胡強(qiáng) ，王東 ，周振哲 ，魏紅超

（1.浙江省建工集團(tuán)有限責(zé)任公司，浙江 杭州 310000；2.浙江魯班建材科技股份有限公司，浙江 杭州 310005）

0 概述

自修復(fù)的概念是20世紀(jì)90年代提出來的，自修復(fù)材料的核心是能量補(bǔ)給以及物質(zhì)補(bǔ)給從而模仿生物體損傷后自我愈合，使復(fù)合材料對(duì)內(nèi)部或者外部損傷能夠進(jìn)行自我修復(fù)，從而消除裂縫，恢復(fù)材料最初的性能和延長材料的使用壽命[1]。

自修復(fù)聚合物水泥防水涂料是浙江魯班建材科技股份有限公司自主開發(fā)的裂縫自修復(fù)防水涂料，以丙烯酸酯等聚合物乳液作為液料、以水泥和活性物質(zhì)等作為粉料的雙組份水性建筑涂料[2]。能修復(fù)0.5～0.7 mm寬的裂縫，并且修復(fù)速度較快。在一定時(shí)間就可以修復(fù)一般切割的裂縫。本試驗(yàn)按照浙江魯班建材科技股份有限公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QB/ZLK 001—2017《自修復(fù)防水涂料》中涂料“自修復(fù)性”項(xiàng)目的測(cè)試方法，探究了在測(cè)試自修復(fù)聚合物防水涂料自修復(fù)性能時(shí)，采用去離子水、自來水、雨水、河水和地下水等不同環(huán)境下的水作為修復(fù)測(cè)試時(shí)的測(cè)試水時(shí)，其對(duì)自修復(fù)聚合物水泥防水涂料自修復(fù)性能的影響。

1 試驗(yàn)

1.1 主要原料

自修復(fù)聚合物水泥防水涂料液料及粉料：浙江魯班建材科技股份有限公司生產(chǎn)；去離子水：自制，用活性碳去離子設(shè)備過濾自來水，且制得的去離子水可溶性總固體含量為0[3]；自來水：普通管道自來水；雨水、河水、井水：取水后靜置24 h，取上部干凈部分。各水源取水所在地均為杭州市。

1.2 試驗(yàn)器具

90°連通管：用硬質(zhì)塑料或不銹鋼制成，直徑110 mm，兩端各有一個(gè)壓板，其中一個(gè)壓板中心開有直徑30 mm的觀察孔，另一個(gè)壓板開直徑50 mm孔，與玻璃管連接（見圖1）。玻璃管直徑50 mm，長約300 mm。聚丙烯（PP）膜片，厚度約0.6 mm。密封膠：中性硅類密封膠[4]。

圖1 自修復(fù)性能試驗(yàn)裝置示意

1.3 試驗(yàn)步驟及要求

（1）試驗(yàn)所有過程在（23±2）℃、相對(duì)濕度（50±10）%標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下進(jìn)行，試驗(yàn)前原料及所用器具在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下放置24 h。

（2）自修復(fù)聚合物水泥防水涂料按照m（液料）∶m（粉料）=200∶196混合后機(jī)械攪拌5 min，靜置3 min備用。將PP膜片切割成直徑106 mm的圓形膜片，在膜片的中心位置用刀片切割出10 mm×4 mm規(guī)格的U型口，然后用一小片透明膠帶固定好；最后在PP膜片的另一面上分3次涂刷防水涂料，后道涂覆在前一道涂層實(shí)干后才能進(jìn)行，2道涂覆的間隔時(shí)間應(yīng)小于12 h，3次涂覆的涂層總厚度為1.5～2.0 mm。之后將涂好的膜放置在標(biāo)準(zhǔn)條件下靜置96 h，最后將涂膜放在（40±2）℃的電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中48 h，取出后放置于干燥器中冷卻至室溫備用。

（3）除去膜背面的固定膠帶，揭去事先切割好的10 mm×4 mm PP膜片，讓涂膜暴露出來。然后用0.5 mm厚的壁紙刀在暴露出來的涂膜的中心切割出長度為5 mm的裂縫，切割的時(shí)候刀側(cè)面穿過膜面，讓裂縫完全貫穿涂膜。

（4）把連通管固定在實(shí)驗(yàn)架子上，連通管垂直方向的壓板中心連接垂直的玻璃管，壓板和連通管末端的連接處，壓板和玻璃管末端的連接部位用密封膠作密封處理，涂層面作為迎水面，用壓板壓緊涂層并在連接處用密封膠作密封處理。

（5）在安裝好的玻璃管中注入（23±2）℃的測(cè)試水（測(cè)試水類別見表1）。使液面至試件中心的垂直高度為30 cm，在試驗(yàn)過程中液面要一直保持同樣高度。觀察并記錄試件裂縫處的滲水情況，從注水后滲漏的時(shí)間到試件裂縫處表面干燥的時(shí)間，試件裂縫處表面干燥后繼續(xù)保持24 h液面高度不變，然后將試驗(yàn)器具內(nèi)的水倒干，反向放置在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下24 h，最后重復(fù)注入與測(cè)試時(shí)相同的水，觀察試件裂縫處的滲漏情況。2 h后無潮濕滲漏則認(rèn)為合格，若是滲漏則判定不合格，重新?lián)Q膜試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

用不同種類水對(duì)本公司研制的裂縫自修復(fù)防水涂料的自修復(fù)性能進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見表1（每個(gè)方案做3次平行試驗(yàn)，取平均值）。

表1 不同種類水對(duì)自修復(fù)防水涂料自修復(fù)性能的影響

從表1可以看出：用0.5 mm厚壁紙刀在暴露的涂膜中心切割長度為5 mm的裂縫，并使刀側(cè)面穿過膜面，使裂縫完全貫穿涂膜；采用這種方式裂縫寬度基本能控制在0.3～0.4 mm（見圖2）。切割好縫的膜加載在自修復(fù)性能測(cè)試的試驗(yàn)裝置上，在玻璃管中加入（23±2）℃的測(cè)試水使水液面距測(cè)試涂膜試件中心的垂直高度為30 cm，裂縫位置流水狀態(tài)見圖3。修復(fù)完成后在對(duì)應(yīng)的測(cè)試用水中養(yǎng)護(hù)24 h，干濕循環(huán)后達(dá)到無滲漏狀態(tài)，其裂縫處的修復(fù)情況見圖4。

圖2 裂縫初始狀態(tài)

圖3 初始時(shí)裂縫處流水狀態(tài)

圖4 裂縫測(cè)試完成養(yǎng)護(hù)后狀態(tài)

2.2 試驗(yàn)原理及現(xiàn)象分析

2.2.1 試驗(yàn)原理分析

根據(jù)自修復(fù)聚合物水泥防水涂料自身的特點(diǎn)，當(dāng)涂料開裂漏水（或開裂處于潮濕環(huán)境中）時(shí)，涂料中吸水膨脹材料發(fā)生膨脹、凝膠，比較快速地減小裂縫的寬度及滲漏水量直至初步溶脹達(dá)到止漏效果，但此時(shí)的裂縫修復(fù)非常脆弱，如果不及時(shí)加以鞏固，水消失后裂縫會(huì)出現(xiàn)二次開裂。因此，涂料中除了用體積膨脹型材料，還添加了化學(xué)反應(yīng)型活性物質(zhì)，這些活性物質(zhì)會(huì)在初步止漏的裂縫處堆積，且在裂縫填充堆積的基礎(chǔ)上，能把無強(qiáng)度的填充堆積物通過化學(xué)反應(yīng)成為有一定強(qiáng)度的整體，這樣達(dá)到真正意義上的自修復(fù)。

自修復(fù)防水涂料的整個(gè)修復(fù)過程是逐漸發(fā)生的：最開始在有水條件下涂膜會(huì)被水滲入發(fā)生涂膜吸水的現(xiàn)象，從而裂縫附近的防水涂膜吸水發(fā)生體積膨脹，讓裂縫位置迎水面的進(jìn)水口被涂膜吸水膨脹擠壓變窄，從而抑制裂縫處水的侵入。在涂膜吸水?dāng)D壓裂縫口堵漏之后，涂膜在涂料中的活性物質(zhì)、無機(jī)凝膠等物質(zhì)的作用下，形成固體膠態(tài)的鏈接和無機(jī)固體物質(zhì)的堆積，從而堵塞裂縫通道，使裂縫達(dá)到自我愈合。

2.2.2 試驗(yàn)現(xiàn)象分析

方案1測(cè)試水為去離子水，修復(fù)時(shí)間為72 h，水養(yǎng)護(hù)時(shí)間為24 h的干濕循環(huán)后無滲漏現(xiàn)象，方案1和其他方案相比，修復(fù)時(shí)間最長，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他方案。方案2采用一般自來水作為測(cè)試水，其修復(fù)時(shí)間為15 h，遠(yuǎn)小于方案1的72 h，但也明顯大于其他方案。方案3采用雨水作為測(cè)試水，其修復(fù)時(shí)間8.0 h，遠(yuǎn)小于方案1和方案2；方案4的修復(fù)時(shí)間有6.7 h，方案5的修復(fù)時(shí)間只有6.0 h，此3個(gè)方案修復(fù)所需時(shí)間都較短且相差比較小。從5個(gè)方案的修復(fù)時(shí)間來看：去離子水基本不含任何活性物質(zhì)，以去離子水作為修復(fù)測(cè)試時(shí)的測(cè)試水，膜對(duì)裂縫的修復(fù)作用完全靠自身形成固體膠體鏈接和堆積，堵塞進(jìn)水通道來達(dá)到修復(fù)堵漏效果，因此堵漏所用時(shí)間很長；但是自來水、雨水、河水和地下水作為測(cè)試修復(fù)性能用水時(shí)，水中含有不同量的有機(jī)、無機(jī)活性物質(zhì)，能促進(jìn)形成固體膠體鏈接和堆積來堵塞進(jìn)水通道達(dá)到修復(fù)堵漏效果，因此堵漏所用時(shí)間短。

（1）本試驗(yàn)采用去離子水、自來水、雨水、河水和地下水作為修復(fù)測(cè)試時(shí)的測(cè)試水，在涂料存在0.3～0.4 mm寬的切割裂縫時(shí)，一定時(shí)間內(nèi)能達(dá)到止漏狀態(tài)，且干濕循環(huán)后達(dá)到無滲漏狀態(tài)，這一現(xiàn)象說明自修復(fù)聚合物水泥防水涂料是可以在涂層存在一定裂縫時(shí)經(jīng)過一段時(shí)間使裂縫自主修復(fù)達(dá)到堵漏效果。

（2）經(jīng)過人工處理完全去掉有機(jī)物質(zhì)和可溶性無機(jī)鹽的去離子水作測(cè)試水的修復(fù)堵漏時(shí)間為72 h，遠(yuǎn)大于其他方案；經(jīng)過人工凈化處理、去掉有機(jī)物質(zhì)和部分可溶性無機(jī)鹽的自來水作測(cè)試水的修復(fù)堵漏時(shí)間為15 h，遠(yuǎn)小于去離子水做測(cè)試水的方案，但也大于其他方案；雨水中含有較多無機(jī)鹽其堵漏時(shí)間為8 h；河水中含有較多的有機(jī)物質(zhì)和較多的可溶性無機(jī)鹽類，其作測(cè)試水的堵漏時(shí)間是6.7 h；地下水中含有少量有機(jī)物質(zhì)和大量可溶性無機(jī)鹽，其作為測(cè)試水的堵漏時(shí)間最短為6 h。可以看出，不經(jīng)人工處理去掉水中有機(jī)物質(zhì)和可溶性無機(jī)鹽的測(cè)試水對(duì)自修復(fù)堵漏有促進(jìn)作用，能明顯加快修復(fù)堵漏時(shí)間，而測(cè)試水中的可溶性無機(jī)鹽類對(duì)自修復(fù)堵漏的促進(jìn)作用遠(yuǎn)大于測(cè)試水中的有機(jī)質(zhì)對(duì)自修復(fù)堵漏的促進(jìn)作用。從涂料的修復(fù)機(jī)理“涂料中的活性膠凝劑、化學(xué)修復(fù)劑等相互作用下，形成膠體固化和堆積，堵塞進(jìn)水通道，從而使裂縫自我愈合”來看，測(cè)試水中的地下水含有較多鈣鹽、電解質(zhì)等無機(jī)鹽，正是該類的無機(jī)鹽對(duì)膠體的形成起到促進(jìn)作用，加快形成膠體固化和堆積，從而堵塞進(jìn)水通道，才使地下水作為測(cè)試水的堵漏時(shí)間最短。

（3）本試驗(yàn)之所以采用去離子水、自來水、雨水、河水和地下水作為修復(fù)測(cè)試時(shí)的測(cè)試水，主要原因是以去離子水作為純凈水的空白參考；自來水作為廁所、廚房類環(huán)境水，雨水作為屋頂、室外水池類的環(huán)境水；河水作為河岸、堤壩、水庫類的環(huán)境水，地下水作為地下室、隧道類的環(huán)境水；這些水都是可以作為對(duì)應(yīng)的環(huán)境水，而在廁所、廚房、屋頂、室外水池，河岸、堤壩、水庫，地下室、隧道這些地方都是防水工程的重點(diǎn)。本試驗(yàn)采用這些對(duì)防水有很高要求的地方的環(huán)境水作為自修復(fù)聚合物防水涂料一般切割的裂縫的修復(fù)測(cè)試用水，從試驗(yàn)結(jié)果來看，當(dāng)這些地方使用該涂料后因外部原因?qū)е鲁霈F(xiàn)微裂縫時(shí)可在更短時(shí)間內(nèi)達(dá)到自愈合堵漏效果，且堵漏后不再滲水。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)探究了不同環(huán)境中的水對(duì)自主開發(fā)的裂縫自修復(fù)聚合物水泥防水涂料修復(fù)性能的影響。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果也可得出：裂縫自修復(fù)聚合物水泥防水涂料開裂滲水時(shí)在不同測(cè)試水條件下都能達(dá)到裂縫修復(fù)的效果；不同環(huán)境測(cè)試水中有機(jī)物質(zhì)和可溶性無機(jī)鹽對(duì)自修復(fù)堵漏有促進(jìn)作用，且能明顯加快修復(fù)堵漏時(shí)間；而測(cè)試水中的可溶性無機(jī)鹽類對(duì)自修復(fù)堵漏的促進(jìn)作用大于測(cè)試水中的有機(jī)質(zhì)對(duì)自修復(fù)堵漏的促進(jìn)作用。可以預(yù)見，在廁所、廚房、屋頂、室外水池、河岸、堤壩、水庫、地下室、隧道等必須做防水處理且對(duì)防水有較高要求的地方都可以使用自修復(fù)聚合物水泥防水涂料，當(dāng)外部原因?qū)е鲁霈F(xiàn)微裂縫時(shí)，自修復(fù)聚合物水泥防水涂料可在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到自愈合堵漏效果，且堵漏后不再滲水，從而可解決漏水時(shí)修復(fù)困難、修復(fù)成本高等問題。