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建筑防水涂料的发展及其应用

建筑防水材料是建筑材料的一个重要组成部分,属于功能性材料,建筑物和构筑物之所以要采用防水材料其主要目的是为了防潮、防渗、防漏。我国在建筑工程防水材料方面的投入每年呈递增趋势。建筑防水涂料年使用量占防水材料总量的10 %左右,有的地区(例如厦门防水涂料使用量)占防水材料总量的50 %左右。虽然在防水工程方面的投入很大,但防水效果不理想,新建工程当年渗漏率都在10 %左右,国家每年用于防水方面的维修费将近20亿元。建筑防水效果的好坏,关键在于防水材料是否具有良好的性能。近年来,我国防水材料的研究取得了很大进步,先后开发了油膏类、卷材类、溶剂型黏稠液、水基型乳液和粉剂型防水材料,并得到了广泛的应用。

建筑防水涂料

  一:防水涂料的概念及分类

  1. 1防水涂料的概念

建筑防水涂料(简称防水涂料)是一种建筑防水材料。将涂料单独或与胎体增强材料复合,分层涂刷或喷涂在需要进行防水处理的基层表面,即可在常温条件下形成一个连续无缝整体且具有一定厚度的涂膜防水层,从而能满足工业与民用建筑的屋面、地下室、卫生间和外墙等部位防水抗渗要求。防水涂料一般是由沥青、合成高分子聚合物、合成高分子聚合物与沥青、合成高分子与水泥或以无机复合材料等为主要成膜物质,掺入适量的颜料、助剂、溶剂等加工制成的溶剂型、水乳型或反应型的,在常温下无固定形状的黏稠状液态或可液化的固体粉末状态的含高分子合成材料的复合材料。

  1. 2防水涂料的分类

  1. 2. 1按照涂料的基料和分散介质分类

防水涂料按其成膜物可分为沥青类、高聚物改性沥青(亦称橡胶沥青类)、合成高分子类(又可再分为合成树脂类、合成橡胶类)、无机类、聚合物水泥类等5大类。按其状态与形式,大致可分为溶剂型、反应型、乳液型3大类。

  (1)溶剂型防水涂料

溶剂型防水涂料其作为主要成膜物质的高分子材料是以溶解于(以分子状态存在于)有机溶剂中所形成的溶液为基料,加入颜填料、助剂制备而成的。它是依靠溶剂的挥发或涂料组分间化学反应成膜的,因此施工基本上不受气温影响,可在较低温度下施工。涂膜结构紧密、强度高、弹性好;防水性能优于水乳型防水涂料。但在施工和使用中,有大量的易燃、易爆、有毒的有机溶剂逸出,对人体和环境有较大的危害,因此近年来应用逐步受到限制。溶剂型防水涂料的主要品种有溶剂型氯丁橡胶沥青防水涂料、溶剂型氯丁橡胶防水涂料、溶剂型氯磺化聚乙烯防水涂料等。

  (2)反应型防水涂料

反应型防水涂料其作为主要成膜物质的高分子材料是以预聚物液态形式存在。反应型防水涂料是通过液态的高分子预聚物与相应的物质发生化学反应成膜的一类涂料。反应型防水涂料通常也属于溶剂型防水涂料范畴,但由于成膜过程具有特殊性,因此单独列为一类。反应型防水涂料通常为双组分包装,其中一个组分为主要成膜物质,另一组分一般为交联剂。防水施工时将两种组分混合后即可涂刷。在成膜过程中,成膜物质与固化剂发生反应而交联成膜。反应型防水涂料几乎不含溶剂,其涂膜的耐水性、弹性和耐老化性通常都较好,防水性能也是目前所有防水涂料中最好的。反应型防水涂料的主要品种有聚氨酯防水涂料与环氧树脂防水涂料两大类。其中环氧树脂防水涂料的防水性能良好,但涂膜较脆,用羧基丁腈橡胶改性后韧性增加,但价格较贵且耐老化性能不如聚氨酯防水涂料。反应型聚氨酯防水涂料的综合性能良好,是目前我国防水涂料中最佳的品种之一。

  (3)乳液型防水涂料

乳液型防水涂料为单组分水乳型防水涂料。涂料涂刷在建筑物上以后,随着水分的挥发而成膜。乳液型防水涂料其主要成膜物质高分子材料是以极微小的颗粒稳定悬浮在水中而成为乳液状涂料的。该类涂料施工工艺简单方便,成膜过程靠水分挥发和乳液颗粒融合完成,无有机溶剂逸出,不污染环境,不燃烧,施工安全,其价格也较便宜,防水性能基本上能满足建筑工程的需要,是防水涂料发展的方向。乳液型防水涂料的品种繁多,主要有:①水乳型阳离子氯丁橡胶沥青防水涂料;②水乳型再生橡胶沥青防水涂料;③聚丙烯酸酯乳液防水涂料;④EVA(乙烯-醋酸乙烯酯共聚物)乳液防水涂料;⑤水乳型聚氨酯防水涂料;⑥有机硅改性聚丙烯酯乳液防水涂料等。

  1. 2. 2按照涂料的组分不同进行分类

根据防水涂料的组分不同,一般可分为单组分防水涂料和双组分防水涂料2类。单组分防水涂料按液态不同,一般有溶剂型、水乳型2种。双组分防水涂料则以反应型为主。

  1. 2. 3按使用部位分类

建筑防水涂料按其在建筑物上的使用部位不同,可分为屋面防水涂料、立面防水涂料、地下工程防水涂料等几类。

  二:防水涂料的防水机理

防水涂料品种繁多,但其防水机理可分为2类,其一是涂膜型,其二是疏水型。

  2. 1涂膜型防水涂料的防水机理

涂膜型防水涂料是通过形成完整的涂膜来阻挡水的透过或水分子的渗透来进行防水的。许多高分子涂膜的分子与分子之间总是有一些间隙的,其宽度约为几个纳米,按理说单个水分子是完全能够通过的,但自然界的水通常处于缔合状态,几十个水分子之间由于氢键的作用而形成一个很大的分子团,因此实际上是很难通过高分子间隙的,这就是防水涂料涂膜具有防水功能的主要原因。

  2. 2疏水型防水涂料的防水机理

由于有些聚合物分子上含有亲水基团,故聚合物所形成的完整连续的涂膜并不能保证所有的聚合物涂膜均具有良好的防水性能。如果聚合物本身具有疏水特性,使水分子与涂膜之间根本不相容,则就可以从根本上解决水分子的透过问题,聚硅氧烷防水涂料就是根据此原理设计的。

  三:防水涂料的研究现状

  3. 1国际研究现状

采用防水涂料来防止建筑物的渗水和漏水是20世纪50年代末就已开始使用的一种防水方法。

20世纪60年代,欧、美、日等国家或地区发展起来一种新型高分子的防水涂料——聚氨酯防水涂料。其中美国最早使用聚氨酯涂膜防水,后来又推广到加拿大、中东以及东南亚各国。日本1964年从美国杜邦公司引进聚氨酯防水涂料专利技术,发展迅速,平均每年增长率为13 . 5 %。日本在1969年颁布了聚氨酯防水涂料的工业标准,目前日本每年用量高达3万吨左右。

目前,美、德、法、日等工业发达国家的防水涂料在整个建筑防水材料中都占有相当的份额。他们在积极发展高聚物改性沥青防水涂料和合成高分子防水涂料的同时,又开发了无机渗透结晶型的粉状防水涂料等品种,而且正向着环保型防水涂料方向发展。

  3. 2我国研究现状

我国防水涂料的开发和应用始于20世纪60年代,当时多以石油沥青或各种废旧材料(如废胶粉等)和化工厂的下脚料(如苯乙烯焦油等)为主要原料,加工制成乳化沥青防水涂料或废胶粉改性沥青防水涂料和苯乙烯焦油防水涂料等。由于这些防水涂料的质量不够稳定,施工方法不规范、涂膜厚薄不均匀、防水层使用年限较短等原因,故未能在新建的防水工程中大面积推广应用。20世纪70年代,北京建筑工程研究院开始研制聚氨酯防水涂料,该类涂料发展非常迅速,每年以18 %的速度增长,1994年产量为1万吨 ,其中主要是煤焦油作活性填料的聚氨酯防水涂料。据调查,1999年聚氨酯防水涂料销量中,焦油型约占66 % ,非焦油型占34 %。焦油型防水涂料在防水涂料中占有举足轻重的地位。但煤焦油是一种复杂的混合物,它含有蒽、菲、咔唑、吡啶等数百种组分,众多的挥发组分严重污染环境和危害人体健康。因此,近年来北京和上海等城市已相继发文禁止使用焦油聚氨酯防水涂料。在此背景下,1998年建设部将非焦油型聚氨酯防水涂料列为全国住宅推荐产品13种防水涂料之一,从而极大地推动了聚氨酯防水涂料在我国的推广应用和健康发展。

硅橡胶防水涂料是治金部建筑研究总院在国内首次研制成功的新型防水涂料。硅橡胶防水涂料可掺入无机填料及各种特殊助剂,是乳液型防水涂料。涂料吸收了涂膜防水和渗透性防水材料两者的特点,具有良好的防水、防渗透、高弹性、耐湿热性、耐候性等综合性能。因此建设部将其列为“八五”科技成果向全国建筑业推广。从20世纪70年代末开始,随着我国科学技术进步和化学建材工业的发展,防水涂料也获得了迅速发展,到目前为止,关于防水涂料的发明专利有120项之多,主要是双组分和单组分的聚氨酯防水涂料、(改性)聚丙烯酸酯防水涂料、废旧材料改性防水涂料、氯丁胶防水涂料、聚合物水泥防水涂料、高聚物改性沥青防水涂料以及无机防水涂料等,形成了化学反应固化型和溶剂(包含水)挥发干燥型等性能不同、形态不一的多类型、多品种的格局。到目前为止,有一定生产规模的防水涂料生产厂共有200家左右,每年生产总量已超过15万吨。主要应用于工业和民用建筑的卫生间防水,部分用于屋面、地下室和外墙等工程防水,均取得了较理想的防水效果。为此,在国家化学建材推广应用“九五”计划和2010年发展规划纲要中已明确列为“适当发展防水涂料”的目标要求。

  四:发展趋势

  4. 1产品功能多样化

目前使用的绝大多数防水涂料的功能比较单一,即防水抗渗。而且施工必须在无明水的基材表面和非下雨天进行。未来的防水涂料将集防水、装饰、保温、隔热等多种功能于一体,且能在潮湿的基材上进行施工。

  4. 2产品对环境友好

当前的防水涂料大多为溶剂型。防水涂料中含有大量的有机挥发物,在配漆和施工过程中,大量VOC排向大气,造成污染。同时施工人员在施工过程中不可避免地会吸入部分VOC。VOC对人体的健康危害很大。它们不但对皮肤具有侵蚀作用,而且对人体中枢神经系统、造血器官、呼吸系统有刺激和破坏作用,可引起头疼、恶心、胸闷、乏力、呕吐等症状,严重时会抽搐、昏迷甚至死亡。因此,世界上主要的涂料生产国纷纷出台了限制VOC排放的法规。生产低VOC对环境友好的防水涂料已是大势所趋。通常实现低VOC的途径有3种:①用水代替挥发性有机溶剂;②提高固含量;③发展粉末涂料。

  4. 3产品性能更加优异

由于技术、施工等方面的原因,目前的防水涂料产品性能相对较差:拉伸强度较低,延伸率较小,耐候性较差,使用寿命较短。未来的防水涂料将向着各项性能较高、对基层伸缩或开裂变形适应性较强的方向发展。

  4. 4发展纳米复合防水涂料

像防水涂料这样的外用涂料,对涂料的耐老化、耐洗刷、抗紫外线等性能要求很高。在涂料中加入纳米材料,可以提高涂料的耐老化、防渗漏、耐洗刷等性能,从而提高涂料的档次,延长涂膜的使用寿命。经纳米材料改性后的防水涂料产品外观显得更加饱满、匀和,涂膜光洁细腻,触感优良,防水性好,与基层的粘接力大大提高,尤其明显的是改性后的涂料抗紫外线、耐洗刷性能非常优越。

  五:结语

我国城市基础设施改造和住宅工程建设的迅猛发展,以及大型建筑工程的发展,为防水涂料的应用和发展提供了广阔的前景;同时防水涂料产品功能和性能的不断提高以及施工技术的机械化亦为建筑工程的防水提供了可靠的保障。

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