滲透型防水材料對混凝土抗氯離子滲透性能的影響

沈川越，汪群，黃佳健，林航葳，吳皓，蔣一彬，張文華

（浙江工業(yè)大學(xué) 建筑工程學(xué)院，浙江 杭州　310014）

滲透型防水材料對混凝土抗氯離子滲透性能的影響

沈川越，汪群，黃佳健，林航葳，吳皓，蔣一彬，張文華

（浙江工業(yè)大學(xué) 建筑工程學(xué)院，浙江 杭州310014）

為研究滲透型防水材料對混凝土抗氯離子滲透性能的影響，對分別經(jīng)過涂刷水性滲透型無機防水劑、浸潤水性滲透型無機防水劑、涂刷水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料處理及未經(jīng)防水材料處理的基準混凝土試件進行了快速氯離子擴散性能試驗。采用NEL法測試上述4種試件的氯離子擴散系數(shù)。試驗結(jié)果表明，水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料的效果比水性滲透型無機防水劑更佳。通過掃描電鏡微觀觀察證實了防水材料的滲透結(jié)晶效果。

混凝土；滲透型防水材料；氯離子擴散；NEL法

混凝土結(jié)構(gòu)以其良好的整體性能成為當今最廣泛采用的結(jié)構(gòu)之一，混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性也引起普遍關(guān)注。通常認為，氯離子對混凝土耐久性的影響最為重大，氯離子主要通過毛細管作用、滲透作用、擴散作用、電化學(xué)遷移侵入混凝土，破壞鋼筋表面的鈍化膜，造成鋼筋銹蝕，使混凝土結(jié)構(gòu)耐久性產(chǎn)生損傷乃至破壞。一般情況下，氯離子的侵入是多種方式的組合，但在一定條件下，占主導(dǎo)地位的只有其中一種侵入方式。氯離子擴散系數(shù)是用來反映混凝土對氯化物侵入抵抗能力的參數(shù)，氯離子擴散系數(shù)越大，氯離子侵入到混凝土越容易，混凝土耐久性越差［1-3］。

隨著混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展及成熟，其對混凝土防水材料的要求也日益提高。混凝土滲透型防水材料主要有2種：水性滲透型無機防水劑及水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料。水性滲透型無機防水劑以堿金屬硅酸鹽溶液為基料，加入催化劑、助劑制成。水性滲透型無機防水劑從混凝土表面滲入混凝土內(nèi)部，與游離堿類物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成不溶于水的凝膠體以封閉混凝土內(nèi)部毛細孔通道，提高混凝土密度，使得混凝土具有防水功能［4］。水泥基滲透結(jié)晶型防水材料是一種以普通硅酸鹽水泥、精制石英砂等為基材，摻入多種活性化學(xué)物質(zhì)混配而成的淡灰色粉末狀防水材料。該防水材料首先在混凝土表面形成致密的涂層，而后材料中的活性化學(xué)物質(zhì)以水為載體向混凝土內(nèi)部滲透，生成不溶于水的結(jié)晶體以封閉毛細孔道、填堵裂縫，從而達到防水目的。

國內(nèi)一些專家已經(jīng)在這一領(lǐng)域進行了一系列的研究。梁曉燁［5］研究得出，水性滲透型無機防水劑以液體形式滲入，與游離堿、堿性水化物接觸反應(yīng)，轉(zhuǎn)化成一種非常特殊的不溶性硅酸鹽凝膠，能夠明顯降低混凝土內(nèi)液體滲透性。鞏運麗［6］通過抗氯離子滲透實驗得出，水性滲透型無機防水劑能顯著提高試件的抗?jié)B性能，提高混凝土的防水性能。陳永其等［7］對FT-I型水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料的抗?jié)B性能進行研究以及顯微結(jié)構(gòu)分析，結(jié)果表明，該涂料對提高混凝土的抗?jié)B性能具有明顯作用。

1　試驗設(shè)計

1.1試驗?zāi)康?/p>

目前國內(nèi)對防水材料改善混凝土抗?jié)B性能的研究一般只是針對單種防水材料。因此，在前人的工作基礎(chǔ)上，本文將2種防水材料綜合考慮，基于NEL法測試采用不同防水材料、不同方式處理的混凝土氯離子擴散系數(shù)，進行混凝土抗氯離子滲透性能的對比，為得出有效提高混凝土耐久性的方式提供參考。

1.2試驗方案

根據(jù)GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標準》制作及養(yǎng)護試件。試件在標準條件下養(yǎng)護28 d后進行防水處理。防水處理后繼續(xù)標養(yǎng)，28 d后取出進行快速氯離子擴散試驗。

為研究水性滲透型無機防水劑和水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料對混凝土抗氯離子滲透性能的影響，試驗根據(jù)防水材料和防水處理方式不同分4組進行。A組：未經(jīng)防水劑處理的混凝土試件；B組：涂刷水性滲透型無機防水劑的混凝土試件；C組：浸漬水性滲透型無機防水劑的混凝土試件；D組：涂刷水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料的混凝土試件。

1.3試驗用材料

水泥：錢潮P·O42.5水泥；砂子：ISO標準砂；石子：5～20 mm碎石；水：普通自來水；水性滲透型無機防水劑：浙江某地生產(chǎn)的HM1500防水劑；水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料：某國產(chǎn)水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料（簡稱CCCW）。

1.4試驗條件

（1）試件成型與養(yǎng)護條件：試件在溫度（20±3）℃下成型，在溫度（20±2）℃、濕度大于95%的標準環(huán)境中養(yǎng)護28 d。

（2）防水處理后養(yǎng)護條件：標準養(yǎng)護，溫度（20±2）℃、濕度大于95%。

（3）快速氯離子擴散試驗條件：測試前先配制濃度為4 mol/L的NaCl溶液，將圓柱體混凝土試件靜置在溶液中真空飽鹽24 h。

1.5試件成型方法

移動辦公系統(tǒng)在微信企業(yè)號平臺上通過新OA提供的web service接口開發(fā)， HTML5頁面語言完成webapp開發(fā)。支持iOS、Android操作系統(tǒng)手機通過微信客戶端形式訪問。整個集群穩(wěn)定支持的最大并發(fā)數(shù)為3000個，應(yīng)用層分為：業(yè)務(wù)應(yīng)用層、終端展示層、服務(wù)組件層、數(shù)據(jù)總線層，通過HTTP 、SOCKET 等通信協(xié)議方式實現(xiàn)外部交互（見圖1）。

1.5.1基準混凝土配合比設(shè)計

各組混凝土基準配合比相同，均采用C30混凝土，具體見表1。

表1　C30混凝土配合比

1.5.2試件制作

試驗采用圓柱體混凝土試件，初始尺寸為直徑100 mm、高100 mm，3個試件為1組，共4組。將成型后標準養(yǎng)護28 d的試件表面切去25 mm，切成上下表面平整的直徑100 mm、高50 mm的試件［8］。

1.5.3涂刷HM1500防水劑處理

用毛刷將HM1500涂刷在混凝土試件表面。待第1次涂刷的涂層手觸干時進行第2次涂刷。完成后移入標準養(yǎng)護室養(yǎng)護28 d。

1.5.4浸漬HM1500防水劑處理

1.5.5涂刷CCCW處理

按m（水）∶m（CCCW）=0.4的比例在水泥膠砂攪拌機中充分攪拌，配成防水涂料。后用毛刷在混凝土試件上表面交叉涂刷1 mm厚度的涂層。試件放入水中標準養(yǎng)護，深度為試件高度的3/4（涂層面不浸水）。

1.6氯離子擴散檢測方法

采用NEL法測試混凝土氯離子擴散系數(shù)，測試前先配制4 mol/L的NaCl溶液，將圓柱體混凝土試樣靜置在溶液中真空飽鹽24 h，然后將擦去表面鹽水后的圓柱體混凝土試件置于試驗裝置兩極進行測試，混凝土氯離子擴散系數(shù)由Nernst-Einstein方程確定。

2　試驗結(jié)果與分析

2.1快速氯離子擴散試驗結(jié)果與分析

實驗采用重復(fù)測試的方法來減少誤差，每個試件測試5次并求均值。以同一試件的5組數(shù)據(jù)中最接近平均值的作為中間值，并與中間值的差值在5%以內(nèi)的數(shù)據(jù)求取平均值，將其作為試樣的測定值。在所有平行試樣（共3塊）的測試值中，測試混凝土中的氯離子擴散系數(shù)確定為與平均值的差值在15%以內(nèi)的所有數(shù)據(jù)的平均值；若出現(xiàn)平行試樣的測試值和平均值相比較均大于15%的情況，需進行重新測試。結(jié)果見表2。

表2　不同防水劑處理方式的混凝土氯離子擴散系數(shù)

由表2可知，各試件氯離子擴散系數(shù)從大到小依次為A組、C組、B組、D組。歸納得出：經(jīng)防水處理的混凝土試件氯離子擴散系數(shù)均小于未做防水處理的混凝土試件；經(jīng)涂刷CCCW處理的混凝土試件抗氯離子滲透的能力最好，相比未處理試件有明顯的提高，程度達10%以上；經(jīng)涂刷HM1500防水劑處理的效果較好，經(jīng)浸潤HM1500防水劑處理的效果次之。

HM1500防水劑中的活性組分在水和載體的作用下滲入混凝土內(nèi)部，與水泥水化過程中產(chǎn)生的Ca（OH）2反應(yīng)，生成不溶于水的硅酸鹽，形成密封層，阻礙氯離子擴散，減小了氯離子擴散系數(shù)。

CCCW中的活性物質(zhì)在介質(zhì)水的幫助下向混凝土內(nèi)部滲透，與毛細孔中游離石灰和氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成不溶于水的結(jié)晶體，密封毛細孔道和裂縫，減緩氯離子擴散的速度。另外，CCCW中的活性物質(zhì)還可起到催化作用，促進混凝土中水泥的水化程度，因為混凝土中一般含有25%左右的未水化水泥，當活性物質(zhì)與混凝土中鈣離子絡(luò)合形成的鈣絡(luò)合物遇到活性較高的未水化水泥時，更穩(wěn)定的硅酸根、鋁酸根將活性物質(zhì)置換，發(fā)生水化作用產(chǎn)生凝膠，填充毛細孔隙及裂縫，提高混凝土的密實性。同時，水化作用下混凝土可能出現(xiàn)體積增大，使凝膠出現(xiàn)裂縫，因此更多的水進入未水化水泥，又產(chǎn)生更大體積的凝膠，如此循環(huán)使得混凝土孔隙再次封閉。所以經(jīng)涂刷CCCW處理的混凝土試件的孔隙率更少，氯離子擴散系數(shù)更小，抗氯離子滲透的效果更好。

2.2掃描電鏡分析

從A、B、C、D 4組試件中各選取1塊試件，沿防水材料滲透方向在混凝土試件表層下5 mm處取混凝土試件小樣，采用掃描電鏡放大5000倍觀察結(jié)晶情況，見圖1。

圖1　混凝土試樣的SEM照片

圖1（a）為未作防水處理的試樣，可看到均為板狀或片狀的、粒徑大于3 μm的水泥水化產(chǎn)物。圖1（d）為經(jīng)涂刷滲透結(jié)晶型防水材料處理后的試樣，可以明顯的看到粒徑比水泥水化產(chǎn)物更小的結(jié)晶體存在。圖1（b）和（c）為HM1500防水劑處理后的試樣，其結(jié)晶體主要附著在水泥水化生成物上；圖1 （d）與（b）、（c）相比，其結(jié)晶體并不僅僅附著在水化生成物上，毛細孔道的空隙間也有很多枝蔓狀結(jié)晶體存在，說明結(jié)晶體的數(shù)量更多。

掃描電鏡圖像證明了滲透結(jié)晶型防水材料可滲入混凝土內(nèi)部，并在內(nèi)部產(chǎn)生結(jié)晶體，堵塞了部分毛細孔道或減小了毛細孔道的直徑，減緩氯離子擴散的速度。經(jīng)涂刷CCCW處理的混凝土試件中結(jié)晶量最大，證明CCCW的效果最好。

3　結(jié)論

滲透結(jié)晶型防水材料提高混凝土抗氯離子滲透能力的原因是它通過滲透進入混凝土內(nèi)部，并能夠在內(nèi)部進行化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生結(jié)晶體來堵塞毛細孔道，增強混凝土的密實性。涂刷HM1500防水劑、浸潤HM1500防水劑、涂刷CCCW這3種方式均能提高混凝土的抗氯離子滲透能力，其中以涂刷CCCW效果最佳。

［1］田興長.混凝土氯離子擴散系數(shù)預(yù)測的三維數(shù)值模擬法［D］.杭州：浙江工業(yè)大學(xué)，2010．

［2］周劍.氯離子在混凝土中的擴散實驗及影響因素分析［D］.杭州：浙江工業(yè)大學(xué)，2010．

［3］陳春雷.混凝土氯離子擴散性能影響因素的試驗研究［D］.杭州：浙江工業(yè)大學(xué)，2009．

［4］沈春林，褚建軍.水性滲透型無機防水劑行業(yè)標準介紹［J］.中國建筑防水，2006（12）：33-35.

［5］梁曉燁.水性滲透型無機防水劑對混凝土耐久性的影響［D］.長沙：長沙理工大學(xué)，2009．

［6］鞏運麗.水性滲透型無機防水劑對防水混凝土性能影響研究［D］.長沙：中南大學(xué)，2012．

［7］陳永其，章凱，張品元.FT-I型水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料的抗?jié)B性能研究［J］.浙江建筑，2006（5）：56-58．

［8］GB/T 50082—2009，普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準［S］.

Influence of capillary crystalline waterproofing on the resistance of concrete to chloride ion penetration

SHEN Chuanyue，WANG Qun，HUANG Jiajian，LIN Hangwei，WU Hao，JIANG Yibin，ZHANG Wenhua
（College of Civil Engineering and Architecture，Zhejiang University of Technology，Hangzhou 310014，Zhejiang，China）

This paper presents an experimental study to evaluate the effects of capillary crystalline waterproofing material on the resistance of concrete to chloride ion penetration.Two different capillary crystallize waterproofing were applied and through two different treatments as coating and soaking：cementitious capillary crystalline waterproofing and water-based capillary inorganic waterproofing.NEL test method is used to test the chloride ion diffusion coefficient of the above four kinds of specimens.Results show that the effect of cementitious capillary crystalline waterproofing on the resistance of concrete to chloride ion penetration is better than water-based capillary inorganic waterproofing.SEM images testify the results.

concrete，capillary crystalline waterproofing，chloride ion penetration，NEL method

TU57+2

A

1001-702（2015）11-0081-03

浙江省大學(xué)生科技創(chuàng)新活動計劃資助

2015-08-25

沈川越，女，1994年生，浙江麗水人。