新型抗裂防滲材料的研制

1.前言

1.1.國內(nèi)外研究情況

建筑工程的防水，是建筑物使用功能中的一項重要內(nèi)容。據(jù)資料統(tǒng)計表明，當(dāng)前我國城市建筑物的漏水率約為60%，竣工的漏水房屋高達(dá)37%，每年城市建筑物滲漏維修費(fèi)用高達(dá)12億元以上。

我國先后開發(fā)了級配集料防水砼、富砂漿防水砼和外加劑防水砼，試圖通過增加砼的密實性來解決自防水問題。由于普通砼存在收縮開裂的致命弱點(diǎn)，雖然一般防水砼的抗?jié)B等級可達(dá)S6～S12，但往往達(dá)不到整體防水效果，其癥結(jié)不在于砼本身的抗?jié)B等級，而在于能否抗裂，砼不開裂或把裂縫控制在無害程度（寬度小于0.1mm）范圍內(nèi)，整體防水才能得到保證。因此，影響砼耐久性的重要因素是砼的開裂問題，它是水泥砼百余年來都未能很好解決的技術(shù)難題。

1.2.抗裂防滲材料研究的設(shè)想

砼防水劑是一種能減少孔隙和填塞毛細(xì)通道、降低吸水性和提高靜水壓力不透水性的外加劑，它可以顯著提高混凝土的抗?jié)B性能，使砼防水防滲水作用增強(qiáng)。目前國內(nèi)外研究最多的是混合系列防水劑，根據(jù)以往國內(nèi)外研究的方法來看，采用混合系防水劑的研究可概括為下列模式：

憎水組分+塑化減水組分+增強(qiáng)組分+膨脹組分+增密組分+引氣組分進(jìn)行復(fù)合研究。

由于達(dá)不到砼整體防水效果的癥結(jié)不在于砼本身的抗?jié)B等級，而在于能否抗裂，因此“裂”是“滲”的重要原因，對施工良好的砼，不裂就是不滲，防滲的前提是抗裂。

基于此思想的指導(dǎo)，本研究將主要著眼于以下四個方面：

（1）具有微膨脹性能，降低砼收縮率，防止砼開裂；

（2）具有提高混凝土的強(qiáng)度，降低混凝土單位用水量的功能；

（3）具有憎水阻孔效能；

（4）采用多組分進(jìn)行復(fù)合研究。

本論文研究主要采用理論和試驗相結(jié)合的方法，擬采用三種組分的復(fù)合方式如下：

膨脹組分+有機(jī)減少憎水組分+增密組分

1.3.單一組分的優(yōu)化和處理

1.3.1膨脹組分

膨脹組分主要是補(bǔ)償砼的收縮，改變砼硬化過程中的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)，從根本上克服砼的本身缺陷，減少收縮裂縫的產(chǎn)生，增強(qiáng)砼的密實度。水泥漿中膨脹產(chǎn)物還能隔斷毛細(xì)孔滲水通道，因而可提高砼的抗?jié)B性。本文采用自行配制的膨脹劑，摻量一般為8%～14%，限制膨脹率為0.02%～0.06%，相應(yīng)產(chǎn)生的自應(yīng)力值為0.2～0.8MPa。

1.3.2增密組分

增密組分不僅能充填砼中的孔隙，同時也具有增強(qiáng)作用。幾種混合材（即增密組分）都能提高砼的抗?jié)B性，但砼干縮隨硅粉摻量的增加而加大，且礦渣泌水現(xiàn)象嚴(yán)重，對砼抗?jié)B性能影響較大，而粉煤灰抗蝕性較高，水化熱低，可減少砼收縮與開裂。本文采用Ⅰ級粉煤灰，作為增密組分。

1.3.3有機(jī)減水憎水組分

此組分的選擇必須具有以下性能：

（1）具有較強(qiáng)的減少效果，能使砼強(qiáng)度明顯提高，增強(qiáng)抗?jié)B性；

（2）對拌合砼的性能應(yīng)具有改善和易性、降低泌水率，提高抗?jié)B性；降低早期放熱速度和延遲水泥水化開始時間的作用；

（3）具有一定的憎水阻孔作用。

根據(jù)上述要求，本實驗選擇萘系高效減水劑復(fù)合其它組分。它與水泥相容性好，緩凝保塑效果好，經(jīng)時坍落度損失低且具有一定的引氣阻孔效果，作為防水劑的有機(jī)減水憎水組分。

2.高性能抗裂防滲混凝土的配制

2.1實驗所用材料

水泥：華新水泥廠生產(chǎn)的堡壘牌525#普通硅酸鹽水泥。

粉煤灰：武漢華電實業(yè)有限公司（陽邏電廠）生產(chǎn)的Ⅰ級粉煤灰。

膨脹劑：自行配制的復(fù)合膨脹劑。

細(xì)集料：巴河中沙，細(xì)度模數(shù)為2.6～2.8，含泥量為0.8%。

粗集料：陽新石灰石，粒度5～20mm，連續(xù)級配，壓碎值為8.8%，針片狀含量為9.6%，含泥量為0.7%

有機(jī)防水劑A：蔡系高效減水劑復(fù)合其他組分，減水率為18%～25%。

水泥和粉煤灰的化學(xué)性能指標(biāo)見表1，水泥的力學(xué)性能見表2所示。

***表1，表2***

2.2.實驗

高性能抗裂防滲混凝土的配合比設(shè)計見表3所示，其實驗結(jié)果見表4。滲水高度的測量方法為在靜水壓5.0MPa下恒壓24小時，然后把試件劈開，測量滲透的高度。

***表3，表4***

2.3.實驗結(jié)果分析

由表4中可見利用膨脹劑、有機(jī)防水劑配制的高性能抗裂防滲材料具有早強(qiáng)高（3d的強(qiáng)度可達(dá)42MPa），后期強(qiáng)度高且穩(wěn)定，并且經(jīng)時坍落度損失低，3小時后大多還有140mm以上，可滿足遠(yuǎn)距離輸送和泵送工程要求。

加入膨脹劑后，混凝土的抗?jié)B性能比基準(zhǔn)混凝土進(jìn)一步得到了增強(qiáng)，由基準(zhǔn)混凝土的3.0cm（靜水壓5.0MPa下）下降到2.0cm（b#），并且具有微膨脹的性能，起到了補(bǔ)償收縮的作用。

比較b#、c#、d#三組試件，我們可以發(fā)現(xiàn)，隨著膨脹劑的摻量的增加，混凝土的膨脹率增大，但工作性和強(qiáng)度下降。因此綜合考慮因素，存在著一個最佳膨脹劑摻量問題。在本實驗中為10%～13%。

粉煤灰的加入使混凝土的工作性得到改善，但隨之而來的是混凝土的膨脹率降低，這是因為粉煤灰和水泥水化生成的CH反應(yīng)生成硅酸鈣等礦物凝膠，導(dǎo)致CH的數(shù)量降低，而形成AFt也需要一定數(shù)量的CH，這樣AFt不能完全形成。

3.復(fù)合防水機(jī)理

由本實驗可知，有機(jī)防水劑A的有機(jī)憎水減水組分具有較高的減水率，其減水率達(dá)18%左右。在保證其他組分用量不變的前提下，可大幅度減水、降低水灰比、提高早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度。這樣可極大地提高極限拉伸強(qiáng)度。并且此減水組分由于可產(chǎn)生均勻而微小的氣泡，因而可以使砼的粘滯性增大，抑制沉降泌水作用。這些氣泡是非開放性的，由于氣泡的阻隔，改變了毛細(xì)管的數(shù)量與特性，減少了砼的滲水通路。另外此減水組分還能使水泥顆粒憎水化，因而也使砼中的毛細(xì)管壁憎水化，這也能阻礙砼的吸水作用，提高砼結(jié)構(gòu)的抗?jié)B能力。

本文所摻膨脹組分屬于鈣釩石膨脹劑。當(dāng)其加入到砼中，膨脹劑中的硫鋁酸鈣和石膏與石灰水化形成的氫氧化鈣相化合而生成有膨脹性的膨脹源鈣礬石。它能起到填充、切斷砼中毛細(xì)孔縫作用，使大孔變小孔，總孔隙率減小，改變砼的結(jié)構(gòu)分布，使其獲得較好的致密性，從而提高了砼的抗?jié)B能力。

在砼中摻入增密組分（本實驗選用粉煤灰）后，由于其具有火山灰活性，它會與水泥在水化過程中生成大量的Ca(OH2)進(jìn)行二次水化反應(yīng)（火山灰反應(yīng)），繼續(xù)生成具有膠凝性質(zhì)的穩(wěn)定的水化硅酸鈣凝膠，增加有益的水化產(chǎn)物數(shù)量，改善砼界面結(jié)構(gòu)和孔隙結(jié)構(gòu)，從而提高砼的強(qiáng)度與密實性。另一方面，粉煤灰的火山灰反應(yīng)導(dǎo)致CH的數(shù)量降低，而形成AFt也需要一定數(shù)量的CH，這樣AFt不能完全形成。因而膨脹率相應(yīng)降低。

4.結(jié)論

通過本試驗研究和理論分析，主要得出如下結(jié)論：

（1）本文嘗試配制高性能抗裂防滲材料，試驗結(jié)果顯示該復(fù)合防水劑（有機(jī)防水劑+無機(jī)膨脹劑）具有較優(yōu)的抗裂防滲性能。其主要性能：減水率可達(dá)18%；3d強(qiáng)度大于42MPa，28d大于60MPa，且具有較好的工作性能，抗?jié)B標(biāo)號達(dá)S40，且具有微膨脹的性能，起到了混凝土補(bǔ)償收縮的作用。

（2）混凝土滲水原因一是混凝土內(nèi)部的孔隙，二是混凝土內(nèi)部的微裂縫所致。前者采用減水增強(qiáng)和增密充填的方法來處理混凝土內(nèi)部的孔隙；后者采用混凝土內(nèi)摻膨脹組分，以發(fā)揮混凝土的自防水的能力。

摘自：中國混凝土網(wǎng)