水泥基滲透結晶型防水材料在路橋工程中的應用

黃洪勝，張明強，李鐵軍，韓智理，葉建雄

（1重慶市公路工程質量檢測中心 重慶 400060 2 重慶易橋科技有限公司 重慶 400060 3重慶大學 重慶 400045）

水泥基滲透結晶型防水材料在路橋工程中的應用

黃洪勝1，張明強1，李鐵軍1，韓智理2，葉建雄3

（1重慶市公路工程質量檢測中心 重慶 400060 2 重慶易橋科技有限公司 重慶 400060 3重慶大學 重慶 400045）

水泥基滲透結晶型防水材料（簡稱CCCW）是一種剛性防水材料。本文結合工程應用實踐，總結了CCCW在橋梁工程中應用的合理施工工藝，分析了CCCW的防水機理，提出了進一步推廣應用CCCW的建議。

水泥基滲透結晶型防水材料；防水機理；路橋工程；應用

引言

近年，混凝土橋梁的耐久性越來越受到人們的重視。由于主梁鋼筋銹蝕造成的破壞會使橋梁的承載能力急劇降低,造成行車質量受限和維修費用上漲,有時還會危及行車安全[1]。目前，解決混凝土橋主梁鋼筋銹蝕問題的常用方法是設置橋面防水層。路橋防水工程常用的防水材料有高聚物改性瀝青防水卷材、聚脲涂料及高強度聚氨酯涂料等。

水泥基滲透結晶型防水材料（Cementitious Capillary CrystallineWaterproofingMaterial，簡稱CCCW）是一種剛性防水材料。與水作用后，材料中含有的活性化學物質通過載體向混凝土內部滲透，在混凝土中形成不溶于水的結晶體，填塞毛細孔道，從而使混凝土致密、防水[2]。與傳統(tǒng)防水材料在混凝土表面形成隔水層，隨時間增長,其性能逐漸退化而失去防水效果不同，CCCW的防水性能隨著時間持續(xù)增強,并且永久防水不老化。且其獨特的自我修復能力、特有的整體防水性能、防化學侵蝕、無毒無公害以及施工簡便等特性使其在混凝土防水領域具備了顯著的優(yōu)越性[3]。

1 水泥基滲透結晶型防水材料在路橋工程中的應用發(fā)展

CCCW自80年代被引入我國后，已經成功地應用于道路交通、住宅建筑、工業(yè)建筑、大型公共建筑、水工及特殊構筑物等工程中。目前，對于路橋防水工程而言，CCCW并沒有得到廣泛的應用。2007年度全國防水材料工程應用調查報告[4]顯示:混凝土面層路橋面防水中，氯丁膠乳改性瀝青涂料、自粘橡膠瀝青防水卷材、聚脲涂料及高強度聚氨酯涂料和氯化聚乙烯橡塑共混卷材的應用比例分別為59.09%、24.82%、9.10%和2.98%。而2008年度全國防水材料工程應用調查報告[5]則進一步證實了這一點：路橋混凝土面層防水中，聚氨酯涂料（含單、雙組分）、氯丁膠乳改性瀝青涂料、其它瀝青及改性瀝青卷材、SBS改性瀝青卷材和有機硅憎水劑等5種材料用量較大，應用比例分別為32.26%、26.67%、16.15%、15.61%和3.31%。

但目前公布的文獻資料中，也不乏CCCW成功應用于混凝土路橋面層防水工程的實例：

蘇通長江公路大橋橋面防水工程[6]：蘇通大橋引橋50m跨連續(xù)箱梁采用MSS造橋機逐跨現(xiàn)澆施工,橋面鋪裝層由8cm厚SMA-13瀝青混凝土和5cm厚C40防水混凝土調平層組成。在對箱梁頂板表面混凝土進行“拋丸”鑿毛處理后，涂刷水泥基滲透結晶型防水材料進行防水處理。

張（家口）—石（家莊）高速公路密涿支線工程[7]：該工程為張石高速公路的支線工程，全長25.95km，西連張石高速公路，東接在建的廊（坊）涿（州）高速公路，全線采用高速公路標準建設，設計速度采用120km/h，路基全寬28m。該工程義和店中橋和軍用分離式立交橋中成功應用了CCCW摻和劑配制防水混凝土和CCCW涂料。該工程橋面鋪裝設計如圖1所示。

圖1 義和店中橋和軍用分離式立交橋橋面鋪裝設計圖[7]

2 水泥基滲透結晶型防水材料的防水機理

根據(jù)使用方法不同，CCCW可以分為防水涂料（C)和防水劑（A)兩種，二者皆為粉狀材料。工程中，CCCW防水劑直接內摻入混凝土中，而CCCW防水涂料可直接與水拌合調配成漿料刷涂或噴涂在水泥混凝土表面，也可干粉撒覆并壓入未完全凝固的水泥混凝土表面。目前，對于CCCW防水機理較為認可的解釋有兩種，即沉淀反應機理和絡合-沉淀反應機理。

沉淀反應機理認為：CCCW中的活性化學物質一方面通過混凝土孔隙中存在的水，在混凝土內部滲透，與毛細孔中的游離石灰和氧化物發(fā)生化學反應，生成不溶于水的枝蔓狀結晶體，密封混凝土中的毛細管網(wǎng)、毛細孔及微裂縫，從而封堵來自各個方向的水，起到阻水、防水的作用。另一方面，CCCW中的活性物質與鋼筋表面的氧化物起反應形成一層穩(wěn)定的鈍化膜的同時還能夠阻止二氧化碳浸入混凝土，防止混凝土中pH值降低和鋼筋的銹蝕。當混凝土的毛細孔隙、微裂縫等被密封完全時，混凝土處于不漏水狀態(tài)。此時混凝土為干燥狀態(tài)，活性化學物質和混凝土內部的Ca2+不能以游離態(tài)的離子形式存在，即不再具有活性，進入“休眠”狀態(tài)。當混凝土受不均勻載荷、地基沉降、溫差變化等物理作用產生微裂紋等缺陷時，水便會再次沿著裂紋進入混凝土，相應的活性物質也就被再次激活，隨水向混凝土內部滲透并發(fā)生作用，直至裂紋被不斷長大的晶體完全封閉為止。

絡合-沉淀反應機理認為：CCCW中存在著可與Ca2+絡合的活性化學物質。在濃度和壓力差共同作用下，該活性化學物質會通過混凝土孔隙中存在的水,滲透到混凝土內部并與混凝土中電離出的Ca2+絡合，形成易溶于水的、不穩(wěn)定的鈣絡合物。絡合物隨水在混凝土孔隙中擴散，遇到活性較高的未水化水泥、水泥凝膠體等，活性化學物質就會被更穩(wěn)定的硅酸根、鋁酸根等取代，發(fā)生結晶、沉淀反應，從而將Ca(OH)2轉化為具有一定強度的晶體化合物，填充于混凝土的裂縫和毛細孔隙。而活性化學物質則重新變成自由基，繼續(xù)隨水向內部遷移，在Ca2+濃度高的地方再次形成絡合物。如此反應在混凝土中反復不斷進行，產生水泥結晶。當混凝土處于干燥狀態(tài)時，由于缺少擴散介質，活性物質處于“休眠”狀態(tài)，當有水滲入時，活性物質將被再度激活，催化發(fā)生新的結晶反應，使結構防水，從而達到永久防水的效果。

3 水泥基滲透結晶型防水材料施工工藝控制及操作要點

3.1 工程應用概況

重慶云萬高速公路是國家重點干線杭州至蘭州公路的重要組成部分，也是重慶市“二環(huán)八射”主骨架公路網(wǎng)的重要組成部分，全長78.345km。該工程由重慶高速公路發(fā)展有限公司渝東分公司建設，四川交通廳公路規(guī)劃勘察設計研究院設計。其中，云陽—萬洲段主線全長57.535km，共有特大橋6座，大橋47座，中橋19座，特長隧道1座，長隧道3座，中短隧道4座，互通式立交6處。為保證橋梁工程使用功能和耐久性，主要橋梁施工過程中采用了水泥基防水材料。作者所在項目組全程參與了滲透結晶防水材料的施工。此外，項目組還在石忠高速公路、洪酉高速公路和水界高速公路的橋梁及隧道中應用了滲透結晶防水材料，并取得了良好應用效果。

3.2 水泥基滲透結晶型防水材料在橋隧工程中施工工藝及操作要點

CCCW作為一種新型防水材料應用于路橋防水工程時，為提高其防水效果及長期性能，施工工藝流程十分關鍵。CCCW的施工工藝分干撒法和涂刷法兩種。干撒法是在混凝土終凝前,把CCCW粉料裝在細目篩子里,輕輕拍動篩子往下均勻篩料,完成篩料后用木抹子適當加壓抹面。目前較為常用的施工方法是涂刷法，其一般的施工工藝流程為[3，6]：基面處理→制漿→涂刷→檢查→養(yǎng)護。

3.2.1 基面處理

基層處理的目的不僅在于節(jié)約CCCW的用量，更重要的目的在于提高基層與后續(xù)作業(yè)層的粘結能力，確保施工后工程的使用功能。基層處理應達到消除基面出現(xiàn)的浮漿、空鼓、起皮、分層等問題；此外，還應清洗基層油污、返堿、塵土、薄膜、油漆、表面涂層及其他雜物。基層處理一般采用機械打磨的方式進行，若混凝土表面較光滑，也可以采用剁斧、鋼絲刷等將光滑面剁鑿打磨成粗糙面，基層陰陽角處用水泥砂漿做成圓弧形，再用水沖洗干凈。若混凝土表面存在較大的裂縫,應沿裂縫開成V形槽,用水沖洗干凈后,在潮濕基層上涂刷一層CCCW，凝固后用同標號摻CCCW防水砂漿將所開槽填補密實,然后拉成毛面。最后用水充分濕潤基層，但表面不得有積水（圖2）。

圖2 橋面基層表面打磨

采用機構打磨時，應控制以下問題：

（1）基層未達到施工強度前禁止施工，以免對機械及路面造成不必要的損害。

（2）在施工過程中注意控制機械按勻速行走，并控制給砂量始終保持一致。拋丸機不能有長時間停頓，以免對原有路面造成大的損害。

（3）路面如有大塊水泥浮漿，應在拋丸機施工前組織人工進行清理、剔除，以保證拋丸機施工時達到最佳的施工效果。

（4）拋丸，是指通過機械的方法把丸料以很高的速度和角度拋射到工作表面上，讓鋼丸高速沖擊工作表面，形成捶擊效應，達到清理工作表面上的雜質、附著物以及其他需要清理的物質的一種表面處理的方法。打擊過表面的鋼丸在配套吸塵設備產生的負壓和本身撞擊的反彈作用下，鋼丸和雜質一起回到機器自身的分離系統(tǒng)，并將雜質和可以回收鋼丸自動分離并分別回收。好的鋼丸在機器內部繼續(xù)循環(huán)使用。

此外，噴砂時混凝土表面應處于干燥狀態(tài)，不得有積水。噴砂應均勻，不能遺漏；噴砂完成后應對路面進行清潔（用森林滅火器進行吹塵或者水車清洗，做到路面清潔、干凈，不影響下道工序的施工）。當在混凝土表面進行拋丸時,只有在機器行走的情況下才打開閥門，以免會在混凝土表面拋打出凹坑（圖3）。

圖3 處理與未處理基層表面對比圖

3.2.2 制漿

制漿過程中應注意以下幾點：（1）嚴格按配合比計量。粉、水一次加夠量后，用電動攪拌器攪拌3min～5min，直至拌和均勻。（2）一次配制的灰漿不宜過多，以在30m in內用完為宜。（3）當混合物變稠時應頻繁攪動，嚴禁加水沖稀。

3.2.3 涂刷

采用噴涂工藝施工時，一般在混凝土結構表面噴涂兩次滲透結晶防水材料。第一次噴涂宜在基層處于面干飽和狀態(tài)時進行，第二層噴涂應在第一層料漿滲入結構內部、表面呈面干飽和狀態(tài)時進行。此后進入養(yǎng)護階段。待第二層涂料表面呈面干狀態(tài)時，采用噴霧器在涂層表面噴水，噴水量以控制表面潤濕為宜。噴水養(yǎng)護過程一般控制3次。

涂刷作業(yè)的關鍵控制條件包括：（1）露天環(huán)境中使用的橋面混凝土結構，應待其收縮變形基本穩(wěn)定后再開始涂刷作業(yè)。（2）宜選用專用噴涂機械進行噴涂施工，以保證涂層的厚度和均勻性。（3）涂刷第2層涂料應在第1層涂料初凝并呈潮濕狀態(tài)時(一般在24 h內，具體根據(jù)現(xiàn)場情況而定)進行；若太干應先噴灑霧水后再進行第2層的涂刷。（4）高溫條件下施工時，涂刷宜在早晚進行，避免陽光直照，防止灰漿過快干燥影響滲透。（5）涂層不宜過薄或過厚，過薄表明材料用量不足，難以達到預期防水效果；過厚則養(yǎng)護困難，涂層容易剝落；陰角及凹陷處不能有過厚的涂料堆積，否則堆積處可能開裂。一般情況下，第1次噴涂量控制在250g/m2為宜，總量控制在500g/m2較合理（圖4）。

圖4 表面噴涂

3.2.4 檢查及養(yǎng)護

涂層施工完后，檢查涂層是否均勻，用量是否夠量，有無漏涂部位，涂層是否有暴皮現(xiàn)象等。以上現(xiàn)象如有出現(xiàn)，則需進行再次施工修補。

涂刷完成后，應及時養(yǎng)護，養(yǎng)護時間不得少于4d，且養(yǎng)護過程中必須做到保溫保濕。養(yǎng)護用水采用凈水，涂層凝結后采用噴霧式灑水養(yǎng)護，避免水沖破壞涂層。每天噴4～5次,熱天或干燥天氣要增加噴水次數(shù),防止涂層過早干燥。

此外，施工后48h內必須防避雨淋、霜凍、暴曬、污水及4℃下的低溫?？諝饬鲃硬顣r,需用風扇或鼓風機輔助養(yǎng)護。露天施工用濕草袋覆蓋(24 h后方可覆蓋),避免涂層積水。如用塑料膜作為保護層,必須注意架開，以保證涂層的“呼吸”及通風。養(yǎng)護期間應避免涂層有磕碰現(xiàn)象。

檢驗施工質量可采取鉆取芯樣的方式，檢測滲透結晶防水材料的滲透深度，也可以通過檢測芯樣抗?jié)B透性的方法評定。施工現(xiàn)場可以采取在涂層表面灑水，觀測不在涂層表面的分布狀況。如噴水后表面形成均勻水珠，可以認為施工效果良好。

圖5 現(xiàn)場灑水測試施工效果

3.2.5 界面處理

對于橋梁鋪裝層，為確?；鶎优c瀝青混合料的粘結，防水施工后可在混凝土結構表面作界面處理。一般采用噴涂有機界面劑的方式完成界面處理。界面劑施工應按產品使用要求進行。

4 結語

CCCW在工程應用中效果良好,施工簡單,對環(huán)境要求低,具有良好的防水能力和耐久性,是一種非常有發(fā)展前途的防水材料。但目前CCCW在實際工程特別是路橋防水工程中所占的比例依然很低。為進一步促進CCCW在路橋工程中的應用，應重點做好以下幾個方面的工作：（1）加大CCCW的推廣力度和政策支持力度；（2）加強科研工作，重點研究如何提高CCCW自身的綜合性能以適應混凝土技術的快速發(fā)展；（3）總結工程實踐經驗，加快相關應用技術規(guī)程及驗收標準的制定工作。

[1]裴建中，胡長順，王祥魯.建筑防水材料用作橋面防水的可行性分析 [J].長安大學學報 (自然科學版)，2002，22（6）：29-32..

[2]GB 18445-2001,水泥基滲透結晶型防水材料[S].

[3]郝吉武，楊治偉，錢明光.水泥基滲透結晶型防水材料的研究進展 [J].佳木斯大學學報 (自然科學版)，2008,26（4）：493-496.

[4]中國建筑防水雜志社.2007年度全國防水材料工程應用調查報告[J].中國建筑防水，2008，（10）:5-16.

[5]中國建筑防水雜志社.2008年度全國防水材料工程應用調查報告[J].中國建筑防水，2009，（10）:2-10.

[6]王忠杰，張新，尹繼罡等.CCCW在蘇通大橋混凝土橋面裂縫修補中的應用[J].中國建筑防水，2006，（8）:36-38.

[7]徐波.水泥基滲透結晶型防水材料在橋面防水混凝土中的應用性研究[D].西安：長安大學，2008.

Cementitious Capillary Crystalline Waterproofing Materials Applications in Road and Bridge Engineering

Cementitious capillary crystallinewaterproofingmaterial isa kind of rigid waterproofmaterial(CCCW).On thebasic useof CCCW in practicalprojects,the author in thispaper summarized theapplication of CCCW in road and bridge engineering and the construction technologicalprocess.Thewaterproofingmechanism ofCCCW iscarefully analyzed and suggestionsabouthow to popularization and application of CCCW are therefore presented at theending partsof the paper.

cementitiouscapillary crystallinewaterproofingmaterial;waterproofingmechanism;road and bridgeengineering;application

TU 57+7

A

1671-9107（2011）05-0027-04

10.3969/j.issn.1671-9107.2011.05.027

2011-04-6

黃洪勝（1967-），女，高級工程師，主要從事建筑、道路與橋梁設計、監(jiān)理、質量檢測方面的工作。

余詠梅