水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料基準(zhǔn)砂漿抗?jié)B性能的研究

柯偉席，李國權(quán)，楊鐵龍，孫奇超，孔金鳴，鄒偉

（武漢源錦建材科技有限公司，湖北 武漢 430080）

0 前言

水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料是以硅酸鹽水泥、石英砂為主要成分，摻入一定量活性化學(xué)物質(zhì)制成的粉狀材料，經(jīng)與水拌合后調(diào)成可刷涂或噴涂在水泥混凝土表面的漿料，亦可采用干撒壓入未完全凝固的水泥混凝土表面，是一種新型的剛性防水材料。其作用機(jī)理是：與水作用后，材料中含有的活性化學(xué)物質(zhì)以水為載體在混凝土中滲透，與水泥水化產(chǎn)物生成不溶于水的針狀結(jié)晶體，填塞毛細(xì)孔道和微細(xì)縫隙，從而提高混凝土的致密性與防水性。

1942 年，德國化學(xué)家路易斯·杰遜為了解決水泥船滲漏的問題發(fā)明了水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料，20 世紀(jì)60 年代在歐洲、北美和日本等得到了推廣使用。20 世紀(jì)80 年代，在上海地鐵修建中遇到多處工程水體滲透問題，當(dāng)時(shí)引進(jìn)了加拿大的水泥基滲透結(jié)晶型防水材料進(jìn)行修復(fù)，取得了良好的防水效果，隨后該材料在我國得到了大量的應(yīng)用和推廣[1]。

我國在調(diào)查研究與試驗(yàn)驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，頒布了GB 18445—2012《水泥基滲透結(jié)晶型防水材料》強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料規(guī)定了10 條技術(shù)性能指標(biāo)，其中較關(guān)鍵的指標(biāo)為抗?jié)B性能。在GB 18445—2012 的7.2.8.4.2 中，要求基準(zhǔn)砂漿28 d 抗?jié)B壓力應(yīng)為MPa，若不符合要求，則本批3 組砂漿抗?jié)B試驗(yàn)無效，應(yīng)重新成型試件進(jìn)行試驗(yàn)。因此，在研發(fā)和檢測(cè)水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料時(shí)，如果基準(zhǔn)砂漿28 d 抗?jié)B壓力未達(dá)到要求值，不但本次實(shí)驗(yàn)無效，而且還要耽誤至少28 d 的實(shí)驗(yàn)時(shí)間，造成了相關(guān)企業(yè)和檢測(cè)機(jī)構(gòu)大量的時(shí)間和人力物力成本的浪費(fèi)。

本文采用基準(zhǔn)砂漿抗?jié)B試件，從配合比、原材料、成型方法和養(yǎng)護(hù)方式對(duì)砂漿抗?jié)B壓力的影響，提出了在檢測(cè)水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料時(shí)基準(zhǔn)砂漿抗?jié)B試件的研究方法，對(duì)自主研發(fā)及檢測(cè)該類產(chǎn)品提供一定的參考。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原材料

水泥：P·O 42.5 華新水泥、P·Ⅰ42.5 基準(zhǔn)水泥，主要化學(xué)成分見表1，強(qiáng)度見表2；纖維素醚：羥丙基甲基纖維素，黏度20 000 mPa·s，山東赫達(dá)；砂：標(biāo)準(zhǔn)砂；水：自來水。

表1 水泥的主要化學(xué)成分 %

表2 水泥的強(qiáng)度

1.2 成型測(cè)試和方法

1.2.1 漿體攪拌按照預(yù)先設(shè)計(jì)好的配合比，稱取水泥和水，然后采用行星式膠砂攪拌機(jī)自動(dòng)攪拌程序攪拌漿體。

1.2.2 砂漿抗?jié)B試件成型

攪拌完的漿體用上口直徑70 mm、下口直徑80 mm、高30 mm 的截頭圓錐帶底金屬試模成型基準(zhǔn)砂漿抗?jié)B試件[2]，成型的方式如表3 所示，成型后用保鮮膜將試件蓋好靜停。24 h后脫模，放入（20±2）℃或60 ℃的水中養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期。

表3 砂漿抗?jié)B試件不同成型方法

1.2.3 砂漿抗?jié)B壓力測(cè)試

將養(yǎng)護(hù)至規(guī)定測(cè)試齡期的砂漿抗?jié)B試件取出，待表面干燥后用密封材料密封裝入滲透儀中進(jìn)行透水試驗(yàn)（見圖1）。水壓從0.2 MPa 開始，恒壓2 h，增至0.3 MPa，以后每隔1 h增加水壓0.1 MPa。當(dāng)6 個(gè)試件中有3 個(gè)試件端面呈現(xiàn)滲水現(xiàn)象時(shí)，即可停止試驗(yàn)，記下當(dāng)時(shí)的水壓值，將此水壓值減去0.1 MPa 記為砂漿抗?jié)B壓力。

圖1 基準(zhǔn)砂漿抗?jié)B試件及測(cè)試

1.2.4 化學(xué)結(jié)合水的測(cè)試

通過測(cè)試t 時(shí)刻水泥漿體的化學(xué)結(jié)合水可計(jì)算出硬化水泥漿體在t 時(shí)刻的水化程度。將不同基準(zhǔn)砂漿抗?jié)B試件配比中的標(biāo)準(zhǔn)砂去掉，僅用基準(zhǔn)水泥和水成型試件，并按照不同的養(yǎng)護(hù)方式進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，將養(yǎng)護(hù)到齡期的試樣置于無水乙醇中浸泡，一定時(shí)間后取出并研磨至粉狀，用80 μm 篩網(wǎng)過濾掉粗顆粒，將篩好的樣品放入105 ℃烘箱烘干至恒重，除去試樣中的非化學(xué)結(jié)合水，再稱取3 g 樣品裝入坩堝中并置于高溫箱式電阻爐中灼燒至1050 ℃并保持0.5 h，最后將試樣取出自然冷卻至室溫。化學(xué)結(jié)合水量按式（1）計(jì)算：

式中：Wnel——單位質(zhì)量膠凝材料的化學(xué)結(jié)合水量，%；

W1——灼燒前的樣品質(zhì)量，g；

W2——灼燒后的樣品質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同配合比砂漿的抗?jié)B壓力

參考GB 18445—2012 附錄A 中基準(zhǔn)砂漿配合比，設(shè)計(jì)了20 組不同配合比，按照成型方法A 進(jìn)行成型，依據(jù)GB 18445—2012 進(jìn)行養(yǎng)護(hù)和測(cè)試，結(jié)果見表4。

表4 基準(zhǔn)砂漿的配合比及其抗?jié)B壓力

從表4 可以看出：在相同用水量的情況下，隨著水泥用量的增加，基準(zhǔn)砂漿28 d 的抗?jié)B壓力整體呈提高趨勢(shì)，水膠比減小，砂漿的強(qiáng)度會(huì)提高，相對(duì)應(yīng)的密實(shí)度也會(huì)增加，因此抗?jié)B壓力提高。摻入纖維素醚，基準(zhǔn)砂漿的抗?jié)B壓力呈先提高后降低的趨勢(shì)。在0.76～0.81 的水膠比下，基準(zhǔn)砂漿的漿體存在泌水情況，漿體表面泌水后，隨著水分蒸發(fā)，會(huì)造成基體內(nèi)產(chǎn)生大量的氣孔缺陷，摻入添加纖維素醚后會(huì)大大改善漿體泌水情況，使得漿體的勻質(zhì)性變好，從而提高砂漿的密實(shí)度，因此抗?jié)B壓力提高。但纖維素醚同時(shí)又具有引氣功能，隨著纖維素醚摻量的增加，一方面，漿體變稠，不利于成型密實(shí)；另一方面，又引入了過多的氣體殘留在漿體里，最終導(dǎo)致砂漿密實(shí)度下降，所以抗?jié)B壓力降低。另外，纖維素醚的加入，基準(zhǔn)砂漿的抗?jié)B性能隨著水泥用量的增加表現(xiàn)出的規(guī)律較亂，給基準(zhǔn)砂漿28 d 抗?jié)B壓力的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性造成了影響，從而最終會(huì)影響水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料檢測(cè)砂漿抗?jié)B性能的數(shù)據(jù)可靠性。主要的原因可能是纖維素醚增稠保水和引氣2 種功能正負(fù)面雙重影響的結(jié)果，會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)忽高忽低。因此，從數(shù)據(jù)穩(wěn)定性方面考慮，在基準(zhǔn)砂漿抗?jié)B試件成型時(shí)，不建議使用纖維素醚。

2.2 不同水泥品種及批次的砂漿抗?jié)B壓力

GB 18445—2012 中規(guī)定基準(zhǔn)砂漿中水泥應(yīng)使用符合GB175—2007《通用硅酸鹽水泥》的P·O 42.5 水泥，水泥對(duì)其抗?jié)B壓力和抗?jié)B壓力穩(wěn)定性的影響至關(guān)重要，本文選用同一配合比（水泥290 g，標(biāo)準(zhǔn)砂1350 g，水260 g），對(duì)比P·Ⅰ42.5基準(zhǔn)水泥和P·O 42.5 華新水泥各3 個(gè)批次并使用成型方法E 進(jìn)行抗?jié)B壓力測(cè)試，結(jié)果見表5。

表5 不同水泥品種及其不同批次基準(zhǔn)砂漿的抗?jié)B壓力

由表5 可見：P·Ⅰ42.5 基準(zhǔn)水泥和P·O 42.5 華新水泥均可用于基準(zhǔn)砂漿抗?jié)B試件的成型，但從抗?jié)B壓力的穩(wěn)定性方面來看，P·Ⅰ42.5 基準(zhǔn)水泥更合適，因?yàn)镻·Ⅰ42.5 基準(zhǔn)水泥水泥由水泥熟料和石膏組成，而P·O 42.5 水泥在水泥熟料和石膏的基礎(chǔ)上添加5%～20%的活性混合材料，不同的地域和不同時(shí)期，水泥廠添加的活性混合材料可能不同，這樣對(duì)P·O 42.5 水泥的整體性能影響較大，其穩(wěn)定性要差于P·Ⅰ42.5基準(zhǔn)水泥。因此對(duì)于水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料的研發(fā)，建議選用P·Ⅰ42.5 基準(zhǔn)水泥，這樣更有利于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的穩(wěn)定可靠。但P·O 42.5 水泥價(jià)格低，在同樣用量和次數(shù)的情況下，其相對(duì)每次的實(shí)驗(yàn)總成本低。為了節(jié)省總體成本，也可選用P·O 42.5水泥，但為了保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，建議優(yōu)先使用P·Ⅰ42.5 基準(zhǔn)水泥。

2.3 不同成型方法砂漿的抗?jié)B壓力

對(duì)于基準(zhǔn)砂漿抗?jié)B試件的制備，GB/T 18445—2012 中7.2.8.1.1 規(guī)定成型時(shí)分2 層裝料，采用人工插搗方式，表面用鐵板刮平，但并未作詳細(xì)介紹和規(guī)定，為了研究成型方法對(duì)抗?jié)B壓力的影響，選用同一種配合比：基準(zhǔn)水泥290 g，標(biāo)準(zhǔn)砂1350 g，水260 g，采取不同的成型方法，抗?jié)B壓力見表6。

表6 不同成型手法對(duì)基準(zhǔn)砂漿抗?jié)B壓力的影響

從表6 可以看出：成型方法對(duì)基準(zhǔn)砂漿抗?jié)B試件的抗?jié)B壓力影響非常大，同一配合比，不同的成型方法，28 d 抗?jié)B壓力截然不同，總體規(guī)律是：2 層裝料成型的抗?jié)B壓力比1 層裝料的高。砂漿是一種多孔材料，在其內(nèi)部有毛細(xì)管裂縫和孔隙，在受壓力水作用時(shí)，水會(huì)從裂隙或組成材料本身的縫隙通過，若水流孔隙是連續(xù)的，則易造成砂漿滲漏。2 層裝料成型可提高砂漿整體的密實(shí)度，材料內(nèi)部裂隙或者缺陷就會(huì)相對(duì)較少，從而抵御水壓的能力就會(huì)提高，表現(xiàn)出更高的抗?jié)B壓力。

考慮到人為插搗的方向和力度存在差別，會(huì)對(duì)抗?jié)B壓力的穩(wěn)定性存在隱患，因此，采用機(jī)械振搗的方式，并對(duì)成型方法C 進(jìn)行了細(xì)化，測(cè)試結(jié)果見表7。

表7 不同機(jī)械振搗時(shí)間對(duì)基準(zhǔn)砂漿抗?jié)B壓力的影響

由表7 可知：機(jī)械振搗對(duì)基準(zhǔn)砂漿抗?jié)B試件抗?jié)B壓力的影響規(guī)律與人工插搗成型方式相同：同一配合比，不同的成型方法，28 d 抗?jié)B壓力不同，2 層裝料成型的抗?jié)B壓力比1 層裝料的高，但采用機(jī)器振搗成型時(shí)，振搗時(shí)間不宜過短也不能過長(zhǎng)，振搗時(shí)間低于6 s 時(shí)，成型不密實(shí)，抗?jié)B壓力不符合要求；隨著振搗時(shí)間延長(zhǎng)，抗?jié)B壓力提高，但振搗時(shí)間過長(zhǎng)，會(huì)造成漿體沉底、泌水、勻質(zhì)性差、缺陷多、抗?jié)B壓力下降?？梢?，機(jī)器振搗成型選擇1 次裝料，振搗時(shí)間6～10 s 時(shí)，抗?jié)B壓力能符合GB 18445—2012 要求。

綜合不同水泥、配合比及成型方法對(duì)抗?jié)B壓力的影響規(guī)律，采用m（P·I 42.5 基準(zhǔn)水泥）∶m（標(biāo)準(zhǔn)砂）∶m（水）=290∶1350∶260 的配合比，采用1 次裝料，砂漿振實(shí)臺(tái)上振搗8 s 的成型方法，成型了96 個(gè)（抗?jié)B儀器容量是12 個(gè)）基準(zhǔn)砂漿試件，并按照標(biāo)準(zhǔn)正常養(yǎng)護(hù)，28 d 抗?jié)B壓力見表8?？梢钥闯?，符合抗?jié)B壓力MPa 的比例超過了95%。

表8 采用推薦成型方法大批量成型砂漿的抗?jié)B壓力

2.4 60 ℃加速養(yǎng)護(hù)對(duì)砂漿抗?jié)B壓力的影響

測(cè)試不同配比（基準(zhǔn)水290～340 g，標(biāo)準(zhǔn)砂1350 g，用水量260 g）試件，60 ℃加速養(yǎng)護(hù)3、7 d 和標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d 的化學(xué)結(jié)合水量和抗?jié)B壓力，結(jié)果如表9 所示。

表9 不同配比、不同養(yǎng)護(hù)方式對(duì)化學(xué)結(jié)合水量和抗?jié)B壓力的影響

由表9 可見：隨著水泥用量的增加，60 ℃加速養(yǎng)護(hù)3 d 和標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d 的抗?jié)B壓力基本相同，說明2 個(gè)不同養(yǎng)護(hù)的抗?jié)B壓力相關(guān)性很強(qiáng)。水泥漿體在硬化過程中，其內(nèi)部的水主要包含化學(xué)結(jié)合水和非化學(xué)結(jié)合水?；瘜W(xué)結(jié)合水的存在形式為中性水分子或氫氧根離子，主要通過化學(xué)鍵與其它元素相結(jié)合。一般情況下，水化物增加，水泥漿體內(nèi)的化學(xué)結(jié)合水量也隨之增加，水泥的水化程度增大。因此，通過測(cè)試化學(xué)結(jié)合水量，可以在一定程度上能夠反映膠凝材料試樣水化程度的高低[3]。表9 中60 ℃溫水中加速養(yǎng)護(hù)3 d 的化學(xué)結(jié)合水量與20℃水中標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d 的基本相同，而加速養(yǎng)護(hù)7 d 的化學(xué)結(jié)合水量增加，說明水化程度增大，對(duì)應(yīng)的抗?jié)B壓力提高。因此，可以通過在60 ℃加速養(yǎng)護(hù)3 d 來預(yù)判標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d 的結(jié)果，這樣可以節(jié)省24 d 時(shí)間。

3 結(jié)論

（1）不同配合比對(duì)基準(zhǔn)砂漿抗?jié)B壓力影響較大，隨著水泥用量的增加，抗?jié)B壓力提高，纖維素醚的引入會(huì)給28 d 抗?jié)B壓力的結(jié)果帶來更多的不確定性，隨著纖維素醚用量的增加，抗?jié)B壓力先提高后降低。纖維素醚具有增稠效果，使砂漿的狀態(tài)變好，有利于整體的密實(shí)性，但同時(shí)它又有引氣功能，增大砂漿的空隙，降低整體的密實(shí)度，因此在成型基準(zhǔn)砂漿抗?jié)B試件時(shí)，不建議使用纖維素醚。

（2）不同水泥品種對(duì)基準(zhǔn)砂漿抗?jié)B壓力有影響，其中基準(zhǔn)水泥最穩(wěn)定；對(duì)于水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料的研發(fā)，為了便于研究材料對(duì)砂漿抗?jié)B壓力的影響規(guī)律，建議優(yōu)先選用P·Ⅰ42.5 水泥。

（3）不同成型方法對(duì)基準(zhǔn)砂漿抗?jié)B壓力影響很大，同一配合比，2 層裝料成型的抗?jié)B壓力比1 層裝料的要高，主要是2層裝料成型，砂漿的密實(shí)性比1 層裝料成型的高，考慮到人工成型由于每個(gè)人的振搗力量、插搗力度及插搗方向不同，極有可能會(huì)影響最終的抗?jié)B壓力，因此建議采用機(jī)器振搗的方式，采用1 層裝料成型，機(jī)器振搗控制在6～10 s。振搗時(shí)間過短，會(huì)由于整體密實(shí)度差，而使得抗?jié)B壓力較低；而振搗時(shí)間過長(zhǎng)，容易造成標(biāo)準(zhǔn)砂沉底，泌水嚴(yán)重，造成孔隙率增加，也會(huì)導(dǎo)致抗?jié)B壓力降低。

（4）選用m（P·Ⅰ42.5 基準(zhǔn)水泥）∶m（標(biāo)準(zhǔn)砂）∶m（水）=290∶1350∶260 的配合比，采用1 次成型，砂漿振實(shí)臺(tái)上振搗8 s 的成型方法，并按照標(biāo)準(zhǔn)正常養(yǎng)護(hù)，96 個(gè)基準(zhǔn)砂漿試件中，28 d抗?jié)B壓力符合MPa 的比例超過了95%。

（5）使用基準(zhǔn)P·Ⅰ42.5 水泥，成型1 d 拆模后60 ℃加速養(yǎng)護(hù)3 d 與正常養(yǎng)護(hù)28 d 的抗?jié)B壓力相關(guān)性很強(qiáng)，同樣用水量，隨著水泥用量的增加，規(guī)律基本相同，1 d 拆模后60 ℃加速養(yǎng)護(hù)3 d 基本能反映正常養(yǎng)護(hù)28 d 齡期，對(duì)基準(zhǔn)砂漿抗?jié)B的預(yù)判和研究非常有意義，可縮短至少24 d 時(shí)間。