XYPEX(賽柏斯)在混凝土中的應(yīng)用研究現(xiàn)狀①

□□ 賈明霖，王正君，尹博鑫，李嘉昊 (1.黑龍江大學(xué) 寒區(qū)水利工程重點實驗室，黑龍江 哈爾濱 150080；2.黑龍江大學(xué) 水利電力學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150080)

引言

隨著城市建設(shè)的發(fā)展，工程建筑在各種環(huán)境下的抵抗能力愈發(fā)重要，混凝土作為目前工程建設(shè)使用最廣泛的材料之一，具有可塑性強、可調(diào)節(jié)性好、抗壓強度高、耐久性和耐火性好、取材方便和經(jīng)濟等特點。但它是由水、水泥、石子及外加劑組成的混合物，內(nèi)部結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)非均質(zhì)性且多孔性，在其內(nèi)部易形成孔隙和裂縫，使其在水工建筑物的應(yīng)用時易導(dǎo)致水分沿著縫隙進入混凝土內(nèi)部，導(dǎo)致混凝土強度降低，使用壽命縮短，甚至產(chǎn)生不利影響。所以，在水工建筑物中，增強混凝土的防水性能顯得尤為重要，提高混凝土抗?jié)B性的主要措施是控制混凝土配合比以及合理使用外加劑[1]。

1 水泥基滲透結(jié)晶型材料

水泥基滲透結(jié)晶型材料(CCCW)是一種剛性防水材料，在國內(nèi)外工程中均有很多應(yīng)用。其作用機理是材料中的活性化學(xué)物質(zhì)與混凝土中的Ca2+發(fā)生沉淀和絡(luò)合沉淀作用，促進未完全發(fā)生的水化作用，生成不溶于水且膨脹系數(shù)與混凝土一致的結(jié)晶體，填充混凝土中的孔洞和裂縫，提高混凝土的密實度[2-3]。同時，其能在新裂縫形成后重新激活，具有一定的自愈性。通過在混凝土中摻入CCCW摻和劑或在混凝土表面涂刷CCCW防水涂料，能使混凝土的抗?jié)B性能有效提高。

2 賽柏斯材料

賽柏斯材料(XYPEX)是加拿大XYPEX化學(xué)公司于1969年生產(chǎn)的一種穩(wěn)定和耐久的CCCW材料，其繼承了CCCW材料的防水性能。它以P·O水泥和經(jīng)處理的極細硅砂為主要材料，加入CaO、SiO2、MgO等多種化學(xué)物質(zhì)組成的剛性無機材料[4]。XYPEX種類包括濃縮劑、摻和劑、增效劑和堵漏劑，其中濃縮劑和摻和劑為XYPEX的核心技術(shù)產(chǎn)品。

2.1 XYPEX涂層

XYPEX濃縮劑與增效劑可作為混凝土結(jié)構(gòu)雙涂層的漿狀涂料，濃縮劑是化學(xué)活性最強的XYPEX產(chǎn)品。其工作原理是與水按一定比例調(diào)和后，噴涂于混凝土表層，通過滲透作用與混凝土發(fā)生水化反應(yīng)，在內(nèi)部空隙中生成不溶于水的晶體。其特點為：一是無機材料,不易老化;二是XYPEX結(jié)晶的滲透深度隨時間增長;三是防水性能不因強水壓衰減;四是耐化學(xué)腐蝕;五是無毒、無味；六是施工簡單、經(jīng)濟[5]。研究發(fā)現(xiàn)，濃縮劑可以有效增強混凝土的抗?jié)B性和抗凍性，同時對混凝土裂縫的修復(fù)也具有良好效果。

韓玙等[6]研究了在上口直徑為175 mm、下口直徑為185 mm、高為150 mm的混凝土圓臺試件表面涂刷XYPEX濃縮劑后的混凝土抗?jié)B性能以及強度的影響。研究結(jié)果表明，使用S2抗?jié)B標號配料的C15混凝土試件養(yǎng)護28 d后，迎水面或背水面涂刷1 mm厚的XYPEX材料均能提高混凝土的抗?jié)B能力，迎水面涂刷的混凝土試件滲水時水壓力為1.4 MPa，實測抗?jié)B標號為S14；背水面涂刷的混凝土滲水時水壓力為1.0 MPa，實測試件抗?jié)B標號為S10。同時由于XYPEX滲入混凝土反應(yīng)結(jié)晶，增強了混凝土的密實度，使混凝土的劈裂抗拉強度和抗壓強度略有提高。

李鼎等[7]研究了150 mm高的混凝土圓臺試件的迎水面或背水面涂刷1.2 mm厚XYPEX濃縮劑對試件抗?jié)B能力的影響以及XYPEX涂層下混凝土微觀結(jié)構(gòu)的變化。研究結(jié)果表明,在迎水面或背水面涂刷XYPEX濃縮劑均能降低混凝土的滲透性，且在迎水面涂刷防水效果更好。同時，XYPEX涂層與混凝土的粘結(jié)性良好，在1.1 MPa水壓下未有開脫現(xiàn)象，且XYPEX分子不阻擋空氣分子穿過，不會對混凝土的呼吸造成阻礙。

劉騰飛等[8]研究了在不同齡期的混凝土表面涂刷XYPEX濃縮劑對其抗凍性能的影響。研究結(jié)果表明，將XYPEX濃縮劑噴涂在混凝土表層，能提高混凝土的抗凍能力，且對于短齡期混凝土更為明顯。同時，XYPEX初凝后的養(yǎng)護方式對抗凍性也有影響，泡水養(yǎng)護比噴水養(yǎng)護更能促使XYPEX滲入受保護試件，且對于相同齡期的混凝土，XYPEX涂刷后的時間越久對抗凍性的提高越明顯。

李志安等[9]研究了不同用量的XYPEX涂層對摻入不同引氣劑的混凝土試件抗凍性能的影響。研究結(jié)果表明，對于普通混凝土，XYPEX能明顯提高其抗凍性能，在用量為0.8 kg·m-2時，抗凍性能提高67%；對于摻入引氣劑的混凝土，XYPEX也能提高其抗凍性能，但由于引氣劑的類別不同，提升效果也不盡相同。并認為XYPEX涂層滲入混凝土后結(jié)晶，使混凝土內(nèi)部處于無水或不飽和水的狀態(tài)，從而消除或削弱了混凝土的吸水飽和度，減弱了凍脹破壞。

黃濤等[10]分析了XYPEX濃縮劑在不同養(yǎng)護條件下對于混凝土各齡期開裂的修復(fù)性能。研究結(jié)果表面，XYPEX材料能有效修復(fù)砂漿的裂縫面，在潮濕和水分充足的養(yǎng)護條件下，能形成更多的針狀和線狀的細長網(wǎng)狀晶體，能更好的修復(fù)裂縫。縫寬較大時，生成晶體的尺寸越大，數(shù)量越多,但在裂縫寬度過大的情況下，即使自愈產(chǎn)物大、數(shù)量多，也不足以抵消縫寬本身的差距。

2.2 XYPEX內(nèi)摻

XYPEX摻和劑是具有結(jié)晶作用的干粉混合劑。其工作原理是與水泥同步使用，在攪拌過程中與水、Ca(OH)2等發(fā)生水化作用，生成不溶于水的晶體，填充混凝土的孔隙。其特點為：一是無機材料，不易老化；二是XYPEX結(jié)晶可一定程度提高混凝土的力學(xué)性能；三是可修復(fù)混凝土內(nèi)部的微裂縫；四是不影響混凝土呼吸，保持混凝土干燥[5]。研究發(fā)現(xiàn)，摻和劑對混凝土的影響隨摻量的增加而變化，因而尋求最優(yōu)摻量是當前研究的主題之一。

賈峰[11]研究了摻入不同比例(0、1.2%、1.4%、1.6%和1.8%)XYPEX摻和劑對各齡期混凝土抗?jié)B性和抗壓強度的影響。研究結(jié)果表明，XYPEX摻和劑能有效提高混凝土抗?jié)B性，且對混凝土的抗壓強度有一定提高?；炷恋目?jié)B性隨著摻量的增加出現(xiàn)先上升后下降的趨勢，最優(yōu)摻量均為1.6%，混凝土的滲水高度由112 mm降至65 mm，降低了42%?？箟簭姸容^基準混凝土均出現(xiàn)提高，對于3 d、7 d和28 d混凝土最高提升分別為24%、23%和21%，由此可見，對早齡期的混凝土提升更為明顯。

申勝宇等[12]研究了摻入不同比例(0.8%、1.0%、1.2%、1.5%和2.0%)XYPEX摻和劑對于噴射混凝土抗壓性能和抗?jié)B性能的影響。研究結(jié)果表明，各種XYPEX摻合劑的摻量均能明顯提高噴射混凝土的抗?jié)B性能，抗?jié)B指標較基準噴射混凝土W12最高提高至W40(儀器最大值)，最優(yōu)摻量為1.2%。同時，抗壓強度隨著摻量的增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，最高可達27.3%，最優(yōu)摻量為1.5%。

ZHOU M R等[13]研究了XYPEX摻和劑與鋼纖維復(fù)摻對于混凝土的抗?jié)B性能和力學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明，混凝土的抗?jié)B性隨著XYPEX摻量的增加出現(xiàn)先上升后下降的趨勢，最優(yōu)摻量為1.5%，隨鋼纖維摻量的增加而增加；混凝土28 d的抗壓強度和劈裂抗拉強度隨XYPEX摻量的增加出現(xiàn)先上升后下降的趨勢，最優(yōu)摻量為0.5%，隨鋼纖維摻量的增加出現(xiàn)先上升后下降的趨勢，最優(yōu)摻量為1%～1.5%。

Adelia D N等[14]研究了在混凝土試件中加入不同摻量(0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%和1.2%)XYPEX C-1000對混凝土抗壓強度和滲透性的影響。研究結(jié)果表明混凝土的滲透性均低于允許限值，即XYPEX C-1000能提高混凝土的抗?jié)B性。但相比于7 d，混凝土28 d的抗壓強度有一定下降，這結(jié)果不同尋常，他認為是使用的骨料質(zhì)量及混凝土的制備過程導(dǎo)致的。

任廣毅等[15]研究了摻入不同比例(0、1%、2%和3%)XYPEX摻和劑對于不同齡期混凝土早期力學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明，混凝土3 d的抗壓強度隨摻入比例增加呈現(xiàn)先降后升再降的趨勢，比例為2%的混凝土提升了3.3%，比例為1%和3%的混凝土則下降了9.2%和17.9%；劈裂抗拉強度隨摻入比例增加呈現(xiàn)先升后降的趨勢，分別提升2.8%、10.0%和2.4%；拉壓比隨摻入比例增加呈現(xiàn)先升后降再升的趨勢，分別提升13.0%、6.0%和23.8%。對于混凝土7 d的抗壓強度隨摻入比例增加呈現(xiàn)逐步下降的趨勢，分別下降了0.9%、8.0%和9.1%；劈裂抗壓強度隨摻入比例增加呈現(xiàn)先降后升再降的趨勢，且均低于未添加摻和劑的混凝土，分別下降了4.5%、1.5%和15.9%；拉壓比隨摻入比例增加呈現(xiàn)先降后升再降的趨勢，比例為2%的混凝土提升了6.8%，比例為1%和3%的混凝土則下降了4.1%和6.8%。對于混凝土28 d的抗壓強度隨摻入比例增加呈現(xiàn)先升后降的趨勢，分別提升了13.3%、5.8%、1.0%；劈裂抗拉強度隨摻入比例增加呈現(xiàn)先升后降的趨勢，比例為1%的混凝土提升了11.4%，比例為2%和3%的混凝土則下降了12.8%和15.7%；拉壓比隨摻入比例的增加呈現(xiàn)下降趨勢。

3 XYPEX在工程中的實用

北京首都國際機場三號航站樓T3A主樓是國家的重點工程之一。該工程采用樁筏基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深按分區(qū)不同分別為8.8 m、17.9 m和18.3 m，地下水埋深為1.0 m，設(shè)計要求一級結(jié)構(gòu)防水等級。該工程用XYPEX涂料在墊層以上樁頭、樁身及樁身附近范圍內(nèi)的基礎(chǔ)底板墊層上涂刷3層，將基礎(chǔ)底板卷材防水層與樁頭承臺板交界面及樁頭周邊過渡,形成樁頭部位剛?cè)峤Y(jié)合的防水體系。該工程歷時多個雨季，基礎(chǔ)底板均無滲漏[16]。

北京英藍國際國際金融中心工程是一座高層建筑,共23層,其中地下4層。該工程在地下室內(nèi)墻及底板、后澆帶、汽車坡道、屋面和冷凍機房部位采用XYPEX進行內(nèi)防水，防水總面積約為38 500 m2。該工程在屋面防水部位以及地下室防水部位分別涂刷2層和3層XYPEX濃縮劑，并進行養(yǎng)護。該工程經(jīng)數(shù)年觀察，未發(fā)生滲漏現(xiàn)象[17]。

中關(guān)村科貿(mào)大廈工程是一座綜合性建筑，采用全現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)，工程內(nèi)有室內(nèi)衛(wèi)生間約為3 000 m2，淋浴房和設(shè)備間等約為9 000 m2，游泳池和消防水池等約為6 000 m2，地下室外墻水平施工縫約為4 000 m，均使用XYPEX做防水處理。該工程使用摻入XYPEX摻和劑的防水砂漿，在地下室外墻水平施工縫處以及衛(wèi)生間基層處均勻涂抹；使用XYPEX濃縮劑對衛(wèi)生間、設(shè)備間、淋浴房及蓄水池、游泳池的基面做涂刷處理。XYPEX的使用使蓄水池耐久適用且無滲漏，它的滲透作用使施工縫上下的混凝土結(jié)合緊密[18]。

國道312和346南京龍?zhí)陡壑晾@越高速公路段改擴建工程投資建設(shè)項目SG-1標段，主線橋上部的結(jié)構(gòu)形式為支架法現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁和裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁。該工程在箱梁底板部分區(qū)域出現(xiàn)裂縫缺陷，且鋼筋出現(xiàn)裸露。該工程采用XYPEX代替環(huán)氧樹脂進行裂縫修補，將缺陷混凝土鑿除后，涂抹3層XYPEX。實測數(shù)據(jù)表明，修補后的裂縫及裂縫下0.4 mm區(qū)域滲透愈合，且修復(fù)后的混凝土區(qū)域強度大于所使用的混凝土強度[19]。

4 結(jié)語

根據(jù)以上試驗研究和工程實例說明，在混凝土中摻入XYPEX摻和劑或在混凝土表面涂刷XYPEX均能有效提高混凝土的抗?jié)B性，且由于XYPEX滲透結(jié)晶填充了混凝土的空隙，增強了混凝土的密實度,使得混凝土的力學(xué)性能獲得一定程度的提高。

在XYPEX應(yīng)用于混凝土的研究中,缺乏對各種環(huán)境下混凝土的性能研究及二次防水的全面認識,還有諸多問題需要解決。此外，同傳統(tǒng)防水卷材相比，XYPEX外刷涂料的養(yǎng)護條件和時間要求較高，可能對工期產(chǎn)生影響，且施工無法在低溫環(huán)境下進行，不利于冬季施工。