近年來，聚合物水泥防水塗料以其良好的技術性能、可濕作業

、綠色環保等特長
，得到了迅猛發展。但也應看到
，目前市售的很多產品（姑且不談假冒偽劣）還存在著耐水性和耐候性方麵的不足。本文初步分析了存在這些問題的原因，提出了改進的技術措施
，並闡述了最新研製的PMC（Polymer modified cementitious waterproofing material）彈性聚合物水泥防水材料的性能，對其固化機理進行了初步探討。新一代PMC具有以下特點：1.聚合物用量少，聚灰比[1]低（約0.3-0.7
，液粉比10：15），彈性大(斷裂延伸率≥200%)

，成本低，改性效率高
； 2、高耐水
，泡水不腫脹, 吸水率低,浸水後強度保持率高
；3、抗紫外線照射
、耐候性
、耐老化性能優越（老化500小時
，強度
、延伸率保留率≥90%）。


一．  前言
聚合物水泥防水塗料（以下簡稱JS）是以水性聚合物分散體和水泥為主的雙組分防水塗料，兩組分在現場攪拌成均勻、細膩漿料，塗刷或噴塗於基體表麵，固化後可形成柔韌、高強的防水塗膜。這種塗料既有水泥類膠凝材料強度高、易與潮濕基麵粘結

，又兼有聚合物塗膜彈性大、防水性好的優點，尤其是以水作為載體，克服了瀝青
、焦油、有機溶劑型防水材料汙染環境的弊端，是一種無毒無害、可濕作業
、施工簡便的新型綠色環保防水材料。它不僅適用於各種防水工程，還可用於修補工程
、界麵處理
、混凝土防護、裝飾
、結構密封等。正因為如此
，這種材料自問世以來，即得到了迅猛發展和廣泛應用。
然而，試驗研究和工程實踐表明，目前市售的很多此類產品存在著以下不足：（1）聚灰比大（即聚合物用量大）、而彈性並不高，目前市售的JS通常液比10：7（聚灰比=1-2），延伸率僅150-250%；
（2）耐水性差
，吸水率大，泡水腫脹，長期浸水後明顯軟化
、強度下降；
( 3）抗紫外線能力不強、耐候性差，一些產品在屋麵暴露兩三年後明顯發硬
、延伸率下降。據文[8]介紹：目前國內普遍生產和使用的JS聚合物水泥塗料高聚粉比產品（液粉比10：7，延伸率≥150%），耐(nai)水(shui)指(zhi)標(biao)大(da)都(dou)不(bu)過(guo)關(guan)
，因(yin)此(ci)
，引(yin)起(qi)業(ye)內(nei)人(ren)士(shi)的(de)一(yi)些(xie)誤(wu)解(jie)，以(yi)為(wei)所(suo)有(you)聚(ju)合(he)物(wu)水(shui)泥(ni)類(lei)塗(tu)料(liao)都(dou)不(bu)適(shi)用(yong)於(yu)長(chang)期(qi)浸(jin)水(shui)工(gong)程(cheng)部(bu)位(wei)。針(zhen)對(dui)這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)，我(wo)們(men)進(jin)行(xing)了(le)大(da)量(liang)的(de)試(shi)驗(yan)研(yan)究(jiu)工(gong)作(zuo)，以(yi)期(qi)改(gai)進(jin)、完善它的性能，試驗取得了較為理想的結果，進而研製出新一代PMC彈性聚合物水泥防水塗料。
二．  成因與對策
（一）.耐水性、耐候性不佳的原因
1.   耐水性  
聚合物水泥防水塗料固化後形成的塗膜，在較幹燥狀態下

，具有良                                                                                           好的彈性和強度；但很多塗膜在長期浸水後，則出現吸水腫脹、軟化、強度下降現象（見圖2），何以如此呢
？這就需要從材料的組成來分析。雙組分聚合物水泥防水塗料的液料由水性聚合物分散體、水、助劑等構成，粉料則由水泥、增強材料、填料、外加劑等組成。聚合物分散體是由0.05-5μm聚合物微粒懸浮在水中
，聚合物微粒是憎水的，由於乳化劑的存在


，這種乳液懸浮體係才能保持穩定。正所謂成也蕭何、敗也蕭何
，塗料成膜固化後
，再長期浸水，塗膜中殘存的乳化劑遇水後慢慢發生親水、表麵活性作用，從而造成溶脹、軟化、強度下降。
2.   耐候性  
目前市售的很多產品采用VAE（乙烯-醋酸乙烯酯共聚乳液）或(huo)其(qi)它(ta)交(jiao)聯(lian)程(cheng)度(du)不(bu)高(gao)的(de)聚(ju)合(he)物(wu)，成(cheng)膜(mo)後(hou)形(xing)成(cheng)線(xian)型(xing)高(gao)分(fen)子(zi)結(jie)構(gou)，分(fen)子(zi)鍵(jian)能(neng)低(di)，在(zai)受(shou)熱(re)或(huo)紫(zi)外(wai)線(xian)照(zhao)射(she)下(xia)，原(yuan)子(zi)間(jian)或(huo)分(fen)子(zi)間(jian)化(hua)學(xue)鍵(jian)容(rong)易(yi)斷(duan)裂(lie)，造(zao)成(cheng)分(fen)子(zi)裂(lie)解(jie)，宏(hong)觀(guan)性(xing)能(neng)表(biao)現(xian)為(wei)變(bian)硬(ying)、變脆、性能下降，這就是一些產品耐候性不佳的主要原因。
（二）.改進的技術措施
通常情況下
，水泥基材料（與聚合物相比）具有優良的耐水性和耐候性。聚合物水泥防水塗膜耐水性
、耐候性的優劣，主要取決於聚合物的品種、改性方法、聚灰比等因素。
1.聚合物的化學改性
根據以上分析，影響塗膜耐水性、耐侯性的主要因素取決於乳化劑


、聚合物的交聯程度、原子或分子鍵能等。
在乳化劑方麵
，如果能采用反應性乳化劑或無皂乳化法等手段，則塗膜固化後

，乳化劑逐步被消耗，就可以避免幹固塗膜遇水後

、乳化劑的親水效應對塗膜耐水性的危害。在聚合物方麵，製備聚合物水泥防水塗料的聚合物品種很多，常用的有乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（VAE）、丙烯酸酯共聚物、氯丁膠乳
、丁苯膠乳、水性環氧和橡膠瀝青等。因丙烯酸酯共聚物彈性好、其結構中存在著-COOR集ji團tuan
，通tong過guo交jiao聯lian改gai性xing，可ke使shi原yuan有you線xian形xing結jie構gou在zai成cheng膜mo過guo程cheng中zhong形xing成cheng立li體ti網wang狀zhuang交jiao織zhi結jie構gou，分fen子zi鍵jian能neng強qiang，形xing成cheng的de大da分fen子zi結jie構gou不bu易yi降jiang解jie
，這zhe樣yang塗tu膜mo抗kang紫zi外wai線xian、耐nai高gao溫wen的de能neng力li就jiu強qiang，同tong時shi也ye減jian低di了le水shui分fen子zi進jin入ru高gao分fen子zi鏈lian間jian造zao成cheng塗tu膜mo溶rong脹zhang的de程cheng度du。因yin此ci，從cong提ti高gao塗tu膜mo性xing能neng的de角jiao度du出chu發fa，我wo們men選xuan用yong丙bing烯xi酸suan酯zhi共gong聚ju物wu並bing對dui其qi進jin行xing交jiao聯lian改gai性xing處chu理li，從cong而er大da大da提ti高gao了le聚ju合he物wu-水泥體係的耐水性和耐候性。
2.提高聚合物與水泥的化學鍵合
在聚合物水泥複合材料中，聚合物相、水泥相內部基本上是靠化學鍵（即離子鍵、共價鍵）結合的。而聚合物相和水泥相兩種基質界麵的結合則分兩種情況：①如果聚合物和水泥僅為機械式、惰duo性xing地di相xiang互hu填tian充chong，則ze兩liang相xiang的de界jie麵mian結jie合he主zhu要yao是shi靠kao範fan德de華hua力li和he氫qing鍵jian，這zhe種zhong極ji性xing分fen子zi之zhi間jian的de吸xi引yin力li比bi起qi原yuan子zi間jian的de化hua學xue鍵jian要yao小xiao得de多duo，即ji使shi分fen子zi靠kao的de很hen近jin，也ye隻zhi有you化hua學xue鍵jian的de1/10∽1/100，也就是說聚合物相和水泥相的界麵結合很薄弱
；②如(ru)果(guo)聚(ju)合(he)物(wu)和(he)水(shui)泥(ni)兩(liang)相(xiang)界(jie)麵(mian)是(shi)靠(kao)化(hua)學(xue)鍵(jian)結(jie)合(he)的(de)，則(ze)鍵(jian)能(neng)很(hen)高(gao)，界(jie)麵(mian)結(jie)合(he)力(li)就(jiu)強(qiang)，通(tong)過(guo)界(jie)麵(mian)效(xiao)應(ying)就(jiu)可(ke)以(yi)大(da)大(da)強(qiang)化(hua)複(fu)合(he)材(cai)料(liao)的(de)物(wu)理(li)力(li)學(xue)性(xing)能(neng)。


聚合物水泥複合材料體係可分為兩類：一種是非反應型的聚合物，如氯丁膠乳、丁基膠乳、醋cu酸suan乙yi烯xi共gong聚ju乳ru液ye等deng
，在zai複fu合he材cai料liao結jie構gou中zhong
，聚ju合he物wu成cheng膜mo覆fu蓋gai於yu水shui泥ni膠jiao凝ning體ti表biao麵mian或huo水shui泥ni水shui化hua物wu填tian充chong於yu聚ju合he物wu網wang絡luo之zhi間jian

，有you機ji物wu和he無wu機ji物wu僅jin為wei惰duo性xing地di、機械式地相互填充；另一種則是反應型的聚合物，有兩種反應形式：一是聚合物之間（或與硬化劑）的交聯固化反應，從而形成大分子；另ling一yi種zhong是shi聚ju合he物wu活huo性xing基ji團tuan與yu水shui泥ni水shui化hua產chan物wu之zhi間jian發fa生sheng了le化hua學xue反fan應ying，形xing成cheng以yi化hua學xue鍵jian結jie合he的de界jie麵mian結jie構gou，通tong過guo界jie麵mian增zeng強qiang導dao致zhi材cai料liao性xing能neng的de提ti高gao。通tong過guo適shi當dang的de改gai性xing工gong藝yi
，可ke大da大da加jia強qiang聚ju合he物wu與yu水shui泥ni水shui化hua產chan物wu的de化hua學xue結jie合he。
通過對改性丙烯酸酯共聚乳液與水泥水化產物的紅外光譜（FT-IR）分析表明：改性丙烯酸酯共聚物可與水泥的水化產物、主要是Ca(OH)2發生化學反應，其過程如下：
①      水泥與水接觸後，即發生劇烈的水化反應，10分鍾化學結合水已達5%左右（即達到完全水化程度的15-20%），（水泥中主要礦物的）化學反應式如下：
C3S（C2S）→ C-S-H + Ca(OH)2 → Ca2+ + 2 OH-
②  OH- 促使改性丙烯酸酯基水解，發生下麵的化學反應：
    RCOOR' + OH- = RCOO- + R'OH
③  酯基水解後生成的羧酸根離子RCOO- 可與Ca2+以離子鍵結合，在C-S-H 凝膠表麵或Ca(OH)2晶體表麵發生反應：
    2RCOO-  + Ca2+ → （RCOO）- Ca2+ （00CR ）-
    這種以Ca2+橋連的離子鍵結合強化了聚合物相和水泥相的界麵結合。
在水泥水化過程中，Ca(OH)2作為主要的水化產物在極短時間內在液相中達到飽和，丙烯酸酯基便與OH-、Ca2+發生反應生成以離子鍵結合的大分子網絡交織結構，且隨著水化齡期的延長，水化程度越高，這種反應生成物的量就越大。
含有能水解的―COOR、環氧樹脂中的-OH、馬來酸改性的聚醋酸乙烯酯中的-COOH等官能團的聚合物，能與水泥水化產物Ca2+發生化學作用，從而顯著提高材料的強度和耐水性，所以國外將其稱做反應型聚合物水泥基材料（RPMC）。RPMC是聚合物水泥複合材料的新成員,它是用活性聚合物、水泥
、引發係統和集料製成的。與通常使用的聚合物乳液水泥材料不同之點在於
，材料在結構形成過程中聚合物和水泥都起到了活性（反應）作zuo用yong
，由you於yu聚ju合he物wu與yu水shui泥ni界jie麵mian存cun在zai化hua學xue鍵jian和he，大da大da強qiang化hua了le界jie麵mian結jie合he，使shi界jie麵mian承cheng載zai能neng力li提ti高gao，從cong而er提ti高gao了le界jie麵mian韌ren性xing和he斷duan裂lie能neng，造zao就jiu了le優you良liang的de物wu理li力li學xue性xing能neng。
 3. 降低聚灰比
如前所述，水泥相對於聚合物來說具有優良的耐水性和耐候性。那麼，降低聚合物用量、tigaoshuiniyongliang，yejiushishuojiangdijuhuibi，keyizaiyidingchengdushanggaishanjuhewushuinifangshuitumodenaishuixinghenaihouxing。danwentishi，jiangdijuhuibijianghuidaozhiduanlieyanshenlvdedafuduxiajiang
，ershijigongchengyaoqiujuhewushuinituliaobixujubeilianghaodedansuxing、延伸率，以適應建築結構因沉降、位移、幹縮、熱脹冷縮等造成的變形。
目前聚合物水泥類塗料產品
，分為高彈和低彈兩種類型。據文[9]介紹：高彈型的（斷裂伸長率≥150%）JS配比為液料：粉料=10：7，聚灰比一般≥1，甚至超過2，這樣高的聚合物用量，不但成本高
，而且造成耐老化
、耐水性等方麵的缺陷；低彈型的（斷裂伸長率≥80%），聚灰比在0.6左右。那麼


，能不能在技術上有所突破，即在低聚灰比的情況下做出高彈性的產品呢？
我(wo)們(men)在(zai)試(shi)驗(yan)研(yan)究(jiu)中(zhong)所(suo)用(yong)的(de)丙(bing)烯(xi)酸(suan)酯(zhi)共(gong)聚(ju)物(wu)本(ben)身(shen)是(shi)一(yi)種(zhong)良(liang)好(hao)的(de)彈(dan)塑(su)性(xing)體(ti)，但(dan)在(zai)低(di)聚(ju)灰(hui)比(bi)情(qing)況(kuang)下(xia)

，靠(kao)自(zi)身(shen)的(de)固(gu)有(you)性(xing)能(neng)

，也(ye)達(da)不(bu)到(dao)很(hen)高(gao)的(de)延(yan)伸(shen)率(lv)，見(jian)表(biao)1試驗結果第1、2組數據。建材行業標準JC/T894-2001（以下簡稱國標）聚合物水泥防水塗料Ⅰ型的斷裂伸長率指標為≥200%
，而單純使用聚合物（未經改性處理）的第1組，斷裂伸長率隻有113%。為此，我們除了對聚合物進行改性處理之外，在配方設計中還加入特殊成分的非揮發性、不遷移的增塑劑，它可以消弱分子間的次價力，增加分子鏈運動
，降低高分子的結晶性，從而大幅度增加材料的延伸率，降低其硬度。 


由表可見
，由於增塑劑的加入，即使是很低的液粉比（10：15）
、聚灰比（0.35- 0.7）下，塗膜仍具有很高的彈性，複合使用增塑劑2#+5#效果明顯優於單獨使用
，第4組室溫養護7天斷裂伸長率超過400%，按國標的試驗方法標養7天+50℃烘幹24h則達到了325%。
從聚合物液料：粉料=10：15很容易算出：液粉比0.67、聚粉比0.33

、聚灰比0.35-0.7
，聚合物占體係總量的20%，以水泥為主的無機物占80%；也就是說，PMC是以水泥為主的彈性防水材料（故俗稱為彈性水泥），在這樣低的聚灰比下，達到這樣高的彈性，應當說這是技術上的重大進步。低聚灰比意味著低的聚合物用量
、高的水泥用量
，這樣，大量的水泥基材料就可以有效地屏蔽紫外線照射和水分的入侵

，從而大幅度提高塗膜的耐候性和耐水性。
三．  PMC材料的組成及其技術性能  
PMC聚合物水泥防水材料的液料是以高耐久水性聚合物分散體為主體、經過特殊化學改性並附以多種助劑和水而成
；粉料則由水泥、活性和非活性填料
、外加劑等組成。通過大量的正交試驗

，我們確定了最佳的材料組成和工藝，其技術性能如下：
1.     耐水性
 將聚合物水泥塗料按配比攪拌成漿料，分3-4層塗刷於平整的塑料板上，形成1.5mm厚的塗膜
，經7天標準養護，測定其強度和延伸率，然後將塗膜浸泡在水中，測定其吸水率和濕膜強度，
與市售的JS聚合物水泥防水塗料相比，PMC的吸水率大幅度降低：JS塗膜24h吸水率A廠9.03%、B廠8.60%,而PMC僅為1.95%；JS塗料7d吸水率A廠11.19%、B廠10.15%,而PMC僅為4.47%。浸水7d 後，JS明顯軟化（特征是強度降低
，延伸率顯著加大），濕膜強度保留率僅為35-55%
；而PMC浸水7d強度和延伸率幾乎不變，強度保留率100%，延伸率保留率99%。另外，從浸水後塗膜外觀來看，JS明顯腫脹

、泛白，而PMC沒有變化
、外觀保持如初。顯然

，新一代PMC聚合物水泥防水塗料的耐水性大大優於目前市售的JS。
2.     不同粉液比PMC的強度和延伸率
對於PMC聚合物水泥防水塗料，粉料用量越大（意味著成本越低），斷裂延伸率越小；而強度初期隨著粉料用量的增加而上升，但當液粉比達到10：15以後，隨著粉料的進一步增加，強度開始下降
，這是由於細粉料比表麵積加大，聚合物不能有效地包裹水泥粉料、界麵效應下降所致。綜合技術和經濟兩方麵的因素，PMC的最佳液粉比為10：15，在這一比例下，標準養護7天
，強度2.03MPa，斷裂延伸率402%

；按國標檢測（標養7天+ 50℃24小時）
，強度2.96MPa，斷裂延伸率307%，綜合性能明顯優於目前市售的一些JS聚合物水泥防水塗料產品。