水泥基滲透結(jié)晶型防水材料的作用機(jī)理及性能評(píng)價(jià)綜述

樊韜

（南京市水利建筑工程檢測(cè)中心有限公司，南京 210000）

1 前言

建筑中常用的混凝土材料，一般優(yōu)勢(shì)主要集中在耐久性強(qiáng)、施工便捷度高且強(qiáng)度突出等方面，因此在進(jìn)行道路、橋梁以及地下工程施工時(shí)會(huì)普遍應(yīng)用到此類(lèi)施工材料。但是，隨著混凝土結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期運(yùn)行之后，往往會(huì)在荷載以及環(huán)境因素的影響下，而出現(xiàn)滲水或是返潮類(lèi)問(wèn)題，影響了建筑中混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，對(duì)于使用壽命也會(huì)形成不良影響。

面對(duì)上述問(wèn)題，建筑工程施工人員會(huì)在施工中采用各類(lèi)防水材料用于保障混凝土結(jié)構(gòu)不會(huì)受到滲水的病害的影響出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。目前，在建筑材料市場(chǎng)中，防水材料的類(lèi)型主要以?xún)煞N為主，分別是柔性和剛性?xún)深?lèi)，前者主要以有機(jī)聚合物涂層、瀝青或是防水卷材為主，運(yùn)作原理是在混凝土表層之上形成一類(lèi)憎水層，目的在于提升防水效果，不足之處體現(xiàn)在耐高溫能力差、成本高等方面。與前者相比，后者的基料主要以砂石和水泥為主，會(huì)添加一定量的外加劑、少量功能組分材料、高分子聚合物的水泥砂漿混凝土類(lèi)防水材料，防水原理是利用密實(shí)混凝土空隙的形式提升防水效果，不足之處體現(xiàn)在變形性不高、脆性高且容易開(kāi)裂等方面。

2 CCCW分析

CCCW屬于剛性防水材料中的一種，針對(duì)其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)進(jìn)行分析時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，主要集中在具有雙重防水性、無(wú)毒無(wú)害乃至永久防水性等方面。在外國(guó)，CCCW類(lèi)型的防水材料在應(yīng)用范圍上，主要集中在防水方面以及抗?jié)B方面。例如，比較典型的就是位于我國(guó)首都的中國(guó)銀行工程建設(shè)中，這是我國(guó)首次應(yīng)用了CCCW所完成的施工工程，在建筑投用十余年來(lái)，從未出現(xiàn)過(guò)滲水問(wèn)題。通過(guò)具體的工程應(yīng)用實(shí)況進(jìn)行分析可以明確發(fā)現(xiàn)，CCCW在建筑工程防水處理方面，應(yīng)用成效比較良好，具有比較廣闊的發(fā)展前景和應(yīng)用價(jià)值。

3 CCCW的作用機(jī)理及性能評(píng)價(jià)綜述

3.1 CCCW的作用機(jī)理綜述

3.1.1 沉淀結(jié)晶

分析沉淀結(jié)晶機(jī)理時(shí)，主要集中在對(duì)于活性母料的沉淀處理，其可憑借深入混凝土內(nèi)部的優(yōu)勢(shì)，在內(nèi)部生成有效沉淀從而達(dá)成防水的效果。在沉淀結(jié)晶的作用機(jī)理運(yùn)行過(guò)程中，先將活性母料與水相互融合，并向混凝土試件內(nèi)部滲透，促使融合料與鈣離子之間發(fā)生反應(yīng)，形成難溶性沉淀產(chǎn)物。此類(lèi)產(chǎn)物生成之后，會(huì)導(dǎo)致混凝土之中的空隙以及微裂縫隨之被堵塞，嚴(yán)重限制了混凝土試件的耐久性能以及防水性能的增長(zhǎng)空間，最終達(dá)成防水的施工效果[1]。其中，水的添加，主要作用體現(xiàn)在水泥基滲透結(jié)晶型防水材料應(yīng)用時(shí)的防水效果提升等一類(lèi)關(guān)鍵性條件應(yīng)用上。當(dāng)混凝土試件內(nèi)部出現(xiàn)了干燥度過(guò)高的情況，就會(huì)導(dǎo)致試件之內(nèi)出現(xiàn)過(guò)多以固體形式存在的固體母料，致使混凝土無(wú)法正常生成沉淀結(jié)晶類(lèi)反應(yīng)，隨即進(jìn)入到休眠狀態(tài)，嚴(yán)重影響混凝土的反應(yīng)現(xiàn)狀[2]。此外，當(dāng)混凝土內(nèi)再次出現(xiàn)了水滲入類(lèi)問(wèn)題，也會(huì)導(dǎo)致混凝土之中的活性母料被激活的情況出現(xiàn)，繼而誘發(fā)更多造成防水效果下降的影響因素出現(xiàn)。具體而言，CCCW的沉淀結(jié)晶原理圖如圖1所示：

圖1 CCCW的沉淀結(jié)晶原理示意圖

3.1.2 絡(luò)合沉淀結(jié)晶

絡(luò)合沉淀結(jié)晶的生成機(jī)理，主要是在前述沉淀結(jié)晶機(jī)理的基礎(chǔ)上所生成，同時(shí)，還會(huì)綜合去考量CCCW本身所攜帶的多頻次防水的優(yōu)勢(shì)，以此提出一種全新的防水作用機(jī)理[3]。絡(luò)合沉淀結(jié)晶作用機(jī)理運(yùn)行過(guò)程中，首先需要鈣離子與存在于活性母料之中的陰離子兩者之間開(kāi)始發(fā)生反應(yīng)，此時(shí)會(huì)生成十分利于與水相融合的鈣絡(luò)合物。此種物質(zhì)生成后，在隨后的程序運(yùn)作下，會(huì)受到濃度梯度作用的影響，在混凝土內(nèi)部融入鈣離子，一旦混凝土試件之內(nèi)的陰離子基團(tuán)開(kāi)始與鈣絡(luò)合物相融合之后，就會(huì)在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)混凝土內(nèi)部空隙以及微裂縫被堵塞的情況，提升建筑混凝土防水能力。此外，上述反應(yīng)生成后，所析出的活性陰離子，并不會(huì)停止運(yùn)行，其還會(huì)繼續(xù)按照前文中提到的絡(luò)合、運(yùn)輸、置換過(guò)程運(yùn)作，最終達(dá)成CCCW多次防水的基礎(chǔ)目標(biāo)。對(duì)絡(luò)合沉淀結(jié)晶運(yùn)行機(jī)理進(jìn)行分析后可發(fā)現(xiàn)，其比較完美地將CCCW所攜帶的多次防水優(yōu)勢(shì)呈現(xiàn)出來(lái)。絡(luò)合沉淀結(jié)晶的形成機(jī)理如圖2所示：

圖2 絡(luò)合沉淀結(jié)晶形成機(jī)理示意圖

3.2 CCCW的組成成分綜述

3.2.1 活性母料

進(jìn)行CCCW的母料分析時(shí)，首先需要分析其沉淀組成成分，發(fā)現(xiàn)其包括了可溶硅酸鹽、硫酸鹽等，該類(lèi)物質(zhì)可以在鈣離子的反應(yīng)下生成難溶性沉淀物，對(duì)此，有學(xué)者使用此類(lèi)物質(zhì)去制備CCCW。

在研究中，利用了正交試驗(yàn)的方法，完成了活性母料成分添加量變化對(duì)于混凝土防水性能影響的試驗(yàn)，并結(jié)合研究結(jié)果得出，防水性能比較良好的CCCW配比方案應(yīng)該為：硫酸鈉（42%）；碳酸鎂鈣（13%）；活性物（7%）；硅酸鈉（3%）；其他助劑（10%）。

3.2.2 外加劑

在CCCW研制中，結(jié)合其作用機(jī)理可發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)有的研制原料中添加一定量的外加劑，比較有利于對(duì)活性母料的分散性加以改善，促使液體的表面張力得以就此改善和優(yōu)化，同時(shí)也可將CCCW之中各個(gè)組分的溶解和傳輸效率加以提升，使得CCCW的抗?jié)B效果以及防水能力得以提升[4]。具體而言，在CCCW之中添加外加劑時(shí)，可以添加以下幾種類(lèi)型的外加劑：其一，表面活性劑。其作用機(jī)理主要體現(xiàn)在，將CCCW應(yīng)用施工中，將可能會(huì)出現(xiàn)的氣泡消除掉，降低混凝土內(nèi)部含氣量，避免影響活性母料的反應(yīng)效果；其二，減水劑。其作用機(jī)理主要體現(xiàn)在，應(yīng)用在CCCW中后，可以快速在水泥的表面吸附，高度降低水泥制備的需水量，還可進(jìn)一步對(duì)水泥顆粒分散性的提升起到促進(jìn)效用。

3.2.3 基質(zhì)材料

CCCW的基質(zhì)材料構(gòu)成上，目前主要包括三種，分別是膠凝材料水泥、活性和非活性混合材料三種。其中第一種材料攜帶鈣離子和硅酸根離子，為混凝土試驗(yàn)提供沉淀反應(yīng)生成條件，同時(shí)在應(yīng)用優(yōu)勢(shì)上，可以在短時(shí)間內(nèi)成膜，并起到一定的密封作用[5]。與活性混合材料相比，非活性混合材料的活性明顯更低，參與到沉淀、水化反應(yīng)中的概率極低；功能體現(xiàn)上，主要以填充或是骨架材料功用為主。目前，建筑混凝土防水施工中，常用的非活性混合材料主要有兩種，分別是石灰石粉以及磨細(xì)石英砂，后者屬于CCCW中的重要構(gòu)成部分，可以作為骨料和填充重要原料，促使CCCW的耐磨性能以及強(qiáng)度得以顯著提升。與非活性材料相比，活性混合材料的構(gòu)成主要有粉煤灰、粒化高爐礦渣以及火山灰質(zhì)材料等，上述三種活性材料，均能夠在激發(fā)反應(yīng)下，快速生成水化鋁酸鈣或是水化硅酸鈣等沉淀物，以此快速將建筑混凝土之中所出現(xiàn)的空隙封堵起來(lái)，促使CCCW工程的整體防水性能隨之得以上升。

3.3 CCCW的性能測(cè)試試驗(yàn)

3.3.1 抗?jié)B性能試驗(yàn)

進(jìn)行CCCW的防水性能分析時(shí)，重點(diǎn)圍繞抗?jié)B性能進(jìn)行分析，能夠得出更加直觀的結(jié)果和信息。根據(jù)我國(guó)GB18445-2012管理規(guī)定中所推行的各項(xiàng)要求及標(biāo)準(zhǔn)可以發(fā)現(xiàn)，進(jìn)行CCCW的抗?jié)B能力分析期間，必須針對(duì)其砂漿試件以及混凝土試件充分做好試驗(yàn)工作。試驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)砂漿試件進(jìn)行抗?jié)B試驗(yàn)處理時(shí)，必須重點(diǎn)參考JC474-2008《砂漿、混凝土防水劑》中的相關(guān)規(guī)定，同時(shí)在進(jìn)行混凝土試件的抗?jié)B試驗(yàn)分析時(shí)，則應(yīng)該充分參考GB/T50082-2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能實(shí)驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)去執(zhí)行，還應(yīng)著重輔助混凝土抗?jié)B儀完成試驗(yàn)工作。在進(jìn)行CCCW的抗?jié)B性能試驗(yàn)分析時(shí)，共計(jì)分為兩次，去針對(duì)試件的抗?jié)B壓力值進(jìn)行了評(píng)價(jià)處理：

第一次評(píng)價(jià)中，主要是針對(duì)CCCW本身對(duì)于混凝土試件的抗?jié)B能力加以分析，尤其是對(duì)于抗?jié)B性能改善效果比較突出，但是第一次評(píng)價(jià)中，需要對(duì)混凝土試件做好養(yǎng)護(hù)工作，養(yǎng)護(hù)試件控制在28天。

第二次評(píng)價(jià)中，主要是針對(duì)CCCW應(yīng)用于施工后，對(duì)于混凝土試件的滲透通道修復(fù)能力的評(píng)價(jià)。本次進(jìn)行混凝土試件的養(yǎng)護(hù)時(shí)，需要養(yǎng)護(hù)至少56天。

此外，為了進(jìn)一步強(qiáng)化對(duì)于試驗(yàn)周期的處理，縮短試驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)，提升試驗(yàn)效果，有相關(guān)學(xué)者在研究中進(jìn)行抗?jié)B壓力試驗(yàn)分析時(shí)，分別從砂漿、混凝土兩類(lèi)試件展開(kāi)試驗(yàn)。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)后對(duì)得出的結(jié)果進(jìn)行分析后可發(fā)現(xiàn)，對(duì)混凝土涂層上所覆蓋的一次抗?jié)B壓力統(tǒng)計(jì)時(shí)，能夠很好地反饋出CCCW的抗?jié)B和修復(fù)這兩種性能，無(wú)需在后續(xù)的試驗(yàn)中去分別開(kāi)展兩次抗?jié)B壓力試驗(yàn)程序，顯著表明了CCCW具有比較突出的防滲效果。

3.3.2 力學(xué)性能試驗(yàn)

從CCCW的本質(zhì)上來(lái)講，其應(yīng)用于建筑混凝土中，會(huì)反應(yīng)生成一類(lèi)膠凝性水化產(chǎn)物，且具有一定的強(qiáng)度，當(dāng)其被應(yīng)用到混凝土內(nèi)部，就必須轉(zhuǎn)換生成膠凝性水化產(chǎn)物。因此，在使用CCCW去提升建筑混凝土防水能力時(shí)，必須保障混凝土試件的力學(xué)性能符合建筑工程相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。一般會(huì)采用抗折、抗壓兩項(xiàng)強(qiáng)度的參數(shù)值，作為對(duì)CCCW的力學(xué)性能評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)，該方法下，需要具備易于操作和效果力學(xué)性能效果更為直觀的優(yōu)勢(shì)。本次研究中，進(jìn)行抗折以及抗壓兩種強(qiáng)度的對(duì)比參考標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值選擇時(shí)，應(yīng)該嚴(yán)格按照GB/T17671-1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（TSO法）》來(lái)完成對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)及測(cè)試工作。具體的計(jì)算公式如下①、②所示：

在上述公式①與公式②中，F(xiàn)f主要指代的是混凝土試件折斷之時(shí)的棱柱中部荷載，單位為N；L指代的是用于支撐試驗(yàn)的兩個(gè)圓柱之間的實(shí)際距離，單位為mm；Rr指代的是混凝土試件抗折強(qiáng)度，單位為MPa；b指代的是棱柱正方體截面的實(shí)際邊長(zhǎng)參數(shù)，單位為mm；A指代的是混凝土試件在試驗(yàn)期間的具體受壓面積，單位為mm2；Fc指代的是混凝土試件被破壞之時(shí)的最大荷載，單位為N；Rc指代的是混凝土試件的抗壓強(qiáng)度，單位為MPa。

4 結(jié)論

綜合全文來(lái)講，整個(gè)建筑領(lǐng)域之內(nèi)對(duì)于CCCW的作用機(jī)理仍舊停留于不夠明確的研究狀態(tài)下，尤其是在對(duì)CCCW的單一作用機(jī)理進(jìn)行試驗(yàn)分析時(shí)，無(wú)法精準(zhǔn)將CCCW中的活性母料中具體反應(yīng)情況呈現(xiàn)出來(lái)。因此，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于CCCW的作用機(jī)理，一般集中在對(duì)于沉淀結(jié)晶、絡(luò)合沉淀結(jié)晶兩種結(jié)晶融合方面，但仍舊存在疑問(wèn)，即沉淀結(jié)晶機(jī)理下，不可用于支持CCCW的多次防水特性發(fā)揮。此外，在進(jìn)行CCCW各類(lèi)性能評(píng)價(jià)時(shí)，仍舊缺乏更為精準(zhǔn)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，包括對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)方法也有待完善，希望經(jīng)過(guò)本次綜述探討下，能夠?yàn)楹罄m(xù)的研究中不斷對(duì)此加以充實(shí)和豐富提供思路。