粉煤灰聚合物水泥防水涂料的性能研究

中國新型涂料網(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、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)，需對建筑物多個部位進行防水處理。在眾多防水產(chǎn)品中，聚合物水泥防水涂料（簡稱JS 防水涂料）因為無毒、無害、無污染；對基面要求相對簡單（主要表現(xiàn)為基面無明水即可施工）；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。石英粉主要來源于石英石；重鈣粉主要是由方解石、大理石等經(jīng)過磨碎加工而成，是我國大量存在的礦產(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 煤就會產(chǎn)生1 t 粉煤灰。自2012 年起全國粉煤灰排放量已超過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。出于對廢物利用、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JS 防水涂料的斷裂伸長率和拉伸強度的影響。實驗結(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，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 儀器及試驗裝置

       CP-25 型防水卷材沖片機、CMT2202 微機控制電子萬能試驗機、臥式低溫保存箱、中低溫?zé)嵩囼炏洹⒎稚�攪拌多用機。

1.3 聚合物水泥涂料基礎(chǔ)配方

        聚合物水泥涂料基礎(chǔ)配方見表1。

聚合物水泥涂料基礎(chǔ)配方

1.4 試驗方法

       按照GB/T 23445—2009《聚合物水泥防水涂料》進行相關(guān)性能的測定。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 后開始制模，分2~3 次涂覆，后道涂覆應(yīng)在前道涂層實干后進行，在72 h 內(nèi)使試樣厚度達到（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，用切片機沖切成試件，待用。

2.1 填料類型及其目數(shù)對斷裂伸長率的影響

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

不同目數(shù)填料的斷裂伸長率

填料類型及其目數(shù)與斷裂伸長率的變化關(guān)系

       由表2、圖1 可見：在聚灰比一致時，隨著填料目數(shù)的增加，JS 防水涂膜的斷裂伸長率逐漸減小。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率最小。

2.2 填料類型及其目數(shù)對拉伸強度的影響

       不同目數(shù)填料的拉伸強度見表4。填料及其目數(shù)與拉伸強度的變化關(guān)系見圖2。

不同目數(shù)填料的拉伸強度

填料類型及其目數(shù)與拉伸強度的變化關(guān)系

       由表3、圖2 可見：在聚灰比一致時，隨著填料目數(shù)的增加，JS 防水涂膜的拉伸強度逐漸增大，但達到一定目數(shù)后，增大幅度變緩。這是因為填料越細(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)顆粒或氣孔，影響涂膜性能。由此可見，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，使其具有較大的拉伸強度，但是填料的目數(shù)不能太大，否則會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度最大，石英粉最小，重鈣粉居中。

2.3 填料類型對涂膜性能的影響

        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，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看，一般是玻璃體占優(yōu)勢。其中玻璃體含量可達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，從而具有較好的涂膜硬度和拉伸強度。

        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程。經(jīng)試驗研究發(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、拉伸強度會比用石英粉的高，而斷裂伸長率則會比采用石英粉的略低，同時，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)定進行檢測，其性能完全符合要求，見表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度，但其斷裂伸長率稍低于重鈣粉和石英粉兩種填料。

     （2） 在300~800 目內(nèi)，若要達到相同的斷裂伸長率，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。