预铺式自粘防水卷材用新型水溶性隔离膜的制备与研究_孙艳美.pdf

新型建筑材料2023020引言防水卷材因其具有良好的耐水性、温度稳定性、柔韧性以及良好的力学性能在工程防水中得到了广泛的应用。预铺式自粘防水卷材主要由 3 部分组成：主体材料、胶料反应层以及隔离层1。预铺式施工方式是将防水卷材空铺在基面上，然后浇筑混凝土使其两者紧密结合2-4。现有的防水卷材隔离膜材料大多为 PET、PE 或石英砂，采用这种隔离材料在夏季高温情况下可能会出现揭膜困难，在使用时需要揭除隔离膜以及在揭除隔离膜后卷材表面会遭到污染等问题5-6。此外，在进行施工时传统的防水卷材隔离膜揭除后会随意丢弃造成薄膜清理回收困难等问题，故需要一种便于预铺的免揭型防水卷材对上述问题进行改善7。PVA 水溶性膜是一种具有广泛应用前景的绿色新材料。基金项目：湖南省教育厅科学研究重点项目（20A155）收稿日期：2022-09-26作者简介：孙艳美，女，1998 年生，硕士研究生，E-mail：。通讯作者：郝喜海，教授，博士生导师，E-mail：。预铺式自粘防水卷材用新型水溶性隔离膜的制备与研究孙艳美，李奥纬，王琢凌，郝喜海（湖南工业大学 包装与材料工程学院，湖南 株洲412007）摘要：通过流延法制备了一种用于预铺式自粘防水卷材的聚乙烯醇新型免揭环保水溶性隔离膜。研究了不同含量微硅粉对所制备薄膜水溶性、力学性能的影响，并以防水卷材与后浇混凝土的剥离性能为指标，探讨在无需揭除隔离膜的情况下防水卷材与后浇混凝土的粘接性。结果表明，当微硅粉含量为基材的 2%时，薄膜的综合力学性能较好；当微硅粉含量为基材的 5%时，剥离强度达到最大值 2.16 N/mm。说明在不揭除所制新型水溶性隔离膜的情况下能够提高防水卷材与后浇混凝土的粘接性，与传统防水卷材隔离膜相比基材无需揭除、简化施工流程，同时起到保护环境的作用。关键词：水溶性隔离膜；微硅粉；防水卷材；剥离性能中图分类号：TU57+3文献标识码：A文章编号：1001-702X（2023）02-0128-04Preparation and study of a novel water-soluble isolation membrane for pre-laid self-adhesive waterproof rollSUN Yanmei，LI Aowei，WANG Zhuoling，HAO Xihai（School of Packaging and Materials Engineering，Hunan University of Technology，Zhuzhou 412007，China）Abstract：A new type of environmentally-friendly water-soluble polyvinyl alcohol membrane for pre-laid self-adhesive waterproof roll was prepared by stream-casting.The effects of different contents of microsilica powder on the water solubility and mechanical properties of the film were studied.The adhesion between waterproof roll material and post-poured concrete without removing the isolation film was investigated by taking the peeling performance of waterproof roll material and post-poured concreteas the index.The result shows that when the content of silicon powder is 2%of the substrate，the comprehensive mechanical properties of the film are better.When the content of silicon powder is 5%of the substrate，the maximum peeling performance is 2.16N/mm.This shows that the adhesion between waterproof roll material and post-poured concrete can be improved without removingthe new water-soluble isolation film prepared.Compared with the traditional waterproof roll material isolation film，the environmental protection and no need to remove the substrate characteristics simplify the construction process and protect the environment.Key words：water-soluble isolation membrane，microsilica powder，waterproof roll，stripping performance中国科技核心期刊128NEW BUILDING MATERIALSNEW BUILDING MATERIALS因为 PVA 薄膜的成膜性优良、水溶性好且具有可生物降解性8-9，能有效替代 PET、PE 隔离膜，以此简化防水卷材铺设步骤，降低操作难度，提高防水卷材铺设效率，并解决揭膜困难问题。但是，贴有 PVA 水溶性隔离膜的防水卷材在应用中会出现与混凝土之间粘结不牢的现象。微硅粉的主要成分为 SiO2，是矿热炉生产硅铁和硅时产生的大量 SiO2和 Si气体与空气迅速氧化冷凝形成的粉尘10。微硅粉作为混合材料掺入混凝土中，可以优化新拌混凝土的性能11。方小利等12研究微硅粉对混凝土性能的影响发现，微硅粉加入普通混凝土后能够改善混凝土的后期强度。张向新和覃盛昆13研究微硅粉和粉煤灰掺量对钢纤维再生混凝土力学性能的影响，结果发现，微硅粉掺量为 6%，粉煤灰掺量为 3%时钢纤维再生混凝土的综合性能最优。Wang14通过掺加不同含量的纳米硅灰探究对轻质水泥浆物理性能和微观结构的影响，实验发现，掺加纳米硅灰后生成了更多的水化硅酸钙，充当填充空隙的填料，为水泥水化提供了成核位点，使得轻质水泥浆的内部结构更加紧密。Zheng15研究硅灰掺量和类型对低热硅酸盐水泥混凝土抗磨性和力学性能的影响，结果表明，掺入 3%、5%硅灰可使混凝土的耐磨性分别提高10.0%、15.8%。本研究基于前期调研和实验现象，通过掺加微硅粉制备新型 PVA 水溶性膜，研究了微硅粉对薄膜水溶性和力学性能的影响，并进一步验证了在无需揭除隔离膜的情况下防水卷材与混凝土之间的粘接效果，分析微硅粉在反应中所起到的作用，为防水材料施工提供研究基础。1实验1.1原材料及仪器设备反应型耐根穿刺自粘防水卷材：XPS-CL；水泥、砂：湖南恒宇建材有限公司；聚乙烯醇（PVA）：工业级，型号 1788，武汉梦奇科技有限公司；微硅粉：工业级，四川朗天硅灰生产厂；吐温 80：AR，江苏省海安石油化工厂；丙三醇：AR，天津大茂化学试剂厂；十二烷基硫酸钠：AR，烟台淞郁商贸有限公司。电子天平：JJ200，常熟市双杰测试仪器厂；集热式恒温加热磁力搅拌器：DF-101Z，上海秋佐科学仪器有限公司；数显恒温水浴锅：HH-S24s，金坛大地自动化仪器厂；手动冲压机：SPEC JH-120，福建中泰集团有限公司；智能电子拉力机：XLW（L）-PC 型，济南兰光机电技术有限公司；塑料薄膜测厚仪：DTS-600H，济南兰光机电技术有限公司；数显式推拉力计：DS2-500N，深圳市梅隆仪器有限公司。1.2实验方法PVA 薄膜溶液的制备见图 1，流延法成膜工艺流程见图2，防水卷材的剥离性能测试见图 3。图 1薄膜溶液的制备图 2流延法成膜工艺流程图 3防水卷材的剥离性能测试1.3微硅粉/PVA 水溶性隔离膜的制备实验以未添加微硅粉和不贴附所制水溶膜为对照组。准确称量 5 组不同质量的微硅粉，使其占 PVA 质量的 1%、2%、3%、4%、5%，然后加入占 PVA 质量 3%的吐温 80 于烧杯中，加入丙三醇、十二烷基硫酸钠和水，将其放置于 90 的恒温水浴锅中以 200 r/min 搅拌 30 min。待各组溶液全部溶解后室温静置 30 min，使气泡消除，在 80 的流延加热钢板上加热10 min 后干燥揭膜。本实验要求成膜厚度为 2025 m。1.4微硅粉/PVA 水溶性隔离膜性能测试1.4.1水溶性测试将厚度在实验要求范围内的各组微硅粉/PVA 水溶性隔离膜裁切成尺寸为 10 mm10 mm 的试样，试样中间用十字符号标记，每组试样不少于 3 个。将试样放入在 25 恒温水浴锅的烧杯中，用搅拌棒进行匀速且轻微的搅拌，同时用秒表计时。观察并记录薄膜十字符号开始破裂（开始溶解）时间以及孙艳美，等：预铺式自粘防水卷材用新型水溶性隔离膜的制备与研究129新型建筑材料202302十字符号完全消失（完全溶解于水）的时间。得到 6 组不同比例的微硅粉/PVA 水溶性隔离膜数据，然后进行平均值计算以此作为测试结果。1.4.2拉伸性能测试在 6 组不同比例制备的微硅粉/PVA 水溶性隔离膜中，每组选取 3 个试样，要求表面完整、无气泡，且没有破损。根据GB/T 35513.22017 塑料 聚碳酸酯（PC）模塑和挤出材料第 2 部分：试样制备和性能测试测试断裂伸长率与拉伸强度，试样需要用手工冲压机裁切，试样长度为 50 mm，宽度为10 mm，形似哑铃状。1.5混凝土与防水卷材的剥离性能测试1.5.1样品预处理6 组不同配比制成的微硅粉/PVA 水溶性隔离膜中，每组选取 3 个厚度在 2025 m 的试样，将试样裁切成长 150mm、宽 100 mm 的长方形状薄膜。按照 GB/T 234572017 预铺防水卷材 要求，按 m（水泥）m（砂）m（水）=120.4 制备混凝土。1.5.2混凝土与防水卷材粘接处理将所裁取的薄膜试样贴合在防水卷材上，将新拌混凝土铺于表面。标准条件下养护 7 d 后将被测物裁成宽为 20 mm，长为 150 mm 的长条状，其余部分揭除，参照 GB/T 354672017 湿铺防水卷材 对防水卷材进行 180剥离测试。用改进的数显式推拉力计将混凝土块固定好，夹具固定好后均匀拉动，并记录数据的最大值，每组试样不少于 3 个，最终数据取平均值，实验数据采用 origin 软件进行处理。2结果与分析2.1微硅粉/PVA 水溶性隔离膜性能分析2.1.1不同含量微硅灰对 PVA 水溶性隔离膜水溶性的影响（见表 1）表 1不同含量微硅粉对 PVA 水溶性隔离膜的开始溶解时间和完全溶解时间的影响由表 1 可见，在常温条件下，随着微硅粉含量的增加，水溶性膜的开始溶解时间呈现先减少后增加的趋势，但总体显示对照组与实验组的差异并不明显。微硅粉含量为 1%时，水溶性薄膜的开始溶解时间为 22.3 s，完全溶解时间为 51.0 s。添加微硅粉后的 5 组水溶性隔离膜的开始溶解时间和完全溶解时间分别在 2226 s、4265 s，微硅粉含量对薄膜的水溶解性几乎没有影响，所有数据之间的无规律性变化符合实验误差的条件。2.1.2不同含量微硅灰对 PVA 水溶性隔离膜力学性能的影响（见表 2）表 2不同含量微硅粉对 PVA 水溶性隔离膜拉伸强度和断裂伸长率的影响由表 2 可见，新型环保 PVA 水溶性膜的拉伸强度平均值和断裂伸长率的平均值分别为 13.9 MPa 和 104.0%。随着对照组中微硅粉含量逐渐增加，其拉伸强度呈先提高后降低的趋势，断裂伸长率呈先提高后降低的趋势，当微硅粉含量为2%时的综合力学性能较佳。经实验分析和查阅文献可知，微硅粉中大量占比的 SiO2属于惰性物质16，在一定程度上会使薄膜的拉伸强度降低。与拉伸强度不同，添加适量微硅粉对薄膜的断裂伸长率具有提高作用，当微硅粉含量为 2%时，薄膜的断裂伸长率最大，为130.7%。由于少量微硅粉的存在降低了 PVA 水溶性薄膜中高分子物质的结晶度，提高了分子链柔性，使得制备的新型环保水溶膜的断裂伸长率在一定范围内上升17。2.2微硅粉/PVA 水溶性隔离膜对防水卷材与混凝土剥离性能的影响微硅粉/PVA 水溶性隔离膜贴在防水卷材上，在使用时无需揭膜。因此，探究微硅粉/PVA 水溶性隔离膜对混凝土和防水卷材的粘接性的影响至关重要。微硅粉对剥离性能的影响如表3 所示。表 3不同含量微硅粉对防水卷材与混凝土剥离强度的影响由表 3 可见，将不贴附隔离膜的防水卷材与混凝土的剥离强度作为对照组，其平均值为 1.65 N/mm。贴附占 PVA 质量1%、2%、3%、4%、5%的微硅粉 PVA 水溶性隔离膜的防水卷材与混凝土的剥离强度均高于对照组，较对照组分别提高了6.7%、12.7%、16.3%、20.0%、31.0%。当微硅粉含量为 5%时，剥离强度达到最大值 2.16 N/mm。随着微硅粉含量的增加，防水卷材的剥离强度也随着提高。在水化作用下，微硅粉中的硅会与混凝土浆液中的 Ca（OH）2发生二次水化反应，形成了水化硅酸钙，从而水合物中 Ca/Si 比例下降，使得混凝土的后期强度得以提高。PVA 溶于混凝土中的水后，由于硅灰粉微硅粉含量/%012345开始溶解时间/s23.722.322.723.025.025.3完全溶解时间/s42.051.055.063.058.065.0微硅粉含量/%012345拉伸强度/MPa18.214.115.313.212.110.6断裂伸长率/%102.5122.5130.7100.891.775.8微硅粉含量/%12345剥离强度/（N/mm）1.761.861.921.982.1601.72不贴膜防水卷材1.65孙艳美，等：预铺式自粘防水卷材用新型水溶性隔离膜的制备与研究130NEW BUILDING MATERIALSNEW BUILDING MATERIALS的微细粒子形状及高氧化硅含量使其具有更致密的结构，并与游离的氢氧化钙发生反应，从而增强了混凝土与卷材之间的结合18。3结论（1）微硅粉含量为 PVA 质量的 2%时薄膜综合力学性能较好，其拉伸强度为 15.3 MPa、断裂伸长率为 130.7%。（2）微硅粉含量为 PVA 质量的 5%时，防水卷材与混凝土的剥离强度达到最大值，为 2.16N/mm。（3）在不揭除所制新型水溶性薄膜的情况下能够提高防水卷材与后浇混凝土的粘接性，能够有效地解决夏季揭膜困难以及揭膜后带来的环境污染问题。与传统防水卷材隔离膜相比，基材的环保性和无需揭除的特性使得简化施工流程的同时起到保护环境的作用，新型环保水溶性隔离膜具有良好的应用价值。参考文献：1李藏哲，马玉凤，王永成.一种非沥青基反应型交叉层压膜自粘防水卷材的研制J.中国建筑防水，2015（9）：18-20.2王澜.预铺卷材在综合管廊防水工程中的发展与应用D.武汉：湖北工业大学，2018.3彭磊，胡永文，莫晗松.地下室底板高分子自粘性胶膜防水卷材预铺反粘施工技术J.现代制造技术与装备，2022，58（2）：136-138.4叶吉.高分子自粘胶膜防水卷材及其预铺反粘技术的应用和发展D.武汉：湖北工业大学，2018.5马玉凤，张国珍，李藏哲.自粘防水卷材夏季揭膜难问题研究J.中国建筑防水，2016（14）：32-33.6郭德友.预铺防水卷材应用技术探讨J.中国建筑防水，2010（21）：1-4.7李诗盈.关于建筑废弃物资源化利用管理方法的法制保障研究D.长春：吉林建筑大学，2019.8杨丰，娄晓，骆晏榕.改性淀粉/PVA 水溶性薄膜的制备与性能表征J.山东化工，2021，50（16）：61-62.9黎根盛，曾晖，李瑞，等.水溶性 PVA 薄膜的制备及其改性研究进展J.合成树脂及塑料，2021，38（2）：77-79.10张金梁，卢萍，杨桂生，等.微硅粉理化性能表征与改善研究进展J.矿产综合利用，2021（4）：97-102，96.11李伟，蒋勇.硅灰超量取代水泥对新拌混凝土性能的影响J.居业，2021（6）：137-141.12方小利，刘立明，严继康，等.微硅粉掺量对混凝土性能的影响研究J.混凝土世界，2021（7）：62-65.13张向新，覃盛昆.双掺微硅粉和粉煤灰对钢纤维再生混凝土力学性能的影响J.当代化工，2021，50（4）：775-778，923.14Wang Qinghe，Liu Ruixin，Liu Puyuan，et al.Effects of silicafume on the abrasion resistance of low-heat Portland cementconcreteJ.Construction and Building Materials，2022，329：127-165.15Zheng Shaojun，Liu Tianle，Qu Bo，et al.Experimental investigation on the effect of nano silica fume on physical propertiesand microstructural characteristics of lightweight cement slurryJ.Construction and Building Materials，2022，329：127-172.16马雪松，孟祥豹，肖琴，等.碳酸钙、磷酸二氢氨与二氧化硅对面粉爆炸的抑制作用J.消防科学与技术，2020，39（1）：31-35.17王建芬.水性丙烯酸薄膜断裂伸长率的影响因素J.山西化工，2022，42（3）：4-6.18王晓玲.微纳米掺合料对高抗硫酸盐硅酸盐水泥混凝土性能的影响D.济南：济南大学，2021.孙艳美，等：预铺式自粘防水卷材用新型水溶性隔离膜的制备与研究131