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        快凝早強(qiáng)型無機(jī)復(fù)合修復(fù)劑的開發(fā)研究

        2018-10-17 03:11:54張軍學(xué)
        新型建筑材料 2018年9期
        關(guān)鍵詞:氫氧化鈣涂覆抗?jié)B

        張軍學(xué)

        (東南大學(xué) 建筑學(xué)院,江蘇 南京 210096)

        0 前言

        水泥基材料開裂產(chǎn)生原因多種多樣,而裂縫的解決最常用的辦法是封堵和修復(fù),修復(fù)材料包括有機(jī)材料和無機(jī)材料。有機(jī)材料的優(yōu)點(diǎn)是易成型、見效快、能較長時(shí)間起作用,缺點(diǎn)是無法和水泥基材料徹底融合到一起;無機(jī)材料可以很好地與水泥基材料結(jié)合,但是需要較長時(shí)間的準(zhǔn)備以及細(xì)致的施工工藝[1-3]。而有些修復(fù)材料僅僅是封堵裂縫,造成表面上的修復(fù),實(shí)際上并未達(dá)到預(yù)期效果[4-5]。

        本研究基于滲透結(jié)晶型防水材料設(shè)計(jì)原理[6-8],開發(fā)了一種快凝早強(qiáng)型無機(jī)復(fù)合修復(fù)劑,該修復(fù)劑融合封堵材料和化學(xué)修復(fù)試劑的特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)水泥基材料的自修復(fù)功能,即便后期再次出現(xiàn)裂縫,依可在一定程度上修復(fù),達(dá)到二次修復(fù)的目的[9]。

        1 試驗(yàn)

        1.1 主要原材料

        碳酸鈣:300目;硫鋁酸鹽水泥:Ca-50;普通硅酸鹽水泥:32.5級;氫氧化鈣;活性劑:化學(xué)純;石英砂:300目。所有材均為市購。

        1.2 試驗(yàn)方法

        按m(水泥)∶m(砂)∶m(水)=1∶3∶0.7的配比成型4 cm×4 cm×4 cm基準(zhǔn)水泥砂漿試件,將所需原材料倒入膠砂攪拌機(jī)中自動(dòng)攪拌240s,攪拌完畢后立即將膠砂分別裝入模具中成型,用手均勻旋轉(zhuǎn)5次,盡量使膠砂與模具邊緣平齊;然后放置1 d后脫模。為在表面涂抹涂層時(shí)容易粘接,脫模時(shí)用鋼刷刷去上表面一層浮漿使其粗糙,編號后立即放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)[溫度(20±2)℃、相對濕度不小于 95%],28 d后取出試件,自然晾干,清除油污,涂抹無機(jī)復(fù)合修復(fù)劑前先將其放在水中浸泡1 h左右。自配無機(jī)復(fù)合修復(fù)劑按水灰比為0.4涂覆在砂漿試塊上表面,每塊試樣涂抹6 g,涂層厚度約為1 mm。待用手觸摸已干燥時(shí),再在其上表面灑少量水,放置1 d后進(jìn)行測試。

        1.3 正交分析方案篩選

        由于本試驗(yàn)涉及到的影響因素較多,有水泥、砂、活性劑以及一些添加料,包括碳酸鈣和氫氧化鈣等,本文對配方進(jìn)了正交分析,力求找到最優(yōu)配比,正交試驗(yàn)因素水平見表1。

        表1 正交試驗(yàn)因素水平

        1.4 性能測試

        試件的制備、養(yǎng)護(hù)、相關(guān)力學(xué)性能及抗?jié)B性能測試均參照GB 18445—2001《水泥基滲透結(jié)晶型防水材料》和JC 474—1999《砂漿、混凝土防水劑》進(jìn)行。

        2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

        2.1 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

        正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及性能測試結(jié)果見表2。

        表2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及性能測試結(jié)果

        2.1.1 各因素對復(fù)合修復(fù)劑抗?jié)B性能的影響(見圖1)

        圖1 各因素對復(fù)合修復(fù)劑抗?jié)B性能的影響

        由圖1可見,在碳酸鈣、硫鋁酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、氫氧化鈣以及活性劑這5個(gè)因素中,對抗?jié)B壓力影響最大的是活性劑摻量,活性劑摻量與抗?jié)B壓力呈正比,活性劑摻量越大,抗?jié)B效果越好。其它4個(gè)因素的影響效果無明顯規(guī)律,碳酸鈣摻量超過4%后,會(huì)降低抗?jié)B壓力;硫鋁酸鹽水泥摻量在40%和45%條件下,抗?jié)B壓力相當(dāng),再增加摻量,會(huì)導(dǎo)致抗?jié)B效果下降;普通硅酸鹽水泥在4個(gè)水平下的抗?jié)B壓力變化都不大;隨著氫氧化鈣摻量的增加,抗?jié)B壓力逐漸降低。

        2.1.2 各因素對復(fù)合修復(fù)劑抗壓強(qiáng)度的影響(見圖2)

        圖2 各因素對復(fù)合修復(fù)劑抗壓強(qiáng)度的影響

        由圖2可見:活性劑作為摻量最小的組分,同時(shí)也是最重要的構(gòu)成成分,其對抗壓強(qiáng)度的影響尤為明顯,摻量為1.5%時(shí)強(qiáng)度最高;碳酸鈣摻量為4%時(shí),可以達(dá)到最好的增強(qiáng)效果;普通硅酸鹽水泥作為其中的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成,對整體效果的影響明顯,不同摻量造成的結(jié)果迥異,其中30%摻量時(shí),7 d和28 d抗壓強(qiáng)度較高,故選取此摻量;氫氧化鈣摻量過高時(shí),強(qiáng)度反而有所降低,因此其摻量不宜超過3%。

        2.1.3 各因素對復(fù)合修復(fù)劑粘結(jié)強(qiáng)度的影響(見圖3)

        圖3 各因素對復(fù)合修復(fù)劑粘結(jié)強(qiáng)度的影響

        由圖3可見,對粘結(jié)強(qiáng)度影響最大的是碳酸鈣摻量,隨其摻量的增加,粘結(jié)強(qiáng)度先提高后降低,摻量為4%時(shí),粘結(jié)強(qiáng)度最高;隨活性劑摻量的增加,粘結(jié)強(qiáng)度逐漸提高;氫氧化鈣的粘結(jié)強(qiáng)度有負(fù)面影響,隨其摻量的增加,粘結(jié)強(qiáng)度逐漸降低。

        綜合考慮最佳配比為:碳酸鈣4%、硫鋁酸鹽水泥40%、活性劑1.5%、作為基礎(chǔ)材料的普通硅酸鹽水泥摻量為35%,不摻氫氧化鈣,即14#配比,涂覆此無機(jī)復(fù)合修復(fù)劑的試樣,其抗?jié)B壓力可以達(dá)到1.5MPa,7 d抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到45 MPa以上,增強(qiáng)效果明顯。

        2.2 微觀結(jié)構(gòu)分析

        空白試件以及涂覆按最優(yōu)配比制備的無機(jī)復(fù)合修復(fù)劑的試件SEM照片見圖4。

        圖4 空白試件及涂覆無機(jī)復(fù)合修復(fù)劑試件的SEM照片

        由圖4可見,空白試件內(nèi)部為多孔隙的結(jié)構(gòu),導(dǎo)致抗?jié)B性能較差;而空白試件表面涂覆制備的無機(jī)復(fù)合修復(fù)劑后,內(nèi)部孔隙大大減少,這是因?yàn)椋瑹o機(jī)復(fù)合修復(fù)劑水化生成纖維狀的水化硅酸鈣C-S-H結(jié)晶將孔隙堵塞,從而實(shí)現(xiàn)微觀結(jié)構(gòu)的修復(fù),宏觀表現(xiàn)為防水和增強(qiáng)效果。

        3 結(jié)論

        (1)通過正交試驗(yàn),考慮抗?jié)B壓力、抗壓強(qiáng)度和粘結(jié)強(qiáng)度等指標(biāo),設(shè)計(jì)出一種快凝早強(qiáng)型無機(jī)復(fù)合修復(fù)劑,各因素中起核心抗?jié)B作用的是活性劑,其合適摻量為1.5%,其它因素?fù)搅恳来螢椋禾妓徕}4%、硫鋁酸鹽水泥40%、普通硅酸鹽水泥35%、不摻氫氧化鈣。

        (2)涂覆按最優(yōu)配比制備的無機(jī)復(fù)合修復(fù)劑的試樣,其抗?jié)B壓力可以達(dá)到1.5MPa,7 d抗壓強(qiáng)度達(dá)到45 MPa以上,增強(qiáng)效果明顯。

        (3)涂覆制備的無機(jī)復(fù)合修復(fù)劑后,無機(jī)復(fù)合修復(fù)劑水化生成纖維狀的水化硅酸鈣C-S-H結(jié)晶,將試件內(nèi)部孔隙堵塞,從而實(shí)現(xiàn)微觀結(jié)構(gòu)的修復(fù),宏觀表現(xiàn)為防水和增強(qiáng)效果。

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