結(jié)構(gòu)自防水材料的研究與應(yīng)用

彭 博,沈志遠(yuǎn),張 斌,丁兆東

(1.合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利工程學(xué)院，安徽 合肥 230009；2.安徽鴻路鋼結(jié)構(gòu)(集團(tuán))股份有限公司，安徽 合肥 231100;3.中鐵一局集團(tuán)第五工程有限公司，陜西 寶雞 721006)

0 引 言

混凝土滲漏問(wèn)題一直是困擾建筑行業(yè)的難題之一,造成混凝土滲漏的原因主要是由于混凝土裂縫的產(chǎn)生,形成了滲透通道[1]。混凝土作為工程項(xiàng)目中最重要的材料之一,其性能直接影響到建筑的質(zhì)量。當(dāng)混凝土出現(xiàn)滲漏問(wèn)題時(shí),會(huì)大大降低結(jié)構(gòu)的耐久性,給工程帶來(lái)危害,并造成直接或間接的經(jīng)濟(jì)損失,由此可見(jiàn)提高混凝土抗?jié)B性的重要意義。為了更好地提高混凝土的抗?jié)B性能,可以從根源出發(fā),改善混凝土材料的性能,對(duì)材料組分和配比進(jìn)行優(yōu)化,從而提高混凝土的密實(shí)性和抗?jié)B性,使結(jié)構(gòu)防水性能更加持久,達(dá)到治本的目的。

1 自防水材料研究現(xiàn)狀

早在上個(gè)世紀(jì)50年代,我國(guó)就從德國(guó)引進(jìn)了連續(xù)級(jí)配防水混凝土,其較小的孔隙率大大提高了混凝土的防水抗?jié)B性能,但由于其復(fù)雜的施工工藝和較高的使用成本,連續(xù)級(jí)配防水混凝土尚未在國(guó)內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用[2];20世紀(jì)60年代,冶金部等單位提出富砂漿防水混凝土,這種混凝土克服了連續(xù)級(jí)配防水混凝土對(duì)級(jí)配要求嚴(yán)格的缺點(diǎn),將重心放在了水泥砂漿的質(zhì)量上,提高水泥用量和砂率,加強(qiáng)早期養(yǎng)護(hù),并在許多實(shí)際過(guò)程中取得了較好的效果;20世紀(jì)70年代,外加劑防水混凝土在國(guó)內(nèi)得到發(fā)展,在混凝土中摻加減水劑、三乙醇胺、氯化鐵以及引氣劑等外加劑,可以提高混凝土的密實(shí)度,增強(qiáng)混凝土的防水抗?jié)B性能[3];20世紀(jì)80年代,水泥膨脹劑和膨脹水泥的研發(fā)成功,改善了混凝土由于干縮和冷縮導(dǎo)致結(jié)構(gòu)防水性能和耐久性的降低,使得自防水材料的發(fā)展取得了一個(gè)新的突破[4];隨著我國(guó)土木工程的迅速發(fā)展,關(guān)于結(jié)構(gòu)自防水材料的研究也越來(lái)越多,2007年,賈恒瓊[5]在混凝土中摻入抗?jié)B防裂劑ZSFS1000,提高了混凝土的密實(shí)度,改善了混凝土的耐久性和力學(xué)性能;2009年,陳斌[6]等人以寧波軌道交通工程為基礎(chǔ),對(duì)混凝土自防水性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究,對(duì)比研究了粉煤灰、膨脹劑、抗裂密實(shí)劑以及抗裂防水劑等因素對(duì)混凝土性能的影響;2016年,池州長(zhǎng)江大橋項(xiàng)目[7]首次采用了皮膚功能混凝土,其白色纖維皮膚功能混凝土可以在結(jié)構(gòu)物外表面形成皮膚效應(yīng),增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性、耐久性以及觀賞性;

2 外加劑防水混凝土

2.1 減水劑防水混凝土

減水劑防水混凝土是通過(guò)摻入適量減水劑來(lái)提高混凝土的抗?jié)B性能,減水劑能夠顯著降低水的表面張力,使水泥顆粒分散,改善新拌混凝土的和易性,有利于形成均勻密實(shí)的混凝土結(jié)構(gòu)。大量研究表明,減水劑能夠降低混凝土拌合物的泌水率,當(dāng)摻入的減水劑具有引氣作用,泌水率甚至能夠降低58%～78%,大幅度提高混凝土的抗?jié)B能力[8]。其次減水劑可以在保持混凝土坍落度和強(qiáng)度基本不變的情況下,減少用水量和水泥用量,降低水化熱,避免結(jié)構(gòu)絕熱溫升過(guò)高產(chǎn)生裂縫,保證防水效果。

2.2 三乙醇胺防水混凝土

三乙醇胺一開(kāi)始是作為早強(qiáng)劑來(lái)加速混凝土早期強(qiáng)度來(lái)使用,到了20世紀(jì)70年代,人們開(kāi)始在混凝土拌合物中摻加三乙醇胺來(lái)提高混凝土的抗?jié)B能力。三乙醇胺防水混凝土主要依靠三乙醇胺的催化作用來(lái)加速水泥的水化進(jìn)程,在早期就可以生成較多的水化產(chǎn)物,使混凝土內(nèi)較多的游離水結(jié)合為結(jié)晶水,使游離水的蒸發(fā)量減少,從而使蒸發(fā)后留下的毛細(xì)管通路和孔隙減少,提高混凝土的抗?jié)B能力。當(dāng)氯化鈉、亞硝酸鹽等無(wú)機(jī)鹽和三乙醇胺共同作用時(shí),能夠促進(jìn)水泥與無(wú)機(jī)鹽反應(yīng)生成絡(luò)合物,堵住混凝土內(nèi)部的毛細(xì)管通路和空隙,提高密實(shí)性。三乙醇胺防水混凝土具有顯著的抗?jié)B能力,能夠提高3倍以上的抗?jié)B壓力[9]。

2.3 氯化鐵防水混凝土

氯化鐵防水混凝土主要是通過(guò)在混凝土拌合物中摻入少量的氯化鐵防水劑來(lái)提高混凝土的密實(shí)度和抗?jié)B性。氯化鐵防水劑主要由氯化鐵、硫酸鋁、氯化亞鐵以及阻銹成分等組成,水泥的水化產(chǎn)物Ca(OH)2可以與無(wú)機(jī)鹽發(fā)生反應(yīng),生成不溶于水的絮狀凝膠物,從而堵塞混凝土內(nèi)部的空隙網(wǎng)絡(luò)和毛細(xì)孔滲水通道,提高混凝土的密實(shí)性和不透水性,形成密實(shí)結(jié)構(gòu)。凝膠物體的產(chǎn)生還可以使混凝土的泌水減少,進(jìn)一步增加混凝土的密實(shí)性。其次水泥中的鋁酸三鈣還可以與硫酸鋁發(fā)生反應(yīng),生成具有微膨脹作用的水化硫鋁酸鈣,達(dá)到抗?jié)B防水作用。在拌合物中摻加氯化鐵防水劑后,不僅能提高混凝土的密實(shí)性,還能提高混凝土的抗凍性和耐腐蝕性,而且氯化鐵防水混凝土的耐油性還可以用以建造汽油、輕柴油以及食用油的貯罐[10]。

2.4 引氣劑防水混凝土

引氣劑可以提高混凝土的流動(dòng)性,改善拌合物的和易性、粘聚性和保水性,減少泌水和分層離析,并且在拌合過(guò)程中引入大量的微小氣泡,彌補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)的缺陷,大幅度提高混凝土的密實(shí)性和抗?jié)B性。在混凝土中摻入引氣劑后,形成大量均勻分布的氣泡在拌合物中產(chǎn)生類似滾珠的作用,提高混凝土保水性,增加混凝土拌合物稠度,減少泌水,等到混凝土硬化后,這些閉合而穩(wěn)定的氣泡就能夠切斷毛細(xì)管的通路,使混凝土微結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化。引氣劑防水混凝土具有抗?jié)B性和耐久性較好的優(yōu)點(diǎn),抗凍性提高了3～4倍,多適用于高寒地區(qū)、抗凍性能要求較高的防水工程,但引氣劑存在的引氣困難、穩(wěn)泡較差的技術(shù)瓶頸仍然有待深入研究[11]。

3 膨脹水泥防水混凝土

雖然普通防水混凝土和外加劑防水混凝土都具有較好的抗?jié)B性和密實(shí)性,但是即使在混凝土中摻加了外加劑,依然不能夠很好的解決混凝土的收縮開(kāi)裂問(wèn)題,混凝土在水化硬化的過(guò)程中,難免會(huì)產(chǎn)生干燥收縮、溫度收縮以及化學(xué)減縮等收縮,這會(huì)使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力,造成不同程度的微裂縫產(chǎn)生,從而使混凝土的抗?jié)B性、強(qiáng)度、耐久性等性能大幅度下降。膨脹水泥防水混凝土通過(guò)膨脹源在凝結(jié)的過(guò)程中產(chǎn)生一定的體積膨脹,以此來(lái)抵消和補(bǔ)償混凝土的收縮,減小微裂縫的產(chǎn)生,在混凝土的硬化后期,水化硅酸鈣、氫氧化鈣和鈣礬石交織在一起,不斷填充、堵塞、切斷連通的毛細(xì)孔道,改善了混凝土的空隙結(jié)構(gòu),形成了非常致密的水泥石,從而使混凝土的抗?jié)B性能提高。

自由膨脹情況下,膨脹會(huì)降低混凝土的物理力學(xué)性能和耐久性,隨著膨脹劑摻量的增加,混凝土的自由膨脹率隨之增大,當(dāng)自由膨脹率超過(guò)一定值時(shí),混凝土的基本力學(xué)性能和耐久性會(huì)產(chǎn)生明顯劣化。當(dāng)膨脹水泥防水混凝土存在適當(dāng)限制時(shí),混凝土的強(qiáng)度一般大于20 MPa。在實(shí)際工程中,混凝土材料存在著配筋和限制部位等約束條件,相比于普通混凝土,膨脹水泥防水混凝土的基本力學(xué)性能和耐久性要更好[12]。

溫度對(duì)于膨脹水泥防水混凝土的影響較大,當(dāng)施工溫度小于5 ℃時(shí),鈣礬石的產(chǎn)生十分緩慢,會(huì)導(dǎo)致這種膨脹水泥防水混凝土的強(qiáng)度和膨脹率降低,對(duì)于氧化鎂膨脹水泥防水混凝土雖然膨脹率高但是強(qiáng)度較低[13]。當(dāng)施工溫度大于80 ℃時(shí),會(huì)導(dǎo)致鈣礬石脫水分解,使混凝土強(qiáng)度和抗?jié)B性降低。因此膨脹水泥防水混凝土的澆筑溫度應(yīng)控制在5 ℃～35 ℃,同時(shí),要加強(qiáng)對(duì)膨脹水泥防水混凝土工程的養(yǎng)護(hù),一般需要保溫保濕14 d。

4 水泥基滲透結(jié)晶型防水材料

4.1 水泥基滲透結(jié)晶型防水材料性能

水泥基滲透結(jié)晶型防水材料(Cementitious Capillary Crystalline Waterproofing Materials,簡(jiǎn)稱CCCW)是以硅酸鹽水泥或或普通硅酸鹽水泥、石英砂為主要成分,摻入適量的活性化學(xué)物質(zhì)制成的粉狀材料。水泥基滲透結(jié)晶型防水材料最早產(chǎn)生于二戰(zhàn)時(shí)期[14],于20世紀(jì)80年代引進(jìn)我國(guó),并在工程中取得了良好的防水效果,隨后,該材料的研究得到了眾多學(xué)者的關(guān)注。作為新一代的防水材料,水泥基滲透結(jié)晶防水材料屬于剛性防水范疇,根據(jù)實(shí)際情況,可以分為外涂和內(nèi)摻兩種[15]。活性化學(xué)物質(zhì)是其最重要的組分,不同的水泥基滲透結(jié)晶型防水材料中所含的活性化學(xué)物質(zhì)各不相同,根據(jù)作用可以劃分為兩類:一類是防水劑、膨脹劑和引氣劑等各類混凝土外加劑,摻入不同的外加劑,其具體的效果和功能也不相同;另一類是活性陰離子催化劑,可以使Ca2+和SiO32-在極低的濃度下進(jìn)行反應(yīng),生成水化硅酸鈣并加快反應(yīng)速率。

4.2 水泥基滲透結(jié)晶型防水材料組成及其作用

水泥基滲透結(jié)晶型防水材料主要是由普通硅酸鹽水泥和石英砂、活性母料以及水組成,其作用如下:

(1)普通硅酸鹽水泥和石英砂。普通硅酸鹽水泥和石英砂不僅可以作為反應(yīng)物,與未完全水化的凝膠材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng),還可以作為成膜物質(zhì),其中水泥可以發(fā)揮粘結(jié)的作用,石英砂則可以充當(dāng)骨料,提高強(qiáng)度,支撐骨架。此外,水泥和石英砂還可以使活性母料均勻分布,發(fā)揮載體功能。

(2)活性母料?；钚阅噶嫌啥喾N活性化學(xué)物質(zhì)組成,包括陰離子催化劑以及復(fù)合外加劑。與許多外加劑和膨脹劑的機(jī)理類似,復(fù)合外加劑可以在水中聚合增長(zhǎng),并于溶液中的離子反應(yīng)生成不溶性晶體,從而堵住裂縫或孔洞。例如復(fù)合外加劑可以與鈣離子反應(yīng),生成不溶于水的晶體,或者與氫氧化鈣或氫氧化鋁反應(yīng)生成鈣礬石?；钚躁庪x子催化劑可以與鈣離子發(fā)生螯合作用形成可溶性絡(luò)合物,當(dāng)絡(luò)合物遇到硅酸根離子和氯酸根離子時(shí),絡(luò)合物中的鈣離子便與其生成更加穩(wěn)定的不溶性晶體,而活性物質(zhì)形成的自由基又可以與鈣離子進(jìn)行螯合作用,以此往復(fù),其數(shù)量可以保持不變,起到加速鈣離子與硅酸根和鋁酸根等離子基團(tuán)的反應(yīng)速率,還可以促使鈣離子在較低濃度下發(fā)生反應(yīng),使反應(yīng)的進(jìn)行更加徹底和完善。

(3)水。水作為溶劑不僅可以為反應(yīng)提供條件,而且可以作為反應(yīng)物與Ca2+和 SiO32-反應(yīng)生成CaSiO3·nH2O。

4.3 水泥基滲透結(jié)晶型防水材料防水機(jī)理

對(duì)于水泥基滲透結(jié)晶型防水材料的防水機(jī)理,目前主要有兩種觀點(diǎn):沉淀反應(yīng)機(jī)理和絡(luò)合沉淀反應(yīng)機(jī)理。這兩種觀點(diǎn)均在一定程度上解釋了水泥基滲透結(jié)晶型防水材料的防水機(jī)理,但為了更好的認(rèn)識(shí)和應(yīng)用該材料,還需要進(jìn)一步的研究。

4.3.1 沉淀反應(yīng)機(jī)制

由于混凝土中存在大量的Ca+,且水化產(chǎn)物中的Ca(OH)2會(huì)嚴(yán)重影響到混凝土的強(qiáng)度和耐久性。因此利用Ca+生成可以提高混凝土密實(shí)性和強(qiáng)度的晶體,不僅可以降低Ca+的含量,而且在一定程度上提高了混凝土的防水抗?jié)B性能。因此當(dāng)水泥基滲透結(jié)晶型防水材料中的活性材料滲透進(jìn)混凝土中,在水的作用下與Ca+等堿性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成硅酸鹽和鋁酸鹽等不溶性結(jié)晶體,這些晶體可以起到填補(bǔ)裂縫和空隙的作用,大大增強(qiáng)了混凝土的密實(shí)性,從而起到防水的目的。此外,水泥基滲透結(jié)晶型防水材料在一定程度上還可以使鋼筋表面形成一層鈍化膜,阻止CO2等氣體進(jìn)入混凝土內(nèi)部,保持內(nèi)部PH穩(wěn)定,防止混凝土發(fā)生碳化。當(dāng)處于干燥狀態(tài)時(shí),活性物質(zhì)便會(huì)進(jìn)入休眠期,當(dāng)有新的水再次滲入時(shí),活性物質(zhì)會(huì)再次被激活,重新反應(yīng)生成提高混凝土密實(shí)性的物質(zhì)。其反應(yīng)原理如下圖所示。

圖1 沉淀反應(yīng)機(jī)理圖[16]

4.3.2 絡(luò)合沉淀反應(yīng)機(jī)理

絡(luò)合沉淀反應(yīng)機(jī)理認(rèn)為活性物質(zhì)中存在可以與鈣離子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)的離子。當(dāng)Ca(OH)2濃度較高時(shí),活性物質(zhì)可以與游離的Ca2+發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)生成絡(luò)合物,這種絡(luò)合物易溶于水且不穩(wěn)定,因此當(dāng)其遇到硅酸根離子和氯酸根離子時(shí),絡(luò)合物中的鈣離子便與其生成更加穩(wěn)定的不溶性晶體。此時(shí)活性陰離子形成自由基又可以隨水遷移與Ca2+進(jìn)行絡(luò)合,且陰離子的數(shù)量能夠保持穩(wěn)定。

絡(luò)合沉淀反應(yīng)機(jī)理如下圖所示,其可描述為B2-(活性基團(tuán))獲得Ca2+后形成Ca2+=B2-(不穩(wěn)定的絡(luò)合物),該絡(luò)合物隨水遷移遇到活性更高的物質(zhì)SiO32+,與其生成更加穩(wěn)定難溶的物質(zhì)CaSiO3·n(H2O),并在裂縫中沉淀,封閉空隙,而分離出的B2-繼續(xù)擴(kuò)散與Ca2+生成不穩(wěn)定的絡(luò)合物,以此往復(fù)。

圖2 絡(luò)合沉淀反應(yīng)機(jī)理圖[16]

綜述所述,我們可以看出沉淀反應(yīng)機(jī)理與絡(luò)合沉淀反應(yīng)機(jī)理最大的區(qū)別在于活性物質(zhì)在結(jié)晶反應(yīng)過(guò)程中是否被消耗。沉淀反應(yīng)機(jī)理認(rèn)為活性材料滲透進(jìn)混凝土中,在水的作用下與Ca+等堿性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后會(huì)被消耗,而絡(luò)合沉淀反應(yīng)機(jī)理認(rèn)為活性物質(zhì)在反應(yīng)中更多是充當(dāng)催化劑的作用,不斷地發(fā)揮其催化作用而并不會(huì)被消耗,因此可以說(shuō)水泥基滲透結(jié)晶型防水材料具有永久性防水能力。

4.4 水泥基滲透結(jié)晶型防水材料特點(diǎn)

傳統(tǒng)防水材料只是在混凝土表面形成一層防水層,防水能力有限,在經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后,其防水抗?jié)B能力將逐漸下降。與傳統(tǒng)防水材料相比,水泥基滲透結(jié)晶型防水材料具有更高的抗?jié)B性能、更好的抗凍性能、自我修復(fù)能力、能夠抗碳化保護(hù)鋼筋以及環(huán)保無(wú)公害等優(yōu)點(diǎn)[17]。

4.4.1 抗?jié)B性

水泥基滲透結(jié)晶型防水材料最基本的特點(diǎn)就是抗?jié)B性。在實(shí)際工程中,其使用方式有兩種:內(nèi)摻和外涂。內(nèi)摻即將水泥基滲透結(jié)晶型防水材料與混凝土均勻拌合,通過(guò)減少水滲入的路徑來(lái)提高混凝土的抗?jié)B性能。外涂即在混凝土表面直接涂抹,然后與水一起滲入裂縫之中,在裂縫中形成不溶性晶體來(lái)提高混凝土的抗?jié)B性。水泥基滲透結(jié)晶型防水材料可以多次重復(fù)生成結(jié)晶,因而具有良好的抗?jié)B性能,且效果持久。

4.4.2 抗凍性

當(dāng)溫度降低時(shí),混凝土中水結(jié)冰引起體積變化,產(chǎn)生的膨脹壓力會(huì)導(dǎo)致混凝土的凍融破壞,此外,水的遷移產(chǎn)生的滲透壓力也會(huì)使混凝土受到破壞。水泥基滲透結(jié)晶型防水材料可以減少混凝土中水的滲入,在一定程度上提高混凝土的抗凍性。

4.4.3 自我修復(fù)能力

所謂混凝土的自愈性,即混凝土開(kāi)裂后,水滲入混凝土之中與尚未完全水化的水泥顆粒發(fā)生反應(yīng),生成的不溶性結(jié)晶將裂縫堵塞。水泥基滲透結(jié)晶型防水材料的主要成分為硅酸鹽水泥和活性母料,由于活性母料的存在,大大的提高了混凝土的自愈能力。

4.4.4 抗碳化性

水泥基滲透結(jié)晶型防水材料在一定程度上還可以使鋼筋表面形成一層鈍化膜,阻止CO2等氣體進(jìn)入混凝土內(nèi)部,保護(hù)鋼筋并防止混凝土碳化。

4.4.5 無(wú)毒、環(huán)保性

大多數(shù)的防水材料由化學(xué)材料和聚合物組成,亦或摻有高分子防水劑,相比之下,水泥基滲透結(jié)晶型防水材料無(wú)毒無(wú)害,具有綠色環(huán)保特性,對(duì)環(huán)境影響較小,可以適用于飲水工程[18]。

5 皮膚功能混凝土

皮膚功能混凝土是由國(guó)內(nèi)池州長(zhǎng)江大橋項(xiàng)目首創(chuàng),其索塔外層采用36 cm厚的白色纖維耐久混凝土,使混凝土結(jié)構(gòu)物外表面形成仿生學(xué)的“皮膚效應(yīng)”,有效的提高了混凝土的抗?jié)B性、耐久性、抗裂性和觀賞性,并且節(jié)約了施工成本。

皮膚功能混凝土[19]采用了P.W 52.5水泥,其3 d和28 d的抗壓強(qiáng)度分別為45.8 MPa、68.2 MPa,相比于P.Ⅱ52.5水泥,強(qiáng)度富裕較大,可以通過(guò)摻加足夠的摻合料來(lái)降低水化熱的影響。此外,皮膚功能混凝土還通過(guò)限制水泥的比表面積和鋁酸三鈣的含量降低混凝土早期的水化速度,避免表面裂縫的產(chǎn)生。粉煤灰和礦粉可以明顯改善皮膚功能混凝土的工作性能。皮膚功能混凝凝土采用F類粉煤灰和S95級(jí)礦粉,隨著粉煤灰摻量的增加,混凝土流動(dòng)度逐漸改善,但外觀白度變差,推薦的粉煤灰摻量為5%～10%。礦粉對(duì)外觀白度的影響較小,可以適當(dāng)增加礦粉的摻量。硅粉選用900D硅粉,可以保證皮膚功能混凝土的密實(shí)性和耐久性,纖維采用玄武巖短切纖維合股絲,能夠有效的控制皮膚功能混凝土的早期收縮裂縫。

6 功能梯度混凝土

功能梯度材料(FGM)是根據(jù)具體的使用要求,將兩種或以上具有不同性能的材料進(jìn)行復(fù)合,材料構(gòu)成要素從一面向另一面逐漸變化,從而使性能和功能相應(yīng)于不同性能材料組成和結(jié)構(gòu)的變化呈連續(xù)平穩(wěn)變化的非勻質(zhì)復(fù)合材料。它是由日本學(xué)者新野正之[20]提出,并廣泛應(yīng)用于航天航空、化學(xué)、生物、光學(xué)等領(lǐng)域,近些年,功能梯度材料在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用得到了許多學(xué)者的關(guān)注和研究。

在高壓富水和惡劣環(huán)境中,地下工程對(duì)混凝土的抗?jié)B性和耐久性要求較高,現(xiàn)有的技術(shù)很難滿足,不利于地下工程服役壽命長(zhǎng)的要求。需要改變現(xiàn)有的混凝土設(shè)計(jì)思路,對(duì)地下工程的混凝土材料進(jìn)行優(yōu)化,才能更好的適應(yīng)工程需要。功能梯度混凝土將混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與功能梯度的概念結(jié)合起來(lái),相較于普通單層混凝土,其防水性、抗?jié)B性以及抗腐蝕的能力都有顯著的提高,尤其是抗離子滲透的能力。2002年,Mohamed MAALEJ[21]等人將功能梯度混凝土在腐蝕作用下的耐久性和結(jié)構(gòu)特征與普通混凝土進(jìn)行了比較,結(jié)果表明功能梯度混凝土的耐久性和抵抗腐蝕介質(zhì)侵蝕能力更好;2007年金宇[22]將梯度材料的原理應(yīng)用于盾構(gòu)管片材料的設(shè)計(jì),制備出具有較高抗?jié)B性能的材料,并對(duì)梯度混凝土材料的滲透性能和評(píng)價(jià)方法進(jìn)行了研究;2008年王信剛[23]等人將自水土壓力方向分成外保護(hù)層和高強(qiáng)結(jié)構(gòu)層,其中外保護(hù)層包括高致密防水層、鋼筋混凝土保護(hù)層以及高抗?jié)B保護(hù)層,高抗?jié)B保護(hù)層可以將Cl和SO42-等侵蝕介質(zhì)阻擋在外,減少有害離子源,大幅度地提高了混凝土的抗離子滲透性能;2016年,Aylie HAN[24]等人對(duì)功能梯度混凝土的生產(chǎn)方法進(jìn)行了研究,并對(duì)混凝土的性能進(jìn)行了分析和評(píng)估,結(jié)果表明功能梯度混凝土的抗壓強(qiáng)度主要受低強(qiáng)度混凝土的影響,而材料的剛度卻接近高強(qiáng)度混凝土的剛度。目前功能梯度材料在水泥基材料中的大規(guī)模應(yīng)用還不多,其研究還很初步,只停留在理論和試驗(yàn)階段,對(duì)深層次的研究如不同功能梯度材料界面相互作用機(jī)理、收縮變形開(kāi)裂特征等均還未見(jiàn)系統(tǒng)研究。

7 總結(jié)與展望

(1)本文依據(jù)眾多學(xué)者的研究成果,分別對(duì)外加劑防水混凝土、膨脹水泥防水混凝土、水泥基滲透結(jié)晶剛性自防水材料、皮膚功能混凝土以及功能梯度混凝土進(jìn)行了簡(jiǎn)單地闡述。

(2)目前,國(guó)內(nèi)關(guān)于外加劑防水混凝土、膨脹水泥防水混凝土、水泥基滲透結(jié)晶剛性自防水材料的研究較為成熟,而對(duì)皮膚功能混凝土以及功能梯度混凝土的研究較少,但其良好的抗?jié)B性具有十分廣闊的應(yīng)用前景,需進(jìn)一步深入研究。

(3)關(guān)于水泥基滲透結(jié)晶型防水材料的防水機(jī)理尚未統(tǒng)一,為了更好地推廣和應(yīng)用該類材料,需要對(duì)其防水機(jī)理進(jìn)一步探討。

(4)目前對(duì)于功能梯度混凝土的研究大多處于理論和試驗(yàn)階段,由于實(shí)際工程中混凝土用量較大,因此如何改進(jìn)功能梯度混凝土的制備和界面處理技術(shù),使功能梯度混凝土更好地應(yīng)用于實(shí)際工程,將會(huì)成為未來(lái)的研究熱點(diǎn)。

(5)為了更好地提高工程結(jié)構(gòu)的防水抗?jié)B性能,除了從材料方面抓起外,還要更好的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)、施工和管理等各個(gè)環(huán)節(jié),確保結(jié)構(gòu)防水萬(wàn)無(wú)一失。