喷涂型渗透结晶防水材料开发研究

2018-07-31于福张健陈兵

新型建筑材料 2018年6期

于福，张健，陈兵

（1.中交一航局第二工程有限公司，山东青岛 266071；2.中交隧道工程局有限公司第三工程公司，江苏南京 210002；3.上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院，上海 200240）

0 引言

随着城市化进程加快，越来越多的城市开始大力开发地下空间工程——地铁、停车场、商场、综合管廊、体育场等，但这些建筑不同程度地受到地下渗漏的影响[1-3]。混凝土作为主体的结构材料在这类建筑工程中广泛应用。由于受到混凝土的材料选用、生产拌制、运输、入仓、养护及混凝土结构的形状、大小、模板工艺等诸多施工因素的制约，不可避免出现一些缺陷：如蜂窝、麻面、混凝土温度裂缝、应力裂缝及施工缝等，这些正是其产生渗漏的主要原因。因此，防水处理是混凝土施工的重要一环。传统的防水材料，如卷材、防水涂料，虽然呈现出了弹性或柔性，耐久性较好，但与基面混凝土总存在着“隔”的问题，潮湿与渗水始终是其大敌，不宜作背水面和潮湿基面的防水。而一般的防水砂浆类材料，抗裂性差是其致命的弱点。

水泥基渗透结晶防水材料被认为是一种“涂刷1道防水层，形成2道防水屏障并可随时修复新裂纹、自动堵漏功能”的刚性防水材料，非常适合混凝土结构的防水、防渗。自20世纪90年代初进入我国建筑防水市场，至今已有20多年，出现了百余家生产企业[4-6]。然而，国产化的产品很多在实际工程中并未发挥其应有的防水、抗渗功效，其原因是多方面的，大部分是由于产品本身并未具有渗透结晶能力。“渗立康”防水涂层是基于水泥基渗透结晶防水材料基本原理自主研发的一种采用喷涂工艺施工的防水涂层，由硅酸盐水泥、纳米活性化学物质和石英砂配制而成。本文介绍了该防水涂层的实验室测试结果，并对其在地铁渗漏修复工程中的应用效果进行了分析。

1 试验

1.1 试验材料

水泥：海螺P·O42.5水泥；防水材料：“渗立康”固体粉状喷涂型渗透结晶型防水材料；石：粒径为5～20 mm连续级配碎石；砂：中砂，细度模数2.4，含泥量小于0.1%；拌和水：自来水。

1.2 试验方法

参照GB 18445—2012《水泥基渗透结晶型防水材料》进行基准混凝土试样和防水层制备，并进行性能测试。

1.2.1 基底混凝土配合比和试样制作

为了比较涂和不涂“渗立康”防水涂层混凝土的抗渗性能，选择的混凝土应具有一定的强度，同时基底混凝土的抗渗能力又较低，试验混凝土配比见表1。混凝土采用HJZ60A自落式搅拌机搅拌5 min，出料装模，用高频振捣器振捣成型，放入养护室中养护24 h后脱模。

表1 基底混凝土的配比 kg/m3

12.2 防水涂层制作与养护

基底混凝土脱模后，用钢丝刷将试样两端面刷毛，清除油污，清洗干净并除去结水，使表面处于饱和面干状态。按照1.5 kg/m2的防水材料用量分2道涂刷已处理基底混凝土试样的背水面。当第1道涂刷后，待涂层手触干时进行第2道涂刷，然后移入标准养护室养护1 d后按规定进行浸水养护。

1.2.3 抗渗试验

抗渗试验参照GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》，初始压力为0.1 MPa，以后每隔8 h加0.1 MPa，直至所有试件渗水。试件龄期为28 d。

1.2.4 试验方案

共进行6组抗渗试验方案研究。

（1）方案1：试样上、下面均不涂防水涂层，加压击穿后，卸下试样，放回养护室，养护7 d，再进行测试。

（2）方案2：试样上、下面均不涂防水涂层，加压击穿后，维持一定水压，在背水面涂抹防水涂层，养护7 d，再测试。

（3）方案3：试样背水面涂抹防水涂层，加压击穿后，卸下试样，放回养护室，养护7 d，再进行测试。

（4）方案4：试样背水面涂抹防水涂层，加压击穿后，卸下试样，放回养护室，养护7 d，凿去涂层，再进行测试。

（5）方案5：试样迎水面涂抹防水涂层，加压击穿后，卸下试样，放回养护室，养护7 d，再进行测试。

（6）方案6：试样迎水面涂抹防水涂层，加压击穿后，卸下试样，放回养护室，养护7 d，凿去涂层，再进行测试。

2 试验结果与分析

抗渗试验每组测试6块，抗渗压力以第4块试件击穿时压力计算。表2列出了6种方案的抗渗压力。

表2 抗渗压力试验结果

由表2可见：对于方案1（基准试样），其28 d抗渗压力为0.4 MPa，击穿后，养护7 d，其抗渗压力为0.2 MPa，表明混凝土自身有一定的自修复功能，但这种自修复功能难以满足工程需求；在方案2中，带一定水压下，背水面涂刷防水涂层后，仅养护7 d，其抗渗压力提高到1.0 MPa，表明了防水涂层中活性物质具有迎水渗透并结晶，实现混凝土结构防水修复功能。对于方案3和方案4，28 d抗渗压力达到1.3 MPa，为基准试样的3.3倍；而击穿后，养护7 d，其抗渗能力可修复，即使凿除涂层，其抗渗压力还达到1.1 MPa，表明防水涂层具有较强的渗透结晶与修复功能。在方案5和方案6中，迎水面涂刷“渗立康”防水涂层，其28 d抗渗压力达到1.4 MPa，效果最佳，依赖于防水涂层本身较强的防水功能，击穿后，养护7 d，其抗渗压力达到0.8 MPa，较背水面涂刷试样降低了33%，而凿除涂层，其抗渗压力为0.6 MPa，未能完全恢复到初始的抗渗能力，这可能与迎水面涂刷防水涂层影响了活性物质的渗透与结晶功能。通过以上几种试验方案，表明这种材料具有自愈合的性能，且与混凝土基体形成一个整体，特别是在方案4和方案6，将涂层凿去，没有对试件的抗渗性造成太大的影响，说明这种材料不仅是依靠涂层起作用，而是通过晶体渗透到混凝土内部堵塞孔隙，起到永久性防水作用。

为了验证防水涂层活性物质渗透结晶功能，将方案4中除去涂层，分别切取距涂层1.0、1.5、2.0和4.0 mm处进行扫描电镜观察，如图1所示。

图1 方案4试样除去涂层不同位置扫描电镜照片

从图1可见，水泥水化产物中不同程度地存在一些针状晶体，且其数量随着距涂层距离增加而减少。在离涂层1.5 mm和2.0 mm处，针状晶体分布较多，基本填充了水化产物中的微孔隙，而在4.0 mm处，针状晶体数量明显降低，但依然还能发现。这说明，防水涂层中活性物质能够渗透到混凝土内部并产生结晶，起到修复功能。

3 青岛地铁渗漏修复工程应用

3.1 工程概况

青岛地铁13号线工程位于青岛市西海岸经济新区，沿海岸线修建，总体呈东北-西南走向。线路正线长69.94 km，设车站23座，其中地下站9座，高架站14座，平均站间距3.13 km，工程概算总投资275亿元。

3.2 渗漏水现状描述

线路地下车站主体混凝土浇筑完成后，各车站不同程度地出现结构混凝土表面渗水现象，主要包含成片湿渍、局部点漏、线漏几种主要类型，以地铁站侧墙、转角等结构处尤为严重（见图2），是地下车站施工的质量通病之一，对地下车站混凝土结构的耐久性和后期运维有严重影响，必须在施工阶段加以防治。

图2 隧道漏水渍情况

地铁隧道结构渗水主要是源于外侧地下水通过结构内部的毛细管（虹吸作用力）、不密实孔洞、缝隙以及各种裂缝侵入地铁隧道衬砌结构的内部。

3.3 地铁隧道渗漏修复处理

图3 现场喷涂施工照片

由于地铁还未运行，隧道表面无任何装饰层，先人工将隧道表面简单清理干净，无尘土、油渍及其他污染物。对于表面有明显渗水漏点，先采用干粉料进行涂撒，待其无积水时，进行后续喷涂施工。将防水涂层粉料与水按质量比1∶0.3进行搅拌混合形成料浆，采用喷涂工艺进行墙面喷涂施工（如图3所示）。喷涂第1遍，厚度控制在1.0 mm，待涂层初凝后，进行第2遍喷涂，涂层总厚度控制在1.5 mm。喷涂完成后，由于地铁隧道里面比较阴暗，无需进行特别养护。施工后第2天观察时，涂层已完全硬化，但表面潮湿且有明显水珠[见图4（a）]，第4天观察时，隧道面上半部已干燥，而有明显渗漏点部位仍然潮湿且有水珠，7天后整个墙面已干燥，见图4（b）。