噴涂型滲透結(jié)晶防水材料開發(fā)研究

于福 ，張健 ，陳兵

（1.中交一航局第二工程有限公司，山東 青島 266071；2.中交隧道工程局有限公司第三工程公司，江蘇 南京 210002；3.上海交通大學(xué) 船舶海洋與建筑工程學(xué)院，上海 200240）

0 引言

隨著城市化進程加快，越來越多的城市開始大力開發(fā)地下空間工程——地鐵、停車場、商場、綜合管廊、體育場等，但這些建筑不同程度地受到地下滲漏的影響[1-3]。混凝土作為主體的結(jié)構(gòu)材料在這類建筑工程中廣泛應(yīng)用。由于受到混凝土的材料選用、生產(chǎn)拌制、運輸、入倉、養(yǎng)護及混凝土結(jié)構(gòu)的形狀、大小、模板工藝等諸多施工因素的制約，不可避免出現(xiàn)一些缺陷：如蜂窩、麻面、混凝土溫度裂縫、應(yīng)力裂縫及施工縫等，這些正是其產(chǎn)生滲漏的主要原因。因此，防水處理是混凝土施工的重要一環(huán)。傳統(tǒng)的防水材料，如卷材、防水涂料，雖然呈現(xiàn)出了彈性或柔性，耐久性較好，但與基面混凝土總存在著“隔”的問題，潮濕與滲水始終是其大敵，不宜作背水面和潮濕基面的防水。而一般的防水砂漿類材料，抗裂性差是其致命的弱點。

水泥基滲透結(jié)晶防水材料被認為是一種“涂刷1道防水層，形成2道防水屏障并可隨時修復(fù)新裂紋、自動堵漏功能”的剛性防水材料，非常適合混凝土結(jié)構(gòu)的防水、防滲。自20世紀90年代初進入我國建筑防水市場，至今已有20多年，出現(xiàn)了百余家生產(chǎn)企業(yè)[4-6]。然而，國產(chǎn)化的產(chǎn)品很多在實際工程中并未發(fā)揮其應(yīng)有的防水、抗?jié)B功效，其原因是多方面的，大部分是由于產(chǎn)品本身并未具有滲透結(jié)晶能力。“滲立康”防水涂層是基于水泥基滲透結(jié)晶防水材料基本原理自主研發(fā)的一種采用噴涂工藝施工的防水涂層，由硅酸鹽水泥、納米活性化學(xué)物質(zhì)和石英砂配制而成。本文介紹了該防水涂層的實驗室測試結(jié)果，并對其在地鐵滲漏修復(fù)工程中的應(yīng)用效果進行了分析。

1 試驗

1.1 試驗材料

水泥：海螺P·O42.5水泥；防水材料：“滲立康”固體粉狀噴涂型滲透結(jié)晶型防水材料；石：粒徑為5～20 mm連續(xù)級配碎石；砂：中砂，細度模數(shù)2.4，含泥量小于0.1%；拌和水：自來水。

1.2 試驗方法

參照GB 18445—2012《水泥基滲透結(jié)晶型防水材料》進行基準混凝土試樣和防水層制備，并進行性能測試。

1.2.1 基底混凝土配合比和試樣制作

為了比較涂和不涂“滲立康”防水涂層混凝土的抗?jié)B性能，選擇的混凝土應(yīng)具有一定的強度，同時基底混凝土的抗?jié)B能力又較低，試驗混凝土配比見表1?；炷敛捎肏JZ60A自落式攪拌機攪拌5 min，出料裝模，用高頻振搗器振搗成型，放入養(yǎng)護室中養(yǎng)護24 h后脫模。

表1 基底混凝土的配比 kg/m3

12.2 防水涂層制作與養(yǎng)護

基底混凝土脫模后，用鋼絲刷將試樣兩端面刷毛，清除油污，清洗干凈并除去結(jié)水，使表面處于飽和面干狀態(tài)。按照1.5 kg/m2的防水材料用量分2道涂刷已處理基底混凝土試樣的背水面。當?shù)?道涂刷后，待涂層手觸干時進行第2道涂刷，然后移入標準養(yǎng)護室養(yǎng)護1 d后按規(guī)定進行浸水養(yǎng)護。

1.2.3 抗?jié)B試驗

抗?jié)B試驗參照GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》，初始壓力為0.1 MPa，以后每隔8 h加0.1 MPa，直至所有試件滲水。試件齡期為28 d。

1.2.4 試驗方案

共進行6組抗?jié)B試驗方案研究。

（1）方案1：試樣上、下面均不涂防水涂層，加壓擊穿后，卸下試樣，放回養(yǎng)護室，養(yǎng)護7 d，再進行測試。

（2）方案2：試樣上、下面均不涂防水涂層，加壓擊穿后，維持一定水壓，在背水面涂抹防水涂層，養(yǎng)護7 d，再測試。

（3）方案3：試樣背水面涂抹防水涂層，加壓擊穿后，卸下試樣，放回養(yǎng)護室，養(yǎng)護7 d，再進行測試。

（4）方案4：試樣背水面涂抹防水涂層，加壓擊穿后，卸下試樣，放回養(yǎng)護室，養(yǎng)護7 d，鑿去涂層，再進行測試。

（5）方案5：試樣迎水面涂抹防水涂層，加壓擊穿后，卸下試樣，放回養(yǎng)護室，養(yǎng)護7 d，再進行測試。

（6）方案6：試樣迎水面涂抹防水涂層，加壓擊穿后，卸下試樣，放回養(yǎng)護室，養(yǎng)護7 d，鑿去涂層，再進行測試。

2 試驗結(jié)果與分析

抗?jié)B試驗每組測試6塊，抗?jié)B壓力以第4塊試件擊穿時壓力計算。表2列出了6種方案的抗?jié)B壓力。

表2 抗?jié)B壓力試驗結(jié)果

由表2可見：對于方案1（基準試樣），其28 d抗?jié)B壓力為0.4 MPa，擊穿后，養(yǎng)護7 d，其抗?jié)B壓力為0.2 MPa，表明混凝土自身有一定的自修復(fù)功能，但這種自修復(fù)功能難以滿足工程需求；在方案2中，帶一定水壓下，背水面涂刷防水涂層后，僅養(yǎng)護7 d，其抗?jié)B壓力提高到1.0 MPa，表明了防水涂層中活性物質(zhì)具有迎水滲透并結(jié)晶，實現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)防水修復(fù)功能。對于方案3和方案4，28 d抗?jié)B壓力達到1.3 MPa，為基準試樣的3.3倍；而擊穿后，養(yǎng)護7 d，其抗?jié)B能力可修復(fù)，即使鑿除涂層，其抗?jié)B壓力還達到1.1 MPa，表明防水涂層具有較強的滲透結(jié)晶與修復(fù)功能。在方案5和方案6中，迎水面涂刷“滲立康”防水涂層，其28 d抗?jié)B壓力達到1.4 MPa，效果最佳，依賴于防水涂層本身較強的防水功能，擊穿后，養(yǎng)護7 d，其抗?jié)B壓力達到0.8 MPa，較背水面涂刷試樣降低了33%，而鑿除涂層，其抗?jié)B壓力為0.6 MPa，未能完全恢復(fù)到初始的抗?jié)B能力，這可能與迎水面涂刷防水涂層影響了活性物質(zhì)的滲透與結(jié)晶功能。通過以上幾種試驗方案，表明這種材料具有自愈合的性能，且與混凝土基體形成一個整體，特別是在方案4和方案6，將涂層鑿去，沒有對試件的抗?jié)B性造成太大的影響，說明這種材料不僅是依靠涂層起作用，而是通過晶體滲透到混凝土內(nèi)部堵塞孔隙，起到永久性防水作用。

為了驗證防水涂層活性物質(zhì)滲透結(jié)晶功能，將方案4中除去涂層，分別切取距涂層1.0、1.5、2.0和4.0 mm處進行掃描電鏡觀察，如圖1所示。

圖1 方案4試樣除去涂層不同位置掃描電鏡照片

從圖1可見，水泥水化產(chǎn)物中不同程度地存在一些針狀晶體，且其數(shù)量隨著距涂層距離增加而減少。在離涂層1.5 mm和2.0 mm處，針狀晶體分布較多，基本填充了水化產(chǎn)物中的微孔隙，而在4.0 mm處，針狀晶體數(shù)量明顯降低，但依然還能發(fā)現(xiàn)。這說明，防水涂層中活性物質(zhì)能夠滲透到混凝土內(nèi)部并產(chǎn)生結(jié)晶，起到修復(fù)功能。

3 青島地鐵滲漏修復(fù)工程應(yīng)用

3.1 工程概況

青島地鐵13號線工程位于青島市西海岸經(jīng)濟新區(qū)，沿海岸線修建，總體呈東北-西南走向。線路正線長69.94 km，設(shè)車站23座，其中地下站9座，高架站14座，平均站間距3.13 km，工程概算總投資275億元。

3.2 滲漏水現(xiàn)狀描述

線路地下車站主體混凝土澆筑完成后，各車站不同程度地出現(xiàn)結(jié)構(gòu)混凝土表面滲水現(xiàn)象，主要包含成片濕漬、局部點漏、線漏幾種主要類型，以地鐵站側(cè)墻、轉(zhuǎn)角等結(jié)構(gòu)處尤為嚴重（見圖2），是地下車站施工的質(zhì)量通病之一，對地下車站混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性和后期運維有嚴重影響，必須在施工階段加以防治。

圖2 隧道漏水漬情況

地鐵隧道結(jié)構(gòu)滲水主要是源于外側(cè)地下水通過結(jié)構(gòu)內(nèi)部的毛細管（虹吸作用力）、不密實孔洞、縫隙以及各種裂縫侵入地鐵隧道襯砌結(jié)構(gòu)的內(nèi)部。

3.3 地鐵隧道滲漏修復(fù)處理

圖3 現(xiàn)場噴涂施工照片

由于地鐵還未運行，隧道表面無任何裝飾層，先人工將隧道表面簡單清理干凈，無塵土、油漬及其他污染物。對于表面有明顯滲水漏點，先采用干粉料進行涂撒，待其無積水時，進行后續(xù)噴涂施工。將防水涂層粉料與水按質(zhì)量比1∶0.3進行攪拌混合形成料漿，采用噴涂工藝進行墻面噴涂施工（如圖3所示）。噴涂第1遍，厚度控制在1.0 mm，待涂層初凝后，進行第2遍噴涂，涂層總厚度控制在1.5 mm。噴涂完成后，由于地鐵隧道里面比較陰暗，無需進行特別養(yǎng)護。施工后第2天觀察時，涂層已完全硬化，但表面潮濕且有明顯水珠[見圖4（a）]，第4天觀察時，隧道面上半部已干燥，而有明顯滲漏點部位仍然潮濕且有水珠，7天后整個墻面已干燥，見圖4（b）。

圖4 施工后照片

可見，采用防水涂層對地鐵隧道混凝土墻面進行滲漏處理，施工工藝簡單，無需特殊處理，施工后第7天墻面干燥無滲漏、陰濕現(xiàn)象，滲漏修復(fù)效果顯著。

4 結(jié) 語

“滲立康”防水涂層是一種基于滲透結(jié)晶防水材料原理開發(fā)的剛性防水涂層，具有施工方便，不同工況均具有良好防水功效。防水涂層因其特有的性能在地鐵滲漏水漬修復(fù)工程的應(yīng)用取得了成功，解決了一般防水材料無法滿足此類工程修補要求的難題。這對滲立康防水涂層在水工、地下等其它工程中應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義。