郭 璞

(中鐵三局集團(tuán)山西三江工程檢測有限公司，山西 太原 030006)

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高粘結(jié)高抗?jié)B水泥基滲透結(jié)晶型防水材料的研究

郭 璞

(中鐵三局集團(tuán)山西三江工程檢測有限公司，山西 太原 030006)

選取多種活性物質(zhì)，通過正交試驗(yàn)方法，配制了一種高粘結(jié)、高抗?jié)B在役混凝土復(fù)合增強(qiáng)材料HCIM，測試了HCIM的各項(xiàng)性能指標(biāo)，分析了其滲透修補(bǔ)機(jī)理，指出HCIM滿足相關(guān)規(guī)范的要求。

水泥基，防水材料，粘結(jié)強(qiáng)度，抗?jié)B性

水泥基滲透結(jié)晶型防水材料是以水泥、石英粉等為主要基材，并摻入多種活性化學(xué)物質(zhì)的粉狀材料。經(jīng)與水拌和調(diào)配而成的具有一定滲透功能的無機(jī)型防水材料。主要用于混凝土結(jié)構(gòu)表面的防水施工，結(jié)構(gòu)開裂、滲水點(diǎn)、孔洞的堵漏施工，地鐵車站、地下連續(xù)墻、隧道、涵洞、水庫大壩的防水和堵漏施工，工業(yè)與民用地下室、屋面、廁、浴間混凝土建筑設(shè)施的所有水泥基面的防水施工。本文通過正交試驗(yàn)研究、單組分優(yōu)化和相應(yīng)性能測試之后，成功配制出一種高粘結(jié)、高抗?jié)B在役混凝土復(fù)合增強(qiáng)材料——HCIM。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

1)水泥：同力水泥廠提供的P.O42.5R水泥。2)粉煤灰：化學(xué)成分及部分指標(biāo)檢測結(jié)果見表1。3)化學(xué)試劑：硅酸鈉采用Na2SiO3·9H2O，純度達(dá)到99.5%以上；羧甲基纖維素鈉采用化學(xué)純，純度99.5%；碳酸鈉及減水劑FDN(減水率20%)，均為市售工業(yè)級(jí)產(chǎn)品。4)纖維：采用北京威爾思工貿(mào)有限公司生產(chǎn)的1.5 mm～3 mm聚丙烯纖維，其基本技術(shù)參數(shù)見表2。5)砂：細(xì)砂，含泥量小于1%，其級(jí)配如表3所示。6)基體試塊原材料：水泥(P.O32.5)、Ⅱ區(qū)中砂、碎石(5 mm～30 mm)。

表1 粉煤灰的化學(xué)成分及部分指標(biāo)

表2 聚丙烯纖維基本技術(shù)參數(shù)

表3 砂的顆粒級(jí)配

1.2 配比設(shè)計(jì)[1-3]

HCIM由膠結(jié)材料、骨料、纖維組成。膠結(jié)材料是由前面選擇的幾種原材料為因素，分別為無機(jī)膠結(jié)材料(采用水泥、粉煤灰配制而成)、無機(jī)滲透性組分、有機(jī)輔助材料，在一定范圍內(nèi)的三種含量作為水平進(jìn)行正交試驗(yàn)，確定各主要組分的含量。優(yōu)選性能優(yōu)良的膠結(jié)材料后，通過26組不同配比考察了纖維摻量、灰砂比、羧鈉等對(duì)HCIM物理、力學(xué)性能的影響。

2 性能檢測[4]

2.1 常規(guī)檢測

所有檢測按照GB 18445—2012水泥基滲透結(jié)晶型防水材料中有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。主要包括粘聚性、凝結(jié)時(shí)間、安定性、抗壓、抗折強(qiáng)度、粘結(jié)強(qiáng)度、抗?jié)B性等指標(biāo)。

測試結(jié)果匯總見表4。

2.2 滲透深度

以P.O32.5水泥∶水=1.0∶0.7的質(zhì)量比例成型(100×100×100)mm3的水泥凈漿立方體試塊基體，成型1 d后拆模，將CeCl4溶液(過量的超細(xì)稀土Ce2O3粉末(稍大于1%)與適量鹽酸溶液反應(yīng)后的溶液)添加到HCIM中，以1.2 kg/m2用量涂刷至試塊表面，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)1 d后置于3/4基體高度的水中養(yǎng)護(hù)28 d，分別取距離涂層底部(空白基體為距表層)5 mm和50 mm處的小碎塊(取樣橫截面面積大小不超過(5.0×5.0)mm2)，置于105 ℃的烘箱中烘干至絕對(duì)干燥狀態(tài)，并研磨成粉體直至全部通過325目的分樣篩，取篩下粉體做XRD,SEM以及化學(xué)分析。

對(duì)滲透深度測試不同部位試樣的XRD分析結(jié)果見圖1。

如圖1所示，不同部位試樣的XRD圖譜具有相似的衍射峰，顯示均是由石英、碳酸鈣、氫氧化鈣、水化氯鋁酸鈣和未水化的硅酸鈣組成。但是從衍射峰的強(qiáng)度來看，其中距涂層5 mm處的水化氯鋁酸鈣的衍射峰明顯要高于距涂層50 mm處和水泥基體的試樣，說明它在三個(gè)樣品中水化氯鋁酸鈣的含量相對(duì)較高，而該處的Cl-可能是來自于涂層中的CeCl4?；瘜W(xué)分析結(jié)果顯示，距涂層5 mm處的Ce4+和Cl-的含量分別為0.32 mg/g和0.81 mg/g，距涂層50 mm處的含量分別為0.03 mg/g和0.36 mg/g，這高于水泥基體中二者的含量(分別為0 mg/g和0.35 mg/g)，而距涂層50 mm處發(fā)現(xiàn)Ce4+，證明該涂層的滲透深度不小于50 mm。

取距離涂層50 mm試樣進(jìn)行SEM形貌觀察和能譜分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在涂層50 mm以下的水泥漿體中有Ce元素存在，這又一次證明了HCIM的滲透深度不小于50 mm。

綜合以上測試結(jié)果可知，HCIM-6具有最好的抗折、抗壓和粘結(jié)強(qiáng)度，適宜的凝結(jié)時(shí)間，優(yōu)良的抗?jié)B性，為最佳的高粘結(jié)、高抗?jié)B復(fù)合增強(qiáng)材料。

3 滲透修補(bǔ)機(jī)理

如圖2所示，HCIM無論是與水泥或是砂漿均有良好的界面粘合，HCIM與水泥的界面區(qū)形成了明顯的梯度結(jié)構(gòu)。HCIM與砂漿的界面雖然看不出明顯的梯度界面結(jié)構(gòu)，但界面結(jié)合緊密，無孔隙、氣孔產(chǎn)生，這也表明HCIM涂刷過程中具有良好的滲透作用，與涂刷基體的界面結(jié)合良好，這也可以從粘結(jié)強(qiáng)度上得到驗(yàn)證。

然而由于生成的物質(zhì)與混凝土基質(zhì)中的物質(zhì)基本一致，因而難以判斷滲透深度和作用機(jī)理。但從Ce4+,Cl-的滲透試驗(yàn)可以間接證明具有較小離子半徑的活性離子可以滲透到混凝土的內(nèi)部。因此，該類防水材料賦予了混凝土自修復(fù)能力和可靠的永久性防水抗?jié)B作用，增加混凝土的耐久性。

4 結(jié)語

通過優(yōu)選，確定最佳配比如表5所示。

表5 最佳配比表

性能檢測結(jié)果顯示：28 d抗折、抗壓強(qiáng)度分別達(dá)到10 MPa和44 MPa，粘結(jié)強(qiáng)度3.5 MPa，一次抗?jié)B壓力達(dá)到2.4 MPa，均已達(dá)到或超過了GB 18445—2012合格品標(biāo)準(zhǔn)要求，是一種性能優(yōu)良的水泥基滲透結(jié)晶型防水材料。該涂料的生產(chǎn)工藝簡單，原材料便宜，能夠獲得大規(guī)模的實(shí)際應(yīng)用。

[1] 潘登耀，陳永利.水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料配方的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].新型建筑材料，2008(1):67．

[2] 李興旺.水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料的研制及性能研究[D].重慶:重慶大學(xué)，2006.

[3] 鄭少華，姜奉華.試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理[M].北京：中國建材工業(yè)出版社，2004.

[4] GB 18445—2012，水泥基滲透結(jié)晶型防水材料[S].

Study on cement-based permeable crystalline waterproof material with high adhesive strength and high anti-permeability

Guo Pu

(China Railway 3rd Bureau Group Shanxi Sanjiang Engineering Detection Co., Ltd, Taiyuan 030006, China)

Selecting various active materials, through orthogonal testing method, the paper makes up a kind of in-service high-adhesive and high anti-permeability concrete composite strengthening material HCIM, tests various performance indicators of HCIM, analyzes its permeability repairing mechanism, and finally points out that: HCIM meets relevant demands.

cement-based, waterproof material, adhesive strength, anti-permeability

1009-6825(2016)12-0095-02

2016-02-18

郭 璞(1982- )，男，工程師

TU525

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