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）

0 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。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。Wang[14]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。Zheng[15]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200r/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20～25μm。

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 mm×10 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 35513.2—2017《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20～25μm的试样，将试样裁切成长150 mm、宽100mm的长方形状薄膜。按照GB/T23457—2017《预铺防水卷材》要求，按m（水泥）∶m（砂）∶m（水）=1∶2∶0.4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20mm，长为150 mm的长条状，其余部分揭除，参照GB/T 35467—2017《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22～26 s、42～65 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。