内掺型有机硅防水剂对砂浆性能的影响

靳　昊，易忠来，温　浩，程冠之，谭盐宾，李林香(中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京　100081)



内掺型有机硅防水剂对砂浆性能的影响

靳昊，易忠来，温浩，程冠之，谭盐宾，李林香
(中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京100081)

摘要:系统地研究了乳液型有机硅防水剂和粉体型有机硅防水剂对砂浆工作性能、力学性能和防水性能的影响。结果表明:粉体型有机硅防水剂更有利于提高砂浆的防水性能，当其掺量为1. 6%时，砂浆吸水量比为35. 5%，透水压力比≥300% ;有机硅防水剂对砂浆流动度影响较小，但是会降低砂浆的凝结速度、抗折强度和抗压强度。

关键词:有机硅防水剂防水砂浆憎水性

在地下工程中混凝土渗漏病害较为普遍。在渗漏治理过程中，针对渗漏量较大的裂缝常采用凿槽填充的方法进行治理。V形槽的填充砂浆多采用聚合物水泥砂浆，它的抗裂性能较好，收缩率较低，与混凝土黏结强度较高，但是防水抗渗性能略有不足，在水压较大部位易出现“洇水”现象。为了进一步降低砂浆的吸水率，提高其抗渗性能，需在砂浆中掺入防水剂。

目前，防水剂主要分为4类:氯化物金属盐类、硅酸钠类、拒水性物质类和有机硅类。氯化物金属盐类憎水剂含有氯离子，易造成钢筋锈蚀;硅酸钠反应速度快，制备的砂浆常用于短期、快速防堵水;拒水性物质添加量较多时，砂浆才具有较好的憎水性能，而且拒水性物质在砂浆体系中难于搅拌均匀，不易使用［1-2］。有机硅防水剂与砂浆的拌合性良好，对砂浆的黏结强度没有负面影响，水解后自身可发生缩合反应，并与硅酸盐中羟基反应形成末端带有—Si—R*基的硅氧烷链，最终形成稳定的网状硅氧烷憎水层［3］，维持长期防水功能。同时，硅氧烷憎水层不会阻塞孔隙，砂浆仍可保持正常透气功能［4］。目前，有机硅防水剂在防水砂浆中的应用已得到广泛关注。相关资料表明，有机硅防水剂内掺至砂浆或混凝土后，可有效改善其不透水性，降低有害物质的吸收(如氯离子、硫酸根离子等)，提高其耐久性［5-7］。

本文采用乳液型有机硅防水剂和粉体型有机硅防水剂制备防水砂浆，通过对比试验，研究了有机硅防水剂对砂浆工作性能、力学性能和防水性能的影响，明确了有机硅防水剂对砂浆各项性能的影响规律，为有机硅防水砂浆的研制提供了参考依据。

1　试验

1. 1原材料

乳液型有机硅防水剂为BS(硅烷/硅氧烷，有效成分50% )和IE(硅氧烷，有效成分40% )，粉体型有机硅防水剂为SH-1(硅烷)和SH-2(硅烷/硅氧烷) ;水泥为北京金隅生产的P．O 42. 5普通硅酸盐水泥;中国ISO标准砂购于厦门艾思欧标准砂有限公司。

1. 2防水砂浆制备

防水砂浆基础配合比按照《砂浆、混凝土防水剂》( JC 474—2008)标准配制，试验配合比如表1所示。采用乳液型有机硅防水剂时，将其加入水中，搅拌均匀后进行砂浆制备。采用粉体型有机硅防水剂时，将其加入水泥中，搅拌均匀后进行砂浆制备。

表1防水砂浆试验配合比

1. 3测试方法

砂浆凝结时间按照《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性》( GB /T 1346—2001)进行测定;砂浆流动度按照《水泥胶砂流动度测定方法》( GB /T 2419—2005)进行测定;砂浆抗折强度和抗压强度按照《水泥胶砂强度检验方法( ISO法)》( GB /T 17671—1999)进行测定;砂浆吸水量比和透水压力比按照《砂浆、混凝土防水剂》( JC 474—2008)进行测定。

2　结果与讨论

2. 1对工作性能的影响

选择不同种类的有机硅防水剂(掺量为0. 8% )，研究它们对砂浆工作性能的影响，试验结果如图1和图2所示。

图1有机硅防水剂对砂浆凝结时间的影响

图2有机硅防水剂对砂浆流动度的影响

从图1看到，加入0. 8%掺量(占水泥)的有机硅防水剂后，砂浆的初凝时间和终凝时间增加。与粉体型有机硅防水剂相比，乳液型有机硅防水剂对砂浆凝结时间的影响更为显著。与基准试件相比，加入有机硅防水剂BS的砂浆初凝时间增加了约60 min，终凝时间增加了约40 min;加入有机硅防水剂IE的砂浆终凝时间增加了约100 min。从图2看到，有机硅防水剂对砂浆流动性影响较小，当加入0. 8%掺量的有机硅防水剂时，砂浆流动度的变化率＜20%。特别是粉体型有机硅防水剂SH-2，它对砂浆流动度基本没有影响。

2. 2对力学性能的影响

选择不同种类及掺量的有机硅防水剂，研究它们对砂浆力学性能的影响，试验结果如图3和图4所示。

图3有机硅防水剂种类对砂浆力学性能的影响

图4有机硅防水剂SH-2掺量对砂浆力学性能的影响

从图3看到，加入有机硅防水剂后，砂浆的抗折强度和抗压强度下降，而且相同掺量情况下，乳液型有机硅防水剂和粉体型有机硅防水剂对砂浆力学强度的影响程度基本相同。加入0. 8%掺量的有机硅防水剂后，砂浆7 d的抗折强度和抗压强度分别下降约11% ～13%和10%～18%，砂浆28 d的抗折强度和抗压强度分别下降约5%～18%和16%～24%。

从图4看到，随着粉体型有机硅防水剂SH-2掺量增加，砂浆的抗折强度和抗压强度下降，其中，砂浆抗压强度的下降程度更加显著。当SH-2的掺量从0. 4%增至1. 6%时，砂浆7 d抗折强度下降了7%，砂浆28 d抗折强度无变化，而砂浆7 d和28 d抗压强度分别下降了11%和21%。

2. 3对防水性能的影响

选择不同种类及掺量的有机硅防水剂，研究它们对砂浆防水性能的影响，试验结果如图5和图6所示。

图5有机硅防水剂对砂浆吸水量的影响

图6有机硅防水剂对砂浆透水压力比的影响

从图5( a)看到，加入有机硅防水剂后( 0. 8%掺量)，砂浆的吸水量降低，其中粉体型有机硅防水剂SH-2的憎水效果最佳，浸水168 h后，砂浆吸水量比＜60%。同时，随浸水时间增加，掺入乳液型有机硅防水剂的砂浆吸水量比明显增大，防水效果变差;掺入粉体型有机硅防水剂的砂浆吸水量比随浸水时间增加无明显变化，其防水效果的保持率良好。从图5( b)看到，当粉体型有机硅防水剂SH-2掺量增加时，砂浆吸水量明显降低，其掺量为1. 6%时，砂浆吸水量比( 48 h) 为35. 5% ;其掺量从0. 4%增至1. 6%时，砂浆168 h吸水量比降低了26. 7%。

从图6( a)看到，当有机硅防水剂掺量为0. 8%时，加入粉体型有机硅防水剂SH-1和SH-2的砂浆透水压力比分别为140%和170%，而加入乳液型有机硅防水剂BS和IE的砂浆透水压力与基准试件相同，说明粉体型有机硅防水剂对提高砂浆的抗渗性能更加有效。从图6( b)看到，当粉体型有机硅防水剂SH-2掺量增加时，砂浆的抗渗性能提高，当其掺量增至1. 6%时，砂浆透水压力值已超过测试设备量程( 1. 5 MPa)，透水压力比≥300%。

3　结语

1)粉体型有机硅防水剂的防水效果优于乳液型有机硅防水剂，它可有效降低砂浆的吸水量，提高其透水压力，且随掺量增加，防水效果提高。

2)有机硅防水剂对砂浆流动性影响较小，但会延长砂浆的初凝时间和终凝时间。

3)有机硅防水剂会降低砂浆的力学强度，且随掺量增加，下降程度增大。

参考文献

［1］王培民．商品砂浆的研究与应用［M］．北京:化学工业出版社，2007．

［2］朱立德．有机硅类憎水剂在干混砂浆中的应用及其防水机理探讨［D］．武汉:武汉理工大学，2008．

［3］赵满喜，吴少鹏，刘杰，等．有机硅防水剂在建筑防水中的研究［J］．建材世界，2009，30( 3) : 51-52．

［4］付长涛，宇富生．有机硅防水剂的性能与应用［J］．山西建筑，2010，36( 25) : 164-165．

［5］胡玲霞，赵潇武，金祝年．不同有机硅烷类粉末憎水剂对聚合物保温砂浆性能的影晌［J］．新型建筑材料，2010，37 ( 6) : 50-51．

［6］道康宁公司．粉末型硅烷/有机硅添加剂在水泥基材中的应用［J］．化学建材，2009，25( 4) : 25-27．

［7］张娟，刘杰胜，夏琳．有机硅防水剂改性水泥砂浆的性能研究［J］．中国建筑防水，2014( 12) : 27-29．

(责任审编周彦彦)

Influence of internal mixing type organo-silicone waterproofing agent on mortar performance

JIN Hao，YI Zhonglai，WEN Hao，CHENG Guanzhi，TAN Yanbin，LI Linxiang
( Railway Engineering Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China)

Abstract:In this paper，the influence of emulsion type organo-silicon waterproofing agent and powder type organosilicon waterproofing agent on the working performance，mechanical and waterproof properties of the mortar were studied．T he results show that powder type organo-silicon waterproofing agent could improve mortar waterproof property better，mortar water absorption ratio is 35. 5% and penetration pressure ratio is more than 300% when the content of organo-silicon waterproofing agent is 1. 6%，organo-silicon waterproofing agent has little effect on the mortar fluidity but could decrease the condensation rate，flexural strength and compressive strength of mortar．

Key words:Organo-silicon waterproofing agent; W aterproof mortar; Hydrophobicity

文章编号:1003-1995( 2016) 01-0092-04

中图分类号:TU57+2

文献标识码:A

DOI:10．3969 /j．issn．1003-1995．2016．01．20

作者简介:靳昊( 1985—)，男，助理研究员，硕士。

基金项目:国家自然科学基金项目( 51308546) ;中国铁道科学研究院基金项目( 2013YJ026)

收稿日期:2015-08-21;修回日期: 2015-10-11