一種新型混凝土防水材料的研究

王 軍 ，吳光蓉 ，許 穎

(1.重慶鵬方路面工程技術(shù)研究院有限公司，重慶市400054；2.重慶中交科技股份有限公司，重慶市 401121)

0 前言

混凝土主要是指以水泥為主要膠凝材料的復(fù)合材料，混凝土材料是工業(yè)和民用建筑以及交通、水利、能源、海洋、市政等建設(shè)工程中用量最大的材料，它構(gòu)成了土木建筑工程的主體或骨架，用于承受各種荷載并在發(fā)揮防滲、隔熱保溫等功能的同時(shí)抵御氣候環(huán)境的侵蝕，即必須具有足夠的耐久壽命。因此混凝土結(jié)構(gòu)與這些工程的使用性能、安全性能、耐久性能以及與環(huán)境的適應(yīng)性都有著極其重要的聯(lián)系，而混凝土的耐久性又是其使用中的最重要性能特征。混凝土的耐久性是指其在外界環(huán)境作用下的表現(xiàn)行為，主要包括抗凍性、抗碳化、抗化學(xué)腐蝕、抗物理侵蝕、抗微生物侵蝕、堿集料反應(yīng)、鋼筋銹蝕等[1]，由于這些性能與混凝土抵抗環(huán)境介質(zhì)的滲透性有密切關(guān)系，因此保護(hù)水泥混凝土的耐久性可從阻隔或減弱環(huán)境介質(zhì)的浸入來(lái)考慮。

本文采用一種新型的滲透性防水密封材料對(duì)混凝土進(jìn)行表面封閉處理，應(yīng)用英國(guó)混凝土結(jié)構(gòu)修補(bǔ)和保護(hù)用產(chǎn)品和系統(tǒng)試驗(yàn)方法對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用評(píng)價(jià)，結(jié)果表明該材料與混凝土匹配性較好，能夠充分發(fā)揮其對(duì)混凝土的固結(jié)和保護(hù)作用。

1 防水材料性能研究

試驗(yàn)用防水密封材料主要由熱固性樹(shù)脂、低分子聚合物的滲透材料以及部分改性劑和溶劑等組成，配方為粘度極低的雙組分溶液，使用時(shí)將A、B組分按照質(zhì)量比1∶1的比例混合。

1.1 防水材料基本性能

防水材料基本性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 防水材料基本性能指標(biāo)

1.2 防水材料應(yīng)用性能評(píng)價(jià)

1.2.1 耐磨性試驗(yàn)研究[2]

本試驗(yàn)參照《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E30-2005)中T0567-2005水泥混凝土耐磨性試驗(yàn)方法進(jìn)行耐磨性試驗(yàn)，但不預(yù)磨，直接磨耗30轉(zhuǎn)試驗(yàn)。制備C30混凝土試件28 d齡期后，混凝土經(jīng)處理分為3組，第一組為不處理混凝土，第二組做噴砂處理，第三組噴砂處理后，涂密封劑并且養(yǎng)護(hù)7 d，耐磨性能試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。

由圖1可見(jiàn)，噴砂處理后，混凝土耐磨性能略有下降，混凝土單位面積磨損量增加1.4%，噴砂處理的混凝土表面，涂刷防水密封材料后，耐磨性能顯著增強(qiáng)，單位面積磨損量比未處理混凝土減少10.4%，因此，混凝土防水封閉材料能改善混凝土表面的耐磨性能，固結(jié)混凝土表面。

1.2.2 透氣性與吸水性試驗(yàn)研究

配制水灰比0.45的C40混凝土試件9塊，試件尺寸100mm×100mm×100mm，養(yǎng)護(hù)至28 d強(qiáng)度后備用。透氣性試驗(yàn)按照BSEN 13579混凝土結(jié)構(gòu)的修補(bǔ)和保護(hù)用的產(chǎn)品和系統(tǒng)疏水性浸漬的烘干試驗(yàn)試驗(yàn)方法進(jìn)行，吸水率試驗(yàn)依照BSEN 13580混凝土結(jié)構(gòu)的修補(bǔ)和保護(hù)用的產(chǎn)品和系統(tǒng)疏水性浸漬的吸水率和耐堿性試驗(yàn)試驗(yàn)方法實(shí)施[3]。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2～表4。

表2 干燥系數(shù)比試驗(yàn)結(jié)果

從以上試驗(yàn)結(jié)果可知，本文研究的新型防水材料透氣性與干燥性能均符合英國(guó)高速公路局《路橋設(shè)計(jì)手冊(cè)》憎水浸漬材料性能指標(biāo)[4]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明，混凝土經(jīng)過(guò)本研究防水材料處理后，能夠較好的抵御外部液體介質(zhì)的侵入，同時(shí)混凝土內(nèi)部潮氣可在使用過(guò)程中呼出，因此該材料能較好的封閉和保護(hù)混凝土。

1.2.3 疏水性浸漬混凝土鹽力凍融試驗(yàn)研究[5]

配制水灰比0.7的C20混凝土試件8塊，試件尺寸100mm×100mm×100mm，養(yǎng)護(hù)至28 d強(qiáng)度后備用。本研究依照BSEN 13580混凝土結(jié)構(gòu)的修補(bǔ)和保護(hù)用的產(chǎn)品和系統(tǒng)鹽力凍融后疏水性浸漬混凝土的質(zhì)量損失的測(cè)定試驗(yàn)方法進(jìn)行，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，普通水泥混凝土在3%質(zhì)量濃度的氯化鈉溶液中凍融破壞較快，而本文新型防水材料密封處理的混凝土抗鹽力凍融的能力提高了4～5倍。

2 防水材料作用機(jī)理分析

A、B組分混合均勻后，用噴灑裝置將其噴灑到混凝土表面，混合物中反應(yīng)性物質(zhì)隨著溶劑和滲透性物質(zhì)向混凝土內(nèi)部滲透的同時(shí)發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，交聯(lián)物質(zhì)不斷的填充混凝土的空隙和內(nèi)部毛細(xì)孔管道，隨著交聯(lián)程度的增加，固化反應(yīng)不斷進(jìn)行，從而對(duì)疏松混凝土起到了固結(jié)補(bǔ)強(qiáng)的作用，另外混凝土內(nèi)部毛細(xì)孔管道被部分的填充，內(nèi)徑變小，由于毛細(xì)作用與表面張力的變化，可以很大程度的阻止外部水分子的進(jìn)入，而混凝土內(nèi)部潮氣在大于0.5 MPa[6]蒸汽壓力的作用時(shí)，混凝土內(nèi)部水分可以通過(guò)毛細(xì)管孔隙自由排出，同時(shí)混合材料在交聯(lián)形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)時(shí)常含有一些非極性的支鏈在主鏈側(cè)端排列，對(duì)水分子的進(jìn)入更形成了一道良好的化學(xué)抵抗力，因此憑借水分或其它溶劑進(jìn)入混凝土內(nèi)部的腐蝕性介質(zhì)將失去其載體的運(yùn)輸作用，從而可以有效避免混凝土遭到外部介質(zhì)的侵蝕，保證混凝土在使用過(guò)程中良好的耐久性。

表3 不同混凝土試件吸水率比試驗(yàn)結(jié)果

表4 試件堿處理后吸水率試驗(yàn)記錄

3 結(jié)論

(1)防水材料對(duì)混凝土耐磨性能能起到促進(jìn)作用。噴砂處理后，混凝土試件粗骨料與結(jié)合料粘結(jié)能力有一定減弱，涂刷密封劑后，密封劑起到固結(jié)補(bǔ)強(qiáng)的作用，單位面積磨損量顯著減少。

(2)防水材料能夠起到較好的防水作用，且有一定的呼吸功能，能夠維持混凝土的良好使用性能。

(3)試驗(yàn)用防水材料為滲透型密封劑，施工時(shí)需根據(jù)混凝土疏松情況分多次噴灑，試件表面不得有密封劑成膜。

(4)該防水材料能夠抵御一定腐蝕性介質(zhì)的侵蝕，具有較好的防凍融，耐堿，抵抗氯離子侵蝕的功能。

(5)材料含有部分溶劑，雖然對(duì)施工影響不大，只要做一般性防護(hù)即可，但溶劑揮發(fā)過(guò)程中不可避免的會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生一定危害，這也將是該材料存在的一點(diǎn)不足，下一步的工作還需要對(duì)其進(jìn)行一定的改進(jìn)和完善。

[1]文梓蕓,等.混凝土工程與技術(shù)[M].武漢理工大學(xué)出版社,2004,69-76.

[2]JTG E30-2005,公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程[S].

[3]Denis A.Chamberlain.TEST REPORT ESRC/2003/CP/01.PAVIX CCC100:Impregnation of Reinforced and Pre-stressed Concrete Highway Structures[J].School of Engineering in City University,LONDON EC1VOHB,2003.

[4]Denis Chamberlain.PaviX CCC100被證實(shí)為硅烷涂料的替代品[J].英國(guó)混凝土月刊,2005(2).

[5]Mistsura Saito,Minuoru Ohta,Hiroshi Ishimori.Chloride Permeability of Concrete Subjected to Freeze and Thaw Damage[J].Cement and Concrete Composites,1994,16(4):233-239.

[6]徐峰,等.涂膜防水材料與應(yīng)用[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006,794-798.