建筑新型防水涂料的性能及應(yīng)用*

胡 晶，邱孝鋒

(1.湖北工業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430080；2.綠城裝飾工程集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430080)

防水涂料是一種具有防止水分進(jìn)入、滲透的功能涂料。經(jīng)涂刷施工后，防水涂料中的液體揮發(fā)，在基層形成一層堅(jiān)硬致密的防水涂層。傳統(tǒng)溶劑型涂料以苯系物為溶劑，施工后最終揮發(fā)到大氣中，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染。近些年來(lái)，國(guó)家不斷出臺(tái)法律法規(guī)加大環(huán)保力度，消費(fèi)者的環(huán)保意識(shí)也不斷增強(qiáng)。2013年，國(guó)務(wù)院印發(fā)《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，大力推廣使用水性涂料，鼓勵(lì)使用低毒、低揮發(fā)性有機(jī)溶劑。2017年，北京市全面淘汰溶劑型涂料的生產(chǎn)和瀝青類(lèi)防水材料的生產(chǎn)。

1 防水涂料

防水涂料按材料可以分為：聚合物改性瀝青防水涂料、聚合物水泥基防水涂料、合成高分子防水涂料；根據(jù)材料液態(tài)類(lèi)型分為：溶劑型防水涂料、水性防水涂料、反應(yīng)型防水涂料。溶劑型防水涂料中分散介質(zhì)為有機(jī)溶劑，該涂料優(yōu)點(diǎn)是揮發(fā)速度快、成膜致密、穩(wěn)定性好，缺點(diǎn)是有機(jī)揮發(fā)組分對(duì)人體有害，還會(huì)造成大氣污染；水性防水涂料以水為分散介質(zhì)，揮發(fā)速度比溶劑型防水涂料慢，成膜致密性也較低，施工后揮發(fā)出水及少量其他的組分，對(duì)人體傷害小，對(duì)環(huán)境友好；反應(yīng)型防水涂料是通過(guò)不同組分間相互發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，相對(duì)分子質(zhì)量變大的一種涂料，其有機(jī)揮發(fā)組分極少，可形成致密的涂層，防水性能突出，環(huán)保性能好。

2 新型防水涂料

傳統(tǒng)涂料施工性能差，防水效果差，VOC含量高，對(duì)人體及環(huán)境有較大危害。因此科研人員不斷開(kāi)發(fā)新型防水涂料，以提高防水性能，降低有害氣體揮發(fā)。

2.1 聚氨酯防水涂料

聚氨酯防水涂料分為單組分、雙組分。聚氨酯防水涂料可在潮濕基層上直接施工，在常溫下固化，具有防腐、抗老化性能。聚氨酯具有很好的耐腐蝕性能，耐候性好；導(dǎo)熱系數(shù)低，是一種保溫材料；涂層的封孔能力好，材料防水性能強(qiáng)。聚氨酯具有很高的粘接強(qiáng)度，涂料中的高分子可滲透到基面，填補(bǔ)基面中的細(xì)微裂縫，減少滲水途徑，加強(qiáng)防水性能。聚氨酯防水涂料達(dá)到《室內(nèi)裝修材料有害物質(zhì)限量》(GB18582-2001)的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，在建筑上使用該種涂料，既能防水，又能保溫，符合建筑節(jié)能保溫相關(guān)規(guī)定。

王廣林[1]將水性單組分聚氨酯涂料應(yīng)用于新港十一路跨梅河支流橋梁工程。該涂料以聚氨酯為基體樹(shù)脂，水為分散介質(zhì)。作為一種新型建筑防水材料，具有抗老化性能、抗腐蝕性、優(yōu)良的防水性能，且施工性能好、效率高。該工程將單組分聚氨酯防水涂料應(yīng)用于橋梁，結(jié)果表明，人工或機(jī)械等施工方式均能發(fā)揮良好的防水性能，也可借助高壓，將防水涂料壓入混凝土中的結(jié)構(gòu)裂縫。對(duì)涂料施加二次壓力，可使涂料填充全部裂縫，能有效阻止結(jié)構(gòu)滲漏。水性單組分聚氨酯涂料釋放的有機(jī)性揮發(fā)組分極少，對(duì)環(huán)境無(wú)害，施工工藝簡(jiǎn)單，能節(jié)省工期。作為新型建筑材料，其經(jīng)濟(jì)效益高，環(huán)境效益顯著。

在噴漆中，會(huì)產(chǎn)生大量的“漆渣”。我國(guó)是汽車(chē)生產(chǎn)大國(guó)，對(duì)車(chē)輛噴涂面漆會(huì)產(chǎn)生大量的漆渣。對(duì)漆渣固體廢棄物的處理可采用填埋法、焚燒法。填埋法會(huì)占用大量的土壤資源，造成土壤板結(jié)，且漆渣分子量大、呈長(zhǎng)碳鏈、化學(xué)穩(wěn)定性好，數(shù)百年仍然難以降解。填埋在土壤下的漆渣會(huì)影響農(nóng)作物生長(zhǎng)；被動(dòng)物誤食會(huì)造成其死亡。焚燒則會(huì)產(chǎn)生大量有毒有害氣體、固體顆粒物，造成大氣污染。

劉運(yùn)學(xué)等[2]將預(yù)處理的沈陽(yáng)某噴涂車(chē)間的漆渣，加入到聚氨酯瀝青防水涂料中，并研究體系的熱性能、力學(xué)性能。漆渣的加入，對(duì)聚氨酯防水涂膜的熱穩(wěn)定性影響不大。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，漆渣的參雜量低于15%時(shí)，不會(huì)明顯增加涂料體系的黏度，對(duì)刷涂工藝沒(méi)有影響，且可以減少氣孔產(chǎn)生、漆膜表面光滑，從而改善涂層施工質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)采用100目(0.150 mm)、200目(0.074 mm)不同粒徑的漆渣，均得出隨著漆渣摻加量的增加，聚氨酯防水涂層拉伸強(qiáng)度先升后降，15%為峰值。當(dāng)?shù)陀?5%時(shí)，漆渣的加入可以改善涂層的致密性，氣孔量減少，增加拉伸強(qiáng)度；當(dāng)高于15%時(shí)，體系黏度隨著漆渣加入而明顯增加，干燥后氣孔增加，拉伸強(qiáng)度下降。綜上所述，少量漆渣的加入會(huì)增加涂層力學(xué)性能，摻加量宜控制在15%以下。以上研究為廢棄的漆渣再利用提供了很好的依據(jù)，希望將來(lái)能將大量的漆渣再利用，實(shí)現(xiàn)資源整合，減少環(huán)境污染。

2.2 聚合物水泥防水涂料

聚合物水泥防水涂料是一種由水泥、外加劑、高分子等組分加工成的防水涂料，利用聚合物自身所具有的的柔性，減少水泥材料的干縮變形性。該涂料具有水泥材料的高強(qiáng)度，塑料的耐水性，延展性強(qiáng)。該種防水涂料具有無(wú)毒性、節(jié)能、環(huán)保，不會(huì)對(duì)周?chē)h(huán)境造成污染。

自修復(fù)材料是一種仿生物體受傷后能實(shí)現(xiàn)自愈的材料，對(duì)傷口進(jìn)行自我修復(fù)，從而達(dá)到減少或消除裂縫、延長(zhǎng)材料的使用期限。浙江魯班建材科技股份有限公司自主開(kāi)發(fā)了一款以聚合物乳液、水泥等為原料的裂縫自修復(fù)防水涂料，能快速修復(fù)0.5～0.7 mm 細(xì)微裂紋。胡強(qiáng)等[3]研究了不同類(lèi)型水對(duì)自修復(fù)聚合物水泥防水涂料的自修復(fù)性能的影響，結(jié)果表明，涂層在存在0.3～0.4mm細(xì)微裂縫時(shí)，能先止住滲漏，后達(dá)到無(wú)滲漏，實(shí)現(xiàn)了裂縫自主修復(fù)，達(dá)到堵漏效果。研究不同環(huán)境測(cè)試水中有機(jī)物質(zhì)和可溶性無(wú)機(jī)鹽對(duì)堵漏時(shí)間的影響，發(fā)現(xiàn)，含有少量有機(jī)質(zhì)和較多無(wú)機(jī)鹽的地下水堵漏時(shí)間最短，為6h。涂料修復(fù)機(jī)理是通過(guò)形成凝膠后堆砌、堵塞滲水通道，實(shí)現(xiàn)裂縫修復(fù)。無(wú)機(jī)鹽會(huì)促進(jìn)凝膠形成，加快堆砌進(jìn)程，故而含有大量無(wú)機(jī)鹽的地下水修復(fù)速度最快。

隨著經(jīng)濟(jì)水平的不斷提升，人們對(duì)居住環(huán)境要求提高，“無(wú)毒、無(wú)異味”防水涂料的研究成為一個(gè)熱點(diǎn)。宋爽等[4]選用低氨丙烯酸類(lèi)乳液，制備了一種凈味型聚合物水泥防水涂料。合成的涂料符合JC1066-2008《建筑防水涂料中有害物質(zhì)限量》A類(lèi)要求，可以實(shí)現(xiàn)在涂刷涂料過(guò)程中降低刺激性氣體產(chǎn)生，提高施工過(guò)程舒適度，滿足施工過(guò)程環(huán)保要求。該團(tuán)隊(duì)對(duì)6種制備的聚合物水泥防水涂料中有毒物質(zhì)的含量進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)，低氨丙烯酸類(lèi)聚合物水泥防水涂料的VOC、游離甲醛含量明顯低于普通丙烯酸類(lèi)聚合物水泥防水涂料。隨機(jī)選擇多名檢測(cè)人員對(duì)氣味進(jìn)行打分。通過(guò)對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)液涂料中氨含量是影響氣味濃淡的主要因素。由低氨類(lèi)丙烯酸乳液所制備的聚合物水泥防水涂料的氣味較淡。對(duì)該種涂料的力學(xué)性能進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)低氨丙烯酸型聚合物水泥防水涂料的拉升強(qiáng)度提高、斷裂伸長(zhǎng)率有所下降。

材料工程人員一直致力于提高混凝土的耐久性?；炷辆哂卸嗫捉Y(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)使得砼在惡劣環(huán)境中易被腐蝕，甚至?xí)鸹炷琳w破壞。為了提高混凝土耐久性，可采取以下方法：1)加入礦粉、硅粉、粉煤灰等，能提高混凝體密實(shí)性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而提高砼整體的抗腐蝕性能。2)涂覆涂層，對(duì)混凝土進(jìn)行保護(hù)。王世閏等[5]研究了不同高分子含量的聚合物水泥防水涂料對(duì)砼耐久性的影響，發(fā)現(xiàn)，隨著高分子組分的增加，涂料抗吸水性增強(qiáng)、抗氯離子腐蝕性增強(qiáng)。高分子組分含量太高，會(huì)使得溫度穩(wěn)定性下降，黏結(jié)性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性下降；聚合物含量較高，會(huì)使得涂層吸水溶脹、鼓包，隨著進(jìn)一步吸水，甚至使得涂層整體結(jié)構(gòu)破壞。研究發(fā)現(xiàn)，聚灰比等于0.8，涂層抗硫酸鹽腐蝕性能最好。

聚合物水泥防水涂料具有防水性能、低毒環(huán)保，在建筑領(lǐng)域取得良好的效果。不同產(chǎn)品性能有一定差異，不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ζ湫阅芤笠膊槐M相同，故需要根據(jù)不同工程實(shí)際現(xiàn)狀選擇相適應(yīng)的防水涂料。

2.3 聚合物乳液防水涂料

該涂料環(huán)保性能好，施工方便，施工中不會(huì)破壞環(huán)境，涂料性能高，安全無(wú)毒，不會(huì)對(duì)人體造成傷害，缺點(diǎn)是耐水性差。當(dāng)使用在廚房、衛(wèi)浴等長(zhǎng)期潮濕有水的環(huán)境時(shí)，會(huì)使得涂層在浸水后膨脹、強(qiáng)度降低，最終使得防水涂層失效。提高水性涂料耐水性的一般思路主要有乳液類(lèi)型選型、疏水性物質(zhì)改性、交聯(lián)改性等。

李晴龍等[6]對(duì)乳液類(lèi)型進(jìn)行選型，選用疏水性丁二烯、苯乙烯單體，制備了一種耐水型聚合物乳液防水涂料。所制備的耐水型防水涂料7d吸水率低于5%，浸水7d抗拉強(qiáng)度保持率、黏結(jié)強(qiáng)度均大于50%，與溶劑型聚氨酯防水涂料相近，且無(wú)有機(jī)揮發(fā)性組分排放。

翟廣玉[7]研究了聚丙烯酸酯乳液、乙烯一聚醋酸乙烯(VAE)乳液、聚丙烯酸酯及VAE乳液混合對(duì)防水涂料性能的影響。這3種防水涂料力學(xué)性能均符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但VAE乳液在低溫下不符合標(biāo)準(zhǔn)，故VAE乳液防水涂料在北方較冷地區(qū)不適合使用。進(jìn)行耐水性能實(shí)驗(yàn)，VAE乳液型防水涂料溶脹較小，但其斷裂伸長(zhǎng)率較小，不適合形變較大區(qū)域；丙烯酸乳液型防水涂料具有良好的耐候性，斷裂伸長(zhǎng)率高，但其溶脹較大不適合長(zhǎng)期與水接觸區(qū)域；聚丙烯酸酯及VAE乳液型涂料性能居中，結(jié)合二者的優(yōu)點(diǎn)，是一種性能優(yōu)良的防水涂料。

在人們潛意識(shí)里，聚合物乳液防水涂料耐水性能差，防水效果不好，不適宜長(zhǎng)期泡水的環(huán)境。熊玉欽等[8]人對(duì)此進(jìn)行研究，選擇常見(jiàn)的聚合物乳液進(jìn)行各種力學(xué)性能、耐水性能測(cè)試。選擇的4款產(chǎn)品物理性能符合標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)不同含水量的混凝土基面均有較好的黏結(jié)性能。3款產(chǎn)品經(jīng)耐水性跟蹤測(cè)試，力學(xué)性能較穩(wěn)定。

瀝青防水卷材在建筑屋面防水中應(yīng)用廣泛，具有良好拉伸性能、柔韌性好、不透水，防水效果也好，但也有一些缺點(diǎn)，如搭邊易出現(xiàn)接縫粘結(jié)不牢，熱熔不完全易出現(xiàn)空鼓，施工不方便等。吳銀萍[9]研究了一款聚合物乳液改性乳化瀝青，制備液體防水卷材，該涂膜具有良好的力學(xué)性能，低溫柔韌性，由于呈現(xiàn)液態(tài)，可刷涂施工，解決了片狀防水卷簾現(xiàn)場(chǎng)施工易出現(xiàn)的熱熔問(wèn)題。

2.4 水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料

國(guó)外最早開(kāi)發(fā)出水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料，生產(chǎn)后得到有效應(yīng)用。研究發(fā)現(xiàn)，毛細(xì)孔、細(xì)微裂縫是引起混凝土滲透的根本原因。利用反滲透理論開(kāi)發(fā)出的水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料，涂料中的活性物質(zhì)向混凝土內(nèi)部滲透，使得體系中未水化的水泥能進(jìn)一步發(fā)生水化反應(yīng)形成新型晶體，隨著晶體生長(zhǎng)，阻塞具有細(xì)孔、微裂紋的滲流通道，能起到很好的防水效果。這種涂料使混凝土具有自修復(fù)功能、防水抗?jié)B性能，可廣泛應(yīng)用于地下室、屋面及防水、防潮區(qū)域。

張宏輝等[10]將水泥、砂、滲透結(jié)晶母料、消泡劑等按配料比加入分散機(jī)，制備了一種水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料。對(duì)該涂料性能進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)該涂料具有良好的物理性能、防水抗?jié)B性，涂刷這種防水涂料能消除混凝土易滲漏缺點(diǎn)。這種防水涂料的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、施工性能優(yōu)良、所用原料的價(jià)格便宜、具有良好的推廣價(jià)值。

光鑒淼[11]研究了一種高性能水泥基滲透結(jié)晶型防水材料。以硅酸鹽水泥、高爐礦渣、硅灰、乳膠粉等為原料，制備的水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料，該涂料具有較好的滲透結(jié)晶性。

水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料在民用、工業(yè)建筑中得到推廣，核電站中應(yīng)用較少。山東榮成的高溫氣冷堆核電站示范工程核島主要廠房及部分重要BOP廠房均采用了水泥基滲透結(jié)晶型防水材料。李攀[12]從防水效果、施工工藝、工期和成本、耐久性等討論了水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料顯著特點(diǎn)，從多角度論證其在核電廠房防水工程中推廣的價(jià)值。

3 展望

建筑新型防水涂料能滿足人民群眾對(duì)環(huán)保的需求，滿足健康生活方式。材料開(kāi)發(fā)人員應(yīng)大力開(kāi)發(fā)出更多類(lèi)型的低毒、無(wú)毒、凈味的防水涂料，減少有害氣體的揮發(fā)，不斷提高建筑工程的建設(shè)質(zhì)量和防水性能。