活性劑增強(qiáng)改性水泥基滲透結(jié)晶型防水材料抗?jié)B試驗(yàn)

doi：10.3969/j.issn.1001-5922.2024.02.028

摘 要：為優(yōu)化水泥基材料的自防水性能，制備了一種水泥基滲透結(jié)晶型防水材料（CCCW），并通過正交試驗(yàn)研究活性化學(xué)物質(zhì)最佳配比。結(jié)果表明，硅酸鈉、無水碳酸鈉、氧化鎂以及甘氨酸4種活性化學(xué)物質(zhì)的最佳硅灰取代率分別為8%、8%、8%和4%；在最佳硅灰取代率配比下，試驗(yàn)制備的CCCW一次、二次抗?jié)B壓力分別為1.4、1.7 MPa，一次、二次抗?jié)B壓力比為350%、425%，28 d抗壓強(qiáng)度為39.7 MPa，抗壓強(qiáng)度比為104%，吸水率對(duì)比空白試件降低43.6%，各性能均符合水泥基滲透結(jié)晶型防水材料技術(shù)指標(biāo)要求。

關(guān)鍵詞：自防水；滲透結(jié)晶；抗?jié)B壓力比；抗壓強(qiáng)度比；吸水率

中圖分類號(hào)：TQ172.7" " " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " "文章編號(hào)：1001-5922（2024）02-0104-04

Impermeability test and application effect of activated agent enhanced modified cement-based permeable crystalline waterproof material

CAO Ji，CHEN Xiaoting，ZHANG Wentao，SUN Lulin，SONG Yongsheng

（China State Construction No.7 Engineering Bureau Co.，Ltd.，Zhengzhou 450003，China）

Abstract：In order to optimize the self-waterproof performance of cement-based materials，a cement-based permeable crystalline waterproof material （CCCW） was prepared experimentally，and the optimal ratio of active chemicals was studied by orthogonal experiments.The test results showed that the optimal silica ash substitution rates for the four active chemicals，sodium silicate，anhydrous sodium carbonate，magnesium oxide，and glycine，were 8%，8%，8%，and 4%，respectively.The primary and secondary impermeability pressures of CCCW prepared in this experiment were 1.4 MPa and 1.7 MPa，respectively.The primary and secondary impermeability pressure ratios were 350% and 425%，and the compressive strength of the CCCW at 28 days was 39.7 MPa.The compressive strength ratio was 104%，and the water absorption rate was 43.6% lower than that of the blank specimen.All properties met the technical requirements of cement-based permeable crystalline waterproof materials.

Key words：self waterproof;permeation crystallization;anti permeability pressure ratio;compressive strength ratio;water absorption rate

受到雨水侵蝕等影響，混凝土建筑材料易發(fā)生漏水、安全性和耐久性降低等問題，針對(duì)混凝土材料存在的問題，相關(guān)學(xué)者越來越注重水泥基滲透結(jié)晶型防水材料（CCCW）的研究。例如，在CCCW中摻入不同活性化學(xué)物質(zhì)，并研究其性能^[1]。在CCCW中摻入氧化石墨烯（GO）進(jìn)行改性，研究其抗?jié)B性能^[2]。除此之外，自制了一種活性增強(qiáng)劑（B-SMC），并研究該活性增強(qiáng)劑摻量對(duì)CCCW性能的作用效果^[3]。以上學(xué)者的研究都為混凝土防水材料提供了思考方向，但CCCW的二次抗?jié)B性能依舊較低?；诖?，制備一種水泥基滲透結(jié)晶型防水材料（CCCW），并研究不同活性化學(xué)物質(zhì)在CCCW中的應(yīng)用效果。

1"試驗(yàn)部分

1.1"材料與設(shè)備

主要材料：硅灰（工業(yè)純，靈壽縣天晨礦產(chǎn)品）；P·O42.5普通硅酸鹽水泥（工業(yè)純，河北麥克麥尼礦產(chǎn)）；硅酸鈉（分析純，北京萬佳標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研發(fā)中心）；無水碳酸鈉（分析純，蘇州市辰祥化工）；氧化鎂（分析純，河北博浩化工）；甘氨酸（分析純，濟(jì)南福鑫精細(xì)化工）；標(biāo)準(zhǔn)砂（工業(yè)純，滄州精弘工程儀器）；PC-1009型聚羧酸減水劑（分析純，濟(jì)南福鑫精細(xì)化工）。

主要設(shè)備：RD1020型電子天平（深圳市榮達(dá)儀器）；GF-10L型集熱式磁力攪拌器（上海華中光釜科技設(shè)備）；WD-300型立式攪拌桶（濟(jì)寧威達(dá)機(jī)械）；HP-4.0型混凝土滲透儀（紹興市東鑫儀器設(shè)備）；DZF6090BZ型真空烘箱（紹興博緯儀器設(shè)備）。

1.2"試驗(yàn)方法

1.2.1"正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為確定水泥基滲透結(jié)晶型防水材料（CCCW）的最佳配合比方案，本試驗(yàn)針對(duì)無水碳酸鈉、硅酸鈉、甘氨酸以及氧化鎂取代硅灰率，采用4因素3水平L₉（3⁴），進(jìn)行CCCW正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，具體見表1。

1.2.2"材料配比設(shè)計(jì)

在表1的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，本試驗(yàn)針對(duì)CCCW進(jìn)行配比設(shè)計(jì)，具體如表2所示。

1.2.3"CCCW試件的制備

（1）根據(jù)表2的配比方案，用電子天平稱取各原材料，然后在攪拌機(jī)中先添加適量的水、水泥以及標(biāo)準(zhǔn)砂，進(jìn)行2 min攪拌混合處理;

（2）繼續(xù)在攪拌機(jī)中加入適量的水泥、水，再加入硅灰、無水碳酸鈉、硅酸鈉、氧化鎂以及甘氨酸，繼續(xù)攪拌2 min;

（3）將適量的水、減水劑倒入攪拌機(jī)中，設(shè)置攪拌時(shí)間為3 min，混合均勻，獲得水泥基滲透結(jié)晶型防水材料砂漿;

（4）將CCCW砂漿倒入準(zhǔn)備好的模具中，并用抹灰刀使試件表面平整，然后放置在振實(shí)臺(tái)上處理2 min，振實(shí)并排出砂漿內(nèi)部的氣泡;

（5）試件成型后脫模，烘干，并根據(jù)試驗(yàn)需要養(yǎng)護(hù)一定時(shí)間，最后貯存?zhèn)溆谩?/p>

1.3"性能測(cè)試

1.3.1"抗?jié)B試驗(yàn)

對(duì)于養(yǎng)護(hù)28 d的CCCW圓臺(tái)形試件，通過滲透儀對(duì)其進(jìn)行抗?jié)B試驗(yàn)，分析抗?jié)B壓力值，其中，圓臺(tái)形試件的高度為30 mm，上、下底面直徑分別為70、80 mm。

1.3.2"抗壓試驗(yàn)

通過試驗(yàn)機(jī)對(duì)養(yǎng)護(hù)28 d的試件進(jìn)行抗壓試驗(yàn)，其中，立方體試件尺寸為70 mm×70 mm×70 mm。

1.3.3"吸水率測(cè)試

在恒溫100 ℃的條件下，將養(yǎng)護(hù)完成的材料放入烘箱中處理2 d，然后用稱取試件初始質(zhì)量m₀，稱量完成后，將試件浸泡在水中2 d，然后取出，擦干試件表面多余的水分，并再次稱取質(zhì)量試件m₁;最后計(jì)算材料吸水率（W_x），吸水率公式^[4]：

式中：m₀為試件初始質(zhì)量，g；m₁為試件吸水后質(zhì)量，g。

2"結(jié)果與分析

2.1"抗?jié)B試驗(yàn)結(jié)果

圖1為各CCCW試件的抗?jié)B試驗(yàn)結(jié)果。

由圖1可知，當(dāng)沒有添加活性化學(xué)物質(zhì)時(shí)，對(duì)比試件A0的抗?jié)B壓力為0.4 MPa；在添加活性化學(xué)物質(zhì)的試件中，A1和A4試件的抗?jié)B壓力最低，均為0.5 MPa;而A9試件的抗?jié)B壓力最高，達(dá)到1.4 MPa，對(duì)比空白試件增幅為250%。除此之外，A4～A8試件的抗?jié)B壓力提升幅度也較明顯，與空白試件相比增幅基本為175%。這些變化表明，活性化學(xué)物質(zhì)代替硅灰，可以增強(qiáng)抗?jié)B性能。

為進(jìn)一步優(yōu)化材料配合比，根據(jù)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，分析3水平4因素抗?jié)B壓力比，結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，4種化學(xué)活性物質(zhì)中，硅酸鈉的抗?jié)B壓力比極差最大，這表明硅酸鈉對(duì)材料抗?jié)B效果的影響最大。在硅酸鈉因素方面，當(dāng)其取代硅灰率為16%時(shí)，CCCW試件抗?jié)B壓力比的綜合平均數(shù)最大，為340%；在無水碳酸鈉因素方面，當(dāng)其取代硅灰率為8%時(shí)，材料抗?jié)B壓力比的綜合平均數(shù)最大，為291%；在氧化鎂因素方面，當(dāng)其取代硅灰率為8%時(shí)，材料抗?jié)B壓力比的綜合平均數(shù)最大，為324%；在甘氨酸因素方面，當(dāng)其取代硅灰率為4%時(shí)，材料抗?jié)B壓力比的綜合平均數(shù)最大，為288%。綜上所述，為制備最優(yōu)抗?jié)B性能的水泥基滲透結(jié)晶型防水材料，硅酸鈉、無水碳酸鈉、氧化鎂、甘氨酸的最佳取代硅灰率分別為16%、8%、8%、4%。

2.2"抗壓試驗(yàn)結(jié)果

圖3為各CCCW試件的抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果。

由圖3可知，當(dāng)沒有添加活性化學(xué)物質(zhì)時(shí)，對(duì)比試件A0的抗壓強(qiáng)度為36.1 MPa；在添加活性化學(xué)物質(zhì)的試件中，A7試件的抗壓強(qiáng)度最小，且低于對(duì)比試件A0，為35.8 MPa，下降了0.5 MPa；抗壓強(qiáng)度最高的是A2試件，達(dá)到39.1 MPa，與空白試件相比，增幅為7.71%。這表明，A2試件的各活性化學(xué)物質(zhì)取代硅灰率，對(duì)材料抗壓強(qiáng)度提高效果最佳。

為進(jìn)一步優(yōu)化材料配合比，根據(jù)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，分析3水平4因素抗壓強(qiáng)度比，結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，4種化學(xué)活性物質(zhì)中，硅酸鈉的抗壓強(qiáng)度比極差最大，這表明硅酸鈉對(duì)材料抗壓強(qiáng)度的作用效果最強(qiáng)。在硅酸鈉因素方面，當(dāng)其取代硅灰率為0%時(shí)，抗壓強(qiáng)度比的綜合平均數(shù)最高，為106.2%；在無水碳酸鈉因素方面，當(dāng)其取代硅灰率為8%時(shí)，抗壓強(qiáng)度比的綜合平均數(shù)最高，為103.5%；在氧化鎂因素方面，當(dāng)其取代硅灰率為16%時(shí)，抗壓強(qiáng)度比的綜合平均數(shù)最高，為102.9%；在甘氨酸因素方面，當(dāng)其取代硅灰率為0%時(shí)，抗壓強(qiáng)度比的綜合平均數(shù)最高，為103.1%。綜上所述，為制備最優(yōu)抗壓性能的水泥基滲透結(jié)晶型防水材料，硅酸鈉、無水碳酸鈉、氧化鎂、甘氨酸的最佳取代硅灰率分別為8%、8%、16%、4%。

2.3"應(yīng)用性能

2.3.1"CCCW抗?jié)B性能

圖5為最佳配比CCCW試件與A0空白對(duì)比試件的抗?jié)B性能測(cè)試結(jié)果。

由圖5可知，A0空白對(duì)比試件的一次、二次抗?jié)B壓力均為0.4 MPa；而最佳配比CCCW試件的一次抗?jié)B壓力為1.3 MPa，相對(duì)于A0試件增幅為250%，抗?jié)B壓力比為350%；最佳配比CCCW試件的二次抗?jié)B壓力為1.6 MPa，相對(duì)于A0試件增幅為325%，抗?jié)B壓力比為425%。所以，CCCW材料的抗?jié)B效果優(yōu)于空白試件，具備較好的抗?jié)B性能^[5-7]。本試驗(yàn)制備的CCCW試件的一次抗?jié)B壓力比為350%，大于技術(shù)指標(biāo)要求的200%;二次抗?jié)B壓力比為425%，大于技術(shù)指標(biāo)要求的150%。因此，該水泥基滲透型防水材料抗?jié)B性能良好，符合實(shí)際應(yīng)用要求^[8]。

2.3.2"CCCW抗壓性能

圖6為A0對(duì)比試件以及最佳配比試件的抗壓性能測(cè)試結(jié)果。

由圖6可知，在養(yǎng)護(hù)7 d的情況下，A0對(duì)比試件抗壓強(qiáng)度為28.1 MPa，最佳配比試件抗壓強(qiáng)度為32.5 MPa，對(duì)比增幅為15.7%。這表明在養(yǎng)護(hù)7 d時(shí)，試驗(yàn)制備的最佳配比CCCW試件就已具備一定的抗壓性能，且優(yōu)于空白試件；當(dāng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間為28 d時(shí)，A0對(duì)比試件和最佳配比試件的抗壓強(qiáng)度分別為38.3、39.7 MPa，對(duì)比7 d時(shí)，增幅分別為36.3%、22.2%，且最佳配比試件的28 d抗壓強(qiáng)度比高達(dá)104%。這表明，養(yǎng)護(hù)時(shí)間對(duì)于空白試件的抗壓性能影響較大；而對(duì)于最佳配比CCCW試件的影響較小，試驗(yàn)制備的CCCW試件抗壓性能優(yōu)于空白對(duì)比試件，抗壓性能良好^[9-11]。

綜上，試驗(yàn)制備的最佳配比CCCW試件的抗壓性能符合技術(shù)指標(biāo)要求，能作為自防水材料應(yīng)用于混凝土中^[12-15]。

2.3.3"CCCW吸水率測(cè)試

對(duì)于養(yǎng)護(hù)時(shí)間28 d的試件，A0的吸水率為11.25%，試驗(yàn)制備的最佳配比CCCW試件吸水率為6.34%，對(duì)比A0試件降幅為43.6%。這表明，試驗(yàn)制備的CCCW材料可以大大降低材料吸水率，材料自防水性能良好。

3"結(jié)語

（1）正交試驗(yàn)結(jié)果表明，硅酸鈉對(duì)CCCW的綜合性能作用效果最大，CCCW最佳活性化學(xué)物質(zhì)替代硅灰率分別為硅酸鈉8%、無水碳酸鈉8%、氧化鎂16%和甘氨酸4%;

（2）在活性化學(xué)物質(zhì)最佳配比下，試驗(yàn)制備的CCCW一、二次抗?jié)B壓力分別為1.4、1.7 MPa，一、二次抗?jié)B壓力比分別為350%、425%，材料抗?jié)B性能良好;

（3）試驗(yàn)制備的最佳配比CCCW 28 d抗壓強(qiáng)度為39.7 MPa，抗壓強(qiáng)度比為104%，材料抗壓性能良好;

（4）本試驗(yàn)制備的最佳配比CCCW吸水率為6.34%，對(duì)比空白試件降低43.6%，材料防水性能良好。

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收稿日期：2023-09-05；修回日期：2023-12-07

作者簡介：曹"濟(jì)（1986-），男，工程師，研究方向：市政工程；E-mail：366455518@qq.com。

通訊作者：陳曉庭（1990-），男，工程師，研究方向：建筑工程；E-mail：15348318498@163.com。

引文格式：曹"濟(jì)，陳曉庭，張文濤，等.活性劑增強(qiáng)改性水泥基滲透結(jié)晶型防水材料抗?jié)B試驗(yàn)[J].粘接，2024，51（2）：104-107.