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渗透结晶防水涂料防水施工物理反应

文章出处:未知 人气:发表时间:2020-03-29 16:32
   渗透结晶防水材料物理反应
1、渗透结晶防水材料有很好的抗渗性和自修复性,越来越受到大家的关注,在前文我已经介绍到,掌握技术的却甚少,国内这类材料鱼龙混杂,真正能生产出拥有自修复性材料很少,有的生产厂家直接添加些活性化学物质Na2SiO3·9H2O、Na2CO3 、C10H12N2Na4O8、钙离子补偿剂、表面活性剂进行简单的物理混合,虽有沉淀反应结晶机理发生,也能解释渗透结晶反应的存在,但是无法解释渗透结晶防水材料具有自修性和永久防水的性能,难以实现混凝土的永久自修复性,活性化学物质与Ca2+直接反应生成结晶物质,那么随着反应的进行,活性化学物质最终被耗尽,在掺量有限的情况下,难以保证“休眠”的数量参与下次的结晶反应和裂缝自修复;水泥混凝土是富钙的基体,在混凝土中,游离的钙离子是不可缺的,水泥混凝土中存在反应型的硅酸根离子、铝酸根离子。水泥混凝土既然是富钙的基体,原则上他们可以直接反应,但我们需要制备无机循环络合剂,参与钙离子的循环络合取代反应,该络合剂必须易溶于水,并且在混凝土的渗透性要好,遇到混凝土的游离钙离子形成不稳定的钙络合物后,可与硅酸根离子、铝酸根离子、碳酸根离子发生取代反应,生成稳定的硅酸钙、铝酸钙、碳酸钙不溶于水的结晶体,填充堵塞混凝土中的裂缝和毛细孔隙,提高混凝土的抗渗性,而络合剂在反应后恢复原态,此反应的进行不会对此螯合剂进行消耗,遇水又可参与新的络合–取代反应,从而赋予混凝土自修复功能。
 
2、循环络合剂与混凝土中游离钙的络合速度对混凝土的抗渗性和自修复能力的提高有一定影响,为提高产品的抗渗效果,我们选择了一种无机聚合化学物质作为功能性助剂,通过助剂的作用,加快络合反应的进行,提高络合–取代反应速度。
 
3、循环络合结晶-裂缝自修复性材料的备制方法
通过在研制的络合剂及其助剂中加入水泥、超细石英砂等无机粉状材料和少量的有机聚合添加剂,制备得到无机粉末态抗渗自修复性涂料。选择加入的无机材料主要有:
(1)硅酸盐水泥
(2)二氧化硅
(3)助剂
(4)循环络合剂
4、抗渗及其裂缝自修复性能
我们研制的产品既可以作为防水涂料涂于混凝土的表面,也可直接掺入混凝土中起抗渗作用。
(1)涂层抗渗
测定涂层抗渗性,可以采用砂浆试件或混凝土试件进行试验。由于采用混凝土试件进行试验,抗渗试验测试周期长,我们采用先用砂浆试件进行试验。
  ① 砂浆抗渗试验
砂浆试件的制备与养护:
选用的基体砂浆配比:
砂浆搅拌5分钟后,成型抗渗试件,置于混凝土振动台振动15次,放入标准养护室中养护,一天后脱模进行涂层处理。
② 涂料的配制及涂刷
试件脱模后,用毛刷将待处理表面的浮浆除去,用水清洗,并除去表面水,使试块处于饱和面干状态。涂料加水(水与涂料的质量比为0.4),充分搅拌均匀,分两次涂刷至试件表面。第一次涂刷手触干以后再刷第二层,涂料用量为1.2kg/m2。待第二次涂刷后,移入标准养护室3d后进行浸水养护,涂层试件在深度为试件高度3/4的水中养护,水温为20±3℃,养护时间为15d。
③ 试件抗渗测试
试件取出后表面风干。用石蜡和松香进行密封。基准试件初始压力为0.1 MPa;涂层试件初始压力为0.4MPa。加压后保压2h,若无渗水,再每隔1小时加0.1 MPa的压力。直至试件出现渗水为止,记录压力值(每组6个试件中4个试件未出现渗水时的压力)。
④ 试验结果与讨论,基准砂浆的抗渗压力为0.4MPa,表面涂有防水涂料后,砂浆的抗渗压力得到了显著提高,循环络合剂用量为0.05%时,抗渗压力为0.7MPa(抗渗压力比为175%),循环络合剂用量为0.15%时,抗渗压力为1.3MPa(抗渗压力比为325%),络合剂用量为0.20%以后,抗渗压力大于1.5MPa(抗渗压力比大于375%)。
表3是改变络合助剂进行的一组试验,从中可以发现助剂的使用对抗渗能力的提高有明显的作用。不加络合助剂,抗渗压力为0.8MPa,使用助剂后,抗渗压力有很较大的增加。这是因为助剂可以促进络合剂与Ca2+之间的络合反应的进行,增加络合剂的反应活性。
(2)涂层混凝土抗渗试验
① 抗渗试件混凝土配合比的确定
为比较涂和不涂防水材料的混凝土的抗渗能力,所选择的混凝土应具有一定的强度,同时抗渗能力又较低。
② 基准混凝土试件的成型按GBJ 82规定进行。
③ 涂料的配制及涂刷与砂浆试件相同。
④ 试件抗渗测试
试件取出后表面风干。用石蜡和松香进行密封。基准试件初始压力为0.1 MPa;涂层试件初始压力为0.4MPa,以后每隔8小时加0.1 MPa的压力。直至试件出现渗水为止,记录压力值(每组6个试件中4个试件未出现渗水时的压力)。
⑤ 试验结果与讨论
2.内掺抗渗
内掺抗渗是在混凝土拌合时直接将产品加入。
(1)混凝土配合比的确定
   确定的混凝土配方同表4。
(2)混凝土试件的成型按GBJ 82规定进行。
(3)试件抗渗测试同前。
(4)试验结果与讨论
注:(1)产品的加入量是占混凝土中水泥用量的百分比;
 (2)产品中含络合剂的量均是0.15%。
   (3)试件养护时间为28 d。
从以上试验结果可以发现,将研制的产品直接加入混凝土中,其对混凝土抗渗性的改善作用同样十分显著,表明该产品可以作为内掺型防水材料使用。
3.自修复性能的研究
自修复性能可以通过测试试件的二次抗渗压力来表征。所谓二次抗渗压力是指试件在抗渗破坏后,继续在水中养护一段时间后,进行第二次抗渗试验,观察其抗渗能力的恢复程度。具体做法是将第一次抗渗试验6个试件进行到全部透水,养护后进行第二次抗渗试验,至第3个试件透水时为止,记录此时压力减去0.1MPa后即为二次抗渗压力。表7是对部分试件进行的二次抗渗试验结果。
   注:抗渗破坏后,继续养护28d。
表7表明,基准试件在0.4MPa击穿后,继续养护抗渗性不能恢复,而采用抗渗自修复材料进行表面涂覆或直接掺入混凝土中后,其抗渗性基本得到了恢复。说明涂覆或内掺该材料后砂浆和混凝土具有了自修复功能。
自修复材料抗压强度试验研究
表8是基准混凝土与涂层混凝土的抗压强度测试结果。不同试件的防水涂层,其循环络合剂用量是变化的。
表9是基准混凝土与内掺混凝土的抗压强度测试结果。
表8和表9均表明该产品的使用对混凝土的抗压有增强作用,涂层混凝土抗压强度的提高幅度在15~25%,内掺混凝土抗压强度的提高幅度在20~35%。产生这一增强效果的原因是防水涂料中的络合剂促进了混凝土中游离钙与未水化水泥间的反应,反应产物填充了混凝土中的孔隙,使试件的密实度增加,因此抗压强度提高。
 抗冻融循环试验研究
为考察冷热循环对防水涂层和试件抗渗性的影响,我们进行了冻融循环试验。试验采用砂浆试件,一次冻融循环为试件在-20℃冻4h,再在+20℃融4h, 共进行了30次循环。通过观察试件的外观和测试其抗渗压力来评价其抗冻融性能。结果列于表10。
表10的试验结果表明,该涂料在冻融循环后外观和抗渗压力均无变化,表明有很好的抗冻融性。
耐酸碱介质试验研究
将涂有产品的砂浆试件分别浸泡在酸、碱溶液中,观察其外观和测试其抗渗压力,以研究该涂料的耐酸碱性能。酸液为5%的盐酸溶液,碱液为10%氢氧化钠溶液。浸泡时间为1个月。
试验结果表明该产品的耐酸碱性很好,经过30天的酸、碱液的浸泡后,外观无明显变化,1-5’试件的抗渗压力反而有所升高,1-6’试件的抗渗压力已达到仪器最大测量值。抗渗压力的提高是因为试件在溶液中浸泡,使络合-取代反应能够继续进行,对混凝土中的毛细孔、裂缝起到了更好的堵塞作用。
  扫描电镜观察
为了解产品是否是通过堵塞、填充砂浆、混凝土的毛细孔、裂缝来提高这些材料的抗渗能力,我们借助于扫描电镜对砂浆的内部结构进行了观察。选用的样品分别取自基准砂浆试件、涂有产品的砂浆试件及内掺产品的砂浆试件。样品取自涂层下(不包括涂层)20mm处。
    基准砂浆试件中存在大量孔隙,而表面涂覆防水涂层及内掺产品后,砂浆内部的孔隙已基本被填充堵塞。但堵塞的程度与络合剂的用量有关,从图2与图3可以发现络合剂用量为0.10%的涂层,其对砂浆内部填充堵塞效果差于络合剂用量为0.15%的涂层堵塞效果,这与抗渗压力的测试结果是相一致的。
小结:
    以渗透结晶材料的循环络合结晶-裂缝自修复机理,对其各项性能的研究表明,该材料具有:
(1)既可作为抗渗涂层,又可直接内掺于混凝土中使用,能够显著提高混凝土、砂浆的抗渗性;
(2)能够有效提高混凝土的二次抗渗能力,赋予混凝土自修复能力;
(3)可以提高混凝土、砂浆的抗压强度;
(4)具有优良的抗冻融循环和耐酸碱介质能力;
(5)扫描电镜的观察证明了该材料可有效堵塞混凝土、砂浆内部的孔隙,提高基体的密实程度,能明显提高混凝土的耐久性。
 
 

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