摘要：研究了不同粒径石英砂对聚合物水泥防水涂料（JS防水涂料）性能的影响，通过对比掺加不同粒径石英砂的JS防水涂料的粘度及其在不同环境下的粘结性能和拉伸性能，确定了石英砂在JS防水涂料中的较佳粒径为80-120目，从而可提高JS防水涂料的综合性能。
聚合物水泥防水涂料又称JS复合防水涂料，是由液料和粉料组成的双组份建筑防水涂料，液料包括聚合物乳液、水及水性助剂；粉料由水泥、重钙、石英砂等填料及其他粉末助剂组成。聚合物水泥防水涂料分为Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型3种类型，适用于从柔性到刚性多种防水范围，能在干燥或者潮湿的环境下进行施工，施工简单方便，与基材的粘结牢固，防水性能好，是近些年发展较快一种防水产品。
JS防水涂料的性能不仅与聚合物乳液的性能有关，而且也受粉料的影响。本文介绍了粉料中通常掺加的石英砂的粒径对聚合物水泥防水涂料性能的影响。以便在生产聚合物水泥防水涂料时选择更合理粒径的石英砂。
1、实验
1.1 原材料
乳液：5000N苯丙乳液；有机硅类消泡剂：LDF-01；杀菌剂：市售；水泥：冀东P·O42.5水泥；重钙：400目，市售；石英砂：20-1000目，市售；纤维素醚（HMPC）：粘度100Pa·s；水：自来水。
1.2 主要仪器
哑铃状冲片机；烘箱；拉力试验机；高速分散机。
1.3 性能测试方法
按GB/T 2344-2009《聚合物水泥防水涂料》进行相关性能测试。粘度采用斯托默粘度计进行测试。
1.4 实验方案
实验用5000N乳液属于柔性乳液，配制Ⅱ型JS防水涂料（液粉比为1:1.7），配方中液料的掺量保持不变，粉料中只改变石英砂的目数，掺量不变，其他粉料掺量和目数均不变。测试防水涂料的粘度及不同环境下的拉伸性能和粘结性能。
5组掺加不同目数石英砂的聚合物水泥防水涂料的配方见表1。
表1 JS防水涂料的实验配方
| 原料 | 1# | 2# | 3# | 4# | 5# | |
| 乳液5000N | 80 | 80 | 80 | 80 | 80 | |
| 水 | 19.3 | 19.3 | 19.3 | 19.3 | 19.3 | |
| 消泡剂LDF-01 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | |
| 杀菌剂 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | |
| 水泥 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | |
| 400目重钙 | 35 | 35 | 35 | 35 | 35 | |
| HMPC | 0.05 | 0.05 | 0.05 | 0.05 | 0.05 | |
| 石英砂 | 20-40 | 35 | ||||
| 40-80 | 35 | |||||
| 80-120 | 35 | |||||
| 320 | 35 | |||||
| 1000 | 35 | |||||
注：液粉比为1:1.7。
2、实验结果与讨论
2.1 石英砂粒径对JS防水涂料粘度的影响（见图1）
JS防水涂料中石英砂颗粒比较粗时，比表面积小，蓄水能力低，当乳液和水充分填满粉料中的空隙后，游离水较多，所以粘度低；当石英砂粒径减小时，防水涂料的粘度也直线上升。由图1可见，石英砂粒径在20-40目时，粘度较低，为85.0KU；石英砂粒径逐渐减小时，粘度也是逐渐上升的，特别是在1000目时，粘度达到了123.9KU。目数高，比表面积大，蓄水能力强，同时也需要更多的乳液和水填充粉料之间的空隙，导致游离水分减少。从实际应用方面考虑，如果石英砂目数较小，施工时容易造成JS防水涂料水分过多，涂料对基材的附着力降低，并且防水涂膜颗粒感强，成膜不均匀，影响防水涂膜的整体性能；如果石英砂粒径太小，涂料粘度大，施工时不易刮涂涂膜，并且水泥水化需要消耗部分自由水，使涂膜易干燥开裂。因此，石英砂粒径在80-120目时粘度适宜，成膜性和施工性良好。
2.2 石英砂粒径对防水涂料拉伸性能的影响（见图2）
2.2.1 石英砂粒径对无处理防水涂料拉伸性能的影响
由图2可见，拉伸强度：3#＞2#＞5#＞4#＞1#，断裂伸长率：4#＞2#＞3#＞1#＞5#。掺加80-120目（3#）石英砂的防水涂料的拉伸强度较大，达到了2.12MPa；断裂伸长率虽然有所下降，但是与4#和2#对比相差不大，整体效果较佳。因为其颗粒的大小适中，聚合物充分均匀地填充在粉料中，能够有效提高防水涂膜的弹性，同时水泥水化反应更加充分，提高防水涂膜的硬度，所以形成的防水涂膜拉伸强度较大，同时能够保证一定的断裂伸长率。相比1#的颗粒较粗，颗粒易下沉，与聚合物不易混合均匀，导致聚合物不能均匀地填充在粉料中，也会影响水化反应和防水涂膜的致密性，因此拉伸强度和断裂伸长率会有所下降，而5#石英砂颗粒较细，比表面积大，聚合物不能充分填充，影响涂膜的弹性，其蓄水性强，吸收大量水分，影响水泥水化反应，同时涂膜比较坚硬，因此拉伸强度和断裂伸长率也会有所下降，所以石英砂的粒径要适中。
2.2.2 石英砂粒径对防水涂料碱处理拉伸性能的影响
按照标准要求，将防水涂膜放在碱性溶液中浸泡7d，然后测试其拉伸性能，由图2可以看出，拉伸强度：3#＞2#＞4#＞5#＞1#，断裂伸长率：3#＞2#＞4#＞1#＞5#，碱处理后拉伸强度比无处理拉伸强度有明显的提高，断裂伸长率相比于无处理的则有一定程度的下降。这是由于在碱性条件下，聚合物高分子链段含有的可水解基团水解程度加大，水解后产生的COO-会和碱溶液中Ca2+通过配位键产生络合作用，增加了有机膜层和无机膜层的吸附凝聚力，从而使聚合物与水泥水化产物形成互穿网络结构的膜层，涂膜的硬度显著增加。对比实验表明，碱处理后3#试样的拉伸强度为4.11MPa，断裂伸长率为64.05%，为5组中较佳，所以石英砂的较佳粒径为80-120目。
2.2.3 石英砂粒径对防水涂料浸水处理后拉伸性能的影响
按照标准要求，将涂膜浸泡在水中养护7d，然后测试其拉伸性能。由图2可见，浸水处理后拉伸强度：3#＞2#＞4#＞5#＞1#，断裂伸长率：4#＞3#＞2#＞5#＞1#；同时拉伸强度比无处理拉伸强度有明显的提高，断裂伸长率相比于无处理的则有一定程度的下降。由于涂膜浸泡在水中后，可以促进水泥的水化反应，从而使涂膜变得致密而坚硬，导致涂膜的拉伸强度升高，断裂伸长率下降。从5组实验对比得出，浸水处理后5#的拉伸强度大于1#，由于5#掺加的石英砂目数太大，蓄水能力强，影响水泥的水化。但是浸水后，水泥水化更加充分，所以拉伸强度明显提高，浸水对掺加石英砂目数过低的1#的拉伸强度虽有提高，但是不及5#明显。由于1#涂膜孔隙多，浸水后涂膜弹性下降较大，因而其断裂伸长率下降更加明显，5#也稍有下降，3#浸水处理后拉伸性能较佳，拉伸强度和断裂伸长率分别达到了3.74MPa和60.61%。
2.2.4 石英砂粒径对防水涂料加热处理后拉伸性能的影响
按照标准要求，将涂膜放入80℃烘箱中热处理7d，然后测试其拉伸性能。从图2可以看出，热处理拉伸强度：3#＞2#＞4#＞1#＞5#，断裂伸长率：4#＞3#＞2#＞1#＞5#，拉伸强度比无处理拉伸强度有明显的提高，断裂伸长率相比于无处理的则有一定程度的下降。在加热条件下，乳液中的水分挥发速率加快，使高分子微粒脱水而更紧密地粘结在一起，从而增加了涂膜的致密性。水分挥发速率过快会影响水泥的水化反应，降低拉伸强度，但是涂膜的整体拉伸强度仍然是提高的，在高温条件下，涂膜中水分挥发速率过快，涂膜变得更加干燥坚硬，所以断裂伸长率下降明显。加热处理后，1#的拉伸强度大于5#，由于1#石英砂的蓄水性差，加热处理水分挥发大部分后，残余的水分更多，水泥的水化反应更完全，所以拉伸强度更大；而5#则相反，同时拉伸强度2#＞4#的结果也说明掺加粒径过大的石英砂的防水涂料在加热条件下拉伸强度大于掺加粒径过小石英砂的防水涂料。3#试样的拉伸强度较大，为3.6MPa，断裂伸长率在加热处理后各组的下降幅度基本相同。
综合以上4种不同条件的处理结果得出，3#的拉伸性能较佳。
2.3 石英砂粒径对JS防水涂料粘结强度的影响（见图3）
2.3.1 石英砂粒径对无处理防水涂料粘结强度的影响
从图3可以看出，无处理防水涂料的粘结强度：4#＞2#＞3#＞1#＞5#，石英砂的粒径不宜过大或过小，石英砂粒径太大，粉料的总比表面积小，搅拌后的防水涂料易形成沉淀，导致防水涂膜粘结强度明显降低；而如果石英砂的粒径太小，粉料的总比表面积过大，会消耗大量的聚合物乳液，导致粘结强度降低。所以石英砂的粒径要保证合理的级配才能有更佳的粘结性能。
2.3.2 石英砂粒径对防水涂料碱处理粘结强度的影响
从图3可以看出，碱处理后防水涂料的粘结强度：2#＞4#＞5#＞3#＞1#，在碱性条件下，聚合物高分子链段含有的可水解基团水解程度加大，水解后产生的COO-会和碱溶液中Ca2+通过配位键产生络合作用，在络合作用下，增加了有机膜层和无机膜层的吸附凝聚力，使聚合物与水泥水化产物形成更为紧密的膜层，因此涂膜的粘附力大幅增强，如2#、4#和5#粘结强度比无处理时大。另一方面，浸碱处理后也会导致涂膜硬度明显上升，质地变脆，附着力降低，故3#和1#的粘结强度比无处理时小。掺加40-80目石英砂的防水涂料在碱处理后的粘结强度较高，为1.01MPa。
2.3.3 石英砂粒径对浸水处理防水涂料粘结强度的影响
从图3可以看出，浸水处理后防水涂料的粘结强度：2#＞1#＞3#＞5#＞4#，浸水处理后粘结强度比无处理时粘结强度明显下降，由于浸泡在水中，涂膜的水化程度更加完全，刚性增强，对基层的渗透粘结逐渐减小，所以浸水后涂膜粘结强度降低。粉料越细，涂膜的刚性越强，故5#和4#浸水后粘结强度显著降低，而2#浸水后的粘结强度相对较大，1#和3#次之。掺加40-80目石英砂的防水涂料在浸水处理后的粘结强度较高，达到0.92MPa。
2.3.4 石英砂粒径对潮湿基面处理防水涂料粘结强度的影响
从图3可以看出，潮湿基面处理后防水涂料的粘结强度：3#＞2#＞1#＞4#＞5#，潮湿基面处理后的粘结强度比无处理时有所下降，由于涂布的基面含水较多，水泥粉料水化程度高，所以涂膜的刚性更强，对基面的附着力减小。另一方面，粉料越细，导致涂膜的硬度增加，故4#和5#潮湿基面处理后粘结强度降低，3#的粘结强度为0.85MPa，在5组试样中较高，2#和1#次之。因此，掺加80-120目的石英砂的防水涂料在潮湿基面处理后粘结性能较佳。
3、结论
（1）防水涂料的粘度随掺加的石英砂粒径的减小而上升。石英砂粒径较大，涂料对基材的附着力降低，成膜不均匀，影响涂膜的整体性能；石英砂粒径太小，涂料粘度大，易造成涂膜干燥开裂，所以石英砂粒径在80-120目时涂料粘度适宜，成膜性和施工性良好。
（2）在碱处理、浸水处理及潮湿基面环境下，防水涂料的拉伸性能随着石英砂粒径的减小先升高后降低，掺加80-120目石英砂时拉伸性能较佳。
（3）在碱处理、浸水处理及潮湿基面环境下，掺加40-320目石英砂的防水涂料粘结性能良好，具体施工时，可根据要求的不同合理调配石英砂的级配，从而保证防水涂料较优的粘结强度。
（4）在保证液料和其它粉料用量一定的情况下，聚合物水泥防水涂料中选用80-120目石英砂较为适宜。
