聚合物水泥防水砂浆2.pdf

2 0 0 8 第三届 中国 国际建筑干混砂浆生产应用技术研讨会论文集 浅析聚合物水泥防水砂浆的研制 路国忠盛满计郑云生 北京建筑材料科学研究总院10 0 0 4 1 摘要 本文介绍了干粉类聚合物水泥防水砂浆性能特点及主要原材料 研究了不同聚灰比对防水砂浆压折比的影 响 超细矿物粉与可再分散胶粉的协同作用提高砂浆抗渗性 耐久性及粘结性能的机理 级配砂与纤维对防水砂浆抗 裂性及收缩率的影响 关键词 聚合物水泥防水砂浆聚灰比防水剂协同作用压折比 A b s t r a c t T h ep a p e rd e s c r i b e st h er a wm a t e r i a l sa n dp r o p er t i e so fp o I y m e rm O d i f i e dc e m e n tm O r t a r sf O r w a l e r p r 0 0 f I nt h i sp a p e Lt h ef O o w i n ga s p e c t sw e r ed i s c u s s e d T h ee 仟e c to fd i 仟e r e n tp o l y m e rc e m e n tr a t i OO n 廿1 e r a t i oo fc o m p r e s s i v es t r e n g t ht of I e x u r a Is t r e n g 廿1 t h em e c h a n i s mo ft h ei m p r o V e m e n to fi m p e r m e a b i I i t y d u r a b i t ya n d v i s c o s i t yb yt h ec o o p e r a t i o no fs u p e rm i n e r a Ip o w d e ra n dr e d i s p e r s i b l ep O w d e r sr e s p e c t i V e l y I na d d i t I o nt h ee f f e c to f g r a d e ds a n da n df i b e ro nt h ec r a c k i n gr e s i s t a n c ea n dc o n t r a c t i t yO fm O r t a rw e r ea I s Os t u d i e d K e yw o r d s P o l y m e rm o d i f i e dc e m e n tm O r t a r sf O rw a t e r p r O O f p O I y m e r c e m e n tr a t i O c O O p e r a t i o n r a t i oo f c o m p r e s s i v es t r e n g t ht Of I e x u r a Is t r e n g t h 1 前言 随着人们对建筑工程质量 对建筑使用功能要求的提高 墙体防水 潮湿基面防水这一问题也越来越引起 建筑行业的关注和重视 在传统的防水观念中 人们往往把刚性防水归纳于建筑结构的一项附属功能 强调结 构自防水或是与结构紧密相连的厚涂层密实混凝土防水层 厚度一般在4 0 mm 左右 作为一种防水技术 而 把柔性防水材料如卷材 片材 涂料等作为独立的防水材料在工程上加以应用 这些柔性材料具有它们各 自的优点 如变形性好 大面积平面应用时操作方便等等 但它们对基层的干燥程度要求较高 一般都要求基 层含水率不得超过9 这对于地下工程 特别是深层地下室来说是很难达到这一施工要求的 应用于立面 时 涂料的操作还方便 而卷材和片材的施工难度就大多了 而且问题在于后续的二道装修如何解决 一般说 饰面砖或饰面板是很难直接在柔性防水层上粘结的 对此各地都有过不少经验和教训 可以认为 柔性防水材 料应用于立面及潮湿基面防水是不适合的 近几年 城市地下空间的大规模开发应用 以及大量地下人防工程的修缮和恢复利用 这些场合的防 水工程多采用刚柔结合 多道设防的背水面施工 因此防水性砂浆类产品具有很大的市场需求 该类产品 可用于背水面 迎水面防水施工 用于地下 屋面 外墙等防水工程 可在潮湿基面施工 但是通过在工 程中的应用 这种刚性防水砂浆产品存在一些问题 如抗渗能力差 吸水率和干缩率大 易开裂等 目前 广泛采用掺加防水剂堵塞渗水通道等措施对减少混凝土和水泥砂浆的缺陷起到了一定作用 但 由于未改变材料的内部结构形态 因此效果不理想 尤其作为防水层是不能满足建筑防水要求的 2 聚合物防水砂浆的性能研究 聚合物防水砂浆是以水泥 细骨料为主要原材料 以聚合物和添加剂等改性材料并以适当配比混合而 成的防水材料 产品按聚合物改性材料的状态分为干粉类 1 类 和乳液类 I l 类 本试验研究的是由 硅酸盐水泥 细骨料和聚合物干粉 膨胀剂 超塑化剂 超细微粉等添加剂组成的干粉类 I 类 该产 品具有超强的粘结性及抗渗能力 是优异的刚性抗渗防水材料 施工方便 使用时加水搅拌均匀即可 2 8 5 2 0 0 8 第三届 中国 国际建筑干混砂浆生产应用技术研讨会论文集 2 1 胶凝材料 2 1 1 无机胶凝材料 水泥 水泥作为聚合物水泥防水砂浆的无机胶凝材料 一方面作为水硬性粘结材料 提高涂料的粘结强度 同时水泥和聚合物胶粉并用 其活性阳离子与胶粉中的亲水阴离子协同作用 可进一步提高聚合物水泥的 耐水性能 在材料选择方面 考虑防水砂浆的强度及施工性的平衡 加上水泥品种差异对防水砂浆综合性 能的影响 经过试验 选择P 0 4 2 5 普通硅酸盐水泥作为聚合物水泥防水砂浆的无机胶凝材料 2 1 2 胶粉的选择 胶粉的种类 结构形态和分布情况均能对硬化的聚合物水泥防水砂浆的结构及性能产生重要影响 一 般情况下 聚合物一水泥砂浆结构可分为水泥石相 聚合物相 毛细孔3 类 硬化后的结构主要由水泥石相 和聚合物相构成 在砂浆结构中这两相通过无机颗粒与聚合物颗粒问的界面粘结在一起 聚合物在聚合物 水泥防水砂浆中的效能就取决于聚合物胶粉与水泥问的存在形式和相互胶结作用 在本文中 我们比较了 乙烯一醋酸乙烯类和聚乙烯醇类这两种胶粉对聚合物水泥防水砂浆的性能影响 结果见表1 所示 表1 几种胶粉性能对比表 品种 8 0 12 4 8 8P V 一2 35 6 0 3 P1 1 5 L 7 dO 60 81 O1 31 1 粘结强度M p a 2 8 d1 01 21 41 71 5 成本低较低适中适中较高 由表1 可知 P V 2 3 1 1 5 L 5 6 0 3 P 三者的原强度和耐水强度较好 前两者较差 而价格后两者较高 5 6 0 3 P 性价比最好 5 6 0 3 P 是醋酸乙烯酯一乙烯共聚型可分散乳胶粉 其玻璃化温度较低 具有较高的柔韧 性 适合聚合物水泥防水砂浆 2 1 3 不同聚灰比对聚合物水泥防水砂浆性能的影响 在同等试验条件下 调节聚灰比观察其对防水砂浆性能的影响 由图1 可以看出 随着聚灰比的增大 砂浆的粘结强度都有明显的提高 砂浆的压折比减小 聚灰比为0 0 6 0 1 时 砂浆粘结强度1 7 M p a 压折 比2 8 这是因为亲水聚合物与水泥的液相一起向基体的孔隙及毛细管内渗透 聚合在孔隙及毛细管内成 膜并牢固地吸附在基体表面 从而保证了砂浆与基体之间良好的牢固粘结 聚合物改性水泥可分为两个过 程 即水泥水化过程和聚合物成膜过程 一般是水泥首先水化 进而凝结和硬化 聚合物失水而形成聚合 物膜附着在水泥水化颗粒上 并在孔隙空间形成线形聚合 与水泥石互为连续相 它起到两方面的作用 一是明显提高了砂浆的粘结强度 二是改善砂浆的柔韧性 降低砂浆的压折比 5 涩4 囊3 誊z 卜l O A N o 廿 t 一 O 0 3 0 0 6 O 10 2O 3 聚灰比 图1 不同聚灰比对聚合物水泥防水砂浆性能的影响 2 8 6 2 0 0 8 第三届 中国 国际建筑干混砂浆生产应用技术研讨会论文集 2 1 4 超细矿物粉与可再分散胶粉的协同作用对砂浆抗渗性的影响 由于普通砂浆中孔隙率较高 抗渗性能很差 经试验证明 通过超细矿物粉一硅灰与乳胶粉协同作用 可明显提高砂浆的抗渗性 乳胶粉与超细矿物粉的协同作用机理主要是乳胶粉中的表面活性剂与超细矿物 粉体的表面物理化学作用 其作用过程十分复杂 可以认为主要有两方面作用 一是表面活性剂被吸附在 超细矿物粉体的表面上 增强了其电位 从而在水泥浆体中能更好地起到减水 分散 增塑 填充和均化 作用 二者的复合使水泥砂浆的微观结构致密 此外胶粉与超细矿粉一硅灰的引入可显著降低泌水 从而使 孔结构也得到改善 二是硅灰的加入可以填充水泥砂浆结构内部的空隙与缺陷 减少胶粉填充空隙和缺陷 的数量 使胶粉可以充分用于包裹矿粉和水泥颗粒表面 这样胶粉在较低的掺量下更易于连结成网 从而 更好地抑制裂缝的形成与扩展 上述两方面的综合作用使胶粉与矿物粉复合的效能得以提高 也使低聚灰 比的聚合物水泥防水砂浆的抗渗性能得以改善 另外 硅灰的平均粒径仅为水泥平均粒径的1 掺入水泥 砂浆中 能很好的填充于水泥颗粒空隙之中 使沙浆更致密 它还与游离的C a O H 结合 形成稳定的硅酸 钙水化物2 C a O S i O n H O 从而提高了砂浆的抗渗性 其添加量与砂浆的抗渗压力关系见表2 表2 硅灰粉添加量与砂浆抗渗压力关系 添加量 O0 5 1 23 7 d0 40 61 01 20 8 抗渗压力 M P a 2 8 dO 61 01 52 11 2 由表2 可知 硅灰的添加量为1 一2 时 聚合物防水砂浆7 d 和2 8 d 的抗渗压力均能满足J C T 9 8 4 2 0 0 5 标准 所以选用硅灰作为防水砂浆的活性填料 2 2 骨料的选择应用 为降低成本 进一步提高砂浆的抗裂性和耐冷热循环性 聚合物防水砂浆级配砂选用天然砂和尾矿 砂 尾矿砂是在采矿和选矿过程中产生的固体废弃物 被随意排放 对生态环境造成了严重的污染 因 此 用尾矿砂代替天然砂生产聚合物防水砂浆等干混砂浆产品 能减少对天然砂的采掘 不仅保护河道与 土地 对环境与资源保护作出巨大贡献 还将会大幅度降低产品成本 尾矿砂 天然砂配合比对砂浆抗裂 性和耐冷热循环性的影响见表3 表3 尾矿砂 天然砂配合比对砂浆抗裂性和耐冷热循环性的影响 硅灰 外加剂 纤维 尾矿砂天然细砂耐冷热循环性 1 0 序号水泥 k g抗裂性 k g k g k g k g k g 次循环 14 2 02 21 84 01 5 03 5 0 好 起泡 有裂纹 24 2 02 21 84 02 0 03 0 0 好起泡 有裂纹 34 2 02 21 84 02 5 02 5 0 好不起泡 无裂纹 44 2 02 21 84 03 0 02 0 0 差 不起泡 无裂纹 由表3 可见 在相同条件下 尾矿砂 天然细砂 1 1 时 砂浆的抗裂性 耐冷热循环性性能较好 这 是由于天然砂颗粒接近球状 具有 滚珠 作用 且球形颗粒的表面积与体积之比较小 包裹颗粒所需的 水泥浆较少 能剩余较多水泥浆增进涂料的施工性 而多角形的尾矿砂颗粒表面会形成机械齿合 使内摩 檫增大 降低了砂浆的施工性 但是 由于尾矿砂中石粉的存在 石粉具有充填空隙 包裹砂粒表面 降 2 8 7 Ij j 1 1 j 少 j 孓 i j 七 2 0 0 8 第三届 中国 国际建筑干混砂浆生产应用技术研讨会论文集 低骨料问内阻力的作用 有利于提高砂浆的和易性 提高密实度 使防水砂浆具有更好的耐冷热循环性 2 3 抗裂纤维的选择 由于防水砂浆施工要求有一定的厚度 为了保证砂浆在干燥成型过程中不产生开裂现象 除了调整合理 的骨料级配 还需要加入一定的抗裂纤维来提高其初期干燥抗裂性 目前 常用纤维的品种和性能见表4 表4 常用纤维品种及性能 名称功能 木纤维分散性好 抗裂性一般 聚丙烯纤维分散性好 抗裂性较好 硅灰石纤维 分散性好 抗裂性差 通过多次抗裂性的试验 条件是气温在3 2 3 6 c 风速2 4 级 空气湿度在4 0 5 5 木纤维和聚丙 烯纤维配合使用抗裂性能好 故选用木纤维和聚丙烯纤维作为防水砂浆的抗裂材料 2 4 保水剂的选择 防水砂浆应该具有很好的保水性及合适可操作时间 保证体系中的水泥有充分水化水份来提高砂浆 的强度 又具有适当的凝固时间来保证砂浆的操作时间 所以 保水剂的品种和性能对防水砂浆的物理性 能 施工性能非常重要 保水剂的品种主要有纤维素衍生物 淀粉醚 膨润土等 采用真空抽吸法测定不 同保水剂的保水率 压差值为4 0 0 5 m m 汞柱 抽滤时间3 0 m i n 表5 不同保水剂产品的保水率 保水剂 H P M CM C 1M C 2 淀粉醚 膨润土 保水率 9 5 19 5 39 4 1 8 88 0 由表5 可以看出 M C 一1 粘度3 万厘泊 的保水率较高 因此选用M C 一1 作为聚合物防水砂浆的保水剂 2 5 其他助剂的选择 为降低防水砂浆用水量来减少毛细孔的形成 掺入适量的高效减水剂 提高防水砂浆的早期强度需要 加入适量的早强剂等 3 结果与讨论 通过对聚合物防水砂浆原材料进行系统研究和试验 研制出了低成本的干粉聚合物防水砂浆产品 经 北京建材质检站检测 其性能指标全部达到了J