阻燃型聚合物水泥防水灰漿影響因素的研究

馮春鵬（北京東方雨虹防水技術股份有限公司技術中心，北京101309）

1 引言

近年來，我國由于建筑材料引起的火災頻頻發(fā)生，特別是央視大樓、濟南奧體中心、北大兵乓球館和太鋼廠房等特大火災已引起政府主管部門的高度重視。

公安部消防局組織公安部天津消防研究所、公安部四川消防研究所等有關單位，對《建筑設計防火規(guī)范》（GB50016-2006）及《高層民用建筑設計防火規(guī)范》（GB50045-95）進行整合修訂。日前，修訂后的《建筑設計防火規(guī)范》已完成征求意見稿，不久就要報批。

目前我國絕大多數(shù)防水材料的燃燒性能都達不到B2級，在所有現(xiàn)行防水材料的國家或行業(yè)標準中，也沒有防水材料阻燃性能的要求，國家也沒有防水材料防火性能的試驗方法和標準。因此，目前暫不宜將防水層的燃燒性能列入規(guī)范。即使列入了也無法執(zhí)行，缺少可操作性?，F(xiàn)在還沒有可替代的防水材料既具備條文的燃燒性能又能滿足巨量的市場需求。實施后，將處于屋面工程無符合規(guī)范要求的防水材料可選擇的尷尬境地。建議立即加快制定相關防水材料的防火性能試驗方法和標準，然后再列入規(guī)范。

屋面工程中的各個層次中，既包括防水層、保溫層、承重層，也包括隔汽層、粘接劑和各種配件。屋面功能要求防水層必須有良好的延伸性、柔性和耐久性。因此，屋面各層次的材料全部由不燃材料組成是不現(xiàn)實的。但通過不燃材料和可燃材料的組合，可以構(gòu)成不燃的屋面系統(tǒng)。

聚合物水泥基防水灰漿是由水泥、高分子聚合物、骨料和水等組成。當中使用的聚合物有橡膠、樹脂、乳液、水溶性聚合物等幾大類，使用最多的是苯乙烯—丁二烯橡膠聚丙烯酸酯和乙烯醋酸乙烯酯等聚合物乳液[1]。本文所論述的產(chǎn)品以優(yōu)質(zhì)阻燃型聚合物乳液和多種添加劑組成的有機液料，再以特種水泥及多種填充料組成的無機粉料，經(jīng)一定比例配制成的雙組份聚合物改性水泥基柔韌型防水涂層材料。產(chǎn)品可實現(xiàn)良好的阻燃效果，通過與柔韌性防水卷材復合使用，有望構(gòu)成不燃的屋面體系，同時在外墻防水中也有著廣闊的應用前景。本文主要針對聚合物防水灰漿，深入研究了聚合物乳液類型、聚灰比、阻燃劑種類及參量對聚合物水泥防水灰漿性能的影響，旨在為阻燃型聚合物水泥防水灰漿的研究提供理論依據(jù)。

表1 水泥的化學成分（%）

表2 水泥的礦物組成(%)

表3 水泥的物理力學性能

2 原材料及實驗方法

2.1 原材料

2.1.1 水泥

水泥基防滲堵漏材料是保證建筑物和構(gòu)筑物不受侵蝕以及內(nèi)部使用空間不受水危害的特殊材料。從作用機理上看，凝結(jié)時問對施工的影響很大[2]，因為要保證一定的可操作時間，所以實驗所用水泥為普通硅酸鹽水泥。

本文所采用的水泥為河北唐山冀東P.O42.5普通硅酸鹽水泥，其成分分析見表（1-3）：

2.1.2 石英砂

80-120目石英砂：80目以下≤15%，120目以上≤20%，含水量≤0.5%，325目石英粉，河北靈壽石坎世堂礦業(yè)加工廠。

2.1.3 乳液

本實驗挑選3種乳液，分別是

1)S400F苯丙乳液，玻璃化溫度-8℃，巴斯夫化學有限公司。

2)VAE707 醋酸乙烯乳液，玻璃化溫度0℃，瓦克化學。

3)623 丁苯乳液 玻璃化溫度15℃ 巴斯夫化學有限公司

2.1.4 阻燃劑

目前阻燃劑主要有有機和無機，鹵素和非鹵素幾種類型。其中有機阻燃劑是以溴系、氮系和紅磷及化合物為代表的一類阻燃劑，無機阻燃劑主要是以三氧化二銻、氫氧化鎂、氫氧化鋁，硅系等為代表的一類阻燃劑。迄今，建材塑料等阻燃大都以有機鹵化物和三氧化二銻并用，也有用有機磷化物阻燃。這些阻燃劑有良好的阻燃效果，對制品的物性影響較小[3]，。為了更好地對比阻燃劑對聚合物水泥防水灰漿性能的影響，本文采用了十溴二苯乙烷、氫氧化鎂和磷銨作為阻燃劑的典型代表加以研究。

2.2 試驗方法

2.2.1 氧指數(shù)測試方法

在氧指數(shù)測試儀中，將一定尺寸的試樣用試樣夾垂直夾持于透明燃燒筒內(nèi)，筒內(nèi)有按一定比例混合的向上流動的氧氮氣流。點燃試樣的上端，觀察其燃燒現(xiàn)象，記錄持續(xù)燃燒時間或燃燒過的距離，試樣的燃燒時間超過3min或火焰前沿超過50mm標線時，降低氧濃度，試樣的燃燒時間不足3min或火焰前沿不到標線時，增加氧濃度，如此反復操作，從上下兩側(cè)逐漸接近規(guī)定值，至兩者的濃度差小于0.5%。讀取儀表中顯示的氧氣濃度，即為該試樣的氧指數(shù)。

2.2.2 粘結(jié)強度測試方法

攪拌均勻后，按JC/T907-2002中5.4進行成型。成型兩組試件，每組5個試件。采用橡膠或硅酮密封材料制成的模框(見圖1)，將模框放在(70×70×20)mm的符合JC/T907-2002要求的普通硅酸鹽水泥砂漿基塊上，將按7.3制備好的試樣倒入?？蛑?，抹平，在溫度(23±2)℃，相對濕度(50±10)%條件下養(yǎng)護(24±2)h后脫膜。如經(jīng)24h養(yǎng)護，因脫膜會對強度造成損害的，可以延遲24h脫膜。

圖1 阻燃劑對粘結(jié)的影響

按GB/T16777-2008中第7章的7.1A規(guī)定進行。涂膜厚度達到1.0mm，樣塊在標準試驗條件下養(yǎng)護7天后檢測。

2.2.3 抗?jié)B性能的測試方法

砂漿攪拌均勻后，一次裝滿抗?jié)B試模，在振動臺上振動成型，振動2min。在溫度(23±2)℃，相對濕度(50±10)%的環(huán)境下，養(yǎng)護至規(guī)定齡期，試驗按GB 23445—2009中附錄A的規(guī)定進行試驗。

3 結(jié)果與討論

3.1 聚合物乳液對產(chǎn)品性能的影響

聚合物乳液對產(chǎn)品性能產(chǎn)生很大的影響。改性的聚合物大多為丁苯、丙烯酸、酯類和氯丁橡膠等乳液，它們對水泥砂漿(混凝土)的粘結(jié)強度均有顯著的改善效果[4]，聚合物改性水泥材料的抗?jié)B性應該與聚合物的連續(xù)成膜和良好的變形能力有關[5]?，F(xiàn)主要對其粘接和抗?jié)B的影響做對比，分別用同等量的3種乳液做對比，對比如下：

表4 聚合物乳液對產(chǎn)品性能的影響

根據(jù)實驗結(jié)果，苯丙乳液玻璃化溫度低，有一定的柔韌性，使其性能“剛?cè)岵⑦M”，并且其效果也是同類乳液中最好的，并考慮到乳液的環(huán)保性，苯丙乳液也是很優(yōu)秀的，故苯丙乳液為首選。

3.2 聚灰比對產(chǎn)品性能的影響

聚灰比對產(chǎn)品性能的影響見表5。

表5 液料和粉料比例的影響

由表5可見，當聚合物乳液用量大時，聚合物形成連續(xù)膠膜，此時灰漿的強度低而延伸性好；當聚合物乳液用量較小時，聚合物與粉體交錯形成致密膠膜，此時灰漿的強度和延伸性都較好；當聚合物乳液用量小時，聚合物已經(jīng)不能連續(xù)成膜，而水泥的水化程度又弱，導致防水灰漿的強度和抗?jié)B能均降低。粘結(jié)強度主要與水泥的加入量有關，水泥加入量越大粘結(jié)強度就越大。

3.3 阻燃劑種類與參量對產(chǎn)品性能的影響

從圖1、圖2、圖3可知，無論什么種類的阻燃劑在加入后都會對性能產(chǎn)生影響，不同的是阻燃劑與產(chǎn)品的結(jié)合程度直接導致其對性能的影響大小，從圖中我們可以看到鹵溴系的阻燃劑對產(chǎn)品的影響率最小，但是加到10%之后都會有明顯的減小，所以選擇阻燃劑種類和合適參量是很重要的。

圖2 阻燃劑對抗?jié)B性的影響

圖3 阻燃劑對阻燃性的影響

4 結(jié)論

1)苯丙乳液在性能和環(huán)保方面影響俱佳。

2)乳液一定時隨著水泥摻入量的增加 ，灰漿的抗?jié)B和粘接性能逐漸增強。

3)磷系、無機阻燃劑和溴化物相比其阻燃性，溴化物的阻燃性更好。

4)溴化物的阻燃劑與無機阻燃劑相比影響產(chǎn)品原性能小，保持性好。

總之，選用適當?shù)淖枞紕┓N類參量，乳液和聚灰比既可以達到良好的自身性能和阻燃效果，又不會對其性能產(chǎn)生明顯的影響。

[1]黃從運,王服人.聚合物改性水泥混凝土[J].材料研究,2002,30(5).25-26.

[2]葉正茂,蘆令超.水泥基防滲堵漏材料凝結(jié)機制的研究[J].中國建筑防水,2005,(8).23-25.

[3]覃文清阻燃劑的研究與應用[J].化學世界,1988,(3).105-108.

[4]王培銘,許 琦,StarkJ.橋面用丁苯乳液改性水泥砂漿的力學性能[J].建筑材料學報,2001,4(1).1-6.

[5]鐘世云,談慕華,陳志源.苯丙乳液改性水泥砂漿的抗氯離子滲透性[J].建筑材料學報,2002,5(4).393-398.