1聚合物水泥基材料特性概述

由具有膠粘性的聚合物、水泥、水、添加劑等組成的混合料，經凝結并硬化后所形成的材料稱為聚合物水泥基材料。該類材料兼有水泥基材料的耐水性好、耐久、價廉和環(huán)保，以及有機聚合物的柔韌、防水、黏結性強和抗拉強度高等特點，具有極佳的技術性能優(yōu)勢，獲得極為廣泛的應用。

1.1物理力學特性

聚合物水泥基材料的物理力學性能主要指其強度、彈性模量、抗裂性、耐酸堿性、耐水性、抗?jié)B透性等。與水泥基材料和聚合物材料相比，聚合物水泥基材料的抗拉強度、抗折強度和黏結強度等都顯著提高，特別是黏結強度提高幅度很大，這是因為聚合物與被黏結基體的良好膠接作用。抗拉強度的提高主要歸因于微裂紋和其他結構缺陷的減少。聚合物與水泥漿體之間形成互穿網絡，在應力作用下產生裂縫時，聚合物能夠在微裂紋上“架橋”而抑制裂縫擴展，使聚合物水泥基材料的斷裂韌性、變形性能得到提高。此外，拌合物的工作性和分散性的改善使水化水泥漿體的結構均勻致密，也促進了抗拉強度的提高。

由于結構更加密實，聚合物水泥基材料的滲透性大大降低，由此也促進了耐酸堿性、耐水性的改善。聚合物水泥基材料耐溫、濕度變化循環(huán)的能力要比水泥基材料好，這是由于聚合物膜的存在，以及使用聚合物時較低的水灰比及合理的孔結構所致。聚合物水泥基材料彈性模量降低，這是由于聚合物的彈性模量較水泥漿體的彈性模量低得多，彈性模量降低對改善聚合物水泥基材料的變形性有益，這極有利于材料在變溫條件下吸收應力。同時，由于聚合物水泥基材料的抗拉強度提高，延伸性能改善，從而減少干縮裂縫和溫度裂縫的形成。干縮裂縫的減少也與聚合物較高的保水性有關。聚合物水泥基材料隨溫度升高而強度降低，當材料中聚合物含量高時可能還有輕微的可燃性。通常聚合物水泥基材料的使用溫度限制在150℃以下。

1.2施工操作特性

聚合物水泥基材料常常具有更好的施工操作特性，但不同的聚合物會給聚合物水泥基材料帶來不一樣的性能。對于合成樹脂乳液類聚合物來說，由于其中富含表面活性劑，能夠增大拌合物的流動性;分散的聚合物顆粒還能象“滾珠”一樣使水泥及水化產物顆粒更容易相對運動，因而常常能夠使拌合物的施工性得到顯著改善。由于聚合物的分散作用及表面活性劑被吸附到水泥顆粒上，使水泥的水化速度減緩，即對水泥產生緩凝作用，使拌合物的凝結時間延長。一般情況下，這些因素對施工操作性都很有利。乳液的憎水性和膠體性質使新拌聚合物水泥基材料具有良好的保水性，從而減少了對其進行長期潮濕養(yǎng)護的必要。對于聚乙烯醇類水溶性高分子聚合物來說，其水溶液是膠體，黏聚性很大，因而能夠顯著提高拌合物的黏聚性，有效改善施工操作性。

1.3耐久性、耐腐蝕性

聚合物的引入使材料的物理力學性能提高、微觀結構改善且結構缺陷減少，顯著提高材料的抗?jié)B性和凍融耐久性，并使材料具有良好的抗化學侵蝕性，良好的抗氯鹽滲透能力。

1.4成本

聚合物水泥基材料的成本比水泥基材料顯著提高，但目前在不同的應用領域，絕大多數處于能夠接受的范圍，并具有很強的競爭力。聚合物水泥基材料的這些特性，使之極適合于制備某些裝飾性建筑涂料以及功能性建筑涂料。

2聚合物水泥基材料中聚合物對水泥的改性

在聚合物水泥基材料中，當主導材料為水泥時，材料顯示無機水泥的特性，但性能得到顯著改善;反之亦然。這兩種情況在建筑涂料中都存在。

2.1水泥為主導材料

當主導材料是水泥時，聚合物對水泥的改性機理大致可歸納為：

一是聚合物在水泥凝膠中均勻分散，可以防止或減少水分蒸發(fā)和防止干燥基體對水分的吸收，使水泥水化作用更趨完善。

二是聚合物的加入增大了水泥膠凝材料的黏結力。在水泥-聚合物體系中，水泥和聚合物都能起膠黏劑的作用;但聚合物膜的黏結強度遠高于水泥的拉伸強度，而使體系拉伸強度大大提高。聚合物膜在材料中均勻分布，并與水泥凝膠體形成了相互貫穿的網絡，在受到外力作用時，這種結構有利于應力的分散和轉移，阻止或減弱了裂紋的增長。

三是聚合物與水泥水化產物之間存在化學作用。此外，水泥在凝結硬化過程中不可避免地會產生大量孔隙或微裂紋而在材料中形成薄弱部位。加入的聚合物分散并聚集于孔隙壁上，在孔隙壁或微裂紋表面形成一層聚合物膜，對這些薄弱部位產生增強作用。因而，通過聚合物分子的擴散(自黏性)，聚合物粒子在材料中形成不溶于水的連續(xù)聚合物膜，提高對界面的黏結性和對材料本身的改性。聚合物膜分布于水泥水化產物之間，在有應力時起到“架橋”作用，有效吸收和傳遞能量，從而抑制裂紋的形成或擴展。

2.2聚合物為主導材料

主導材料為聚合物的情況更多出現(xiàn)于建筑涂料中。此時，材料在呈現(xiàn)聚合物特性的同時，獲得水泥基材料所賦予的耐水性、透氣性和化學改性作用，使復合材料的性能顯著提高。

3聚合物水泥基材料在建筑涂料中的應用

聚合物水泥基材料在建筑涂料中主要用作基料。由于水泥加水后在很短時間內就會凝結硬化，即使采取緩凝措施也只能夠延長有限的時間，作為產品并無實際意義。因而，聚合物水泥基材料主要用于生產粉狀和雙組分建筑涂料。

3.1粉狀建筑涂料

粉狀聚合物水泥基建筑涂料的聚合物組分為可再分散乳膠粉或者聚乙烯醇微細粉末。在工廠中將各種組分混合均勻制成涂料，使用時只需加水攪拌均勻即可，如復層涂料、仿瓷涂料等。這類涂料的最大優(yōu)勢在于加水攪拌即可使用，便于運輸、存放，避免施工現(xiàn)場準備多種原材料。

3.2雙組分建筑涂料

雙組分建筑涂料為粉料和液料配套包裝供應。與粉狀建筑涂料相比，雙組分建筑涂料也有其性能優(yōu)勢，主要體現(xiàn)于成本低。但當使用時一次的配制量小于一個包裝時，稱量和配比就顯得很麻煩。此外，雙組分建筑涂料包裝量和運輸量也相應增大。因而，有些對成本要求苛刻而又不需要長途運輸的建筑涂料，如聚合物水泥防水涂料，目前仍然是雙組分建筑涂料;有些建筑涂料，例如外墻柔性膩子，則粉狀和雙組分建筑涂料并行不悖。

4聚合物水泥基建筑涂料的性能特征

4.1性能優(yōu)勢

在聚合物水泥基建筑涂料中，聚合物可在干燥環(huán)境下成膜，水泥則在有水存在的條件下固化和水化，這兩種體系的結合，使涂膜具有最佳的物理力學性能。聚合物賦予聚合物水泥基涂料良好的表面性能，既提高了耐沾污性，又保留了純無機涂料原有的透氣性。聚合物水泥基建筑涂料具有許多僅僅使用有機基料制備的涂料所難以得到的性能，例如與水泥基無機基層的黏結強度、耐水性、耐老化性等，均遠遠超出僅使用有機基料或無機基料所能夠達到的效果。

4.2經濟優(yōu)勢

聚合物水泥基建筑涂料由于使用價格低廉的水泥，可以使有機基料的用量顯著降低，從而降低涂料成本。另一方面，液體有機涂料由于需要解決貯存性能，例如防沉淀、霉變以及保持涂料的黏度穩(wěn)定等，需要使用許多助劑，如增稠劑、防霉劑、防凍融劑、分散劑等，而且對這些助劑的性能要求較高，因而其成本在涂料的組成材料中占有很高比例(一般占涂料原材料成本的15%~35%)，而在粉狀或雙組分聚合物水泥基建筑涂料中這些助劑或者根本不需要使用，或者用量很少，或者能夠使用更為廉價的產品(例如分散劑，可以使用六偏磷酸鈉這種具有高效分散性能而又廉價的產品)，從而使涂料的生產成本降低。

4.3生產及其技術優(yōu)勢

按照目前建筑涂料的原材料供應情況，聚合物水泥基建筑涂料所用的原材料絕大多數都是粉狀材料，有少部分可能需要進一步粉磨的原材料用量也很小。因而，其生產只是將各種粉狀材料在干粉混合機中混合均勻即可，生產過程非常簡單，生產技術很容易掌握與控制。生產設備也只需干粉混合機、粉狀材料包裝機、質量控制設備等，投資小。