摘 要 :本文回顾了我国建筑防水材料的发展历程 , 通过对现在在工程中应用较广泛的各类防水材料的分析 , 针对行业现状提出了一些建议 , 并对我国建筑防水材料的发展趋势作出了展望。
一 、前言
建筑防水在建筑物中占有极其重要的地位 , 而建筑物和构筑物的防水是依靠具有防水性能的材料来实现的 。防水材料质量的优劣直接关系到防水层的耐久年限 ;防水工程的质量在很大程度上取决于防水材料的性能和质量 , 防水材料是防水工程的基础 。随着我国国民经济的快速发展 , 不仅工业建筑与民用建筑对防水材料提出了多品种 、高质量的要求 , 在桥梁 、隧道 、国防军工 、农业水利和交通运输等行业和领域中也都需要高质量的防水密封材料 。 因此 , 国家有关部门先后颁布了对各种防水原材料与成品的质量标准 、屋面及地下防水工程的质量检收规范等共 14项国家或部颁标准 , 同时建设部还出台了一些限制 、禁止生产及鼓励发展 、重点推荐的防水材料的政策与法规 , 从而使防水材料的生产 、防水工程的施工与检收 、新型防水材料的研究开发 、推广应用有法可依 , 加速了对落后的 、有污染的 、对防水质量保障太差的防水材料的淘汰速度 , 大大促进了新型建筑防水材料的研制 、开发 、生产与应用 。
由于防水材料的多样性 , 防水工程的复杂性 , 防水施工队伍技术水平的差异性 , 使我国房屋渗漏现象仍然较为普遍 , 特别是在防水施工第二年以后的渗漏现象发生频率逐年增加 , 而国外的许多建筑物甚至已使用 30 多年而未曾出现渗漏 。大量调研表明 :房屋渗漏主要是防水材料的耐候性不足引起的 。因而本文将在综述防水材料现状的基础上 , 对建筑防水材料与防水施工技术方面作一些展望 。
二 、建筑防水材料现状
1 .混凝土中的添加剂(减水剂 、防水剂)
水泥 、砂子及混凝土在干缩过程中会产生微小缝隙 , 因水分子的直径比水泥砂子等颗粒直径小千万倍 , 加上毛细管作用 , 而使水分子易从这些微小缝隙中渗透 , 在有压力水时渗漏更加严重。 所以在建筑防水施工中已采用了许多措施:例如采用高标号 、颗粒较细的水泥 ;采用大功率的水泥混凝土混合搅拌设备 ;添加高效减水剂, 减少水的加入量 , 优化混凝土配合比 ;采用强力震动机和加入引气剂使水泥混凝土更密实或直接添加防水剂于混凝土中, 采用整体浇筑以减少应力集中引起的裂缝等 。这些措施的主要作用都是以提高混凝土强度与密实度来达到有效增强混凝土防水能力的目的 。 其中减水剂中应用最多的是各种磺酸盐类, 其中用量最大的是萘系磺酸盐 , 木质素磺酸盐 , 次甲基对氨基苯磺酸盐 。 而性能最好的则是三聚氰胺类, 但其价格较贵 ;其次是聚羧酸盐类 , 也有多羟基化合物类 。
2 .防水卷材类
防水卷材是目前我国及世界大多数国家用量最大的防水材料 , 无论是按产量还是按防水施工的面积都占第一位。自80 年代中期通过引进技术和自力开发发展改性沥青卷材以来 , 国内已有十多个企业先后改造新建改性沥青卷材生产线11条 , 生产能力达 5000 万 m2 。胎基已发展为玻纤胎、聚酯胎、黄麻胎、金属箔胎等, 所用的浸涂沥青材料 , 有催化氧化沥青和各种高分子改性沥青 , 如无规聚丙烯(APP)、苯乙烯 —丁二烯 —苯乙烯橡胶(SBS)、丁苯橡胶(SBR)等高聚物改性沥青生产的各种塑性沥青卷材、弹性体沥青卷材以及优质氧化沥青卷材等。覆面材料已发展为采用膜面, 如聚乙烯(PE)膜 、铝箔膜等 , 还有各种矿物粒料 , 如彩砂、河砂、片岩等。这类卷材的性能档次有的接近或达到了国外同类产品标准。
根据我国国情并参考国外合成高分子卷材的发展情况 , 研制开发了一批高分子防水卷材 。 据不完全统计, 国内生产高分子防水卷材的厂家已有 70 多家 , 生产能力总计约 4000万 m2 , 其中生产三元乙丙橡胶(EPDM)卷材的有 13家 , 年产 400 万 m2 以上 ; 生产聚氯乙烯(PVC)卷材的有30 家 , 年产在 1200 万 m2以上;生产氯化聚乙烯(CPE)卷材的有 16 家 , 年产500万 m2以上 ;此外还有橡塑共混防水卷材 、氯丁橡胶防水卷材 、丁基橡胶防水卷材 , 氯磺化聚乙烯防水卷材 、聚乙烯土工膜以及再生胶防水卷材等, 生产能力约为 300 万 m2 以上 。 高分子防水卷材的销量, 也在逐年增加 。
防水卷材生产用的原材料种类较多 、价格差异大决定了其成品种类繁多 , 质量及成本差异悬殊 , 因此在卷材的生产 、销售 、施工中以次充好的现象时常发生 。从防水卷材的发展方向看 , 国家(1996)163 号文件《新型建筑材料及制品发展导向目录》已明令禁止纸胎石油沥青油毡的生产 。这种卷材的生产线已大多被改造为生产 PVC 改性沥青玻纤或聚酯无纺布油毡 , PVC 卷材也分化为中档与低档两类 。 而 SBS 、APP 改性沥青型作为中档防水卷材 , 三元乙丙橡胶(合成高分子)型作为高档防水卷材在“导向目录”中被指定为主要推广的产品。 聚烯烃与聚丙烯纤维复合卷材其综合性能一般, 使用方便 , 但因制造原材料与生产工艺千差万别 , 使产品鱼龙混杂, 形成防水隐患 。防水卷材类产品的主要缺点 :一是目前市场上防水卷材的抗老化性不尽如人意 , 即使是中、高档的高分子防水卷材也是易氧化和易光热降解的有机高分子材料;二是防水卷材对接缝粘接要求严格 , 而又很难做到万无一失 , 且与之配套使用的接缝用胶粘剂的效果也有待进一步提高。 现在已有人提出并开始实施相对于每一种类型的防水卷材料设计一套专用或通用的胶粘剂及施工工艺与之相匹配的解决方案。 常温自粘防水卷材及热熔型自粘防水卷材都已有产品面世。前者已预涂常温可粘合的压敏胶, 使用时剥去胶的保护层即可实现自粘 。还有双面都涂了压敏胶的专用于接缝的胶条 , 自粘较方便, 但压敏胶的耐老化性及密封防水性是一个潜在的可能的问题 , 而热熔型自粘胶则是在铺好后用电热吹风加热或将预先埋入卷材中的电热丝通电加热使热熔胶熔化即可互粘在一起。 常见防水卷材主要品种及其特点比较见表1 。
3 .防水油膏及密封胶类
关于防水油膏类或建筑密封胶 , 一般为溶剂型 , 也有少数是无溶剂型产品 。 其材料组成与上述卷材类的组成基本相同, 主要产品有 PVC 改性沥青类 , 橡胶改性沥青类 , 氯(磺)化聚乙烯改性沥青类, SBS 改性沥青类 , 聚氨酯改性沥青类 , 聚丙烯酸酯改性沥青类 , 氯丁橡胶改性沥青类, 这些产品大多与防水卷材配合使用 , 作为防水卷材的接缝及粘合剂 , 也可以单独作防水涂料或堵漏剂使用。 其优点是性能较好, 价格适中 , 施工方便 , 尤其是聚氨酯类及 SBS改性类较好 , 但主要缺点是耐老化性仍不太理想 , 特别是沥青、焦油、增塑剂含量过大的产品, 随着低分子的不断氧化 、分解 、老化 、挥发 , 整个防水层会逐渐老化变质 。 另外这些低分子物质及所加入的有机溶剂都对环境有很大的污染 。 另一大类建筑密封胶是高分子聚合物密封膏, 其中以无溶剂单组份硅酮密封膏 、聚丙烯酸酯密封膏及聚氨酯密封膏用量最大 、性能最好 , 主要用于建筑物伸缩缝接口、裂缝的粘堵密封。
表 1 防水卷材主要品种及其特点
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3 .防水涂料类
防水涂料从 70 年代开始应用以来 , 发展迅速。据有关资料介绍, 国内有一定生产规模的有 200 多家(不包括油毡厂生产涂料的企业),主要产品分为高分子防水涂料 , 中档改性沥青和低档沥青基防水涂料三大类 。高分子防水涂料目前主要有聚氨酯 、硅橡胶防水涂料, 水型三元乙丙橡胶复合防水涂料 , CB 型内烯酸酯弹性防水涂料等 ;改性沥青防水涂料有氯丁胶乳沥青、SBS 改性沥青 、丁苯胶改性沥青 、聚氯丁烯煤焦油等防水涂料 ;沥青防水涂料有膨润土沥青、水性石棉沥青、石灰沥青、乳化沥青等防水涂料。全国年产量达10 万吨以上 。 其中 20 % ～ 30 %的产量为中高档产品 , 在以上各类产品中, 还可分为溶剂型和水乳型 。
4 .水乳型高分子与水泥复合建筑防水涂料(胶) 水乳型高分子与水泥复合型建筑防水涂料(胶) 中的高分子聚合物通常有丁苯胶乳、苯丙乳液, 醋丙乳液 ,VAE 乳液 , 聚氨酯乳液 , 丙烯酸酯乳液, 有机硅乳液及有机硅改性丙烯酸酯共聚物乳液与普通水泥共同组成的双组份建筑防水材料 , 该类产品中以聚丙烯酸酯和有机硅改性丙烯酸酯乳液性能最优也最为常见, 其特点有 :
(1)该类产品可与所加入的水泥(按胶∶水泥=1
∶0 .6 ～ 1)无机高分子一同固化形成一层高耐候的有机无机复合高分子防水层 , 由于水泥的高耐候性, 故使复合防水层比一般只用纯有机物的卷材或用有机高分子添加不能相互反应的填料如硅砂 、双飞粉 、石粉组成的防水材料耐候性高出许多倍。
(2)在防水面上多次涂刷形成一个“天衣无缝” 的约1 .5 ～ 2mm 厚整体防水层 , 而防水卷材存在接缝, 接缝渗漏是卷材类防水材料的最大缺点之一 , 特别是阴阳角转角及女儿墙不易粘好 , 在施工中很难做到万无一失。
(3)无毒 、无害 、无环境污染 , 符合国家产业政策 ;而其他防水胶或卷材绝大多数含有有机溶剂、沥青及焦油, 这些物质污染环境 , 有致癌作用 。
(4)由于采用了廉价的水作分散剂 , 且用水泥作主要原料之一, 产品使用成本低 , 用于防水可保证 10年甚至 20 年以上不漏, 原料及施工成本约 22元/ m2 , 而其他类型的防水材料达同样保质期成本一般在 30元/ m2 ,
(5)若这类聚合物乳液中加入有机硅共聚 , 与水泥混合后所做的防水层耐候性、耐老化性更好。
(6)对水泥混凝土 、瓷砖 、玛赛克 、砖石 、花岗岩等粘接力极强 , 故可单独应用于新或旧屋面 、卫生间 、墙面 、地下室 、游泳池的防水、防渗、防潮施工也可作防水卷材的辅助粘接剂, 且发展潜力极大 。
三 、建筑防水材料展望
由于现代建筑尤其是高层建筑的使用期一般都远不只十年 , 许多房屋使用会达百年以上 , 为此, 寻找一种耐候性更好 、防水保质期更久的防水材料一直是防水工程科研工作人员的课题 , 目前的建筑防水材料的最新发展主要有如下方面:
1 .开发防水性能更好、耐老化性更久的含有机硅橡胶或表面涂有机硅或有机氟聚合物的卷材, 并开发粘合力强 、固化快 、耐老化性同等优良的含有机硅或有机氟高分子的粘接密封剂与之匹配使用 , 或者采用其它切实可行的施工工艺解决卷材接缝之间的可能渗漏问题, 使防水保质期达 30年以上 。
1 .开发含有有机硅、有机氟的水基型高分子防水胶, 并能与更多的水泥混合且一并固化 , 形成高耐水 、高耐候的有机无机复合防水层 , 使防水保质期达30年以上 , 甚至可使防水层与建筑物寿命一样长 , 这是防水材料最重要的发展趋势之一。
2 .开发无溶剂、无环境污染的高效、高耐候建筑防水(涂料)胶。 例如高分子有机硅防水密封胶, 单组份或多组份反应型无溶剂快固型聚氨酯防水密封胶 , 这类产品开发的主要方向是寻找更廉价的有机硅及聚氨酯基础原料(单体)的合成工艺路线, 并大规模生产 , 以降低产品价格 。
3 .开发具有良好的防水性能, 同时又具有良好的隔热性能 , 且施工方便 , 耐老化性好的新型防水材料 , 例如双组份闭孔现场发泡聚氨酯防水胶已有研制报道。
4 .高固含量低粘度水基型水泥基聚合物乳液防水胶, 例如纯丙 、纯有机硅乳液型或硅丙乳液或氟丙乳液型防水胶的研制 , 因为作为建筑防水材料 , 在施工时一般都要求屋面基本干燥, 且施工后胶干得快 , 而低含水量的高分子乳液必然会比高含水量的干得快 , 或可以带湿施工, 从而缩短工期 。
5
.纳米无机材料填充的有机高分子复合防水卷材或防水涂料(胶)的开发 , TiO2、ZnO 及SiO2等无机纳米材料对紫外光有很强的屏蔽作用而使有机高分子免遭阳光的照射而降解变质 , 从而使有机物的高弹性及防水性可更持久地保持。
6 .开发单组分或双组份高弹性高耐老化性无溶剂热熔或非热熔反应型喷涂防水涂料, 例如从理论上讲 , 丙烯酸酯 , 有机硅 、聚氨酯 ,PVC 等许多高分子都可制成符合上述要求的热熔喷涂防水涂料(胶), 使防水施工更为简便快速 , 从而大大缩短工期, 也可彻底消除接缝与阴阳转角渗漏问题 。
7 .开发有机高分子与无机高分子复合物卷材, 例如有人认为将高耐候的有机高分子乳液与高耐候的水泥等无机高分子混合后制成复合卷材将比纯有机高分子材料具有更好的抗老化性 , 比纯无机高分子材料具有更好的抗开裂渗漏性, 这方面已有新产品问世 。
王 伟
(成都航空职业技术学院 )