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聚合物水泥類防水涂料在地下工程中的應用
發布時間：2014-08-09
關鍵詞： 聚合物水泥 防水涂料 分類 構成 設計定位 地下防水工程摘 要： 從理論和實踐兩方面論證說明低聚粉比類聚合物水泥基防水涂料在地下室應用的可行性和必然性，探討分析該類產品的科學定位、分類、研究方向和合理的使用范圍。
聚合物水泥類防水涂料是我國近幾年來發展迅速、并具有獨特概念和性能的一種新型防水涂料，在國外已有30年的使用歷史。對該類材料的延伸率、長期耐水性以及在地下工程中的應用問題，在專業學術界有爭議，筆者根據近4年來對該產品的研究開發和應用實踐，認為：以水泥基材料為主，輔以合適的高分子乳液進行改性的低聚粉比*的聚合物改性水泥基柔性防水涂料（在國外俗稱為柔性防水漿料），具有高強度、中柔性及合格的耐水性能，是一種非常適合于地下、廁浴間、外墻等防水工程的新型防水材料。
1 產品的分類及構成
高分子材料對無機材料或低分子材料的改性（如聚合物混凝土、SBS改性瀝青防水卷材等），無機材料以填充材料的方式加入高分子材料中（如塑料制品、單組分建筑涂料等）而形成復合材料的產品或制品，是材料學研究和產品開發的基本方向和手段。國內專業學術界對聚合物水泥類防水涂料在認識上存在模糊概念。我國現已開發的此類產品中有聚合物改性水泥基柔性防水涂料，也有以聚合物乳液為主，適當加水泥的復合型涂料，在表觀指標上主要體現在延伸率、強度和耐水性等性能上的差異，這些差異也必然表現在工程應用上的不同。目前國內普遍生產和使用的高聚粉比（液粉比10∶7左右，延伸率＞150％）類防水涂料，產品耐水指標大都不過關，不宜用于地下室等對防水材料有長期耐水性要求的地方。因此引起專業學術界誤解，認為所有的聚合物水泥類防水涂料都不適用于地下防水工程。
我公司于1998年開始對聚合物水泥類防水涂料的長期耐水性進行簡單的比較試驗，具體內容為：粉料不變，采用各種不同的乳液，按高液粉比10∶7和低液粉比10∶14分兩組做長期耐水試驗（浸泡168h，測其力學性能保持率）。結果：高液粉比樣組，所有樣品均不合格，力學性能損失較大；低液粉比樣組，采用合適乳液及特別配方的樣品耐水性能過關，力學性能保持率＞80％。這說明：在高聚粉比的條件下，產品的耐水性與選擇乳液的品種關系不大，而在低聚粉比條件下，選用合適的乳液并加以適當改性、配制的產品，能達到長期耐水性的要求，可以用于地下室防水工程。
資料[l]認為：改性程度適宜的聚合物水泥材料具有較好的耐水性和良好的柔性，既可發揮聚合物抗裂的應變性，又能充分發揮水泥基材料良好的耐水性。并與砂漿的親和性良好，因而可以用于地下工程防水和水池防水。此觀點與筆者觀點和試驗結果不謀而合。
于2001年5月1日開始實施的福建省工程建設地方標準《建筑防水材料應用技術規程》，對聚合物水泥類防水涂料也明確規定：產品分為低聚灰比和高聚灰比兩大類，其中低聚灰比類產品適用于地下防水工程，而高聚灰比類產品主要由于長期耐水性原因不宜用于地下防水工程。
以上引證及試驗說明，專業學術界對聚合物水泥類材料應有全面認識并作出分析判定，而不應以一概全，全盤否定該類材料在地下工程中的適用性。
筆者認為，在聚合物水泥類防水涂料中，適用于地下防水工程的一類，其確切表述應是：聚合物改性水泥基柔性防水涂料，其基本構成是以水泥（特配的水泥砂混合料）為主體，適量摻入高分子乳液（也可以是粉狀可分散樹脂），對水泥基材料進行改性。其微觀結構應是以水泥砂漿膠凝材料為主要骨架，并作為無機膠凝材料參與涂料成膜、硬化的全過程；聚合物乳液失水而成為具有粘結性和連續性的彈性膜層，水泥吸收乳液中的水而硬化，柔性的聚合物膜層與水泥硬化體相互貫穿而牢固地粘結成一個堅固而有彈性的網狀結構。其表現特性主要表現為高強度：粘結強度＞1.0Mpa，拉伸強度＞1.5Mpa；中柔性：延伸率20％～50％，良好的耐水性、耐候性和密封性，在建筑上的用途主要為地下工程、墻面、廁浴間防水。
高聚粉比類（延伸率＞150％）聚合物水泥類防水涂料，則主要用于屋面，特別在坡屋面、舊屋面翻修、節點管道多的現澆平屋面等防水工程上有其使用優勢。受本文的主題及篇幅限制在此對該類材料不能展開討論。需特別指出的是：在陰角等易干裂的節點處一定要加無紡布增強，在天溝等有可能長時間積水處應選用長期耐水性好的低聚粉比類聚合物水泥基涂料。
2 產品的設計定位及適用性
國內在開發和應用聚合物水泥類防水涂料工程中有一個不妥的傾向，即是片面追求高延伸率和應用的廣泛性，而忽視了產品設計上的科學性、性能的獨特性和使用上的局限性。在國外，聚合物水泥一類產品有30年的使用歷史，它本身是從聚合物砂漿發展演變而來，從主要用于結構混凝土修補、保護而逐步發展成一種獨立的具有防水功能的材料，其最主要優點在于良好的基層粘結性、修補性、耐水性及適當的柔性。相對防水卷材而言，其抗裂性較差；相對聚氨酯、硅橡膠防水涂料而言，其延伸率較低。它不可能也沒有必要達到防水卷材和聚氨酯防水涂料等材料的性能，它們各自有其應用的領域。對聚合物水泥一類材料而言，其最大優勢用途應該在廁浴間、地下室和墻面防水，也適用于坡屋面（掛瓦）及舊屋面防水翻修。
筆者認為，設計開發一個新產品，在確定基本材料之后，首先應當根據基本材料的特征和復合材料學的基本理論來確定產品合理的成分構成，再針對其主要用途進行適當地調整，并逐步改進、提高。而不能根據公共用途、要求和指標來確定產品的基本構成，否則將違反科學研究的基本規律，會給產品帶來意想不到的缺陷。如：聚合物水泥類防水涂料由于過分追求高延伸率，而被加大高分子乳液及各種助劑用量，從而造成產品耐水性、耐候性等性能明顯下降，這就是一個典型例子。
資料［2］提出了剛性一柔性突變臨界點的概念，并以其劃分為“聚合物改性水泥”和“水泥改性聚合物”，分析其本質區別以及相關性能。筆者由此推論，表現為純剛性的聚合物砂漿（抗裂性差）和高柔性的水泥改性聚合物（耐水性差），從產品科學設計角度看均不是最佳的聚合物水泥類復合材料，應從剛一柔突變的臨界點及附近尋找最佳配方，使產品既保留有水泥砂漿的基本特征（良好粘結力、耐水性、高強度等），又具有適當的柔性，把“剛柔結合”這一防水工程設計構造基本原理體現在防水材料的基本構造和性能中。盡管要達到這一理想目標仍需做大量的技術研究和試驗工作，但這應是我們技術人員和商家所追求的目標。
資料［3］明確提到防水材料的延伸性能發揮必須以“剝離效應”和“剝離區間”作為前提條件。也就是：在基層變形大的部位，要求防水材料與基層粘結不要太牢，提倡防水卷材空鋪，是中延伸率（20％－30％）改性瀝青防水卷材的實際抗裂性比高延伸率防水涂料（300％）好的原因。聚合物水泥類防水涂料最大的特征之一是與混凝土或砂漿基層粘結力高（＞1.0Mpa），這直接造成在基層產生突發微裂縫時，防水層無法或較難產生剝離效應，延伸性能難以發揮，抗裂性較差。所以聚合物水泥類防水涂料以犧牲長期耐水性等為代價追求太高的延伸率是沒有特別價值的，其柔性標志是保證涂膜層本身有一定的柔性較為合理，以區別于“防水寶”、“確保時”等純剛性水泥基防水涂料。
地下室防水工程由于溫度變化及沉降對結構影響較小，其防水主要在對節點的處理 （變形縫、施工縫、后澆帶、穿墻管、樁頭等）和對結構混凝土的缺陷（如收縮變形產生的微裂縫、蜂窩麻面或局部抗滲指標不足等等）進行修補、保護，對材料延伸率要求并不高，但要求有高的抗拉強度（底板外防水）和粘結強度（側墻內外防水），加上地下工程基層難以清潔、干燥，因此也適合采用柔性和耐水性適度而其它性能優異的聚合物水泥類防水涂料。
3 應用實踐及相關問題
在國外，聚合物水泥類柔性防水涂料（大都為低聚粉比）大量用于地下工程、水池、水壩、污水廠、橋梁等混凝土防水、防滲及保護修補工程。澳大利亞德高K11防水漿料就用于長達113km的日本青涵海底隧道。K11分為普通型漿料（液粉比為25∶9）和柔性漿料（液粉為25∶17），不設延伸率指標。BASF公司提供的歐洲某標準，其斷裂延伸率也僅要求不小于8％。韓國和新加坡指標也僅是不小于50％和100％（注：聚合物水泥類防水涂料行業標準編制說明，日本300％指標應是指單組分防水涂料），均比國內現主導產品明顯要低。
福州德立達新型建材有限公司與BASF公司技術合作，于1998年4月在國內首家成功開發專用于地下室防水工程的低液粉比聚合物改性水泥基柔性防水涂料（商品名：德寶981C型防水涂料）涂料液粉比為23∶17，抗拉強度＞l.6MPa，粘結強度＞1.2MPa，斷裂延伸率＞39％。產品通過福建省省級新產品鑒定，并于同年獲得建設部住宅推薦產品（1998－2002年），3年來在福建、廣東、浙江、江蘇等數百個地下工程中得到應用，效果良好。
在地下室防水工程中，聚合物水泥類防水涂料最適宜使用的部位依次是內防水、側墻外防水和底板防水，當然地下室防水的要點還包括主要在側墻與底板交接處的施工縫、樁帽與穿墻管等節點，一般另需材料特殊處理，本文主要討論作為大面積使用的主防水材料。
3．1 地下室內防水
大多是在地下室未做柔性外防水或外防水及結構自防水失敗情況下采用，常與工程堵漏相互配合，先灌漿堵漏，再用聚合物水泥類防水涂料在地下室內墻和地面滿涂。
聚合物改性水泥類柔性防水涂料是很適合作為地下室內防水的主防水材料，主要原因有：
（1）與基層粘結力強，非常適合作背水面防水；
（2）與砂漿親合力好，不會產生隔離效應，可在防水層上直接粘結瓷磚或涂刷裝飾涂料，無需做找平層；
（3）環保產品，無毒、無味、無害，不污染環境。
工程實例：福州新天地大廈地下室外防水失敗，加做內防水，方案是：先用聚氨酯灌堵漏，再用低聚粉比的德寶981C型防水涂料滿涂1.5mm厚，1998年至今，無再滲漏，效果很好。
3．2 地下室側墻外防水
首先，地下室側墻結構混凝土一般較穩定，除穿墻管、施工縫等節點需特別處理外，對主防水材料的延伸率要求不高。此外，與屋面主要是90°度垂直進水方向不同，在地表水位較高的情況上，側墻可能完全浸泡在水中，180°方向均可能進水，因此要求防水材料與基層有良好的粘結性，防水層有良好密封性，不允許有空鼓、剝離現象，否則，易造成水在結構層和防水層中間游離（俗稱為“竄水”現象），造成防水層防水效果失敗（也許防水層仍保持完好）。其次，一般情況下，地下室的施工條件和環境及基層狀況較差，特別在南方地區，基層難以干燥，大部分其它防水材料無法使用，特別要求濕固型和基層適應好的防水材料。
以上分析說明，耐水性能合格的低聚粉比聚合物改性水泥基防水涂料非常適用于地下室側墻防水，但須注意保證防水層厚度，施工完畢后必須加隔離層，若外加一道防水卷材，則效果更佳。
3．3 地下室底板外防水
由于防水層是施工在不穩定的墊層上，對防水材料的拉伸性能要求較高，厚質改性瀝青卷材有其使用優勢，此方面筆者贊同建設部設計院王天先生的觀點，涂料可以使用，除對長期耐水性有要求外，施工時要大面積鋪加增強無紡布，以提高其拉伸性能；此外涂膜厚度必須保證，單獨使用應＞2.5mm為宜，與卷材復合使用，效果良好。
工程實例：廈門國際會展中心由加拿大B＋H國際建筑設計事務所與廈門建筑設計院聯合設計。工程地處海邊，地下水位高，地下室防水面積約6萬m2，一級設防。具體方案：結構自防水+1.5mm厚低聚粉比的德寶981C型防水涂料+1.5mm厚橡膠共混防水卷材，已完工啟用2年多，防水質量可靠，效果良好。
筆者理論水平很有限，實驗和實踐的經驗也不足，主要是把一些獨立思考的觀點和想法，借此機會系統提出，希望專家和同行們予以批評、指正，以求得真理。這也是本文最根本的目的。
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