何海銳

摘 要：為了對(duì)水泥基滲透結(jié)晶型防水材料的耐久性能進(jìn)行分析，采用混凝土自愈合性能實(shí)驗(yàn)對(duì)其修復(fù)能力進(jìn)行分析;利用硅烷浸漬混凝土技術(shù)以及SPUA保護(hù)混凝土技術(shù)，通過防水層的方式對(duì)混凝土進(jìn)行保護(hù)，研究數(shù)據(jù)表明：不同條件下的防水材料抗壓能力不同，且在一定養(yǎng)護(hù)條件下的混凝土可保持永久修復(fù)效果。為建筑行業(yè)營(yíng)造良好的氛圍，并提供重要技術(shù)手段。

關(guān)鍵詞：既有建筑;滲透結(jié)晶;活性物質(zhì)選擇;耐久性

中圖分類號(hào)：TV44;TV64?????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1001-5922（2022）01-0091-05

Durability analysis of cement-based permeable

crystalline waterproof material

HE Hairui

（School of Data Science and Engineering，Xi′an Innovation College，

Yan’an University，Xi′an 710000，China）

Abstract：

In order to analyze the durability of cement-based permeable crystalline waterproof materials，the self-healing performance experiment of concrete was used to analyze its repair ability，and the silane impregnated concrete technology and SPUA protection concrete technology were applied to conduct the concrete through the waterproof layer.Protection，research data showed that the compression resistance of waterproof materials under different conditions was different.In addition，concrete under certain curing conditions could maintain a permanent repair effect，create a good atmosphere for the construction industry，and provide important technical means.

Key words：existing buildings;infiltration crystallization;active material selection;durability

隨著國(guó)家的經(jīng)濟(jì)以及科技的不斷發(fā)展，高樓建筑不斷崛起，而建筑在建設(shè)過程中最主要的原材料為混凝土，混凝土當(dāng)前已經(jīng)成為全國(guó)范圍內(nèi)使用最廣泛的建筑材料，隨著混凝土的不斷改進(jìn)，人們對(duì)其要求漸漸增長(zhǎng)，并將注意力轉(zhuǎn)移至混凝土的耐久性問題，通常狀態(tài)下，建筑出現(xiàn)問題，人們會(huì)通過修復(fù)的方式防止坍塌。本文將針對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性進(jìn)行主要分析，將節(jié)約成本作為該建筑行業(yè)中的第一目標(biāo)，為保證建筑行業(yè)的使用年限，將在其中加入修復(fù)劑，利用修復(fù)技術(shù)使其耐久性得到顯著提高。

1 水泥基滲透結(jié)晶型防水材料研究與應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 滲漏的危害

建筑物在建設(shè)過程中需要與水進(jìn)行接觸，成就建筑物構(gòu)成的同時(shí)，對(duì)建筑物自身易造成一定程度的損害，建筑物長(zhǎng)期與水接觸，將對(duì)建筑物自身構(gòu)成不同程度的損害，從而造成建筑物的使用年限出現(xiàn)影響，近年來，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)以及科技的迅速發(fā)展，建筑工程防水技術(shù)得到飛速提升，但混凝土的滲漏作用造成房屋漏水現(xiàn)象普遍發(fā)生，除此之外，地下滲漏現(xiàn)象更為嚴(yán)重，滲漏的發(fā)生將在一定程度上造成成本的損失，在修復(fù)過程中，影響住戶正常使用的情況下，極易出現(xiàn)因電路短路而造成的火災(zāi)問題，具有一定的不可逆損失。

1.2 國(guó)外水泥基滲透結(jié)晶型防水材料的總體發(fā)展

為降低建筑物因滲漏問題而造成的損害，將通過引用水泥基滲透結(jié)晶型防水材料的方法改善防水性能，在國(guó)外，水泥基滲透結(jié)晶型防水材料由二戰(zhàn)期間的著名化學(xué)家Lauritz Jensen發(fā)明，最終因水泥的滲漏性而停止使用，從一定程度上促進(jìn)了水泥基滲透結(jié)晶型防水材料的發(fā)展，具有重要研究意義。針對(duì)水泥基滲透結(jié)晶型防水材料進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，該材料的結(jié)構(gòu)內(nèi)表面具有一定的特殊效果，可將其應(yīng)用于污水處理系統(tǒng)等工程中，促進(jìn)了水泥基滲透結(jié)晶型防水材料向新領(lǐng)域邁進(jìn)[1]。

1.3 國(guó)內(nèi)關(guān)于水泥基滲透結(jié)晶型防水材料的研究與應(yīng)用

我國(guó)水泥基滲透結(jié)晶型防水材料最早應(yīng)用于上海鐵路工程之中，之后在我國(guó)北京、大連等多個(gè)地區(qū)陸續(xù)開始使用，通過不斷研究以及針對(duì)其進(jìn)行聯(lián)合修補(bǔ)后，具有一定的防漏效果。水泥基滲透結(jié)晶型防水材料與傳統(tǒng)的防水技術(shù)下產(chǎn)生的材料具有一定的差異，傳統(tǒng)防水材料的作用機(jī)理主要通過混凝土與水充分?jǐn)嚢栊纬煞浪畬?，但防水效果隨著時(shí)間的推移漸漸減弱，而結(jié)晶型防水材料隨著時(shí)間的推移沒有明顯老化問題，可實(shí)現(xiàn)永久性的防水效果，具有一定可行性。

1.4 水泥基滲透結(jié)晶型防水材料的作用機(jī)理

水泥基滲透結(jié)晶型防水材料中存在大量的Ca2+，而促使水泥基滲透結(jié)晶型防水材料居于較強(qiáng)的防水性能的主要原因是因?yàn)镃a（OH）2的存在使其具有一定的耐久性，其作用機(jī)理是通過化學(xué)反應(yīng)使水泥中的Ca2+含量降低，并產(chǎn)生致密物質(zhì)，提高防水效果的同時(shí)，在一定程度上可增加其抗?jié)B透功能。水泥基滲透結(jié)晶型防水材料中具有一定的化學(xué)活性物質(zhì)，通過濃度以及壓力差對(duì)其進(jìn)行不間斷的作用，從而使活性物質(zhì)透過混凝土的空隙滲透至混凝土中，并通過化學(xué)反應(yīng)使其與游離石灰生成結(jié)晶狀物質(zhì)，從而發(fā)揮其防水作用，沉淀反應(yīng)示意圖如圖1所示。

2 影響鋼筋混凝土耐久性的因素

2.1 混凝土結(jié)構(gòu)碳化

混凝土作為目前世界上使用最廣泛地建筑材料，具有一定的優(yōu)勢(shì)，通常其使用年限可長(zhǎng)達(dá)100年，但是由于建筑長(zhǎng)期遭受不同類型的水的侵襲，造成混凝土的使用年限大大縮短，因此，大部分人會(huì)通過對(duì)建筑物進(jìn)行修復(fù)的方式，因此保證成本最低化發(fā)展，經(jīng)過研究表明，建筑的使用年限出現(xiàn)不同程度的縮短，是因?yàn)榛炷恋哪途眯栽斐?，而混凝土的耐久性降低主要與結(jié)構(gòu)發(fā)生碳化有關(guān)，空氣中存在大量二氧化碳，與混凝土中的Ca（OH）2發(fā)生反應(yīng)生成CaCO3，該物質(zhì)的出現(xiàn)，在一定程度上使混凝土中水泥石的堿性降低，偏向中性化發(fā)展，此時(shí)鋼筋的鈍化膜將處于不穩(wěn)定狀態(tài)，經(jīng)研究表明，混凝土的酸堿度保持在11.5以上方能保證結(jié)構(gòu)不被碳化，其化學(xué)式如（1）式所示[2]。

Ca（OH）2+CO2→CaCO3+H2O（1）

2.2 鋼筋混凝土的凍融破壞

凍融現(xiàn)象指的是水在一定溫度下凝結(jié)成冰后，造成鋼筋混凝土的體積出現(xiàn)變化，從而出現(xiàn)開裂破壞，該現(xiàn)象稱之為凍融，為防止鋼筋混凝土因出現(xiàn)水凝結(jié)成冰而造成體積膨脹的現(xiàn)象，將通過水化反應(yīng)，在混凝土中加入比例為0.23的水灰，但該狀態(tài)下的混凝土流動(dòng)性低，需要大量的水進(jìn)行攪拌，當(dāng)滯留于混凝土中的水在溫度的作用下出現(xiàn)蒸發(fā)時(shí)，將形成毛細(xì)孔，從而造成混凝土出現(xiàn)不同程度的滲水。

2.3 侵蝕性介質(zhì)的腐蝕

混凝土具有較高的強(qiáng)度，可以保證自身實(shí)用性，但在侵蝕性介質(zhì)的作用下，強(qiáng)度將出現(xiàn)不同程度的損害，其原因是由于侵蝕性介質(zhì)中含有一定的氯離子，該離子與硫酸鹽皆具有較強(qiáng)的腐蝕性。冬季下雪后道路常處于結(jié)冰狀態(tài)，造成車輛擁擠，為保證道路的暢通，工作人員將通過撒鹽水的方式，促進(jìn)冰面融化，其作用原理是將鹽中的氯離子與混凝土充分結(jié)合，使其結(jié)構(gòu)中的Ca（OH）2發(fā)生反應(yīng)，形成衍生物Mg（OH）2和氯化鈣，生成的氯化鈣在一定程度上將造成水泥石中氫氧根的濃度呈比例下降，從而使鋼筋出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，其化學(xué)式如（2）式所示。

Ca（OH）2+MgCl2→CaCl2+Mg（OH）2（2）

近年來，在不同類型的工程中發(fā)現(xiàn)，鋼筋混凝土在結(jié)構(gòu)上極易遭受硝酸鹽的侵蝕，且現(xiàn)象逐年加重，其原因是混凝土的結(jié)構(gòu)與地下水中所含的硝酸鹽成分接觸，造成一定程度的腐蝕，從而導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)來裂現(xiàn)象，其化學(xué)式如（3）、（4）式所示。

Na2SO4+Ca（OH）2+2H2O→Ca2SO4·2H2O+

2NaOH（3）

MgSO4+Ca（OH）2+2H2O→CaSO4·2H2O+

Mg（OH）2（4）

2.4 混凝土堿集料反應(yīng)

混凝土堿集料反應(yīng)指的是混凝土的構(gòu)成材料中具有較強(qiáng)的堿性物質(zhì)，除此之外，其內(nèi)部環(huán)境中具有較強(qiáng)的集料活性成分，二者形成化學(xué)反應(yīng)，將造成混凝土出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，該過程稱之為堿集料反應(yīng)，反應(yīng)的發(fā)生通常于若干年后造成混凝土強(qiáng)度下降，其發(fā)生的主要原因主要包括3個(gè)，分別是水泥堿含量過高、集料內(nèi)含活性物質(zhì)以及混凝土內(nèi)含水分，經(jīng)研究表明，水泥中的堿含量不得超出0.6%，高強(qiáng)度堿將在一定程度上導(dǎo)致水泥的滲透性提升，出現(xiàn)滲漏問題，而混凝土中存在大量水分，將造成混凝土的密度降低，干燥狀態(tài)下的混凝土無法發(fā)生堿集料問題。

3 水泥滲透結(jié)晶體型防水材料混凝土自愈合性能實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

3.1 混凝土自愈合性能實(shí)驗(yàn)的原材料及混凝土配合比

混凝土經(jīng)過時(shí)間的累積以及長(zhǎng)時(shí)間遭受不同類型的水的侵襲，將出現(xiàn)不同程度的開裂，該現(xiàn)象將造成不可估計(jì)的損失，除此之外，混凝土的開裂現(xiàn)象將影響力學(xué)性能以及耐久性，甚至造成建筑物出現(xiàn)坍塌，隨著國(guó)家科技的進(jìn)步，人們對(duì)自愈合技術(shù)的關(guān)注度不斷增加，該技術(shù)主要作用于混凝土出現(xiàn)開裂后形成的縫隙，通過將修復(fù)劑滲入混凝土的裂縫之中，從而實(shí)現(xiàn)修復(fù)的目的，該方法具有一定優(yōu)勢(shì)，為驗(yàn)證該技術(shù)的修復(fù)能力，將針對(duì)其進(jìn)行修復(fù)實(shí)驗(yàn)，針對(duì)實(shí)驗(yàn)的原材料將采用42.5級(jí)別的普通硅酸鹽水泥，通過自來水進(jìn)行拌合，針對(duì)砂石方面將選擇機(jī)制砂，將其細(xì)度模數(shù)控制在2.5，而碎石將采取5～20 mm進(jìn)行連續(xù)配比，聚羧酸高效減水劑的應(yīng)用，將在一定程度上降低水泥的開裂程度，為保證其防水性，將選擇永固100摻合劑。材料準(zhǔn)備完畢后，采用內(nèi)摻法將其進(jìn)行摻合，通過計(jì)算可知，砂率為41.5%，水膠比為0.5，而防水材料的使用將為水泥用量的0.7%，混凝土基準(zhǔn)配合比如表1所示[3]。

3.2 混凝土自愈合性能實(shí)驗(yàn)方案分析

混凝土結(jié)構(gòu)在開裂情況下將造成力學(xué)性能遭受侵害，為保證力學(xué)性能不隨之改變，將從水膠的不同比例、養(yǎng)護(hù)時(shí)間以及養(yǎng)護(hù)條件3方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過3方面條件對(duì)其進(jìn)行抗壓強(qiáng)度的分析，在一定程度上抗壓強(qiáng)度可表示混凝土開裂后的自愈合效果。本次實(shí)驗(yàn)將采用體積為100 mm×100 mm×100 mm的立方體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，除此之外，該實(shí)驗(yàn)應(yīng)滿足將養(yǎng)護(hù)時(shí)間控制在28 d后的條件，實(shí)驗(yàn)方可開始。實(shí)驗(yàn)開始之前應(yīng)將加載速度控制在5～8 kN/s，實(shí)驗(yàn)停止時(shí)間應(yīng)以試樣樣品表面出現(xiàn)一條裂縫為準(zhǔn)，形成的數(shù)據(jù)為抗壓強(qiáng)度，將開裂的實(shí)驗(yàn)樣品通過養(yǎng)護(hù)后重新進(jìn)行上述步驟，將形成的數(shù)據(jù)稱之為第二次抗壓數(shù)據(jù)，并計(jì)算抗壓強(qiáng)度回復(fù)率，如（5）式所示。

KI=IR/I0×100%（5）

式中：I0表示的含義為第一次進(jìn)行抗壓測(cè)試時(shí)的強(qiáng)度數(shù)據(jù);IR表示的含義是第二次抗壓強(qiáng)度;抗壓強(qiáng)度回復(fù)率將由KI表示[4]。

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

不同水膠比下抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

從圖中可以觀察到水膠對(duì)于混凝土的影響力較大，呈反比關(guān)系不斷變化，隨著時(shí)間的推移，水膠比逐漸變小，而混凝土的抗壓能力逐漸增強(qiáng)，除此之外，水膠比處于0.4時(shí)，抗壓程度較低，其原因是由于水膠比與混凝土未能搗實(shí)，因此造成混凝土強(qiáng)度較低，通過分析可知，水膠比為0.5時(shí)，修復(fù)效果最佳。不同養(yǎng)護(hù)時(shí)間下下抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

從圖中可以觀察到，對(duì)混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)過程中，抗壓強(qiáng)度逐漸增加，除此之外，隨著修復(fù)的不斷進(jìn)行，效果漸漸趨于穩(wěn)定，說明養(yǎng)護(hù)達(dá)到一定時(shí)間將具有較強(qiáng)的修復(fù)作用。不同養(yǎng)護(hù)條件下抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。通過數(shù)據(jù)分析可以表明標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件的狀態(tài)下，可將修復(fù)效果達(dá)到極致。

4 提高既有建筑混凝土強(qiáng)度和耐久性方法

4.1 硅烷浸漬混凝土技術(shù)

將研究表明，造成混凝土耐久性出現(xiàn)問題的根本原因是由于混凝土自身結(jié)構(gòu)不夠緊密，該現(xiàn)象將造成混凝土中摻入多種雜質(zhì)，根本解決方法應(yīng)采用降低孔隙率的方法改善混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)改善混凝土滲漏的目的。為提高混凝土耐久性，將通過硅烷浸漬混凝土技術(shù)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，該材料主要由三乙氧基硅烷和異辛基三乙氧基硅烷共同組成，作用原理主要通過將硅烷特殊小分子結(jié)構(gòu)透過混凝土，與其中的水分進(jìn)行反應(yīng)，從而產(chǎn)生憎水保護(hù)層，該保護(hù)層可以有效保護(hù)混凝土，并提升其使用年限，硅烷浸漬混凝土技術(shù)將在一定程度上提高混凝土的抗?jié)B性。

4.2 SPUA保護(hù)混凝土技術(shù)

SPUA聚脲彈性體本質(zhì)上不會(huì)改變混凝土的結(jié)構(gòu)，將通過聚脲涂層阻止氯離子以及硝酸鹽進(jìn)入混凝土中與水分發(fā)生反應(yīng)，從而達(dá)到提高耐久性的目的，該方法可有效提高混凝土的抗?jié)B以及抗凍功能。SPUA保護(hù)混凝土技術(shù)的應(yīng)用不受外界因素的影響，處于風(fēng)雨環(huán)境下仍可進(jìn)行施工，且風(fēng)雨環(huán)境下的聚脲彈性體仍可在10 s內(nèi)進(jìn)行固化，此外，聚脲彈性體具有較強(qiáng)的耐熱性，在高溫下仍可繼續(xù)使用。

4.3 滲透結(jié)晶型材料

研究表明，鋼筋混凝土的抗壓強(qiáng)度和使用年限與混凝土的密實(shí)程度有關(guān)，反應(yīng)式如（6）、（7）所示。

2（3CaO·SiO2）+6H2O→3CaO·SiO2·3H2O+

3Ca（OH）2（6）

2（2CaO·SiO2）+4H2O→3CaO·SiO2·3H2O+

Ca（OH）2（7）

通過該材料的應(yīng)用可以研究出，水泥基滲透結(jié)晶型防水材料具有較多的化學(xué)活性物質(zhì)，該物質(zhì)通過自身的滲透性、對(duì)混凝土的防護(hù)作用以及自身的愈合效果將混凝土的使用年限不斷擴(kuò)大，實(shí)現(xiàn)永久性補(bǔ)強(qiáng)作用，通過水泥基滲透結(jié)晶型防水材料的應(yīng)用在一定程度上防止鋼筋混凝土因被腐蝕而導(dǎo)致壽命降低，除此之外，水泥基滲透結(jié)晶型防水材料的應(yīng)用可以起到無毒、無公害作用[5]。

5 結(jié)語

混凝土的性能與密實(shí)程度密切相關(guān)，通過研究表明，混凝土的密實(shí)程度越高，可以在一定程度上縮小孔隙率，形成防護(hù)涂層，有效防止水分和其他有害物質(zhì)透過混凝土侵入其內(nèi)部，通過該方法可以提升混凝土的抗壓強(qiáng)度，從而控制外界物質(zhì)透過混凝土，與結(jié)構(gòu)中的水分發(fā)生反應(yīng)，造成混凝土的耐久性降低。為提高混凝土的耐久性，本文引入硅烷浸漬混凝土技術(shù)以及SPUA保護(hù)混凝土技術(shù)，通過研究表明，二者解決不了根本問題，但具有一定的保護(hù)能力。綜上所述，滲透結(jié)晶型材料可以有效改善混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，效果最佳。

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