新型抗裂防渗材料的研制

1.前言

1.1.国内外研究情况

建筑工程的防水，是建筑物使用功能中的一项重要内容。据资料统计表明，当前我国城市建筑物的漏水率约为60%，竣工的漏水房屋高达37%，每年城市建筑物渗漏维修费用高达12亿元以上。

我国先后开发了级配集料防水砼、富砂浆防水砼和外加剂防水砼，试图通过增加砼的密实性来解决自防水问题。由于普通砼存在收缩开裂的致命弱点，虽然一般防水砼的抗渗等级可达S6～S12，但往往达不到整体防水效果，其症结不在于砼本身的抗渗等级，而在于能否抗裂，砼不开裂或把裂缝控制在无害程度（宽度小于0.1mm）范围内，整体防水才能得到保证。因此，影响砼耐久性的重要因素是砼的开裂问题，它是水泥砼百余年来都未能很好解决的技术难题。

1.2.抗裂防渗材料研究的设想

砼防水剂是一种能减少孔隙和填塞毛细通道、降低吸水性和提高静水压力不透水性的外加剂，它可以显著提高混凝土的抗渗性能，使砼防水防渗水作用增强。目前国内外研究最多的是混合系列防水剂，根据以往国内外研究的方法来看，采用混合系防水剂的研究可概括为下列模式：

憎水组分+塑化减水组分+增强组分+膨胀组分+增密组分+引气组分进行复合研究。

由于达不到砼整体防水效果的症结不在于砼本身的抗渗等级，而在于能否抗裂，因此“裂”是“渗”的重要原因，对施工良好的砼，不裂就是不渗，防渗的前提是抗裂。

基于此思想的指导，本研究将主要着眼于以下四个方面：

（1）具有微膨胀性能，降低砼收缩率，防止砼开裂；

（2）具有提高混凝土的强度，降低混凝土单位用水量的功能；

（3）具有憎水阻孔效能；

（4）采用多组分进行复合研究。

本论文研究主要采用理论和试验相结合的方法，拟采用三种组分的复合方式如下：

膨胀组分+有机减少憎水组分+增密组分

1.3.单一组分的优化和处理

1.3.1膨胀组分

膨胀组分主要是补偿砼的收缩，改变砼硬化过程中的应力应变状态，从根本上克服砼的本身缺陷，减少收缩裂缝的产生，增强砼的密实度。水泥浆中膨胀产物还能隔断毛细孔渗水通道，因而可提高砼的抗渗性。本文采用自行配制的膨胀剂，掺量一般为8%～14%，限制膨胀率为0.02%～0.06%，相应产生的自应力值为0.2～0.8MPa。

1.3.2增密组分

增密组分不仅能充填砼中的孔隙，同时也具有增强作用。几种混合材（即增密组分）都能提高砼的抗渗性，但砼干缩随硅粉掺量的增加而加大，且矿渣泌水现象严重，对砼抗渗性能影响较大，而粉煤灰抗蚀性较高，水化热低，可减少砼收缩与开裂。本文采用Ⅰ级粉煤灰，作为增密组分。

1.3.3有机减水憎水组分

此组分的选择必须具有以下性能：

（1）具有较强的减少效果，能使砼强度明显提高，增强抗渗性；

（2）对拌合砼的性能应具有改善和易性、降低泌水率，提高抗渗性；降低早期放热速度和延迟水泥水化开始时间的作用；

（3）具有一定的憎水阻孔作用。

根据上述要求，本实验选择萘系高效减水剂复合其它组分。它与水泥相容性好，缓凝保塑效果好，经时坍落度损失低且具有一定的引气阻孔效果，作为防水剂的有机减水憎水组分。

2.高性能抗裂防渗混凝土的配制

2.1实验所用材料

水泥：华新水泥厂生产的堡垒牌525#普通硅酸盐水泥。

粉煤灰：武汉华电实业有限公司（阳逻电厂）生产的Ⅰ级粉煤灰。

膨胀剂：自行配制的复合膨胀剂。

细集料：巴河中沙，细度模数为2.6～2.8，含泥量为0.8%。

粗集料：阳新石灰石，粒度5～20mm，连续级配，压碎值为8.8%，针片状含量为9.6%，含泥量为0.7%

有机防水剂A：蔡系高效减水剂复合其他组分，减水率为18%～25%。

水泥和粉煤灰的化学性能指标见表1，水泥的力学性能见表2所示。

***表1，表2***

2.2.实验

高性能抗裂防渗混凝土的配合比设计见表3所示，其实验结果见表4。渗水高度的测量方法为在静水压5.0MPa下恒压24小时，然后把试件劈开，测量渗透的高度。

***表3，表4***

2.3.实验结果分析

由表4中可见利用膨胀剂、有机防水剂配制的高性能抗裂防渗材料具有早强高（3d的强度可达42MPa），后期强度高且稳定，并且经时坍落度损失低，3小时后大多还有140mm以上，可满足远距离输送和泵送工程要求。

加入膨胀剂后，混凝土的抗渗性能比基准混凝土进一步得到了增强，由基准混凝土的3.0cm（静水压5.0MPa下）下降到2.0cm（b#），并且具有微膨胀的性能，起到了补偿收缩的作用。

比较b#、c#、d#三组试件，我们可以发现，随着膨胀剂的掺量的增加，混凝土的膨胀率增大，但工作性和强度下降。因此综合考虑因素，存在着一个最佳膨胀剂掺量问题。在本实验中为10%～13%。

粉煤灰的加入使混凝土的工作性得到改善，但随之而来的是混凝土的膨胀率降低，这是因为粉煤灰和水泥水化生成的CH反应生成硅酸钙等矿物凝胶，导致CH的数量降低，而形成AFt也需要一定数量的CH，这样AFt不能完全形成。

3.复合防水机理

由本实验可知，有机防水剂A的有机憎水减水组分具有较高的减水率，其减水率达18%左右。在保证其他组分用量不变的前提下，可大幅度减水、降低水灰比、提高早期强度和后期强度。这样可极大地提高极限拉伸强度。并且此减水组分由于可产生均匀而微小的气泡，因而可以使砼的粘滞性增大，抑制沉降泌水作用。这些气泡是非开放性的，由于气泡的阻隔，改变了毛细管的数量与特性，减少了砼的渗水通路。另外此减水组分还能使水泥颗粒憎水化，因而也使砼中的毛细管壁憎水化，这也能阻碍砼的吸水作用，提高砼结构的抗渗能力。

本文所掺膨胀组分属于钙钒石膨胀剂。当其加入到砼中，膨胀剂中的硫铝酸钙和石膏与石灰水化形成的氢氧化钙相化合而生成有膨胀性的膨胀源钙矾石。它能起到填充、切断砼中毛细孔缝作用，使大孔变小孔，总孔隙率减小，改变砼的结构分布，使其获得较好的致密性，从而提高了砼的抗渗能力。

在砼中掺入增密组分（本实验选用粉煤灰）后，由于其具有火山灰活性，它会与水泥在水化过程中生成大量的Ca(OH2)进行二次水化反应（火山灰反应），继续生成具有胶凝性质的稳定的水化硅酸钙凝胶，增加有益的水化产物数量，改善砼界面结构和孔隙结构，从而提高砼的强度与密实性。另一方面，粉煤灰的火山灰反应导致CH的数量降低，而形成AFt也需要一定数量的CH，这样AFt不能完全形成。因而膨胀率相应降低。

4.结论

通过本试验研究和理论分析，主要得出如下结论：

（1）本文尝试配制高性能抗裂防渗材料，试验结果显示该复合防水剂（有机防水剂+无机膨胀剂）具有较优的抗裂防渗性能。其主要性能：减水率可达18%；3d强度大于42MPa，28d大于60MPa，且具有较好的工作性能，抗渗标号达S40，且具有微膨胀的性能，起到了混凝土补偿收缩的作用。

（2）混凝土渗水原因一是混凝土内部的孔隙，二是混凝土内部的微裂缝所致。前者采用减水增强和增密充填的方法来处理混凝土内部的孔隙；后者采用混凝土内掺膨胀组分，以发挥混凝土的自防水的能力。

摘自：中国混凝土网