水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料自修復(fù)性能的研究

李國(guó)權(quán)，柯偉席，雷中梨，鄒偉

（武漢三源特種建材有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430083）

0 前言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，建筑行業(yè)在其中發(fā)揮了及其重要的作用，大量的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)正在全面展開。作為最重要的建筑結(jié)構(gòu)材料之一，混凝土逐漸發(fā)展成高強(qiáng)度、高性能、多功能和智能化[1]。但混凝土不可避免的會(huì)出現(xiàn)裂縫而導(dǎo)致滲漏，不僅影響其正常使用，而且影響了混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，進(jìn)而帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失[2]。因此，有必要對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)中的裂縫進(jìn)行修補(bǔ)[3]。水泥基材料裂縫形成的原因有很多，大量的調(diào)查研究表明[4-5]，水泥基材料中裂縫主要是由于結(jié)構(gòu)因溫度變化、濕度變化、收縮、膨脹、不均勻沉陷等產(chǎn)生的變形，以及外荷載（靜、動(dòng)荷載等）所產(chǎn)生的拉應(yīng)力造成的，普通水泥基材料裂縫的產(chǎn)生是無法避免的。當(dāng)前工程中常采用被動(dòng)的修復(fù)方法[6]。水泥基滲透結(jié)晶材料（CCCW）是由硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥、石英砂和活性物質(zhì)配制而成的一種較先進(jìn)的新型防水材料[7]。從本質(zhì)來說其屬于剛性防水材料。但由于其特殊的反應(yīng)機(jī)理亦可單獨(dú)歸于一類[8]。其能提高砂漿和混凝土結(jié)構(gòu)的密實(shí)度及強(qiáng)度，從而提高砂漿和混凝土的致密性和防水性，能夠很好地解決砂漿和混凝土的裂縫問題。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

水泥：武漢華新水泥股份有限公司生產(chǎn)的P·O42.5水泥；P·Ⅰ42.5基準(zhǔn)水泥；標(biāo)準(zhǔn)砂：符合GB/T 17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）》的要求；TU-TJ滲晶防水涂料：符合GB 18445—2012《水泥基滲透結(jié)晶型防水材料》的要求，武漢三源特種建材有限責(zé)任公司產(chǎn)；活性礦渣粉：山東盛世高鐵工程材料有限公司產(chǎn)；粉煤灰：武漢陽邏電廠；石英砂：連續(xù)級(jí)配；高性能聚羧酸減水劑：ZJ-PC8010型，減水率25%，江蘇兆佳建材科技有限公司產(chǎn)；水：自來水；配方中其他成分由武漢源錦商品混凝土有限公司提供。水泥、礦渣粉和粉煤灰的主要化學(xué)成分見表1，水泥、礦渣粉的主要性能分別見表2、表3。

表1 水泥、礦渣粉和粉煤灰的主要化學(xué)成分 %

表2 水泥的主要物理力學(xué)性能

表3 礦渣粉的主要物理性能

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 修復(fù)方法改進(jìn)

（1）修復(fù)膠砂強(qiáng)度配合比：m（P·Ⅰ42.5基準(zhǔn)水泥）∶m（標(biāo)準(zhǔn)砂）∶m（水）=1∶3∶0.5；將膠砂按GB/T 17671—1999的規(guī)定進(jìn)行攪拌，水泥砂漿試樣制備完成后，將砂漿試樣一次性裝入尺寸為40 mm×40 mm×160 mm試模內(nèi)，每組試件成型3塊。將試件放置于振實(shí)臺(tái)振動(dòng)60 s。試件成型后刮除試模上口多余的砂漿，待砂漿臨近初凝時(shí)，用抹刀沿著試模口抹平。試件表面與試模邊緣的高度差不得超過0.5 mm。

（2）試件抹面成型后立即用特制空心1 mm厚的鋼片（見圖1）插在每塊試件中間位置，然后用塑料薄膜覆蓋表面，或采取其他保持試件表面濕度的方法，試件成型后在溫度為（20±5）℃、相對(duì)濕度大于50%的環(huán)境內(nèi)靜置24 h，靜置后編號(hào)標(biāo)記、拆模，然后將試件放入溫度為（20±2）℃，相對(duì)濕度大于95%的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

（3）試件養(yǎng)護(hù)至1、7、28d，將試件取出，沿鋼片位置折斷，保護(hù)好試件斷面不被破壞，然后將斷開后的試件沿?cái)嗝嬗貌煌穸鹊? mm×8 mm的鋼片涂上環(huán)氧樹脂膠放在試件斷面四角，重新對(duì)齊拼接，將試件豎起，用1 kg壓塊壓約12 h，即可形成需求裂縫寬度，或用橡皮筋將2段試件箍緊在一起或采用夾具進(jìn)行固定，并在試件中間預(yù)留出量筒位置。

（4）將滲漏過水的試件晾干，用于背水面的試件先按1.5 kg/m2粉料，涂刷40 mm×40 mm面積，十字交叉分2次涂覆，第2遍在第1遍表干后涂覆，計(jì)算涂刷水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料用量。

（5）將無底量筒粘貼在試件非成型面中心區(qū)域?qū)?yīng)的裂縫位置，并用玻璃膠或其他密封材料沿量筒底部進(jìn)行密封，試驗(yàn)裝置示意如圖2所示。

（6）將粘有量筒的試件放置于接水的容器槽，用于擱置的支架應(yīng)垂直于裂縫方向支撐，將水注滿量筒，直至水流從裂縫處滲漏完畢，后用量杯一次性注入量筒120ml水，同時(shí)用秒表計(jì)時(shí)，直至水流完畢，記錄時(shí)間，計(jì)算不同裂縫寬度滲漏速率，連續(xù)測(cè)2次，取2次的平均值作為該試件的初始滲水速率V0。

（7）將滲漏過水的試件晾干，用于迎水面的試件先按1.5 kg/m2粉料，涂刷40 mm×40 mm面積，十字交叉分2次涂覆，第2遍在第1遍表干后涂覆，計(jì)算涂刷水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料用量；從次日起，每隔1日注水養(yǎng)護(hù)1次，每次注水量宜將量筒注滿為止，直至裂縫完全修復(fù)。

裂縫修復(fù)方法改進(jìn)參考T/CECS848—2021《無機(jī)水性滲透結(jié)晶型材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》。

1.2.2 力學(xué)性能測(cè)試

混凝土抗壓強(qiáng)度按照GB/T 50081—2019《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行測(cè)試；混凝土預(yù)壓80%按照GB/T 50081—2019中靜力受壓彈性模量試驗(yàn)，按空白組抗壓強(qiáng)度的80%，恒壓30 s進(jìn)行即可。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同寬度、不同涂刷齡期對(duì)修復(fù)性能的影響

按不同裂縫寬度、不同涂刷齡期，測(cè)試水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料對(duì)砂漿自修復(fù)性能的影響，結(jié)果見表4、表5。

表4 背水面不同寬度、不同涂刷齡期時(shí)的修復(fù)性能

表5 迎水面不同寬度、不同涂刷齡期時(shí)的修復(fù)性能

由表4可見：

（1）對(duì)比kb1、1-1，kb2、2-1，kb3、3-1，在相同涂刷齡期下，當(dāng)裂縫寬度為0.1、0.2、0.3 mm時(shí)，其水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料在遇水情況下，以水為載體在試件中滲透，其中絡(luò)合組分與水化產(chǎn)物氫氧化鈣反應(yīng)生成可溶性鈣離子絡(luò)合物后，再與硅酸鹽形成更穩(wěn)定硅酸鈣結(jié)晶，以及沉淀組分與氫氧化鈣生成更穩(wěn)定的結(jié)晶及水泥自身水化的共同作用下，可使砂漿自修復(fù)，即背水面0.3 mm以下裂縫可修復(fù)。

（2）對(duì)比1-1、1-2、1-3，2-1、2-2、2-3，3-1、3-2、3-3，在相同裂縫寬度下，涂刷齡期對(duì)修復(fù)效果的影響是3d＞7d＞28d，分析修復(fù)試件早期水化快、強(qiáng)度低，能夠快速大量生成氫氧化鈣，其水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料中的活性物質(zhì)在遇水情況下，以水為載體在試件中更易滲透，其中絡(luò)合組分富集鈣離子，使之早期生成更多的結(jié)晶物質(zhì)，即涂刷齡期越早，砂漿修復(fù)快、效果好。

由表5可見，水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料對(duì)迎水面1mm以下的裂縫不透水，有顯著的防水作用。

2.2 不同強(qiáng)度、不同涂刷齡期對(duì)力學(xué)性能的影響。

C15、C30混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)基本配合比見表6，不同涂刷齡期對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響見圖4。

表6 C15、C30混凝土強(qiáng)度基本配合比

由圖4可見：

（1）對(duì)比1 d、7 d涂覆涂層與C30、C15基準(zhǔn)組混凝土抗壓強(qiáng)度，C30混凝土1 d涂覆涂層在28、35、56 d齡期的抗壓強(qiáng)度分別為31.3、35.2、38.5 MPa，7 d涂覆涂層相應(yīng)分別為30.9、34.6、37.2 MPa，較基準(zhǔn)組分別提高了2.3%、3.5%、5.5%，1.0%、1.8%、1.9%；C15混凝土1d涂覆涂層在28、35、56d齡期的抗壓強(qiáng)度分別為16.7、17.9、18.9MPa，7d涂覆涂層相應(yīng)分別為16.2、17.5、18.1MPa，較基準(zhǔn)組分別提高了5.7%、2.3%、6.2%，2.5%、0、1.7%，對(duì)力學(xué)性能有增強(qiáng)效果。其主要原因在于：當(dāng)水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料涂刷于水泥基材料表面時(shí)，涂料中的滲透結(jié)晶活性物質(zhì)在濃度和表面張力的共同作用下，活性物質(zhì)會(huì)借助水泥基材料孔隙中存在的水，滲透到水泥基材料內(nèi)部，與毛細(xì)孔中的游離Ca2+和Ca（OH）2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成不溶于水的結(jié)晶體[9-10]。即水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料中活性組分堿金屬鹽或堿土金屬鹽、絡(luò)合化合物，具有較強(qiáng)的滲透性，能與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)生成針狀晶體的化學(xué)物質(zhì)，填塞毛細(xì)孔道或微細(xì)裂縫，提高混凝土致密性，從而提高力學(xué)性能。且1 d涂覆涂層優(yōu)于7 d涂覆涂層，其原因在于：早期水化快、抗壓強(qiáng)度低，能夠快速大量生成氫氧化鈣，水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料中活性物質(zhì)在遇水情況下，以水為載體在混凝土中更易滲透，其中絡(luò)合組分富集鈣離子，早期生成更多的結(jié)晶物質(zhì)，提高混凝土致密性，使之增強(qiáng)力學(xué)性能的效果更優(yōu)。

（2）在C30混凝土中，預(yù)壓80%涂層混凝土35、56 d抗壓強(qiáng)度分別為33.9、35.5 MPa，較預(yù)壓80%分別提高了0.6%、1.1%，壓破涂層混凝土35、56 d分別為25.9、27.6 MPa，較壓破分別提高了2.0%、2.6%；

（3）在C15混凝土中，預(yù)壓80%涂層混凝土35、56 d抗壓強(qiáng)度分別為16.2、18.0 MPa，較預(yù)壓80%分別提高了1.9%、0.6%，壓破涂層混凝土35、56 d抗壓強(qiáng)度分別為16.6、16.9 MPa，較壓破分別提高了41.8%、5.6%。

（4）C15混凝土較C30混凝土對(duì)力學(xué)性能的提高與修復(fù)效果更好。原因在于，C15混凝土強(qiáng)度低、內(nèi)部孔道多，水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料中活性物質(zhì)以水為載體更易在混凝土內(nèi)滲透，反應(yīng)生成結(jié)晶物質(zhì)，填塞毛細(xì)孔道或微細(xì)裂縫，降低孔隙率，提高混凝土的密實(shí)度。

3 結(jié)論

（1）改進(jìn)的修復(fù)方法制作了一定的裂縫寬度及控制裂縫寬度下的滲透流速，能較為精確地表征水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料修復(fù)效果。

（2）迎水面1 mm以下裂縫寬度可完全不透水，有防水作用；背水面0.3 mm以下的裂縫寬度可以修復(fù)，且裂縫寬度越小、涂刷齡期越早，自修復(fù)越快效果越好。

（3）在C30、C15混凝土中，28、35、56 d的涂層抗壓強(qiáng)度均高于基準(zhǔn)組，1 d涂覆涂層優(yōu)于7 d涂覆涂層，且C15較C30混凝土，涂層、預(yù)壓80%涂層和壓破涂層對(duì)力學(xué)性能提高與修復(fù)的效果更好。