高分子聚合物防水涂料的研發與應用

董思楠

北京市第五建筑工程集團有限公司 北京 100028

二十世紀六十年代，我國防水材料基本使用紙胎油氈，改革開放后，我國防水技術有了突破性發展，先后研制出了SBS改性瀝青防水卷材、自粘防水卷材、聚氨酯防水涂料、丙烯酸防水涂料、聚合物水泥基防水涂料、速凝噴涂橡膠防水涂料等眾多防水材料，這些材料的使用，對我國防水工程質量的提升起到了推動作用。但每種防水材料又有其自身局限性，再加上有的項目在設計時忽視對材料特性的深入研究，沒有因地制宜根據使用環境和使用部位不同，結合不同材料性能側重點不同有針對性地選擇材料，形成“一方治百病”的設計方案，從根源上造成防水工程質量不達標。施工質量也是影響防水工程質量的重要因素，防水材料的研發以及性能檢測都是在實驗室環境下完成的，要想接近或達到實驗室檢測數據，對施工現場基面、施工環境、溫度要求非常高。另外對陰陽角、伸縮縫、管根等關鍵部位的處理也是施工中的重中之重。

1 目前常用防水材料的應用分析

1.1 SBS改性瀝青防水卷材

SBS改性瀝青防水卷材是以SBS（苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物）橡膠作為改性劑，改性石油瀝青引為浸漬覆蓋層，以聚酯纖維無紡布、黃麻布、玻纖氈等分別制作為胎基，以塑料薄膜為防粘隔離層，經選材、配料、共熔、浸漬、復合成型、卷曲等工序加工制作而成[1]。

優點：成本低、厚薄均勻、施工技術簡單。

缺點：施工程序復雜，需基面干燥，涂底膠，加熱，裁剪、拼接等。與基面結合度差，一旦漏水，會形成串水現象，不易查找漏水點。接縫多，易粘接不到位滲漏，滲漏后長期被水浸泡，搭接縫會脫離。材料主要成分為改性瀝青，不環保。

應用分析：由于改性瀝青的使用，使材料具有一定的柔韌性和耐低溫性，胎體可增加材料的抗拉性。但在應用中有兩大弊端，一是接縫多，二是不能與基面滿粘接。接縫多大大增加施工人員人為不確定性造成的搭接不合格，尤其在處理伸縮縫、管根等特殊部位時，卷材可塑性差，施工難度大。同時，光靠增加附加層，其抗拉強度無法抵御熱脹冷縮產生的拉力，容易拉裂。不能與基面滿粘會造成串水，漏水后找不到漏水點，為修復工作增加很大麻煩。由于其價格低廉，目前仍為工程項目廣泛使用。隨著各種新型防水材料的性價比不斷提高，從長遠來看，這種材料將被市場淘汰。防水等級高的地下防水工程不建議單獨使用這種材料。

1.2 自粘防水卷材

自粘防水卷材是一種以SBS等合成橡膠、增粘劑及優質道路石油瀝青等配制成的自粘橡膠瀝青為基料，強韌的高密度聚乙烯膜或鋁箔作為上表面材料，可剝離的涂硅隔離膜或涂硅隔離紙為下表面防粘隔離材料制成的防水材料。

優點：厚薄均勻、施工無需動火，具有一定的自愈能力。

缺點：對基面要求高，接縫多，不能與基面完全滿粘，滲漏后，會出現串水現象。

應用分析：自粘防水卷材主要解決了SBS改性瀝青防水卷材施工需要動火加熱的問題。同時，二者防水理念略有區別，自粘卷材與基面是粘接結合，不留縫隙，突出材料的隔離性。SBS改性瀝青防水卷材與基面不能滿粘接，需要搭接處、邊、角、縫必須密閉，突出整體密閉包覆性。在實際使用中，自粘卷材需要克服天氣因素，秋冬季施工有時也需要動火，增強粘接效果。由于現場施工基面條件比實驗室差，普遍存在不平、起砂、氣孔等現象，基本不能達到滿粘效果，滲漏后依然會存在串水現象。所以，自粘卷材并未從根本上解決SBS改性瀝青防水卷材的問題。歐美流行的TPO卷材，國產的“反應粘”卷材，也都是想從根本上解決卷材的滿粘問題。總體來講，卷材類防水材料可單獨用于屋面類防水工程，地下水位高，一級防水要求的地下防水工程，可與涂料類防水材料搭配使用。有防穿刺要求的，可使用耐根穿刺防水卷材。

1.3 聚氨酯防水涂料

聚氨酯防水涂料是由異氰酸酯、聚醚等經聚合反應而成的含異氰酸酯基的預聚體，配以催化劑、無水助劑、無水填充劑、溶劑等，經混合等工序加工制成的單組分防水涂料。

優點：能在潮濕基面施工，粘接力強，無接縫，可塑性強，抗拉伸性好，耐候性好，抗老化性好。

缺點：抗紫外線性差，不能直接暴露在自然環境中使用。每公斤材料成膜厚度相對薄，約為0.2-0.3mm，材料用量大。

應用分析：聚氨酯防水涂料分為單組份和雙組分兩種。雙組份聚氨酯防水涂料施工需要現場計量攪拌，攪拌后需要在規定時間內使用，否則材料會失效。雙組分聚氨酯防水涂料由于B組份主要為固化劑，所以固化時間較單組份聚氨酯防水涂料短，粘接力也比單組份聚氨酯防水涂料強。單組份聚氨酯防水涂料比雙組份聚氨酯防水涂料施工簡單，不用現場配料，性能穩定。聚氨酯防水涂料由于其有眾多優點，是應用廣泛的一種防水材料，尤其是要求一級防水的地下工程（地下室、地下綜合管廊等），要求涂料加卷材兩道防水，涂料類防水材料一般選擇聚氨酯。在實際應用中，聚氨酯防水涂料在立面施工時，成膜厚度薄，有流淌現象，達到1.5mm厚的標準需要涂刷十遍左右才能滿足，遠超理論規定。聚氨酯防水涂料不適用于內防水工程，因為是瀝青基油性材料，不是親水性材料，粘接面長期被水浸泡會產生剝離、脫落現象。聚氨酯防水涂料抗紫外線性能差，不能裸露于自然環境中使用，否則會快速老化。

1.4 聚合物水泥基防水涂料

聚合物水泥基防水涂料是由合成高分子聚合物乳液（如丙烯酸酯、聚醋酸乙烯酯、丁苯橡膠乳液）及各種添加劑優化組合而成的液料和粉料（由特種水泥及石英砂等組成）復合而成的雙組份防水涂料，是一種即具有合成高分子聚合物材料彈性高、又有無機材料耐久性好雙重優點的防水材料。

優點：無接縫、滿粘接、可塑性強、抗老化性好，水溶性材料、環保。

缺點：粘接強度與拉伸性能不能兼具，夏季高溫施工，基面氣孔處理不到位，有起鼓現象。

應用分析：聚合物水泥基防水涂料施工簡單，適用性好，可在潮濕基面施工，也可在金屬、木材、塑料、玻璃等多種基面上施工。可人工涂刷，也可機械噴涂，施工效率高。在實際應用中，與基面的粘接強度低于實驗室測試數據，但高于規范要求（大于等于0.5MPa）。秋冬季自然氣溫條件下拉伸性也相對差一些，其拉伸性介于卷材與聚氨酯之間。由于其價格遠低于聚氨酯，跟SBS改性瀝青卷材差不多，從性價比角度考慮，可廣泛應用于屋面和地下防水工程。但不能用于室外裸露環境，夏季會出現起鼓現象，冬季會產生裂紋。也不宜被水長期浸泡，會產生返乳現象，使材料失去防水作用。

2 高分子聚合物防水涂料的研發

2.1 研發背景

通過對以上防水材料優缺點的分析，我們不難發現，每種材料都有其自身局限性，包括我們上面未做詳細分析的“反應粘”卷材、丙烯酸防水涂料和速凝噴涂橡膠防水涂料。“反應粘”卷材施工復雜，需要在水泥內摻建筑膠（例如107膠），水泥與膠反應形成水泥素灰漿，在卷材上涂抹水泥素灰漿后，將卷材粘在基面上。同時，它還有卷材類防水材料共同的缺點，接縫多，拼接部位多，施工效率低。丙烯酸防水涂料成本太高，性價比低。速凝噴涂橡膠防水涂料粘接強度低，在實際測試中甚至不能達到涂料類防水的規范要求。綜上所述，在實際應用中，我們需要一種價格適中，粘接強度高，拉伸性能好，耐候性好，抗紫外線性能好，抗老化性能好的綠色環保材料。這種材料應具備即可應用于室外自然環境，又可應用于室內環境，即可應用于外防水部位，又可應用于內防水部位，即可應用于屋面工程，又可應用于地下工程的優越性能。

2.2 研發

根據以上述求，在對丙烯酸防水涂料、聚合物水泥基防水涂料、水泥基滲透結晶防水材料防水原理進行深入研究基礎上，通過對乳液改性工藝創新，添加助劑創新，配方比例創新的方法，研制出了一種高分子聚合物防水材料。該材料是利用自主創新的改性技術對丙烯酸乳液進行物理化學改性、復配，并添加多種助劑，與硅酸鹽水泥進行科學配比而成。執行國家GB/T 23445-2009《聚合物水泥防水涂料》標準，綜合性能突出。其主要成分如表1、2所示。

表1 液料成分表

苯丙乳液的選擇對產品質量的影響很大，TG（玻璃化溫度）值是一個重要參數，TG值過高，材料的耐低溫性不好，粘接強度不夠，TG值過低，材料硬度不好，會像口香糖一樣，粘接性好，延伸性好，但硬度不夠。乳液中苯丙聚合物的固體含量也是影響材料質量的重要因素，總體來說，固體含量高的乳液性能要好，但成本也會上升。

2.3 生產過程

將苯丙乳液和增稠劑、防腐劑、防凍劑等按比例倒入反應釜中，溫度升至80℃，當反應單體轉化率趨于恒定時，升溫至90℃，保溫45分鐘。然后將PH值調到8-9，冷卻至40℃，對聚合物進行過濾即可。

粉料將表2中物質按比例放入攪拌器中，攪拌30分鐘左右，均勻即可。

表2 粉料成分表

液料每袋10kg封裝，粉料每袋8kg封裝，然后按1:0.8比例封裝在一個包裝桶內，現場按1:0.8比例直接調配即可使用。

2.4 高分子聚合物防水涂料的性能特點

高分子聚合物防水涂料可以看做是聚合物水泥基防水涂料的升級材料，除了繼承了聚合物水泥基材料的所有優點之外，同時還兼具一些自有性能特點。

使用前，除了對基面進行常規處理外，基面一定要澆充足的水，因為混凝土基面一般都有大量的氣孔，讓土建專業全部封堵，難度太大，通過澆水，讓水滲入氣孔中，使氣孔中空氣排出，以免造成因氣溫升高，空氣膨脹，防水層起鼓現象。另一方面，材料需要以水作為引導，使高分子物質和硅酸鹽水泥滲入到基面微孔和細縫中，固化結晶后，與基面緊密結合在一起，形成“皮膚式”防水層，大大提高粘接強度，而不像一般防水材料，僅僅粘接在基面表層。澆水作業以基面吸水基本飽和，基面表面潮濕但無明水為標準。

由于丙烯酸乳液具有抗紫外線照射，耐熱性好的特點，所以這種材料可在室外自然環境下使用，可在鋼結構廠房屋面、老舊小區屋面直接涂刷，無需保護層覆蓋，節省材料和人工。

這種材料以水（苯丙乳液中含水約30%）作為溶劑，屬于水溶性材料，在施工中同樣需要水起到輔助引導作用，所以，也是親水性材料，通過助劑的改性調配，新的聚合物分子結構更加穩定，不怕水長期浸泡，水的浸泡反而使材料與基面的結合更加牢固。內防水工程是防水工程的一個難點，瀝青基的油性材料與基面的黏結面被水長期浸泡都會出現剝離、脫落現象，需要選擇粘接強度高的親水性材料才能滿足粘接要求，所以，這種材料可以很好地應用于內防水工程。

高分子聚合物防水涂料具體性能指標如表3所示，執行《聚合物水泥防水涂料》GB/T 23445-2009規范中Ⅰ型的技術要求，檢測環境溫度21℃～25℃，濕度45%～55%。

表3 高分子聚合物防水涂料性能指標表［2］

3 高分子聚合物防水涂料的應用

3.1 高分子聚合物防水涂料應用的調研與驗證

為了更好地對高分子聚合物防水涂料性能進行驗證，對其工程應用案例進行了詳細調研，防水材料的性能是防水工程質量保證的關鍵。在伸縮縫、管根、龜裂紋等特殊部位結合非固化嵌縫膠（非固化膠具有很強的彈性，可以適應熱脹冷縮產生拉力）使用，會產生很好的防水效果。

3.1.1 內防水工程應用情況調研

錦州華山御景小區地下配電室滲水嚴重，嚴重影響供電安全，已經無法用外防水方式進行修復，只能用水泵將水抽干，利用滲水間隙，短時間內在地下室內墻面和地面重做防水層，是典型的內防水維修工程，施工難度大，對材料性能要求高。維修前后效果對比如圖1、圖2、圖3、圖4所示。

圖1 維修前地下室臺階下

圖2 維修前地下室走廊

圖3 地下配電室防水涂料固化前

圖4 地下配電室防水涂料固化后

3.1.2 室外環境應用情況調研

興安盟信合廣場1期頂層嚴重漏水，屋面結構復雜，太陽能熱水器林立，非常不適合使用卷材修復，為節約成本，要求防水層外不加保護層，直接裸露在自然環境中。對材料的可塑性和抗紫外線性能要求極高。當時，屋面基面已經出現大量起砂現象，施工人員采用了先用稀釋后的液料固砂，再進行防水涂料涂刷施工的特殊方法。維修后效果如圖5、圖6所示。

圖5 維修后的屋面

圖6 太陽能熱水器地腳處理

3.1.3 長期被水浸泡環境應用情況調研

大連星海廣場噴泉水池項目是一個新建工程，業主要求直接在噴泉水池內壁涂刷防水涂料，要求防水涂料即具有防水功能，還兼具裝飾功能，同時裸露在外面，直接浸泡在噴泉水中。施工后的效果如圖7、圖8、圖9、圖10所示。

圖7 內壁防水層施工完成后1

圖8 內壁防水層施工完成后2

圖9 蓄水后內壁防水層直接浸泡在水中

圖10 蓄水后裸露的上臺面防水層

3.1.4 蓄水試驗及冰凍環境應用調研

大連花園口碳纖維廠房項目是在冬季條件下施工，施工后進行蓄水試驗，試驗后，水很快結冰，凍住防水層，72小時后多處取點破冰檢驗，防水層完好，無任何凍裂裂紋。如圖11、圖12所示。

圖11 蓄水試驗

圖12 冰凍裂紋檢查

3.2 機械噴涂施工方法的應用

當施工作業面積大時，高分子聚合物防水涂料采用了機械噴涂方式進行施工，使用雙管專業噴涂機，用一個噴管中的壓縮空氣，將另一個噴管中的物料噴射而出，在噴槍出口處進行霧化，噴涂在基層表面，節省了大量人力及工期。噴涂作業如圖13、圖14所示。人工作業與機械噴涂作業經濟效益對比分析以大連金州中學項目地下防水工程為例，施工面積7435m2，具體分析見表4。

圖13 噴涂機

圖14 噴涂作業

表4 機械噴涂與人工涂刷經濟效益對比分析表

4 結論

本文以高分子聚合物防水涂料基本研發生產理論為基礎，重點根據材料工程實際應用情況對其性能特點、性能優勢、應用場所等情況做了詳細論述。高分子聚合物防水材料即具有一般防水材料性能，可廣泛應用于廚房、衛生間、屋面、地下等眾多部位，還可應用于玻璃、金屬、木材、地磚等多種建材表面，重點解決了在滲漏嚴重的潮濕環境下及基面條件較差條件下的防水維修難題，對從事防水專業的技術人員在設計、實施防水工程項目過程中，針對防水材料的選擇、應用具有一定借鑒意義。