建筑用有机硅憎水剂试验研究

陈建飞 池惠斌

(1.阳光学院土木工程系 福建福州 350000；2.福州四方化工有限公司 福建福州 350000)

建筑用有机硅憎水剂试验研究

陈建飞1池惠斌2

(1.阳光学院土木工程系 福建福州 350000；2.福州四方化工有限公司 福建福州 350000)

通过对掺加有机硅憎水剂的水泥砂浆试件进行强度试验和吸水量试验，研究并分析水泥砂浆强度、吸水量与有机硅憎水剂掺加量之间的关系。试验结果表明：水泥砂浆中掺加SHP-50有机硅憎水剂后不会对其强度产生明显影响，但可以显著降低水泥砂浆的吸水量，且随着憎水剂掺加量的增大吸水量显著降低，增大到3‰后吸水量趋于稳定，故掺加量在1.5‰～3‰之间为宜。

有机硅；憎水剂；试验；强度；吸水量

0 引言

水泥是当今建筑市场中最常用的胶凝材料，加水搅拌形成浆体后在空气中硬化能够把砂石材料或陶瓷面砖牢固地胶结为一整体，但是水分的存在将会对其形成建筑构件的耐久性产生严重影响[1]。当水泥砂浆用作填缝剂使用时，过高的吸水量将会造成建筑物外墙和楼地面渗水，大量水体通过填缝剂进入墙体造成墙身空鼓、霉变、甚至是整片脱落[2]，不仅影响建筑物的美观，还会导致建筑物内部设备和装饰材料的损坏。同时，水分还可以造成冻融循环破坏，并作为传递气体、离子和盐类等的介质，使离子等深入结构构件内部产生破坏[3]。

降低吸水率的方法多种多样，在砂浆中掺加憎水剂是既经济又有效的方法，并且不会影响建筑物的美观[4]。有机硅憎水剂具有良好的防风化、防腐蚀及防水性能，同时还具有良好的抗泛碱效果，因此在各种饰面砂浆、混凝土、石材等的保护中应用广泛[5]。但有机硅憎水剂的憎水机理较为复杂、防水效果也不相同。

基于此，在水泥砂浆中掺加不同比例的有机硅憎水剂，通过试验测得水泥砂浆强度和吸水量，并分析有机硅憎水剂掺量与水泥砂浆强度和吸水量之间的关系，对于了解饰面砂浆、混凝土等材料中掺加憎水剂后的工作状态及防水效果有十分重要的意义。

1 有机硅憎水机理

有机硅类憎水剂在当前市场上种类较多，主要包括硅树脂、有机硅乳液、甲基硅醇盐、硅烷几大类[5]，此类材料为带有一定反应活性基团的硅氧烷类有机硅化合物，与水泥等无机硅酸盐材料具有较高的亲和力。在掺入砂浆、混凝土等材料中后，不仅可以通过活性基团相互作用生成链状、枝状及网状分子，形成一层致密均匀的防水薄膜，还可与硅酸盐材料中的羟基反应形成末端带有≡Si—R基的硅烷链(R一般为CH3)，能够填补原材料的微孔，使原材料微观结构致密，抗渗性增强。同时，正常的紫外线能量为418kJ/mol，而有机硅中Si-O键键能为452kJ/mol，有机硅很难被紫外线能量降解，所以有机硅憎水剂在经过紫外线照射后，仍可保持良好的抗渗性。

2 试验准备

2.1 试验材料

试验各材料用量比，见表1。除基础材料外，分别掺加0‰、1 ‰、1.5 ‰、2 ‰、2.5‰、3 ‰、5‰的SHP-50有机硅憎水剂。

2.2 试验方法及试件制备

2.2.1 强度试验

试块采用《陶瓷墙地砖填缝剂》(JC/T 1004—2006)中7.2的方法成型、养护及试验[6]。分别于3d、7d、28d龄期进行抗折强度和抗压强度试验，如图1、图2所示。试验仪器为电动抗折试验机DKZ-5000和微机屏显式万能试验机WEW-1000B。试验地点阳光学院水泥胶砂试验室。

表1 试验材料用量比

图1 抗折强度试验

图2 抗压强度试验

2.2.2 吸水量试验

吸水量试验采用规范规定方法和卡斯通管吸水量试验方法，试验地点为阳光学院水泥胶砂试验室。标准规定方法试件采用JC/T 1004—2006中7.3的方法成型、养护及试验，分别于30min、240min时刻称取试件质量，精确至0.01g。卡斯通管吸水量试验试件尺寸为150mm×150mm×10mm，养护28d后进行试验，将卡斯通管放置于试件的中心位置，用石蜡密封试管与试件间的缝隙，确保水不会游缝隙渗出，向试管内注水至0刻度，试验条件下静置30min、240min、24h后分别读取数值，精确至0.1ml，如图3所示。

图3 卡斯通管吸水量试验

3 试验结果及分析

3.1 强度试验

图4、图5分别为龄期在3d、7d、28d时不同有机硅憎水剂用量下的抗折强度、抗压强度值。图4～图5中可看出，在龄期达到28d时，掺加憎水剂的试件强度均高于未掺加憎水剂的试件，且均符合规范[6]中抗折强度大于2.5MPa、抗压强度大于15MPa的规定。而在龄期为3d和7d时，由于水泥水化反应未完全，各项性能均不稳定，掺加憎水剂与未掺加憎水剂的试件相比仅有个别试件强度较低，但基本不会对试件的强度造成影响。而不同憎水剂的掺加量对强度的影响亦不甚明显。试验结果表明所采用憎水剂与水泥等无机硅酸盐材料具有较高的亲和力，在掺入砂浆材料中后，仅通过活性基团相互作用生成链状、枝状及网状分子，形成一层致密均匀的防水薄膜，可与硅酸盐材料中的羟基反应形成末端带有≡Si—R基的硅烷链填补原材料的微孔增加材料的抗渗性能，而不会与水泥等无机硅酸盐材料发生降低其强度的化学反应。

图4 憎水剂用量～抗折强度关系曲线

图5 憎水剂用量～抗压强度关系曲线

3.2 吸水量试验

图6为采用规范规定试验方法测得的憎水剂用量～吸水量关系图，图6中可看出，掺加憎水剂的试件吸水率明显小于未掺加憎水剂的试件，随着憎水剂掺量的增加，试件吸水量逐渐降低。其中：憎水剂掺加量在从1‰增大到2‰时吸水量降低较多；待憎水剂掺加量增大到3‰时，随着憎水剂用量的增加，试件吸水量基本保持不变。说明，有机硅憎水剂能够有效地降低试件吸水量，但憎水剂的掺量并非越多越好，在1.5‰～3‰之间为宜。

图6 憎水剂用量～吸水量关系曲线

SHP-50添加量/‰时间30min240min24h0/ml0.212.61/ml00.51.11.5/ml00.30.52/ml00.050.12.5/ml0003/ml0005/ml000

表2为卡斯通管吸水量试验方法测得的各试件吸水量。表2中可以看出，30min掺加憎水剂的试件吸水量均为0，240min憎水剂掺加量在2.5‰以上的试件吸水量为0，24h憎水剂掺加量在2.5‰以上的试件吸水量均为0，在3个时刻掺加憎水剂的试件吸水量明显小于未掺加憎水剂的试件。试验结果与规范规定试验方法测得的数据基本一致。分析不同憎水剂掺量下试件吸水量随时间变化情况，如图7所示。未掺加憎水剂的试件吸水量随吸水时间的增长而增大，且增量明显；掺加憎水剂的试件吸水量随时间增长而增大，但增量较小，尤其是憎水剂的掺加量越高，吸水时间对试件吸水量的影响越小，在憎水剂掺加量达到2‰时，试件的吸水量在吸水30min后基本保持稳定。说明在水泥等无机硅酸盐材料中加入少量有机硅憎水剂可以形成明显的防水薄膜或有效填充原材料微孔显著提高其抗渗效果，当憎水剂的掺量达到1.5‰～3‰之间时，能够形成足够的防水薄膜或充分填充原材料微孔，达到最理想的抗渗效果，如继续增加掺量会造成不必要的浪费。

图7 吸水时间～吸水量关系曲线

4 结论

通过对不同有机硅憎水剂掺加量的水泥砂浆试件进行强度试验和吸水量试验，试验结果表明：(1)在水泥砂浆中掺加SHP-50有机硅憎水剂后，并不会对水泥砂浆早期的强度产生影响，而28d强度略高于未掺加憎水剂的水泥砂浆。

(2)有机硅憎水剂能够显著降低水泥砂浆的吸水量，并且采用不同憎水剂掺加量的砂浆吸水量下降程度不同。随着憎水剂掺量的增加水泥砂浆吸水量显著降低，当憎水剂掺加量达到3‰后吸水量不会有明显降低，所以憎水剂的掺加量在1.5‰～3‰之间为宜。

[1] 王洪祚，王颖.建筑用有机硅防水剂的研拓[J].粘接，2012(4):69-72.

[2] 陈兵，蒋正武，白桦.水泥基渗透结晶型防水材料性能研究[J].新型建筑材料，2000(12):10-11．

[3] 郇坤，张永娟，夏小丹.有机硅微胶囊防水剂特性及其微观结构研究[J]. 粉煤灰综合利用，2013(1):14-18.

[4] 洪永顺，刘双华，吴平，等.Wacker有机硅憎水剂在水泥基陶瓷墙地砖填缝剂中的应用[J].新型建筑材料，2007(4):50-51.

[5] 朱淮军.建筑用有机硅防水剂[J].有机硅材料，2007，21(6):338-340.

[6] JC/T 1004-2006 陶瓷墙地砖填缝剂[S].北京:中国建筑工业出版社，2006.

[7] 李英丁，李江伟，张铬，等.聚合物改性的彩色饰面砂浆[J].墙材革新与建筑节能，2009(11):56-58.

Experimental Study on Building Organic Silicone Waterproofing Agent

CHENJianfei1CHIHuibin2

(1.Department of Civil Engineering, Yango College, Fuzhou 350000；2.Fuzhou Sifang Chemical Co., Ltd. Fuzhou 350000)

Through the strength test and water absorption test of cement mortar specimens added with organic silicone waterproofing agent, the relationship among the strength of cement mortar, water absorption and the mixing amount of organic silicone waterproofing agent was studied. The test results show that the addition of organic silicone SHP-50 waterproofing agent admixture in cement mortar will not have a significant impact on its strength, but it can significantly reduce the water absorption of cement mortar. And with the increasing of the mixing amount, the water absorption is considerable reduced, when it reaches 3‰, the water absorption tends to be stable, so the best mixing amount is between 1.5‰ and 3‰.

Organic silicone; Waterproofing agent; Experimental; strength; Water absorption

陈建飞(1987.12- )，男，助教。

E-mail:chenjf19871206@163.com

2016-08-17

TU5

A

1004-6135(2016)12-0067-04