高粘结高抗渗水泥基渗透结晶型防水材料的研究

郭 璞

(中铁三局集团山西三江工程检测有限公司，山西 太原 030006)



高粘结高抗渗水泥基渗透结晶型防水材料的研究

郭 璞

(中铁三局集团山西三江工程检测有限公司，山西 太原 030006)

选取多种活性物质，通过正交试验方法，配制了一种高粘结、高抗渗在役混凝土复合增强材料HCIM，测试了HCIM的各项性能指标，分析了其渗透修补机理，指出HCIM满足相关规范的要求。

水泥基，防水材料，粘结强度，抗渗性

水泥基渗透结晶型防水材料是以水泥、石英粉等为主要基材，并掺入多种活性化学物质的粉状材料。经与水拌和调配而成的具有一定渗透功能的无机型防水材料。主要用于混凝土结构表面的防水施工，结构开裂、渗水点、孔洞的堵漏施工，地铁车站、地下连续墙、隧道、涵洞、水库大坝的防水和堵漏施工，工业与民用地下室、屋面、厕、浴间混凝土建筑设施的所有水泥基面的防水施工。本文通过正交试验研究、单组分优化和相应性能测试之后，成功配制出一种高粘结、高抗渗在役混凝土复合增强材料——HCIM。

1 试验

1.1 原材料

1)水泥：同力水泥厂提供的P.O42.5R水泥。2)粉煤灰：化学成分及部分指标检测结果见表1。3)化学试剂：硅酸钠采用Na2SiO3·9H2O，纯度达到99.5%以上；羧甲基纤维素钠采用化学纯，纯度99.5%；碳酸钠及减水剂FDN(减水率20%)，均为市售工业级产品。4)纤维：采用北京威尔思工贸有限公司生产的1.5 mm～3 mm聚丙烯纤维，其基本技术参数见表2。5)砂：细砂，含泥量小于1%，其级配如表3所示。6)基体试块原材料：水泥(P.O32.5)、Ⅱ区中砂、碎石(5 mm～30 mm)。

表1 粉煤灰的化学成分及部分指标

表2 聚丙烯纤维基本技术参数

表3 砂的颗粒级配

1.2 配比设计[1-3]

HCIM由胶结材料、骨料、纤维组成。胶结材料是由前面选择的几种原材料为因素，分别为无机胶结材料(采用水泥、粉煤灰配制而成)、无机渗透性组分、有机辅助材料，在一定范围内的三种含量作为水平进行正交试验，确定各主要组分的含量。优选性能优良的胶结材料后，通过26组不同配比考察了纤维掺量、灰砂比、羧钠等对HCIM物理、力学性能的影响。

2 性能检测[4]

2.1 常规检测

所有检测按照GB 18445—2012水泥基渗透结晶型防水材料中有关规定进行。主要包括粘聚性、凝结时间、安定性、抗压、抗折强度、粘结强度、抗渗性等指标。

测试结果汇总见表4。

2.2 渗透深度

以P.O32.5水泥∶水=1.0∶0.7的质量比例成型(100×100×100)mm3的水泥净浆立方体试块基体，成型1 d后拆模，将CeCl4溶液(过量的超细稀土Ce2O3粉末(稍大于1%)与适量盐酸溶液反应后的溶液)添加到HCIM中，以1.2 kg/m2用量涂刷至试块表面，标准养护1 d后置于3/4基体高度的水中养护28 d，分别取距离涂层底部(空白基体为距表层)5 mm和50 mm处的小碎块(取样横截面面积大小不超过(5.0×5.0)mm2)，置于105 ℃的烘箱中烘干至绝对干燥状态，并研磨成粉体直至全部通过325目的分样筛，取筛下粉体做XRD,SEM以及化学分析。

对渗透深度测试不同部位试样的XRD分析结果见图1。

如图1所示，不同部位试样的XRD图谱具有相似的衍射峰，显示均是由石英、碳酸钙、氢氧化钙、水化氯铝酸钙和未水化的硅酸钙组成。但是从衍射峰的强度来看，其中距涂层5 mm处的水化氯铝酸钙的衍射峰明显要高于距涂层50 mm处和水泥基体的试样，说明它在三个样品中水化氯铝酸钙的含量相对较高，而该处的Cl-可能是来自于涂层中的CeCl4。化学分析结果显示，距涂层5 mm处的Ce4+和Cl-的含量分别为0.32 mg/g和0.81 mg/g，距涂层50 mm处的含量分别为0.03 mg/g和0.36 mg/g，这高于水泥基体中二者的含量(分别为0 mg/g和0.35 mg/g)，而距涂层50 mm处发现Ce4+，证明该涂层的渗透深度不小于50 mm。

取距离涂层50 mm试样进行SEM形貌观察和能谱分析。结果发现在涂层50 mm以下的水泥浆体中有Ce元素存在，这又一次证明了HCIM的渗透深度不小于50 mm。

综合以上测试结果可知，HCIM-6具有最好的抗折、抗压和粘结强度，适宜的凝结时间，优良的抗渗性，为最佳的高粘结、高抗渗复合增强材料。

3 渗透修补机理

如图2所示，HCIM无论是与水泥或是砂浆均有良好的界面粘合，HCIM与水泥的界面区形成了明显的梯度结构。HCIM与砂浆的界面虽然看不出明显的梯度界面结构，但界面结合紧密，无孔隙、气孔产生，这也表明HCIM涂刷过程中具有良好的渗透作用，与涂刷基体的界面结合良好，这也可以从粘结强度上得到验证。

然而由于生成的物质与混凝土基质中的物质基本一致，因而难以判断渗透深度和作用机理。但从Ce4+,Cl-的渗透试验可以间接证明具有较小离子半径的活性离子可以渗透到混凝土的内部。因此，该类防水材料赋予了混凝土自修复能力和可靠的永久性防水抗渗作用，增加混凝土的耐久性。

4 结语

通过优选，确定最佳配比如表5所示。

表5 最佳配比表

性能检测结果显示：28 d抗折、抗压强度分别达到10 MPa和44 MPa，粘结强度3.5 MPa，一次抗渗压力达到2.4 MPa，均已达到或超过了GB 18445—2012合格品标准要求，是一种性能优良的水泥基渗透结晶型防水材料。该涂料的生产工艺简单，原材料便宜，能够获得大规模的实际应用。

[1] 潘登耀，陈永利.水泥基渗透结晶型防水涂料配方的优化设计[J].新型建筑材料，2008(1):67．

[2] 李兴旺.水泥基渗透结晶型防水涂料的研制及性能研究[D].重庆:重庆大学，2006.

[3] 郑少华，姜奉华.试验设计与数据处理[M].北京：中国建材工业出版社，2004.

[4] GB 18445—2012，水泥基渗透结晶型防水材料[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，工程师

TU525

A