中使用粉煤灰替代石英粉與重鈣粉，制得的防水涂料性能優(yōu)良。

1.1 主要原材料

       普通硅酸鹽水泥：42.5 級(jí)，陜西產(chǎn)；重鈣粉：80 目、200 目、400 目、800 目、1 250 目，陜西寶雞產(chǎn)；石英粉：80 目、200 目、400 目、800 目、1 250 目，陜西漢中產(chǎn)；粉煤灰：80目、200目、400目、800目、1250目，咸陽(yáng)渭河熱電廠；金屬藻類消泡劑：日本諾普科；乳液：市售丙烯酸乳液；減水劑：BASF 公司。

1.2 儀器及試驗(yàn)裝置

       CP-25 型防水卷材沖片機(jī)、CMT2202 微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、臥式低溫保存箱、中低溫?zé)嵩囼?yàn)箱、分散攪拌多用機(jī)。

1.3 聚合物水泥涂料基礎(chǔ)配方

        聚合物水泥涂料基礎(chǔ)配方見(jiàn)表1。

聚合物水泥涂料基礎(chǔ)配方

1.4 試驗(yàn)方法

       按照GB/T 23445—2009《聚合物水泥防水涂料》進(jìn)行相關(guān)性能的測(cè)定。按GB/T 16777—2008 規(guī)定，將標(biāo)準(zhǔn)條件下放置的液料和粉料混合均勻，攪拌5 min 后開(kāi)始制模，分2~3 次涂覆，后道涂覆應(yīng)在前道涂層實(shí)干后進(jìn)行，在72 h 內(nèi)使試樣厚度達(dá)到（1.5±0.2）mm，模具可采用聚四氟乙烯或易脫模的基材，試樣脫模后在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)96 h，然后放入（40±2）℃干燥箱中處理48 h，取出后置于干燥器中2 h，用切片機(jī)沖切成試件，待用。

2.1 填料類型及其目數(shù)對(duì)斷裂伸長(zhǎng)率的影響

       不同目數(shù)填料的斷裂伸長(zhǎng)率見(jiàn)表2。填料類型及其目數(shù)與斷裂伸長(zhǎng)率的變化關(guān)系曲線見(jiàn)圖1。

不同目數(shù)填料的斷裂伸長(zhǎng)率

填料類型及其目數(shù)與斷裂伸長(zhǎng)率的變化關(guān)系

       由表2、圖1 可見(jiàn)：在聚灰比一致時(shí)，隨著填料目數(shù)的增加，JS 防水涂膜的斷裂伸長(zhǎng)率逐漸減小。由于石英粉吸油量低，乳液充分包覆所有填料后會(huì)有更多的乳液填充石英粉與水泥水化后的縫隙，所以以石英粉作為填料的涂膜具有較高的斷裂伸長(zhǎng)率；其次是以重鈣粉作為填料的涂膜；以粉煤灰作為填料的涂膜的斷裂伸長(zhǎng)率最小。

2.2 填料類型及其目數(shù)對(duì)拉伸強(qiáng)度的影響

       不同目數(shù)填料的拉伸強(qiáng)度見(jiàn)表4。填料及其目數(shù)與拉伸強(qiáng)度的變化關(guān)系見(jiàn)圖2。

不同目數(shù)填料的拉伸強(qiáng)度

填料類型及其目數(shù)與拉伸強(qiáng)度的變化關(guān)系

       由表3、圖2 可見(jiàn)：在聚灰比一致時(shí)，隨著填料目數(shù)的增加，JS 防水涂膜的拉伸強(qiáng)度逐漸增大，但達(dá)到一定目數(shù)后，增大幅度變緩。這是因?yàn)樘盍显郊?xì)小，比表面積、表面能越大，就需要更多的聚合物包覆。但是聚合物的量是一定的，這就可能產(chǎn)生一部分填料未能被完全包覆，或未被包覆；再加上填料越細(xì)越不易被分散，團(tuán)聚于涂膜中，在一定程度上破壞了涂膜的完整性，則很有可能在未被聚合物完全包覆的表面出現(xiàn)顆�；驓饪祝�影響涂膜性能。由此可見(jiàn)，微細(xì)的填料具有更好的填充作用，能夠使防水涂膜的結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，使其具有較大的拉伸強(qiáng)度，但是填料的目數(shù)不能太大，否則會(huì)影響防水涂料的性能。分別采用三種填料制成的涂膜中：采用粉煤灰的涂膜拉伸強(qiáng)度最大，石英粉最小，重鈣粉居中。

2.3 填料類型對(duì)涂膜性能的影響

        粉煤灰是燃煤電廠排出的一種工業(yè)廢渣。它是磨細(xì)后的煤粉在鍋爐中高溫燃燒時(shí)，煤粉顆粒發(fā)生一系列物理化學(xué)變化，其中煤粉中所含的黏土質(zhì)礦物熔融，在表面張力的作用下形成很小的球形液滴，當(dāng)排出爐外時(shí)急速冷卻形成粒徑在1~50 μm 的超細(xì)球形顆粒，再經(jīng)收塵器收集所得的細(xì)灰。它的主要化學(xué)成分是SiO2、Al2O3、CaO，屬于鋁硅酸鹽系列。從粉煤灰礦物組成上來(lái)看，一般是玻璃體占優(yōu)勢(shì)。其中玻璃體含量可達(dá)85% 以上，礦物結(jié)晶體較少。粉煤灰中玻璃體的形態(tài)和大小及表面情況與粉煤灰的性能密切相關(guān)，采用光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡觀測(cè)研究發(fā)現(xiàn)：在粉煤灰玻璃體中，以球形玻璃微珠為主，球形顆粒在水泥中可起到潤(rùn)滑作用，可以更好地填充JS 防水涂料中的縫隙，增加水泥的堆積密度，使涂膜更加密實(shí)，從而具有較好的涂膜硬度和拉伸強(qiáng)度。

        碳酸鈣是一種微溶的弱極性物質(zhì)，在JS 防水涂料成型時(shí)有一定的活性作用，主要體現(xiàn)在弱緩沖性上。它也可調(diào)節(jié)pH，從而調(diào)節(jié)水泥的水化速度及防水涂膜的成型過(guò)程。經(jīng)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，填料混合物中，如用重鈣粉代替石英粉，其成型的防水涂膜的硬度、拉伸強(qiáng)度會(huì)比用石英粉的高，而斷裂伸長(zhǎng)率則會(huì)比采用石英粉的略低，同時(shí)，采用重鈣粉作填料的涂料黏度比用石英粉作填料的稍高。

        石英粉是石英石經(jīng)破碎加工而成的石英顆粒，其主要礦物成分是SiO2，是一種堅(jiān)硬、耐磨、化學(xué)性能穩(wěn)定的硅酸鹽礦物，本身具有極好的耐酸性和較好的耐堿性。若它與硫鋁酸鹽水泥配用作為JS 涂料的填料，具有很好的耐酸堿腐蝕性。

2.4 采用粉煤灰作填料制成的JS 防水涂料的性能

        采用80 目粉煤灰作為填料，制備JS 防水涂料，按照GB/T 23445—2009 規(guī)定進(jìn)行檢測(cè)，其性能完全符合要求，見(jiàn)表4。

粉煤灰作為填料的JS 防水涂料的性能指標(biāo)

     （1） 在相同目數(shù)的三種填料中，以粉煤灰為填料的JS 防水涂料的涂膜具有最好的拉伸強(qiáng)度，但其斷裂伸長(zhǎng)率稍低于重鈣粉和石英粉兩種填料。

     （2） 在300~800 目?jī)?nèi)，若要達(dá)到相同的斷裂伸長(zhǎng)率，可采用小于所用重鈣粉或石英粉200 目左右的粉煤灰等量替代，并具有更好的拉伸強(qiáng)度。

     （3） 以粉煤灰為填料的JS 防水涂料的涂膜性能完全滿足GB/T 23445—2009 的規(guī)定，可以替代石英粉與重鈣粉。