粉煤灰聚合物水泥防水涂料的性能研究

中国新型涂料网讯：

       防水涂料多使用在建筑物屋面、地下室、厨卫间、地下车库、蓄水池等部位，为防止雨水、地下水、工业和民用给排水，以及空气中的湿气、蒸汽等侵入建筑物内，需对建筑物多个部位进行防水处理。在众多防水产品中，聚合物水泥防水涂料（简称JS 防水涂料）因为无毒、无害、无污染；对基面要求相对简单（主要表现为基面无明水即可施工）；可在任意形状基面施工等因素而备受用户推崇。

       JS 防水涂料是一种兼具挥发固化和反应固化双重特点的涂料，通常是由水泥、填料、添加剂及聚合物乳液复合而成的双组分涂料。最常用的填料主要为石英粉和重钙粉。石英粉主要来源于石英石；重钙粉主要是由方解石、大理石等经过磨碎加工而成，是我国大量存在的矿产物，但两者均属于非可再生资源。粉煤灰是火力发电的必然产物，每消耗4 t 煤就会产生1 t 粉煤灰。自2012 年起全国粉煤灰排放量已超过5 亿吨/a，且每年的排放量仍在上升，这不仅造成严重的环境污染，而且也造成严重的资源浪费。出于对废物利用、改善环境的目的，本研究考察了石英粉、重钙粉及粉煤灰三种填料对JS 防水涂料的断裂伸长率和拉伸强度的影响。实验结果表明：在防水涂料中使用粉煤灰替代石英粉与重钙粉，制得的防水涂料性能优良。

1.1 主要原材料

       普通硅酸盐水泥：42.5 级，陕西产；重钙粉：80 目、200 目、400 目、800 目、1 250 目，陕西宝鸡产；石英粉：80 目、200 目、400 目、800 目、1 250 目，陕西汉中产；粉煤灰：80目、200目、400目、800目、1250目，咸阳渭河热电厂；金属藻类消泡剂：日本诺普科；乳液：市售丙烯酸乳液；减水剂：BASF 公司。

1.2 仪器及试验装置

       CP-25 型防水卷材冲片机、CMT2202 微机控制电子万能试验机、卧式低温保存箱、中低温热试验箱、分散搅拌多用机。

1.3 聚合物水泥涂料基础配方

        聚合物水泥涂料基础配方见表1。

聚合物水泥涂料基础配方

1.4 试验方法

       按照GB/T 23445—2009《聚合物水泥防水涂料》进行相关性能的测定。按GB/T 16777—2008 规定，将标准条件下放置的液料和粉料混合均匀，搅拌5 min 后开始制模，分2~3 次涂覆，后道涂覆应在前道涂层实干后进行，在72 h 内使试样厚度达到（1.5±0.2）mm，模具可采用聚四氟乙烯或易脱模的基材，试样脱模后在标准条件下养护96 h，然后放入（40±2）℃干燥箱中处理48 h，取出后置于干燥器中2 h，用切片机冲切成试件，待用。

2.1 填料类型及其目数对断裂伸长率的影响

       不同目数填料的断裂伸长率见表2。填料类型及其目数与断裂伸长率的变化关系曲线见图1。

不同目数填料的断裂伸长率

填料类型及其目数与断裂伸长率的变化关系

       由表2、图1 可见：在聚灰比一致时，随着填料目数的增加，JS 防水涂膜的断裂伸长率逐渐减小。由于石英粉吸油量低，乳液充分包覆所有填料后会有更多的乳液填充石英粉与水泥水化后的缝隙，所以以石英粉作为填料的涂膜具有较高的断裂伸长率；其次是以重钙粉作为填料的涂膜；以粉煤灰作为填料的涂膜的断裂伸长率最小。

2.2 填料类型及其目数对拉伸强度的影响

       不同目数填料的拉伸强度见表4。填料及其目数与拉伸强度的变化关系见图2。

不同目数填料的拉伸强度

填料类型及其目数与拉伸强度的变化关系

       由表3、图2 可见：在聚灰比一致时，随着填料目数的增加，JS 防水涂膜的拉伸强度逐渐增大，但达到一定目数后，增大幅度变缓。这是因为填料越细小，比表面积、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，这就可能产生一部分填料未能被完全包覆，或未被包覆；再加上填料越细越不易被分散，团聚于涂膜中，在一定程度上破坏了涂膜的完整性，则很有可能在未被聚合物完全包覆的表面出现颗粒或气孔，影响涂膜性能。由此可见，微细的填料具有更好的填充作用，能够使防水涂膜的结构更加密实，使其具有较大的拉伸强度，但是填料的目数不能太大，否则会影响防水涂料的性能。分别采用三种填料制成的涂膜中：采用粉煤灰的涂膜拉伸强度最大，石英粉最小，重钙粉居中。

2.3 填料类型对涂膜性能的影响

        粉煤灰是燃煤电厂排出的一种工业废渣。它是磨细后的煤粉在锅炉中高温燃烧时，煤粉颗粒发生一系列物理化学变化，其中煤粉中所含的黏土质矿物熔融，在表面张力的作用下形成很小的球形液滴，当排出炉外时急速冷却形成粒径在1~50 μm 的超细球形颗粒，再经收尘器收集所得的细灰。它的主要化学成分是SiO2、Al2O3、CaO，属于铝硅酸盐系列。从粉煤灰矿物组成上来看，一般是玻璃体占优势。其中玻璃体含量可达85% 以上，矿物结晶体较少。粉煤灰中玻璃体的形态和大小及表面情况与粉煤灰的性能密切相关，采用光学显微镜和扫描电子显微镜观测研究发现：在粉煤灰玻璃体中，以球形玻璃微珠为主，球形颗粒在水泥中可起到润滑作用，可以更好地填充JS 防水涂料中的缝隙，增加水泥的堆积密度，使涂膜更加密实，从而具有较好的涂膜硬度和拉伸强度。

        碳酸钙是一种微溶的弱极性物质，在JS 防水涂料成型时有一定的活性作用，主要体现在弱缓冲性上。它也可调节pH，从而调节水泥的水化速度及防水涂膜的成型过程。经试验研究发现，填料混合物中，如用重钙粉代替石英粉，其成型的防水涂膜的硬度、拉伸强度会比用石英粉的高，而断裂伸长率则会比采用石英粉的略低，同时，采用重钙粉作填料的涂料黏度比用石英粉作填料的稍高。

        石英粉是石英石经破碎加工而成的石英颗粒，其主要矿物成分是SiO2，是一种坚硬、耐磨、化学性能稳定的硅酸盐矿物，本身具有极好的耐酸性和较好的耐碱性。若它与硫铝酸盐水泥配用作为JS 涂料的填料，具有很好的耐酸碱腐蚀性。

2.4 采用粉煤灰作填料制成的JS 防水涂料的性能

        采用80 目粉煤灰作为填料，制备JS 防水涂料，按照GB/T 23445—2009 规定进行检测，其性能完全符合要求，见表4。

粉煤灰作为填料的JS 防水涂料的性能指标

     （1） 在相同目数的三种填料中，以粉煤灰为填料的JS 防水涂料的涂膜具有最好的拉伸强度，但其断裂伸长率稍低于重钙粉和石英粉两种填料。

     （2） 在300~800 目内，若要达到相同的断裂伸长率，可采用小于所用重钙粉或石英粉200 目左右的粉煤灰等量替代，并具有更好的拉伸强度。

     （3） 以粉煤灰为填料的JS 防水涂料的涂膜性能完全满足GB/T 23445—2009 的规定，可以替代石英粉与重钙粉。