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1、建筑防水高分子材料,主讲教师:王艺峰,第一节 防水材料概论,1、概述,防水材料是土建工程防止水透过建筑物结构层而使用的一种建筑材料，是保证建筑物能够防止雨水、地下水等渗漏的主要材料。防水材料质量的优劣直接影响建筑物的使用功能和使用寿命。多年来，国内外一直以沥青防水材料为主，近年来，出现了改性沥青材料，并向沥青橡胶和树脂基防水材料发展。,防水材料的主要特征：自身致密、孔隙率很小；或具憎水性；或能够填塞、封闭建筑缝隙或隔断其它材料内部孔隙。,防水材料的主要要求：具有较高抗渗性及耐水性；具有适宜的强度及耐久性；对柔性防水材料还要求有较好的塑性。,按组成成分：有机防水材料、无机防水材料（如防水砂浆、防
2、水混凝土等）、金属防水材料（如镀锌薄钢板、不锈钢薄板等。按物理特性：为柔性防水材料、刚性防水材料。按变形特征：普通型防水材料、自膨胀型防水材料。,防水材料的分类,防水材料,防水卷材：沥青防水卷材、高聚物改性沥青防水卷材、合成高分子防水卷材。,防水涂料：沥青基防水涂料、高聚物改性沥青防水涂料、合成高分子防水涂料。,密封材料：改性沥青密封材料、合成高分子密封材料。,刚性防水材料：防水混凝土、防水砂浆。,2、沥青,(2)沥青的物理性质形状：在常温下是粘稠状的液体、半固体或固体。颜色：呈亮褐色至黑色。性能：具有良好的不透水性、粘结性、塑性和抗冲击性、耐化学腐蚀性，是电绝缘体；能溶解于二硫化碳、苯等有机
3、溶剂。,(1)沥青的定义沥青作为一种憎水性的有机胶凝材料，是由多种有机化合物构成的复杂混合物。,3、石油沥青和煤沥青,(1)石油沥青：石油经蒸馏等工序提炼出各种石油产品（如汽油、煤油、柴油和润滑油等）后的残留物，再经过加工而得到的物质。石油沥青的组分：石油沥青是由多种高分子的碳氢化合物及其衍生物组成的复杂混合物。从化学上分析，沥青的主要成分是碳和氢；从使用的角度出发，沥青的组分主要有油分、树脂和地沥青质。,油分：是淡黄色至红褐色的粘性液体。它是决定沥青流动性的组分。树脂：为黄色至黑褐色的沾稠状半固体，它是决定沥青塑性和粘结性的组分。地沥青质：是深褐色至黑褐色无定形固体粉末，它是决定沥青粘性和温
4、度稳定性的组分。地沥青质含量愈多，则软化点愈高，粘性愈大，即愈硬脆。,和石油沥青相比，煤沥青密度较大，塑性较差，温度敏感性较大，在低温下易变脆硬、老化快，有毒和臭味等。煤沥青具有很好的防腐能力、良好的粘结能力。因此可用于配制防腐涂料、胶粘剂、防水涂料，油膏以及制作油毡等。,(2)煤沥青是煤干馏得到的煤焦油，经再提炼加工得到的产品，也称煤焦油沥青。煤沥青分低温、中温、高温煤沥青三大类。建筑中主要使用半固体的低温煤沥青。,煤沥青,4、沥青的技术性质,(1)防水性：石油沥青是憎水性的胶凝材料，本身结构致密，不溶于水，是很好的防水材料。(2)粘性：粘性是指沥青在外力作用下，抵抗变形的能力。同时粘性也是
5、沥青软硬、稀稠程度的反映；石油沥青中地沥青质含量较多时粘性较大；温度下降时粘性较大。(3)塑性：塑性指石油沥青在外力作用下产生变形而不破坏，除去外力后，仍能保持变形后的形状的性质。(4)温度敏感性：沥青的粘性和塑性的大小都与温度高低有很大关系，随着温度的升高，粘性降低，塑性增加。,沥青改性的目的：使沥青具有良好的综合性能，满足工程使用的需要。,沥青改性的方法：(1)矿物填充料改性：在沥青中加入一定数量的矿物填充料，相应提高沥青的粘性和耐热性，并增强沥青抗老化性能；(2)聚合物改性：在沥青中加入聚合物，提高沥青的强度、塑性、抗老化性能等。还包括再生橡胶改性沥青、橡胶和树脂共混改性沥青等。,5.沥
6、青改性,I.树脂改性沥青：用树脂改性石油沥青，可以改善沥青的耐寒性、耐热性、粘结性和不透气性。在生产卷材、密封材料和防水涂料等产品时都有应用。常用的树脂有聚乙烯，聚丙烯，酚醛树脂及天然松香等。,II.橡胶改性沥青：石油沥青中掺入氯丁橡胶、丁基橡胶改性沥青后，可使其气密性、低温柔性、耐化学腐蚀性、耐光、耐臭氧性、耐候性和耐燃性等得到大大改善。,III.热塑性丁苯橡胶(SBS)改性沥青：SBS热塑性橡胶常温下有橡胶的弹性，在高温下又能像塑料那样熔融流动，成为可塑性材料。所以SBS橡胶改性沥青，其耐高低温性能均有较明显提高。,柔性橡胶改性沥青防水卷材,SBS改性沥青防水卷材,第二节 防水涂料,(1)
7、固体含量：系指涂料中所含固体比例。涂料涂刷后，固体成分将形成涂膜。(2)耐热性：系指成膜后的防水涂料薄膜在高温下不发生软化变形、流淌的性能。(3)柔性（也称低温柔性）：系指成膜后的防水涂料薄膜在低温下保持柔韧的性能。(4)不透水性：系指防水涂膜在一定水压和一定时间内不出现渗漏的性能。(5)延伸性：系指防水涂膜适应基层变形的能力。,1、防水涂料的特性及基本要求,按主要成膜物质的不同，防水涂料分为三类。(1)沥青基防水涂料沥青基防水涂料有溶剂型和水乳型两类。(2)高聚物改性沥青防水涂料高聚物改性沥青防水涂料一般是采用再生橡胶、合成橡胶或SBS聚合物对沥青改性，制成水乳型或溶剂型防水涂料。(3)合成
8、高分子防水涂料合成高分子防水涂料是以合成橡胶或合成树脂为主要成膜物质的单组分或多组分防水涂料。,2、防水涂料分类,(2)乳化沥青：乳化沥青是沥青以微粒（粒径m左右）分散在有乳化剂的水中而成的乳胶体。配制时，首先在水中加入少量乳化剂，再将沥青热熔后缓缓倒入，同时高速搅拌，使沥青分散成微小颗粒，均匀分布在溶有乳化剂的水中。乳化沥青可涂刷或喷涂在材料表面作为防潮或防水层，也可粘贴玻璃纤维毡片（或布）作屋面防水层，或用于拌制冷用沥青砂浆和沥青混凝土。,3、沥青基防水涂料,(1)溶剂型沥青：即指汽油、煤油、甲苯等有机溶剂，将沥青稀释而制得的涂料。,(a)可在常温下进行涂刷或喷涂。(b)可以在较潮湿的基层
9、上施工。(c)具有无毒、无臭、干燥较快的特点。(d)不使用有机溶剂，费用较低，施工效率高。,乳化沥青的特点,乳化沥青,(1)橡胶沥青防水涂料,橡胶沥青防水涂料是以沥青为基料，加入改性材料橡胶和稀释剂及其它助剂等而制成的粘稠液体。常用的橡胶有氯丁橡胶、丁基橡胶及再生橡胶等。橡胶沥青防水涂料的特点是耐水性强。由于橡胶的加入改善了沥青涂膜的性质，故在水的长期作用下，涂膜不脱落，不起皮，抗渗性好，抗裂性优异，有较好的弹性和延伸性，尤其是低温下的抗裂性能更好，故适用于基层易开裂的屋面防水层。因其耐化学腐蚀性好，故也可作木材、金属管道等的防腐涂层。,4、高聚物改性沥青防水涂料,(2)水性沥青基薄质防水涂料
10、,以化学乳化剂配制的乳化沥青为基料，掺入氯丁胶乳或再生橡胶等形成的防水涂料，称为水性沥青基薄质防水涂料。,(3)树脂沥青防水涂料,用树脂对沥青改性使之成为树脂沥青防水涂料，常用的树脂有聚乙烯、聚丙烯、聚醋酸乙烯酯等。,5、合成高分子防水涂料,(1)聚丙烯酸酯乳胶防水涂料,聚丙烯酸酯乳液防水涂料是以聚丙烯酸酯乳液、填料及各种助剂配制而成。常用丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯等单体通过乳液均聚或共聚合成得到。反应式如下：,涂膜弹性好、延伸率高、粘结性好、对基层变形的适应能力强、对温度的适应范围大，且该涂料无毒、无味，以水为分散介质、无溶剂污染、冷施工且施工方便。目前已广泛应用在外墙防水装饰涂
11、料、屋面防水涂料和厨卫间墙体防水涂料等领域。由于其优异的性能在高性能的防水涂料市场占有重要地位，是防水涂料的重点发展方向。为了改善共聚乳液的性能，常在合成中加入有机硅、氟等单体进行共聚，以提高材料的耐水性能、耐候性、抗紫外老化性能。,聚丙烯酸酯乳液防水涂料的特点,聚氨酯防水涂料得品种很多，根据固化方式不同可分为双组分反应固化型、单组分水汽固化型和空气氧化固化型。按分散介质不同可分为溶剂型和水乳型。根据原料的不同可分为聚酯型、聚醚型和蓖麻油型等品种。总体而言，聚氨酯防水涂料由于防水性能可靠而到重视，近年来获得较快得发展。,(2)聚氨酯防水涂料,由两官能团的二元异氰酸酯和二元醇反应：,聚氨酯的反应
12、式,多元异氰酸酯,多羟基化合物及端羟基聚醚、聚酯,体形聚氨酯,+,第三节 防水卷材,1、沥青防水卷材(1)辊压卷材（无胎卷材）：将石棉、橡胶粉等掺入沥青材料中，经碾压制成的卷状材料。捆例如沥青再生橡胶油毡是一种常见的辊压卷材，它是采用再生橡胶、石油沥青和石灰石粉等填料，经混炼、压制而成的，抗拉强度大、弹性好、低温柔韧性好、不透水性及耐蚀性强等优点，适用于重要建筑物缝处防水。,常按其组成材料不同分为沥青防水卷材、高聚物改性沥青防水卷材和合成高分子防水卷材三大类。,(2)浸渍卷材（有胎卷材）：用原纸、玻璃纸、石棉布、麻布、合成纤维布等为胎，经浸渍沥青后所制得的卷状材料。其中纸胎沥青卷材最为常见。采
13、用低软化点沥青浸渍原纸所制成的无涂盖层的纸胎防水卷材叫油纸；油纸适用于建筑防潮和包装，一般用于建筑防潮或多层防水层的最下层。当再用高软化点沥青涂盖油纸的两面，并撒布隔离材料后，则称为油毡。油毡一般用于多层防水层的面层。按原纸1m2的质量克数，油毡分为200、350和500三种标号，油纸分为200和350两种标号。,2、改性沥青基防水卷材,以各种改性沥青为浸涂材料，以纤维织物、纤维毡或塑料膜为胎体，表面覆以矿物质粉粒或薄膜作隔离材料制成的可卷曲的防水材料，总称为改性沥青防水卷材。(1)弹性体改性沥青防水卷材及塑料改性沥青防水卷材。(2)改性沥青聚乙烯胎防水卷材。(3)自粘橡胶沥青防水卷材及自粘聚
14、合物改性沥青聚酯胎防水卷材。,例如，新型有胎沥青防水卷材SBS改性沥青柔性油毡是近年来生产的一种弹性体沥青防水卷材，它以聚酯纤维无纺布为胎体，以SBS橡胶改性沥青为面层，以塑料薄膜为隔离层，油毡表面带有砂粒。它的耐撕裂强度比玻璃纤维胎油毡大1517倍，耐刺穿性大1519倍，可用氯丁粘合剂进行冷粘贴施工，也可用汽油喷灯进行热熔施工，是目前性能最佳的油毡之一。,3、合成高分子防水卷材,合成高分子防水卷材是以合成橡胶、合成树脂或两者共混物为基料，加入适量助剂及填充料，以压延法或挤出法生产的可卷曲片状防水材料，也称为高分子防水片材。高分子防水片材常用的有：三元乙丙橡胶片材、聚氯乙烯防水卷材、氯化聚乙烯
15、防水卷材、氯化聚乙烯橡胶共混防水卷材、EVA防水卷材等。从20世纪60年代开始，合成高分子防水卷材得到了广泛的开发与应用，广泛用于的屋面防水，采用单层冷粘贴施工，取代了许多热施工的多层沥青油毡。例如，美国的平屋面防水中约四分之一采用的是三元乙丙橡胶卷材。,EVA防水卷材(乙烯、醋酸乙烯共聚物),PVC防水卷材,以三元乙丙橡胶为主体，掺入适量的硫化剂、促进剂、软化剂、填充料等，经过密炼，拉片过滤、压延或挤出成型、硫化、分卷包装而成为三元乙丙橡胶卷材。,(1)三元乙丙橡胶防水卷材,三元乙丙橡胶（乙叉降冰片烯作第三单体）结构式如下：,由于三元乙丙橡胶分子的主链上无双键，当受到紫外线、臭氧、湿和热等作
16、用时，主链不易发生断裂，故耐老化性能、化学稳定性优异。耐候性、耐臭氧性、耐热性和低温柔性优于氯丁与丁基橡胶，比塑料优越得多。还具有重量轻，抗拉强度高(7.5MPa以上)，延伸率大(450以上)，使用寿命长(估计20年以上)，耐酸碱腐蚀等特点。但三元乙丙橡胶硫化速度慢，粘结性、气密性和耐油性均不是太好。,三元乙丙橡胶防水卷材特点,以氯丁橡胶为主体，掺入适量的硫化剂、增强剂、增量剂和填充料等，经过密炼压延或挤出成型、硫化、分卷包装而成为氯丁橡胶卷材(薄膜)，结构式如下：,(2)氯丁橡胶卷材,氯丁橡胶卷材抗拉强度在12.4MPa以上，延伸率300以上，耐油性、耐日光、耐臭氧、耐候性优良。与三元乙丙橡
17、胶相比，其耐候性和耐低温性能均稍差些，其它性能基本类似。,PVC防水卷材抗拉强度高，尺寸稳定性、耐腐蚀性、耐细菌性等较好。但其低温柔性、耐热性均不如三元乙丙橡胶防水卷材。通过掺入适当的软化剂，增塑剂和氧化物填充料，改善了聚氯乙烯的低温柔性和耐老化性能，扩大了聚氯乙烯在建筑防水工程中的应用。,(3)聚氯乙烯(PVC)防水卷材,以PVC为主掺入软化剂、增塑剂、填充料及其它助剂或合成橡胶等，经混炼、压延或挤出成型，分卷包装成为PVC防水卷材。,(4)聚乙烯丙纶复合防水卷材,聚乙烯丙纶复合防水卷材为表面增强式结构，由线性低密度聚乙烯树脂加入抗老化剂、稳定剂、助粘剂与高强度新型纺粘法丙纶长丝无纺布，采用
18、热融直压复合工艺制成的复合型防水卷材。该防水卷材具有优良的综合防水性能、耐化学性、耐候性、机械强度和独特的工程结构及施工便利性。,该防水卷材具有优良的综合防水性能、耐化学性、耐候性、机械强度和独特的工程结构及施工便利性。适用于一般工业与民用建筑的屋面、楼面卫生间等的防水、防潮、防渗工程。,聚乙烯丙纶复合防水卷材,a.聚乙烯丙纶复合防水卷材的基本结构,主防水层承担不透水性能和与表面层粘合性能。表面增强层承担增强保护主防水层和增加表面粗糙度提供粘接空隙的性能。,b.聚乙烯丙纶复合防水卷材的特点,性能特点：聚乙烯丙纶复合防水卷材具有抗渗能力强、抗拉强度高、低温柔性好、线胀系数小、稳定性好、无毒、变形
19、适应能力强、适应温度范围宽、使用寿命长等良好的综合技术性能。,使用特点：表面粗糙均匀、易粘接，适合与多种材料的基层粘合。可与水泥材料在凝固过程中直接粘合；可在基层潮湿情况下粘贴敷设；可以稳定地在垂直位置粘接敷设；可以稳定地在倒水平面粘接敷设，可以在外表面进行水泥材料装修施工（如水泥砂浆抹面、粘贴瓷砖或马赛克等）；由于其表面粗糙、磨擦系数大，可直接埋设在砂土中使用。,其他特点：聚乙烯丙纶复合防水卷材施工折转半径小，易于折转卷边粘贴、不折断、防水效果好，这是其它防水材料所不具备的。聚乙烯丙纶复合防水卷材在水泥构造中使用，稳定可靠。,适用于工业与民用建筑的屋面、楼面、地下室、厕浴间、厨房、地沟等部位
20、的防水、防潮、防渗工程；也可用于水利、地铁、隧道、市政、化工、冶金等行业的防水、防污染、防渗漏以及管道防腐工程。,c.聚乙烯丙纶复合防水卷材的应用,以氯化聚乙烯塑料和橡胶共混制成的一种高分子防水卷材。共混之后得到的产品，综合两种原材料的优点。该卷材具有良好的物理性能，抗拉强度高，伸长率大，低温韧性好。另外，耐臭氧能力，耐候性和耐老化能力都比较好。可用多种粘结剂粘贴、冷施工、施工操作较简单。,(5)氯化聚乙烯橡胶共混型防水卷材,第四节 建筑密封材料,建筑密封材料是嵌填于建筑物各种接缝、裂缝和变形缝，能起到水密、气密性的作用，并有一定强度能与构件连接的填充材料。作为建筑密封材料应具有气密性、水密性
21、、柔韧性、耐形变能力和抗老化能力。,(1)建筑防水沥青嵌缝油膏(2)聚氯乙烯建筑防水接缝材料（PVC接缝材料）(3)硅酮建筑密封胶（有机硅密封材料）(4)聚氨酯密封膏,1、建筑防水密封膏,定义：最早使用的冷用嵌缝材料，是以石油沥青为基料，再加入改性材料废橡胶粉、稀释剂（松焦油、松节重油）及填充料（石棉纺和滑石粉）等，经混拌制成膏状物。特点：炎夏不易流淌，寒冬不易脆裂，粘结力较强，延伸性、塑性和耐候性均较好。应用：广泛用于一般屋面板和墙板的接缝处，也可用作各种构筑物的伸缩缝、沉降缝等的嵌填密封材料。,(1)建筑防水沥青嵌缝油膏,(2)硅酮密封膏,以聚硅氧烷结构为基础的链式聚合物，有单组分和双组分
22、两种类型，可室温固化。,单组分硅酮密封膏使用方便，目前应用较多。它是以硅氧烷基聚合物为基料，加入交联剂、填料、催化剂等其他助剂配制成的弹性密封材料。硅酮类密封材料与各种材料都有较好的粘结性，防水性能好，且因为分子中有大量的硅氧键（SiO），所以具有良好的耐候、耐热、耐化学腐蚀性能。,液态聚硫橡胶因为含硫原子，硫原子在聚合物主链上以（SC）、（SS）等饱和键的形式存在。聚硫橡胶因而具有良好的耐油性、耐溶剂性和耐低温性。该密封膏的气密性和防水性能优良，对金属、非金属材料均有良好的粘结力。,(3)聚硫密封膏,聚硫密封膏是以液态聚硫橡胶为主要成分，加入硫化剂、填料和其它助剂配置而成的双组分密封材料。液
23、态聚硫橡胶由二氯化物或甲醛与多硫酸钠反应合成。反应如下：,(4)丙烯酸酯类密封膏,由丙烯酸酯树脂加入分散剂、增塑剂和填料等助剂配置而成。根据分散介质不同分为溶剂型和乳胶型两种。因溶剂型的产品有有机溶剂挥发，污染较大，受到限制，故乳胶型的密封膏应用更为广泛。丙烯酸酯密封膏有优良的抗紫外线能力，耐候性能优异，色彩可根据需要调节，广泛的应用于屋面、墙板、门窗的嵌缝。但是作为乳胶型材料，其耐水性能不是太好，所以不能用于长期与水接触工程的嵌缝防水，如不能用于水池、堤坝等水下接缝中。,(5)高吸水性树脂,吸水前,吸水后,是一种具有优异吸水能力和保水能力的新型功能高分子材料。是一种含有强亲水性基团并通常具有
24、一定交联度的高分子材料。吸水能力可达自身重量的几百倍至几千倍。,将高吸水树脂与塑料或橡胶混合制成密封材料，此材料一到水就急速膨胀，因此具有很好的密封性。,2、合成高分子止水带（条）,(1)橡胶止水带和止水橡皮(2)塑料止水带(3)遇水膨胀型橡胶止水条,PVC塑料止水带,橡胶止水带,沥青胶是在熔（溶）化的沥青中加入粉状或纤维状的填充料经均匀混合而成。沥青胶有热用和冷用的两种，一般工地施工是热用。配制热用沥青胶时，先将矿粉加热到100110，然后慢慢地加入已熔化的沥青中，继续加热并搅拌均匀即成。冷用时需加入稀释剂将其稀释后于常温下施工应用，它可以涂刷成均匀的薄层。热用沥青胶用于粘结和涂抹石油沥青油
25、毡。,1.沥青胶,第五节 沥青胶与冷底子油,冷底子油是用汽油、煤油、柴油、工业苯等有机溶剂与沥青材料溶合制得的沥青涂料。因它多在常温下用作防水工程的打底材料，故名冷底子油。它粘度小，能渗入到混凝土、砂浆、木材等材料的毛细孔隙中，待溶剂挥发后，便与基材牢固结合，使基面具有一定的憎水性，为粘结同类防水材料创造了有利条件。冷底子油常随配随用，通常是采用3040的30号或10号石油沥青，与6070%的有机溶剂配制而成。,2.冷底子油,到2010 年,我国防水材料发展以新型防水材料为主,重点发展高分子改性沥青防水卷材,积极发展高分子防水材料,适当发展防水涂料,努力开发密封和堵漏材料。2010 年,新型防
26、水材料将主导防水材料市场,逐步陶汰传统的纸胎油毡防水材料使用,城镇永久性建筑采用新型防水材料的比例达到80%以上。重点发展产品有:SBS共聚物、APP、无规聚乙烯(APE)等高分子改性沥青防水材料;三元乙丙橡胶、氯化聚乙烯和聚氯乙烯(PVC)等新型高分子防水卷材;发展聚氨酯和橡胶改性沥青防水涂料;研制高性能的聚氨酯和硅酮密封材料。,“21世纪我国高分子防水材料发展”，江苏化工，2000年第4 期,“纳米材料对防水涂料性能的影响”,新型建筑材料,2003年11月,采用纳米材料（如纳米TiO2、ZnO）改性防水乳胶，结果表明某些纳米材料有助于提高乳胶类防水涂料的光老化性能。,紫外线照射前后涂膜力学性能的变化,
