硅酸盐水泥-硫铝酸盐水泥-石膏-聚合物复合防水砂浆及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑工程防水砂浆材料的制备领域，具体涉及一种硅酸盐水泥-硫铝酸盐水 泥-石膏-聚合物复合防水砂浆及其制备方法。

背景技术

有效地解决建筑结构渗漏，延长建筑物的寿命，一直是建筑技术的一项难题。水分的 存在和迁移常常是破坏混凝土和砌筑结构性能的重要原因，如混凝土和砂浆的碳化、钢筋 锈蚀、冻融破坏以及墙体的发霉现象均与水的存在和迁移有关。除了通过密实结构达到防 水抗渗以外，防水材料的使用成为一项必不可少的防水手段。传统防水材料包括水性与溶 剂型沥青基防水涂层与卷材、高聚物改性沥青基材料、各种高聚物防水织物卷材、氯丁胶 乳、干混砂浆防水浆料及聚合物改性水泥基防水砂浆等，其中聚合物改性水泥基防水砂浆 具有优异的性能与出色的耐久性，作为新型的防水材料在全世界范围内建筑防水领域都得 到广泛的认同与应用。

与传统的仅用水泥基水硬性材料防水不同，聚合物水泥防水砂浆既有无机的水硬性胶 凝材料，又含有机高分子树脂，其中无机黏结剂的水泥可以提供耐水性骨架，与基面的机 械黏结力，长期的耐久性和强度增长性，对水泥基基层的额外防护；聚合物作为第二种胶 凝材料可以对水泥体系进行增强，聚合物均匀地分布于砂浆体系中，成膜后能增强体系的 内聚力，增加体系的密实度，减少裂缝的发生。聚合物的网状结构使得水泥结构这一刚性 体系变得柔韧以适应可能的应力变形，聚合物对平光难粘表面甚至有机表面的优秀黏结力 又弥补了水泥黏结的不足，并通过与无机材料(如水泥)及水化产物(如氢氧化钙)的表面的 分子级连接弥补了水泥的缺陷。在常温下，聚合物对水泥进行改性，不仅防水性好而且降 低施工厚度。

然而现有聚合物水泥防水砂浆多为单一无机凝胶体系的双组份产品，而且在低温环境 中水化反应不完全、产品早期抗压强度低、抗渗性能差、防水效果不好，因此其应用受到 限制。中国发明专利申请CN102503300采用添加5%-10%的玻璃化温度为16℃的丁二烯-苯 乙烯共聚物可再分散乳胶粉改性水泥基防水材料，但低温下施工性能不好，且终凝时间 长；美国专利US8076396采用硫铝酸盐水泥作为无机胶凝体系，聚丙烯酸酯作为分散剂， 实现了涂层快硬，一定程度上改善了低温下水泥的流动性，但也没有很好的解决低温下的 其他性能问题，如粘附性能、抗折性能等。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种凝结时间短，早期的抗折强度和抗压强度高， 具有较低的收缩率和抗渗性能的硅酸盐水泥-硫铝酸盐水泥-石膏-聚合物复合防水砂浆及其 制备方法。

本发明以硅酸盐水泥-硫铝酸盐水泥-石膏-聚合物四元复合胶凝体系作为聚合物水泥防 水砂浆的凝胶材料提高产品的低温性能，制备出性能优异的聚合物水泥防水砂浆。

实现本发明的目的所采用的技术方案：

硅酸盐水泥-硫铝酸盐水泥-石膏-聚合物复合防水砂浆的制备方法，包含如下步骤：

（1）粉料的制备：以质量份数计，将硅酸盐水泥35～50份、硫铝酸盐水泥12～21份和 石膏5～12份、可再分散聚合物胶粉7-18份、填料13.5-19份和外加剂1-3份称量之后，搅 拌至粉料充分混合均匀，即制备得到防水浆的粉料；

（2）施工时，将粉料倒入干净的搅拌器中，边搅拌边加水，控制粉料与水的质量比 1:0.4-0.6，300-1000r/min搅拌5-30分钟，直到生成无结块的均匀胶浆，得防水砂浆；

所述可再分散聚合物胶粉为瓦克公司的醋丙胶粉、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物（SAE）胶 粉和阿克苏诺贝尔公司的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）胶粉、醋酸乙烯酯-叔碳酸乙烯酯 共聚物（VA/VeoVA）胶粉、丁二烯-苯乙烯共聚物（SBR）胶粉等的任意一种或以上；

所述填料为特细石英砂、玻璃粉、超细碳酸钙、沉淀硫酸钡和高岭土中的一种或多种；

述外加剂为水泥减水剂。

优选地，所述硅酸盐水泥为普通硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和火山灰质硅酸盐水 泥的一种或多种。

所述硫铝酸盐水泥为快硬硫铝酸盐水泥、高强硫铝酸盐水泥和低碱度硫铝酸盐水泥的 一种或多种。

所述石膏为无水硬石膏、α半水石膏、β半水石膏和二水石膏的一种或多种。

所述水泥减水剂为氨基磺酸盐减水剂、密胺型磺酸化缩聚物减水剂、聚羧酸盐高效减 水剂和三聚氰胺系减水剂中的一种或多种。

所述填料为的细度为200-3000目。

所述搅拌至粉料充分混合均匀是用干粉搅拌机搅拌，转速为300-1000r/min，时间为 3-30min。

一种硅酸盐水泥-硫铝酸盐水泥-石膏-聚合物复合防水砂浆，由上述制备方法制得。

本发明复合防水砂浆的凝结材料以硅酸盐水泥为主，影响其凝结时间的是硅酸盐水泥 的熟料铝酸三钙(C₃A)，加入适量的硫铝酸盐水泥和石膏，相当于在防水砂浆体系中引入 早期活性高的无水硫铝酸钙（C₄A₃S），而石膏的加入也对体系起到促进水化反应的作用。 所以由硅酸盐水泥-硫铝酸盐水泥-石膏三元无机复合胶凝体系具有较快的早期水化速度， 可缩短了聚合物水泥防水砂浆的凝结时间。

防水砂浆的强度主要来自胶凝体系中水泥的水化，无水石膏的加入，SO42-离子会快速 生成较多的钙矾石，针棒状的钙矾石晶体之间相互搭接，形成网状结构，具有较好的韧 性，因而抗折强度较高。而防水砂浆中的硅酸盐水泥的水化产物水化硅酸钙凝胶（C-S-H 凝胶）和氢氧化钙，为产品体系提供了较高的抗压强度。添加石膏可作为调节凝结时间和 促进水化反应的辅助原材料，因为硅酸盐水泥的水化速度和无水硬石膏的水化速度是一 致，无水石膏的溶解速度较慢，硅酸盐水泥的水化速度相对较慢，这样能够充分互补参与 水化反应，使防水砂浆体系具有高的抗压强度。因此，三元无机复合胶凝体系可保证防水 砂浆比单一胶凝体系节省了一半以上的干固时间。此外还具有在低温下有较短的凝固时 间，减少涂层间的干燥时间，缩短了工程的完工时间和提高工人的工作效率等优势。

应用本发明硅酸盐水泥-硫铝酸盐水泥-石膏-聚合物复合防水砂浆的施工方法：

（1）基面必须坚固、平整、干净，无灰尘、油腻、蜡、脱模剂等以及其它碎屑物质， 所有小孔隙、砂眼、蜂窝麻面、有缺陷的施工缝、裂缝可用修补砂浆将其抹平修补。

（2）涂刷聚合物水泥防水砂浆之前，预先充分湿润底材，但不能有积水。

（3）按照提供的水胶比，用搅拌器充分搅拌（300-1000转/分钟）8-30分钟直至生成 均匀的胶浆，然后静置3-5分钟后，再搅拌均匀即可使用。

（4）使用硬毛刷或滚筒将浆料涂刷于处理好的底材上，分层施工，第二层的涂刷方向 应与第一层垂直，以利于达到最好的覆盖效果；

（5）做完一层后，必须待其略为干固（刚好不粘手）后，再做第二层，一般需1-3小 时，具体情况视基面的密实度以及当时的气温而定。如果超过24小时，或涂层已经固化， 在其上涂刷第二层时，必须先用清水重新润湿表面；

（6）养护固化：浆料涂刷后第二天起，建议用细雾喷水或湿布覆盖涂层2-3天，再 进行闭水试验；对于长期盛水的水池应待其空置两周后才盛水；

（7）闭水试验：在规定试验条件下，用规定的方法使聚合物水泥防水砂浆产生裂缝， 使试件裂缝处承受规定的水压，报告自试件裂缝处产生渗水至渗水停止时间。参考标准 GB/T23445-2009；

（8）闭水试验完成，并合格，即为产品合格。

相对于先后有技术，本发明具有如下优点：

（1）本发明配方中掺入可再分散聚合物胶粉会降低防水砂浆的收缩率；由于聚合物在 水泥砂浆中成膜，填充水泥砂浆内部孔隙，提高砂浆的密实度。而且聚合物的掺入提高了 砂浆的粘结强度，而且粘结强度会随聚合物掺量的增加而缓慢降低。

（2）硅酸盐水泥‐硫铝酸盐水泥‐石膏‐聚合物复合防水砂浆在水化过程中生成了钙矾 石，提高了聚合物水泥防水砂浆的致密性，从而提高了砂浆的抗折抗压强度；

（3）选择无水石膏或者少量半水石膏作为缓凝剂和水化促进剂添加到硅酸盐水泥-硫 铝酸盐水泥-石膏-聚合物复合防水砂浆，使得聚合物防水砂浆具有最佳的28天抗折强度 和抗压强度；

（4）与单胶凝体系的聚合物水泥防水砂浆相比，硅酸盐水泥-硫铝酸盐水泥-石膏-聚 合物复合防水砂浆具有优异的施工操作性能、低温（5℃）抗折抗压强度高、憎水效果好、 耐擦洗、环保无毒等特征，而且成本低，性能/价格比高，适应范围广。

（5）本发明的复合防水砂浆为单组分包装，与双组分相比具有方便施工，不受施工时 限的限制。

具体实施例

下面结合实施例对本发明作进一步描述，但本发明的实施方式不限于此，对于未特别 注明的工艺参数，可参照常规技术进行。

下面实施例有关检测方法如下：

基本性能测试包括：凝结时间、抗折强度、抗压强度、抗渗性能、粘结强度、收缩率。 凝结时间、收缩率、抗压强度和抗折强度参照DL/T5126-2001《聚合物改性水泥砂浆试验 规程》进行测试。粘结强度参照JC/T907—2002中5.4进行成型后测试。抗渗性能测试参 照标准GB/T23445-2009进行。另外，根据防水行业标准JC/T984-2011《聚合物水泥防水 砂浆》的各项技术指标要求，对实施例样品进行测试。

实施例1

无机胶凝材料：粉煤灰硅酸盐水泥50份、高强硫铝酸盐水泥13份和二水石膏12份；

可再分散乳胶粉：醋丙胶粉7份；外加剂：氨基磺酸盐粉体高效减水剂2.5份；填料： 玻璃粉15.5份（2500目）；水胶比：0.6；

制备时包含如下步骤：

（1）粉料的制备：以质量份数计，将粉煤灰硅酸盐水泥50份、高强硫铝酸盐水泥13 份、二水石膏12份、醋丙胶粉7份、玻璃粉15.5份（2500目）和氨基磺酸盐粉体高效减 水剂2.5份准确称量之后，用干粉搅拌机搅拌（转速为300r/min）30min，至粉料充分混合 均匀即制备得到防水浆的粉料；

（2）施工时，将粉料倒入干净的搅拌器中，边搅拌边缓慢加水，控制粉料与水的比例 为1:0.6（水胶比：0.6），500r/min搅拌17分钟，直到生成无结块的均匀胶浆即为防水砂 浆。

所得防水砂浆的性能测试情况如表1所列。

表1

由表1的数据说明本实施例制备的防水砂浆性能与中国专利CN102503300相比，由于 添加硫铝酸盐水泥使本实施例的终凝时间小于6h，CN102503300的终凝时间在12h以上。 与美国专利US8076396相比，本实施例通过添加适量的可再分散乳胶粉，将无机胶凝材料 和有机聚合物胶凝材料很好结合，改善了砂浆在低温下的抗折强度和粘结强度。另外，本 实施例中添加的石膏具有一定的膨胀作用，与聚合物一起填充无机胶凝材料形成的缝隙， 减小体系凝结后的收缩率。

实施例2

无机胶凝材料：火山灰质硅酸盐水泥49份、快硬硫铝酸盐水泥21份和无水硬石膏7 份；可再分散乳胶粉：EVA胶粉8份；外加剂：密胺型磺酸化缩聚物高效粉体减水剂1.5 份；填料：超细碳酸钙13.5份（1500目）；

水胶比：0.5；

制备时包含如下步骤：

（1）粉料的制备：以质量份数计，将火山灰质硅酸盐水泥49份、快硬硫铝酸盐水泥 21份、无水硬石膏7份、EVA胶粉8份、超细碳酸钙13.5份（1500目）和密胺型磺酸化 缩聚物高效粉体减水剂1.5份准确称量之后，用干粉搅拌机搅拌（转速为500r/min）15min， 至粉料充分混合均匀即制备得到防水浆的粉料；

（2）施工时，将粉料倒入干净的搅拌器中，边搅拌边缓慢加水，控制粉料与水的比例 为1:0.5（水胶比：0.5），800r/min搅拌7分钟，直到生成无结块的均匀胶浆即为防水砂浆。

所得防水砂浆的性能测试情况如表2所列。

表2

由表2的数据说明本实施例制备的防水砂浆性能具有凝结时间短，早期的抗折强度和 抗压强度高，具有较低的收缩率和抗渗性能。

实施例3

无机胶凝材料：普通硅酸盐水泥48份、低碱度硫铝酸盐水泥12份和α半水石膏6份；

可再分散乳胶粉：SBR胶粉14份；外加剂：粉体聚羧酸盐高效减水剂3份；填料：特 细石英砂17份（1000目）；水胶比：0.4；

制备时包含如下步骤：

（1）粉料的制备：以质量份数计，将普通硅酸盐水泥48份、低碱度硫铝酸盐水泥12 份、α半水石膏6份、SBR胶粉14份、特细石英砂17份（1000目）和粉体聚羧酸盐高效 减水剂3份准确称量之后，用干粉搅拌机搅拌（转速为600r/min）14min，至粉料充分混合 均匀即制备得到防水浆的粉料；

（2）施工时，将粉料倒入干净的搅拌器中，边搅拌边缓慢加水，控制粉料与水的比例 为1:0.4（水胶比：0.4），300r/min搅拌30分钟，直到生成无结块的均匀胶浆即为防水砂 浆。

所得防水砂浆的性能测试情况如表3所列。

表3

由表3的数据说明本实施例制备的防水砂浆，由于是四元胶凝体系，充分将有机-无机 胶凝体系的优点结合起来，具有较好的早期的抗折强度和抗压强度高，抗渗强度和粘结强 度高，具有较低的收缩率。

实施例4

无机胶凝材料：普通硅酸盐水泥20份、粉煤灰硅酸盐水泥25份，低碱度硫铝酸盐水 泥10份、快硬硫铝酸盐水泥7份和β半水石膏6份；可再分散乳胶粉：VA/VeoVA胶粉 14份；外加剂：密胺型磺酸化缩聚物粉体减水剂1份；填料：高岭土17份（500目）；

水胶比：0.5

制备时包含如下步骤：

（1）粉料的制备：以质量份数计，将普通硅酸盐水泥20份、粉煤灰硅酸盐水泥25份、 低碱度硫铝酸盐水泥10份、快硬硫铝酸盐水泥7份、β半水石膏6份、VA/VeoVA胶粉14 份、高岭土17份（500目）和密胺型磺酸化缩聚物粉体减水剂1份准确称量之后，用干粉 搅拌机搅拌（转速为700r/min）12min，至粉料充分混合均匀即制备得到防水浆的粉料；

（2）施工时，将粉料倒入干净的搅拌器中，边搅拌边缓慢加水，控制粉料与水的比例 为1:0.5（水胶比：0.5），600r/min搅拌14分钟，直到生成无结块的均匀胶浆即为防水砂 浆。

所得防水砂浆的性能测试情况如表4所列。

表4

由表4的数据说明本实施例制备的防水砂浆，由于是四元胶凝体系，充分将有机-无机 胶凝体系的优点结合起来，具有较好的早期的抗折强度和抗压强度，抗渗强度和粘结强度 高，具有较低的收缩率。

实施例5

无机胶凝材料：粉煤灰硅酸盐水泥40份、高强硫铝酸盐水泥20份和无水石膏5份；

可再分散乳胶粉：SAE乳胶粉18份；外加剂：三聚氰胺系高效减水剂粉剂1份；填料： 沉淀硫酸钡16份（200目）

水胶比：0.4；

制备时包含如下步骤：

（1）粉料的制备：以质量份数计，将粉煤灰硅酸盐水泥40份、高强硫铝酸盐水泥20 份、无水石膏5份、SAE乳胶粉18份、沉淀硫酸钡16份（200目）和三聚氰胺系高效减 水剂粉剂1份准确称量之后，用干粉搅拌机搅拌（转速为800r/min）10min，至粉料充分混 合均匀即制备得到防水浆的粉料；

（2）施工时，将粉料倒入干净的搅拌器中，边搅拌边缓慢加水，控制粉料与水的比例 为1:0.4（水胶比：0.4），1000r/min搅拌5分钟，直到生成无结块的均匀胶浆即为防水砂 浆。

所得防水砂浆的性能测试情况如表5所列。

表5

由表5的数据说明本实施例制备的防水砂浆，由于是四元胶凝体系，充分将有机-无机 胶凝体系的优点结合起来，具有较短的凝结时间，较好的早期的抗折强度和抗压强度，优 异的防水堵漏性能及较低的收缩率。

实施例6

无机胶凝材料：火山灰质硅酸盐水泥35份、低碱度硫铝酸盐水泥20份和无水石膏5 份；可再分散乳胶粉：SAE胶粉10份、EVA胶粉8份；外加剂：粉体聚羧酸盐高效减水 剂3份；填料：玻璃粉10份（3000目），高岭土9份（2000目）；

水胶比：0.4；

制备时包含如下步骤：

（1）粉料的制备：以质量份数计，将火山灰质硅酸盐水泥35份、低碱度硫铝酸盐水 泥20份、无水石膏5份、SAE胶粉10份、EVA胶粉8份、玻璃粉10份（3000目）、高 岭土9份（2000目）和粉体聚羧酸盐高效减水剂3份准确称量之后，用干粉搅拌机搅拌（转 速为1000r/min）3min，至粉料充分混合均匀即制备得到防水浆的粉料；

（2）施工时，将粉料倒入干净的搅拌器中，边搅拌边缓慢加水，控制粉料与水的比例 为1:0.4（水胶比：0.4），700r/min搅拌12分钟，直到生成无结块的均匀胶浆即为防水砂 浆。

所得防水砂浆的性能测试情况如表6所列。

表6

由表6的数据说明本实施例制备的防水砂浆，由于是四元胶凝体系，充分将有机-无机 胶凝体系的优点结合起来，具有较短的凝结时间，较好的早期的抗折强度和抗压强度，7 天的抗渗强度和粘结强度高，收缩率低的优点。

根据工程应用需要，对于施工温度0-10℃的应用区域，普通的聚合物水泥防水砂浆会 出现产品没有强度，或者养护龄期拉长，影响工程交货期等问题。对此本技术产品通过在 5℃的环境下施工并与普通聚合物水泥防水砂浆进行比较，选取几个关键的指标进行测 试，分别是3d强度、表观憎水强度和表观耐擦洗性能，低温性能测试结果如表7所列。

表7

表7的测试结果表明，与单一无机胶凝体系的聚合物水泥防水砂浆相比，本发明的硅 酸盐水泥-硫铝酸盐水泥-石膏-聚合物四元复合胶凝体系的防水砂浆具有优异的施工操作性 能，低温（5℃）下施工其终凝时间短，3天的抗折和抗压强度高、憎水效果好、具有较好 的防水堵漏效果，而且性能/价格比高，适应范围广。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制， 其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均 应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。