防水涂层材料使用中应慎重考虑的问题及其展望

中国土木工程学会防水部  吴明

    涂层防水材料随着防水技术的提高，在品种和类别上有了很大的发展。涂层材料定义为将液状、稠状或糊状物的半定形物通过涂抹、刮涂、抹压、辊涂等方式将其固定在需防水的基面上，形成具有一定厚度并具防水功能的涂层，此材料统称为涂层材料。涂层材料按照成膜物的机械力学性能可分为能延伸和不能延伸的材料，即柔性涂层和刚性涂层材料。  近些年，柔性涂层材料和刚性涂层材料都有一些新品种，但随着这些新品种应用于防水工程范围的不断扩大，反映出了许多值得我们思考和对材料性能的一些反思，就个人的粗浅的认识谈点看法。     一、防水涂层材料使用中应慎重考虑的问题     1、聚合物水泥和单组份丙烯酸酯涂层材料     此类材料目前已分别制定了行业标准，聚合物水泥柔性防水涂料执行行标（JC／T894—2001），单组份丙烯酸酯涂料执行聚合物乳液建筑防水涂料（JC／T864—2000）行业标准。     这类材料在我国涂膜材料的发展中起到了重要作用，由于它们无毒、无味、无污染，属水性挥发性产品，具有聚氨酯涂膜材料所不具备的特点，近些年得到了发展，该类产品突出的特点如下：     （1）可在背水面、潮湿基面直接施做。     （2）在潮湿基面和潮湿环境能较快成膜。     （3）涂膜层具有一定的透气性，膜层与基层间不会发生起泡起鼓现象。     在一些住宅和公共建筑的地下工程，因建设初期未做防水或做完外防水未奏效的，造成地下结构的渗漏水，渗漏水后，在背面选用了聚合物水泥柔性涂膜材料。聚合物水泥柔性涂膜，在外墙防水、厕卫问防水、半地下室的防潮工程中展示了自身的魅力，但在维修已渗漏的地下室和许多新建的地下工程中，选用此类材料出现了一些问题。对这类材料我们应当慎重考虑的是，此类材料由于自身化学结构及成膜物合成方法的局限，本质性能决定其力学性能在干态及湿态有很大区别。湿态下尤其是水浸泡的环境下，不同品种聚合物水泥材料的抗拉强度可下降30—50％，延伸率大幅上升，这种宏观现象的微观体征就是材料自身吸水产生体积膨胀，膨胀是可逆的，当环境处于干燥状态，材料的力学性能还可以恢复，所以此类材料，在地下工程和长期潮湿的环境状态下使用，会引起渗漏的隐患。长期潮湿和水浸泡下，材料体积膨胀后，自身密度降低，密度的变化降低了涂膜层对水的阻隔作用，在干态能达到的强度，在水浸泡状态下就要大打折扣。使用不当的工程部位，便出现渗漏水现象。干旱的季节，该类材料的不足之处显现不出来，一旦到了雨季或阴雨连绵的季节，此问题就显现出来，被水浸透的结构层，对于防水层构成了单面长时间水浸泡和长时间的潮湿环境，致使材料的不足之处显现，材料出现自身膨胀，在有水压的情况下会再度出现渗漏。这类问题属于对材料的材性认识不足选材不当引起。     单组份丙烯酸酯防水材料也曾发生类似情况。某设计院在设计室内游泳池迎水面防水时，选用了单组份丙烯酸酯涂膜材料，结果造成还未竣工，作闭水实验时，池内的防水层就大面积肿胀起鼓，根本未起到防水作用，造成了人力和物力的浪费。此问题的出现属于设计人员对材料的基本本质性能认识不足，造成选材的错误，引起工程失败。对于聚合物水泥柔性涂层材料及单组份丙烯酸酯防水涂层材料，**合适使用范围应是处于干湿交替环境部位的工程。   2、无机渗透结晶型涂层材料     此类材料系从国外引进，近些年来在工程上，尤其是地下工程、水池、人防工程中应用较多。这类材料鲜明的特点是既可形成刚性的防水涂料，又对结构裂缝有一定的渗透结晶作用。它可以在潮湿基面施工，易与砂浆和混凝土衔接。由于对材料的性能认识不足，致使某些工程在选用上出现了盲点，**终造成防水工程失败。在使用中，应加强对此类材料的全面认识，才能使好、用好它。     无机渗透结晶型涂层材料，它是以水硬性材料水化反应**终成膜的材料，对这类材料有以下几点需加强认识：     1）对涂层应进行严格的、及时的、适时的喷雾养护认识不足     水硬性化学反应的媒介是要不断补充水，才能使很薄的涂层材料达到应有的强度，否则涂层材料的强度就很低，甚至发生涂层粉化现象。     此类材料的喷雾式的养护工序至关重要，水大了薄涂层强度很低时容易将涂层材料冲掉；喷水不足，又会造成涂层材料缺水，水化反应进行不完全达不到相应强度，实际工程中要做到及时、适时的喷雾养护，是防水层成功与否的关键。     2）对涂层使用范围认识不足     （1）该类涂层材料对密度较低的结构基体防水是一类较好的材料，但对于致密结构作用不大，混凝土由于浇捣质量问题，出现的蜂窝、狗洞更难以奏效。     （2）用该类材料做结构层迎水面防水涂层时，如涂层上衔接砂浆层，我们应考虑几层间材料力学强度的匹配。某一室内游泳池迎水面防水选用了此类材料，结果造成防水层大面积脱落。此实例是属于设计不当引起，池壁是C40的混凝土，实际达到的强度为C45，防水设计选用的是渗透结晶水泥涂层材料，现场涂层的厚度为1．0～1．2毫米，所设计的防水涂层上需衔接1：3的水泥砂浆贴瓷片。防水层施工7天后，开始施做水泥砂浆贴瓷片层，大约过了5天，砂浆层陆续起鼓，而且起鼓面积越来越大，到第7～10天，大面积的砂浆层开始脱落。是什么原因呢?属于选材不当，**，致密的混凝土基面不宜选用此类涂层材料；第二，在强度较高的混凝土基层和水泥砂浆层间，强度低的防水涂层起到了隔离层作用，砂浆层强度不高时，不会产生层间剥离，只要砂浆有一定强度和收缩时，中间低强度涂层的隔离作用就会显现出来。随着砂浆层强度一天天的增长这种隔离作用就越强烈，**终会导致砂浆层与混凝土基体剥离面积越来越大，甚至脱落。     3）对水泥结晶渗透材料的渗透深度、使用场合、作用效果认识不足     渗透结晶的材料它靠渗透结晶填塞毛细孔道而达到提高混凝土抗渗性这点不容置疑。     ①关于渗透深度，渗透结晶涂层它在遇水情况下产生渗透结晶作用，究竟这种作用有多大呢?有些宣传可达几厘米和十几厘米，对这点，我国有关方面专家提出质疑，认为电子显微镜很难判定是刚性涂层产生的结晶，还是硬化体自身的结晶，而且刚性涂层的渗透结晶只能在表面形成，深度大约在0.4～1.0毫米间。     ②关于应用的场合及效果。此材料作外涂层使用所形成的是刚性涂层，结构混凝土如果产生大于0.2毫米裂缝，这层刚性层也会必裂无疑，有了裂缝的混凝土，整体防水就会失效。在基层结构尚未稳定的情况下，要充分考虑混凝土一旦产生裂缝的防水措施。在选用此种材料做混凝土的外加剂使用时，应充分考虑这种材料修复混凝土裂缝的能力，它能愈合多大裂缝的问题。到目前为止，还没有任何外加剂可控制住混凝土后期裂缝所造成的漏水危害。我们应当从工程实际出发，慎重考虑材料的特点，才能真正把握住每种材料，使它达到我们的预期效果。     3、聚氨酯柔性涂膜材料     聚氨酯防水涂料属于无溶剂类涂料，在国际上和国内都是比较成熟的一类防水材料，其中焦油聚氨酯是一类价格便宜，固化剂组份的生产易于控制，产品性能较稳定的材料。由于焦油有毒、有污染，产品使用受到限制。无焦油双组份聚氨酯在涂层固化中，不仅涂层易起泡（涂层呈微泡状），而且受些环境湿度和水分的影响较大，为保证产品在环境因素变化下能固化，往往通过牺牲产品的力学性能为代价，所以双组份聚氨酯涂膜材料的力学性能难以达到高指标；单组份聚氨酯不仅储存期短，固化中也存在一些问题，单组份聚氨酯的固化主要取决于环境的湿度，涂层不能厚涂，否则涂层内会长时间不固化，同时按照GB／T19250—2003《聚氨酯防水涂料》标准的规定，允许单组份聚氨酯涂料固体含量为80％，20％溶剂的存在不仅提高了涂料成本，而且还造成了环境污染；双组份沥青聚氨酯的固化取决于环境的温度，低于室温固化涂层难以达到规定的性能指标，这些问题的存在都对聚氨酯防水涂料的发展提出了挑战。 二、涂层材料的发展展望      l、聚脲弹性涂层材料的商业化      为减少环境污染，各国相继出台了限制有机挥发物（VOC）含量的法规，这些法规的出台促使了无溶剂涂膜技术迅速发展，并且显示了巨大的市场活力。美国和加拿大近十年来，新型无溶剂的聚脲弹性体技术走上了商业化，此类商品面市后，市场需求呈现出十分强劲的势头      这项商业化的技术主要包括了两方面：①两组份无溶剂、无味、无污染的涂料生产技术；②可高压撞击混合的特殊两组份喷涂设备。聚脲弹性体的技术特点如下：a．可快速固化，不同品种的材料在5分钟一20分钟内固化并可进入下道施工工序，大大提高了工效；b．该涂料对环境中的水分和湿气不敏感，为涂膜在通风不良的隧道和地下工程中施工提供了友好的环境；c．一次施工厚度不受限制，克服了传统涂膜材料需多道喷涂和涂刷及施工周期长的弊端；d．材料具有优异的机械力学性能，抗拉强度比建筑防水领域中目前**好的涂膜材料强度高5～10倍，延伸率高O.5～2.O倍；e．聚氨酯涂膜材料可适用的工作温度区间为-30℃～100℃，而聚脲弹性体的工作温度区间为-40℃～130℃。这就大大提高了聚脲弹性体承担建筑及构筑物防水功能的使用寿命。      由于聚脲弹性体优异的机械力学性能和防腐性能，其在建筑、土木工程、水利、化工以及地下工程、地铁和隧道领域的应用不断扩大，它的优异的机械力学性能和良好的施工环境，受到防水防腐领域工程技术人员的青睐。      上世纪90年代初，美国mlsman公司聚醚胺和其他公司多种液态胺的工业化，为聚脲弹性体的发展提供了材料保证。美国Primeaux对喷涂型聚脲弹性体做过系统研究，包括配方组成的工艺参数对喷涂产物的影响，他认为这种新技术会给涂刷和喷涂工艺带来革命性的改变， 随后众多的研究都揭示了喷涂聚脲弹性体巨大的优越性。     美国的FutLma涂料公司研制出了一系列的产品，Uniroyal公司开发的喷涂型聚脲弹性体商品名为Vibraspanyc-80。与Futuna公司产品配套的设备有mlsmer公司的喷涂设备，与Uniroyal公司产品配套的设备有Graco公司的多组份比例泵、Brinks公司的喷枪，辅助设备为Gusmer公司。     近5～6年来，国内军工、化工、石油行业相继引进了美国G1asmer公司的H3500型液压型两组份喷涂**设备、Graco公司、Gress公司的压缩空气型压力喷涂设备，进口了相关的原材料，两组份高压撞击混合喷涂设备工作情况及工作原理见图1、图2、图3、图4、图5。目前这项技术主要用于船舶壳体的防海水、盐雾腐蚀的涂层材料；用于防弹钢盔的喷涂材料；用于石油管道的防水防腐处理；用于化工腐蚀环境下设备及管道的防水防腐处理；用于体育运动场馆的弹性地面喷涂；用于水池、玻璃钢制品的防水防腐修复；用于建筑屋面的防水等。     由于喷涂聚脲弹性涂料涂膜需要进口美国专门而昂贵的喷涂配套设备，设备笨重，投资大，对于土建和建筑工程很不固定的作业面来讲存在某些不便。从经济角度上讲投资大，从方便程度上讲移动麻烦。由于这些实际问题，许多科学工作者正在致力于研究缓凝型聚脲弹性涂膜生产技术，在保留聚脲弹性涂膜优良的机械力学性能，优良的防水防腐性能，快速固化的特性外，使其初凝时间缓下来，以便能在室温下采用涂刮的方式可以施工；也可以采用简单单组份喷涂的方式进行喷涂作业。目前这项技术已可做到，涂膜材料的初凝时间缓至30～60分钟；机械拉伸强度比聚氨酯涂膜材料高4～5倍，可大于8.0MPa；延伸率大于500％；固化速度快，4～6小时后便可上人进行下道工序施工；固化过程不受环境水分和湿气的影响。刮涂型的涂 料目前已用于化工厂混凝土储水池的内壁防水防腐、三角型保温预制块状拼装屋面的防水工程，由于凝胶时间的延长，不必再使用昂贵的两组份高压撞击混合设备，可采用国内的喷涂设备来完成喷涂工作。     随着聚脲弹性涂膜材料应用领域的不断扩大，人们会对其优异的机械性能和良好的施工环境认识更加充分，也会促进此类材料在建设工程中大显身手。      2、聚合物水泥砂浆涂层材料的发展      聚合物水泥砂浆涂层材料，是我国在借鉴国际上的先进经验而开发的一类综合性能较优良的材料，这是一类刚柔相济的材料，它能在潮湿基面上直接施做，并可提供优良的粘接性和防水抗渗性。这类材料包括丙烯酸酯类聚合物水泥砂浆和环氧聚合物水泥砂浆涂层材料，这类材料的厚度为3～8毫米，抗渗强度可达1.0～2.0MPa。刚柔相济的聚合物水泥虽有一定的韧性，但它们仍属于刚性防水材料，提高聚合物水泥涂层材料的体积稳定性，是改善刚性涂层材料**重要的一环。目前在防水领域中已开发出28天体积收缩率在O.7％～1.0％的聚合物水泥抹面砂浆胶结材料，大量用于混凝土及砖混结构的地下工程背水面防水及厕浴间防水，几十平方米范围可不设分格缝。环氧聚合物水泥砂浆涂层胶结剂可用于防水工程迎、背水面防水，不仅粘接强度高，而且还可以做到几百平方米范围内不设分格缝，大量用于水池、地下室的防水、防潮。这类聚合物水泥胶结料的**大特点是，继承了聚合物水泥（JS）柔性涂膜的优点，可在潮湿基面直接施工，用于长期浸水环境下，抗渗能力不下降。（文中插图略）