混凝土防護(hù)材料應(yīng)用性能研究

蔡杰龍，楊永民，2，張君祿

(1.廣東省水利水電科學(xué)研究院，廣東省水利重點(diǎn)科研基地，廣東 廣州 510635；2.華南理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 廣州 510640)

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混凝土防護(hù)材料應(yīng)用性能研究

蔡杰龍1，楊永民1，2，張君祿1

(1.廣東省水利水電科學(xué)研究院，廣東省水利重點(diǎn)科研基地，廣東 廣州 510635；2.華南理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 廣州 510640)

混凝土防護(hù)材料對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性能具有重要的影響。利用模擬試驗(yàn)，通過(guò)遴選當(dāng)前國(guó)內(nèi)使用較廣泛的7種典型防護(hù)材料進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。研究結(jié)果表明，水泥基滲透結(jié)晶防水型涂料對(duì)混凝土的防護(hù)效果最好，氟碳類防護(hù)材料表現(xiàn)次之。

混凝土；防護(hù)材料；應(yīng)用性能；表層結(jié)構(gòu)

混凝土是當(dāng)代最主要的土木工程材料之一，廣泛應(yīng)用在工業(yè)和民用建筑、交通設(shè)施和水利水電工程等領(lǐng)域中，其在確保建筑物安全有效運(yùn)行方面發(fā)揮極其關(guān)鍵的作用[1]。長(zhǎng)期以來(lái)，混凝土材料以優(yōu)異的使用性能和良好的壽命見(jiàn)長(zhǎng)，但本質(zhì)上是一種非均質(zhì)脆性材料，在自然環(huán)境下不可避免會(huì)受到水、二氧化碳、氯離子、硫酸鹽等介質(zhì)的侵蝕而老化、腐蝕，引起混凝土結(jié)構(gòu)劣化，使用壽命縮短[2-3]。

實(shí)際上，混凝土的劣化總是從表面開(kāi)始向內(nèi)擴(kuò)展，外部侵蝕性離子是導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)物耐久性下降的主要原因之一?；炷恋耐獗砻娼?jīng)常承受溫度變化、水流沖刷、干濕交替、凍融循環(huán)等作用，從而不斷風(fēng)化、剝蝕、碳化，隨時(shí)間的推移逐步加劇，最終危及工程安全[4]。

混凝土面防護(hù)材料的使用對(duì)提高混凝土的耐久性能具有重要的作用。因此，本文有必要遴選當(dāng)前國(guó)內(nèi)重要工程使用較為廣泛的幾種典型防護(hù)材料，進(jìn)行防護(hù)性能對(duì)比分析，從而研究不同混凝土面防護(hù)材料的應(yīng)用效果。研究結(jié)果可為國(guó)內(nèi)同類工程中混凝土表面保護(hù)材料的使用提供理論和現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)依據(jù)。

1 試驗(yàn)方法與內(nèi)容

1.1 防護(hù)材料

本試驗(yàn)選定的防護(hù)材料共7種，主要防護(hù)材料類型如表1所示。

表1 防護(hù)材料類型

1.2 基準(zhǔn)混凝土配合比

本試驗(yàn)中混凝土配合比以C 40混凝土進(jìn)行配制，具體混凝土配合比參數(shù)如表2所示。

表2 基準(zhǔn)混凝土配合比

其中，混凝土配合比所用原材料基本物理性能如下所示：

1) 水泥

本文試驗(yàn)所使用的水泥為廣東粵秀集團(tuán)生產(chǎn)的P.Ⅱ42.5R水泥，其化學(xué)組成及基本物理性能如表3和表4所示。

表3 水泥的化學(xué)組成

表4 水泥基本物理性能

2) 河砂

本文試驗(yàn)所使用河砂的表觀密度為2 620 kg/m3，堆積密度為1 330 kg/m3，緊密密度為1 450 kg/m3，細(xì)度模數(shù)為2.6，含泥量為0.3%。

3) 碎石

本文試驗(yàn)所使用的碎石表觀密度為2 650 kg/m3，堆積密度為1 420 kg/m3，緊密密度為1 610 kg/m3，針片狀含量為1.5%，含泥量為0.3%。

4) 減水劑

本文試驗(yàn)所使用的減水劑為瑞龍牌LS—400高效緩凝減水劑(WR-R)，其勻質(zhì)性指標(biāo)為含固量28.11%，密度1.15 g/ml，pH值為7.7，總堿量為5.2%，常規(guī)物理性能如表5所示。

表5 減水劑常規(guī)物理性能

5) 粉煤灰

廣州恒達(dá)資源綜合利用有限公司黃電粉煤灰加工廠生產(chǎn)，表觀密度為2.32 g/cm3，28 d強(qiáng)度活性指數(shù)為70%，需水量比為98%，燒失量為10.15%；其化學(xué)成分如表6所示。

表6 粉煤灰化學(xué)成分

1.3 混凝土防碳化性能試驗(yàn)

混凝土試件在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)28 d，樣品烘干后保留2個(gè)側(cè)面，其余4面利用石蠟進(jìn)行密封，然后按照標(biāo)準(zhǔn)涂覆工藝將相應(yīng)防護(hù)材料分別涂覆于不同混凝土試塊2個(gè)側(cè)面上并根據(jù)工藝要求進(jìn)行相應(yīng)養(yǎng)護(hù)?？瞻讟觿t保留兩個(gè)側(cè)面不涂覆。每種涂料成型試件3個(gè)，將試塊樣品放置標(biāo)準(zhǔn)碳化條件(溫度20 ℃、相對(duì)濕度70%±5%和二氧化碳濃度20%±3%)下進(jìn)行混凝土加速碳化試驗(yàn)。混凝土碳化齡期包括有7 d、14 d、28 d和45 d，具體試驗(yàn)方法參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50082—2009)相關(guān)規(guī)定進(jìn)行；混凝土防碳化性能主要通過(guò)混凝土碳化深度進(jìn)行表征，具體方法參考行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T 23—2011)中相關(guān)規(guī)定進(jìn)行。

1.4 混凝土其它性能試驗(yàn)

本試驗(yàn)中測(cè)試的混凝土其它性能包括混凝土抗?jié)B性能和抗壓強(qiáng)度，混凝土抗?jié)B性能和力學(xué)性能試驗(yàn)方法參考SL 352—2006《水工混凝土規(guī)程》中相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 防護(hù)材料對(duì)混凝土防碳化性能的影響

選擇了7種防護(hù)材料對(duì)混凝土進(jìn)行了防護(hù)，防護(hù)材料對(duì)混凝土防碳化性能結(jié)果如圖1所示。其中空白樣是指未涂覆任何涂料的混凝土樣品，其它代號(hào)是指涂覆了各個(gè)相應(yīng)代號(hào)涂料的混凝土樣品。

圖1 防護(hù)材料對(duì)混凝土防碳化性能的影響

由圖1可知，在碳化齡期45 d內(nèi)，隨著碳化齡期的不斷增長(zhǎng)，空白和涂覆不同防護(hù)材料的混凝土碳化深度均呈現(xiàn)不斷增長(zhǎng)的趨勢(shì)。當(dāng)碳化齡期達(dá)到28 d時(shí)，混凝土碳化深度的增長(zhǎng)逐漸變緩。在同一碳化齡期中，未涂覆防護(hù)材料的混凝土空白樣碳化深度均較已涂覆防護(hù)材料的混凝土試樣要大，這說(shuō)明，S(水泥基滲透結(jié)晶防水型涂料)的防碳化效果最好，X(硅烷底漆+中漆+氟碳面漆)次之，隨后分別是F、D、Q、G和L。

2.2 防護(hù)材料對(duì)混凝土抗?jié)B性能的影響

不同防護(hù)材料對(duì)混凝土抗?jié)B性能的影響，主要通過(guò)混凝土在固定滲透壓力(0.8 MPa)下的滲水高度進(jìn)行表征，結(jié)果如表7所示。

表7 防護(hù)材料對(duì)混凝土滲水高度的影響

由表7可知，涂覆不同防護(hù)材料的混凝土滲水高度相比較空白混凝土樣，均有一定程度的降低，說(shuō)明不同防護(hù)材料對(duì)混凝土的抗?jié)B能力的提高，具有一定的積極作用。其中滲水高度最小的是S，其次是X，然后分別是D、L、F、Q和G。究其原因，S為水泥基滲透結(jié)晶防水材料，是一種用于水泥混凝土的剛性防水材料，與水作用后，材料中所含有的活性化學(xué)物質(zhì)以水為載體在混凝土中滲透，與水泥水化產(chǎn)物生成不同于水的針狀結(jié)晶體，填塞毛細(xì)孔道和微細(xì)裂縫，提高混凝土的致密性和防水性，從而提高混凝土的抗?jié)B能力。X則是由滲透性的硅烷底漆、中漆和氟碳面漆組成的防護(hù)涂層，硅烷底漆能夠滲入到混凝土表面孔隙中填塞毛細(xì)孔道和微細(xì)裂縫，達(dá)到透氣不透水的效果，中漆和面漆則能形成一道完整的高分子保護(hù)膜，防止外界環(huán)境中酸性氣體和酸雨液體等侵蝕。由此說(shuō)明，X清水混凝土保護(hù)劑也能較大程度提高混凝土的抗?jié)B能力。而其它的防護(hù)材料多數(shù)以防護(hù)為主，相對(duì)而言，對(duì)混凝土的抗?jié)B能力提高程度有限。

通過(guò)涂覆不同防護(hù)材料后混凝土滲透高度的結(jié)果可知，不同防護(hù)材料提高混凝土抗?jié)B能力的程度為：S>X>D>L>F>Q>G>空白樣。

2.3 防護(hù)材料對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響

1) 酸腐蝕后混凝土抗壓強(qiáng)度

以一定比例的濃硫酸、濃硝酸、濃鹽酸和水制得pH≈3.0的模擬酸雨溶液?；鶞?zhǔn)試塊放置于水中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，“酸腐蝕后的平行試塊”則放置于模擬酸雨溶液中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。所有試塊養(yǎng)護(hù)至標(biāo)準(zhǔn)齡期28 d后進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如表8所示。

表8 酸腐蝕對(duì)涂覆不同防護(hù)材料混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

由表8結(jié)果可知，涂覆了防護(hù)材料的混凝土經(jīng)過(guò)28 d的酸腐蝕后試塊抗壓強(qiáng)度保留率均較空白樣品高，即說(shuō)明防護(hù)材料對(duì)混凝土抵抗外界酸性物質(zhì)的侵蝕有一定的積極作用。未做任何防護(hù)的混凝土空白樣，經(jīng)28 d酸腐蝕后的混凝土抗壓強(qiáng)度保留率僅為67.4%，28 d混凝土抗壓強(qiáng)度損失超過(guò)30%，而涂覆S的混凝土抵抗酸腐蝕能力最大，28 d抗壓強(qiáng)度保留率達(dá)到了93.9%，強(qiáng)度損失較少，僅6%。其次，抵抗酸腐蝕能力較好的是X，28 d抗壓強(qiáng)度保留率為87.5%，接下來(lái)抵抗酸溶液侵蝕能力大小分別是F、Q、D、L和G。

2) 濕冷熱循環(huán)后混凝土抗壓強(qiáng)度

基準(zhǔn)試塊放置于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。濕冷熱循環(huán)后的平行試塊則分別循環(huán)放置于濕度為95%、低溫條件(-20 ℃)和高溫條件(60 ℃)下環(huán)境各8 h進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。所有試塊養(yǎng)護(hù)至標(biāo)準(zhǔn)齡期28 d后進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如表9所示。

表9 濕冷熱循環(huán)對(duì)涂覆不同防護(hù)材料混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

由表9結(jié)果可知，涂覆了防護(hù)材料的混凝土經(jīng)過(guò)28 d的濕冷熱循環(huán)后試塊抗壓強(qiáng)度保留率均較空白樣品高，即說(shuō)明防護(hù)材料對(duì)混凝土抵抗?jié)窭錈嵫h(huán)有一定的積極作用。未做任何防護(hù)的混凝土空白樣，經(jīng)28 d濕冷熱循環(huán)后混凝土抗壓強(qiáng)度保留率為85.9%，28 d混凝土抗壓強(qiáng)度損失大約為14%，而涂覆S的混凝土抵抗?jié)窭錈嵫h(huán)能力最大，28 d抗壓強(qiáng)度保留率達(dá)到了94.7%，強(qiáng)度損失較少，僅大約為5%。其次，抵抗?jié)窭錈嵫h(huán)能力較好的是X，28 d抗壓強(qiáng)度保留率也達(dá)到93.0%，強(qiáng)度損失為7%。接下來(lái)抵抗?jié)窭錈嵫h(huán)能力大小分別是Q、D、L、F和G。

3 結(jié)語(yǔ)

1) 混凝土防護(hù)材料能在一定程度上提高混凝土的抗碳化性能、抗?jié)B性能、抗酸腐蝕性能和抗?jié)窭錈嵫h(huán)性能。

2) 在7種不同混凝土面防護(hù)材料中，水泥基滲透結(jié)晶型防水型涂料對(duì)混凝土的防護(hù)效果均表現(xiàn)最佳，而以硅烷底漆+中漆+氟碳面漆為體系的防護(hù)材料表現(xiàn)次之。

[1] 蔡杰龍，楊永民，陳澤鵬,等.混凝土表面防護(hù)材料應(yīng)用分析[J].廣東水利水電，2014(11)：67-71．

[2] 柳俊哲.混凝土碳化研究與進(jìn)展(1)——碳化機(jī)理及碳化程度評(píng)價(jià)[J].混凝土，2005(10)：10-13．

[3] 謝東升.高性能混凝土碳化特性及相關(guān)性能的研究[D].南京：河海大學(xué)，2005．

[4] 鄒濤，李珍，韓煒，等.混凝土表面保護(hù)材料的研究進(jìn)展[J].混凝土，2008(12)：66-68．

(本文責(zé)任編輯 王瑞蘭)

Application Performance of Concrete Surface Protective Material

CAI Jielong1, YANG Yongmin1,2, ZHANG Junlu1

(1.Guangdong Research Institute of Water Resources and Hydropower，Guangdong Provincial Key Scientific Research Base, Guangzhou 510635，China;2.South China University of Technology, School of Materials Science and Engineering, Guangzhou 510640，China)

Concrete surface protection materials have great effect on the durability of concrete structure. In this article, seven typical protection materials which are widely used at home are selected to contrast and analyze by simulation experiment. The result shows that the protective effect of the cementitious capillary crystalline waterproofing material is best. The fluorocarbon coating takes the second place.

concrete； protection materials； application performance； surface structure

2016-08-07;

2016-08-20

蔡杰龍(1987)，男，碩士，工程師，主要從事水泥混凝土及外加劑等建筑材料研究。

TV431

A

1008-0112(2016)09-0035-04