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增韧水性环氧聚合物水泥砂浆的应用

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来源:福建防水网网址:http://www.jg99.com

中国土木工程学会

随着建筑业的发展,聚合物水泥体系的材料越来越多地被混凝土结构工程特殊部位作为功能性材料使用。例如屋面防水工程、混凝土结构工程的破损维修、地下防水工程背水面的渗漏治理及维修、外墙外保温覆面及粘接材料等特殊工程部位中发挥了重要的作用。根据不同微观结构构型的聚合物水泥材料的使用情况,目前己制定了JC/T894—2001聚合物水泥防水涂料的行业标准,JC/T984—2005聚合物水泥防水砂浆的行业标准。虽然这些标准中某些指标欠合理性,但对控制此类材料的质量起到了一定的制约作用。这两个标准所规定的聚合物水泥其实从材料微观结构构型上讲是有很大区别的。前苏联专家的研究指出,聚合物水泥体系中,当选定了某类聚合物后,其体系的聚合物与水泥的体积比是决定复合材料微观结构的关键所在。聚合物水泥硬化体,按照聚灰的体积比可形成两类海岛式结构构型的材料,一类是聚合物形成了结构连续相的海相,水泥的材料形成结构分散相的岛相;另一类是水泥材料形成了结构连续相的海相,聚合物形成分散相的岛相。下图为结构示意图。


I型海岛结构         型海岛结构

聚合物水泥的微观结构示意图

在JC/T894—2001所规定的聚合物水泥防水涂料其微观结构构型是聚合物为连续相,水泥质材料为分散相。这类材料聚合物为连续相,所以它有一定的延伸性能,随着延伸率的减少,抗张拉的强度能力在提高,这类材料最大的优点是在潮湿环境中成膜较快,与砂浆与混凝土基层粘接良好,具有一定的透气性。是干湿交替环境下可采用的防水材料,但是长期浸水环境下不宜采用。这类材料由于产品可以做到高度商品化,一般情况下多数产品都能达到行业标准规定的技术指标。这类涂料从技术角度上讲不应命名为聚合物水泥,应命名为水泥聚合物涂料。JC/T984—2005标准所规定的聚合物水泥砂浆应是微观结构是水泥为连续相,聚合物为分散相的复合材料,它不能延伸,而且在硬化过程中有一定的体积收缩,具有一定的韧性表现为抗拉、抗折强度提高,具有良好的粘接性能,良好的防水、抗渗性能,它非常有别于JC/T894中的两型材料,除了具有涂料类材料的优点外,它可在长期浸水的环境下做防水、抗渗材料使用。

水泥为连续相的聚合物水泥硬化体,由于它具有可在潮湿基面上直接施工,可在潮湿环境下成型,可与砂浆、砼基层衔接牢固,可以在长期浸水环境下长期使用,被作为功能性材料在建筑工程的很多部位使用。影响这类产品使用的最大弊端是,商品化的防水胶需现场配细骨料和地域性的水泥材料,易出现下列问题:①同标号水泥与防水胶的配伍性有很大区别;②细骨料砂的粒径、粒径级配、含泥量有很大差别;③现场加水,很难控制均一的水灰比,这几点就造成了砂浆的技术性能不均一,不均一的砂浆直接影响着硬化体的各种性能,例如每一盘人工拌合的砂浆强度都不均一,施做防水层后,易出现应力集中现象,在非分格范围内也会出现裂缝;砂浆的强度不均一,其防水抗渗能力也不均一。由于这些问题的存在影响了这类产品的应用。

由于这类产品出现的上述问题,市场上有许多刚性砂浆的单组分分装的粉体产品上市,这类产品的聚合物由于是粉体,它可以聚合物粉体、水泥、细骨料、助剂为原料,生产出现场加水的比较高度商品化的产品,此类产品性能比单纯用防水胶所配成的聚合物水泥砂浆性能均一化程度提高。这个体系除了具有上述明显优点外,具有不少缺陷,粉体聚合物是由聚合物合成乳液的原液通过造粒成粉的,除了完全溶解在水里的水溶性聚合物粉体外,乳液造粉类的粉状聚合物,目前都不能很好地加水再还原成原乳液的性能,加水还原成膜后膜层的机械力学性能大幅度下降。不仅如此,对聚合物水泥砂浆而言,相同掺量的聚合物,粉体聚合物比液态的乳液要贵1~1.5倍,对于价格低廉的单组分粉体聚合物水泥砂浆来讲,其聚合物的掺量是很少的。对于刚韧性聚合物水泥砂浆,聚合物必须保证有一定掺量,否则就不能称得上是聚合物改性水泥,在小掺量下虽可称为聚合物水泥,实质上机械力学性能根本无改进,没有抗折、抗拉强度绝对值的提高,从严格意义上讲,这类材料引入了少量粉体聚合物,只给硬化体增加了一些极性基团,充其量只是改善了一些水泥硬化体的粘接性能,防水抗渗能力和机械力学性能的提高谈不上,做为防水、抗渗材料使用需慎重。这类材料在国外较大量使用是作为饰面材料的粘接材料,以方便百姓自己动手装修房屋,还有分门类的粉体单组分产品,是为方便百姓自己动手盖房子选用的材料。

鉴于刚韧性聚合物水泥防水砂浆在某些工程部位有特殊的意义,提高改进这一类材料的综合性能,使该产品能在市场可接受的价格下,高度商品化,产品性能均一,施工方便易行,防水可靠耐久,是改进这一类材料的目的。

环氧树脂是一类具有良好防腐、防水性能、优异粘接性能的材料,但由于树脂较脆,难以用此改进脆性的水泥质材料,通过适量的增韧树脂改进环氧树脂的脆性,使其在不失上述优异性能的基础上,具有韧性,使这类材料成为具有气密性又有水密性,机械力学性能和粘接性能优异的材料,使其在建筑防水领域中发挥作用。刚韧性聚合物水泥材料,加入聚合物的目的,不单单是提高粘接性能,主要是要改善水泥质材料的脆性,才是我们的最终目的。通过对增韧材料的种类、掺入量的选择,水性环氧聚合物水泥砂浆各项性能均优于其他类别的材料,表1为不同类型聚合物水泥砂浆机械力学性能的对照表。

不同类型砂浆的性能对比表         表1

抗压强度(Mpa

28d

抗折强度

28d

折/压比

28d

体积收缩率

28d

普通1:2.5水泥砂浆

29

4.6

0.15

0.81%

1:2.5聚合物水泥砂浆

28

6.0

0.22

0.21%

增韧水性环氧聚合物水泥砂浆

7d

7d

7d

0.10%

33

9.6

0.34

通过增韧剂的选择,增韧水性环氧聚合物水泥砂浆体系,不仅硬化体的抗压强度无降低,而且抗折强度增幅很大,体积收缩率比普通砂浆体系减小8倍,比一般聚合物水泥砂浆减少1倍,体积稳定性和抗折强度的大幅度提高,说明增韧剂起到了改善环氧树脂性能的作用,同时也赋予了聚合物水泥硬化体优异的机械力学性能和体积稳定性。通过工程实践和对材料的不断改进,该材料呈现了良好的综合性能,其它性能对比见表2:

不同类别砂浆性能对比表      表2

类别

粘接性28d(Mpa

8字模法

抗渗性

普通1:2.5水泥砂浆

0.3

28d 0.4~0.6Mpa水压下,4公分模块,水透过

1:2.5聚合物水泥砂浆

0.6

28d 1.0Mpa水压下透水深度,4公分模块,透水2~3cm

增韧水性环氧聚合物水泥砂浆

1.8

7d 1.5Mpa水压下,3mm涂层,透水深度0.5mm

通过对混凝土结构维修工程和新、旧地下防水工程的施工,说明了此体系材料在价格和性能上比其他类别的材料具有明显的优越性,其涂刮层可涂抹2~3毫米,防水抗渗能力可达到2公分厚普通聚合物水泥砂浆的能力,在室外施做2~3毫米的涂层无需养护。砂浆施工后1天即具有一定的抗渗能力。其优点如下:

①高度商品化的三组分产品,产品性能均一。          ′

②具有优异的粘接性能,比一般砂浆体系高4~6倍。

③优异的力学性能,良好的抗折、抗拉性能,薄层施工可在较大范围内不设分格缝。

④优良的防水抗渗性,可在长期浸水环境下使用。

⑤良好的水密性和气密性。

⑥施工简便易行,施工刮抹层的质量易保证。