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JG無(wú)機(jī)水性滲透結(jié)晶型混凝土高效防護(hù)劑的研發(fā)
論文關(guān)鍵詞：無(wú)機(jī)水性 滲透結(jié)晶 混凝土防水防護(hù) 耐高溫
論文摘要：本項(xiàng)目研究開發(fā)一種噴涂后可有效改善和提高混凝土性能、對(duì)混凝土具有高滲透和持久保護(hù)功能且耐高溫灼燙的無(wú)機(jī)水性滲透結(jié)晶型高效防水防護(hù)劑，闡述它的特點(diǎn)及性能。
1 引 言
我國(guó)的物、構(gòu)筑物主要采用硅酸鹽系水泥混凝土澆筑，因硅酸鹽水泥的主要熟料礦物——硅酸三鈣和硅酸二鈣的水化反應(yīng)產(chǎn)生氫氧化鈣Ca（OH）2，因此，混凝土中存在較大量的Ca（OH）2；此外，混凝土中還存在較多的毛細(xì)孔縫，正是由于這些毛細(xì)孔縫和Ca（OH）2的存在，在因素（如水、溫度循環(huán)、干濕循環(huán)、CL－、SO42－離子等）和侵蝕性介質(zhì)（如氯鹽、硫酸鹽等）擴(kuò)散進(jìn)入混凝土體內(nèi)的作用下，混凝土及其構(gòu)筑物出現(xiàn)劣化與性能衰減等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響混凝土構(gòu)筑物的外觀質(zhì)量與使用壽命。
伴隨著城市化進(jìn)展的加快及業(yè)的迅猛發(fā)展，高層建筑、地下商場(chǎng)、高速公路、高速鐵路、橋梁隧道、港口碼頭、污水處理廠等高等級(jí)建筑物及構(gòu)筑物已經(jīng)在軍事與民用建筑及國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施工程中大量建設(shè)。尋求相應(yīng)的結(jié)構(gòu)防水方案已經(jīng)成為工程建設(shè)中的緊迫問題，開發(fā)高效新型的對(duì)混凝土具有持久防水防護(hù)作用的材料成為建材領(lǐng)域新的研究課題。
用于混凝土耐久性防護(hù)的涂層材料來(lái)源雖然很廣，但并不都能滿足混凝土防護(hù)的要求。涂層材料至少應(yīng)具備以下兩個(gè)特點(diǎn)：（1）涂層材料自身由于長(zhǎng)期暴露在侵蝕環(huán)境和有害介質(zhì)中，經(jīng)受風(fēng)吹、雨打、日曬和多種外界破壞作用，必須具有很好的抗侵蝕性和抗老化性。（2）涂層材料能與混凝土表面良好地結(jié)合，并對(duì)下一道的外裝飾工序和工程的整體外觀無(wú)不利影響。我們通過廣泛了解國(guó)內(nèi)外防水材料行情和順應(yīng)發(fā)展趨勢(shì)需求，各種防水材料的性能，深入分析防水機(jī)理及相關(guān)優(yōu)缺點(diǎn)后，立項(xiàng)進(jìn)行了無(wú)機(jī)水性滲透結(jié)晶型混凝土高效防護(hù)劑的研發(fā)，以開發(fā)出一種各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到理想的均衡狀態(tài)、具有良好的防水抗?jié)B、全面防護(hù)效果，能夠廣泛應(yīng)用于各類海工工程、橋梁工程等基礎(chǔ)設(shè)施和與民用工程建筑防水防護(hù)的新型混凝土保護(hù)材料。由福建省寧德市建工防水科技有限公司承擔(dān)的《JG無(wú)機(jī)水性滲透結(jié)晶型混凝土高效防護(hù)劑的研究與開發(fā)》科研項(xiàng)目今年4月26日通過了福建省科技廳組織的科技成果鑒定，鑒定委員會(huì)認(rèn)為該成果創(chuàng)新性、實(shí)用性強(qiáng)，技術(shù)居國(guó)內(nèi)同類研究領(lǐng)先水平。利用該研究成果技術(shù)開發(fā)的“混凝土DPS永凝液”，“JG－M1500無(wú)機(jī)水性滲透型密封防水劑”等系列產(chǎn)品具有性價(jià)比高、操作簡(jiǎn)便，迎水面、背水面均可施工，完全可以替代進(jìn)口產(chǎn)品，已在各類建筑物和構(gòu)筑物上廣泛使用，取得了顯著的效益和效益，深受用戶好評(píng)。
2 技術(shù)路線的選擇
如何使混凝土減低腐蝕、磨損、水溶蝕、鹽剝蝕、凍融循環(huán)等因素的破壞作用，延長(zhǎng)使用壽命，使其具有密封防水、抗風(fēng)蝕碳化、耐酸堿侵蝕、耐高溫灼燙等功能是本項(xiàng)目研究的重點(diǎn)也是難點(diǎn)。無(wú)機(jī)水性滲透型混凝土高效防護(hù)劑的研究開發(fā)需要無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、化學(xué)及分析化學(xué)等多方面的知識(shí)基礎(chǔ)，同時(shí)還穿插了材料結(jié)構(gòu)及表面化學(xué)等方面的理論基礎(chǔ)，產(chǎn)品具有較高的技術(shù)含量。
我們確定了JG無(wú)機(jī)水性滲透結(jié)晶型混凝土高效防護(hù)劑以堿金屬硅酸鹽溶液及惰性材料為基料，加入催化劑、助劑，混合反應(yīng)配制的技術(shù)路線。它不同于傳統(tǒng)有機(jī)材料，噴涂后不在混凝土表面形成涂膜，也不同于水泥基滲透結(jié)晶型防水材料，它是無(wú)機(jī)液體，不含水泥粉末；可滲透至混凝土內(nèi)部結(jié)晶形成永久性防護(hù)層，具有與混凝土結(jié)構(gòu)的相融性；它以水為載體，隨著水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)孔隙進(jìn)行滲透，被流滲到砼結(jié)構(gòu)內(nèi)部的孔縫中，催化硅酸鈣與水泥水化反應(yīng)過程中析出的Ca(OH)2與硅酸鈣交互反應(yīng)，形成了不溶于水的枝蔓狀纖維結(jié)晶物，在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部吸水膨脹，使結(jié)構(gòu)中的毛細(xì)孔縫得到充盈密實(shí)，從而有效提高了混凝土結(jié)構(gòu)的抗?jié)B水能力，并提高混凝土結(jié)構(gòu)的致密性，在涂層中起到密實(shí)抗?jié)B的作用。隨著時(shí)間（一般為1～7d）的發(fā)展，結(jié)晶量遞增，在防水涂層中滲透結(jié)晶相結(jié)合，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體的抗?jié)B能力。由于活性化學(xué)物質(zhì)多年后還能被水激活，繼續(xù)起到催化作用，因此混凝土結(jié)構(gòu)即使局部受損滲漏（裂縫小于0.3mm）在結(jié)晶作用下，會(huì)自行修補(bǔ)愈合并具有多次抗?jié)B能力，具有滲透性、可封閉水泥砂漿與混凝土毛細(xì)孔通道和裂紋功能的防水防護(hù)材料。從而在本質(zhì)上改變了普通混凝土結(jié)構(gòu)體積不穩(wěn)定而再次帶來(lái)的裂滲。
本研究項(xiàng)目開發(fā)的產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)是結(jié)合了混凝土工程對(duì)防護(hù)劑的要求，參考了國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品的技術(shù)資料、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及有關(guān)專家的意見，同時(shí)在國(guó)內(nèi)外主要生產(chǎn)、經(jīng)銷1500防水劑、DPS永凝液防水劑企業(yè)的產(chǎn)品多次反復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)證的基礎(chǔ)上而制定設(shè)計(jì)配方的。
[1]
2.1密度
由于防護(hù)劑是與砂漿和混凝土內(nèi)部的堿性物質(zhì)起反應(yīng)來(lái)封閉毛細(xì)孔的，為了保證有足夠的反應(yīng)物，促使凝膠體的生成，我們研究了產(chǎn)品的密度。密度不僅反映了產(chǎn)品有效物質(zhì)的含量，同時(shí)密度也與凝膠化時(shí)間有直接的關(guān)系：密度大，凝膠化時(shí)間就短；密度小，凝膠化時(shí)間就長(zhǎng)。國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了防水劑的密度為：I型產(chǎn)品不小于1.10g/㎝3，Ⅱ型產(chǎn)品不小于1.07g/㎝3。密度檢測(cè)按照GB/T 8077－2000《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》中5.3款精密密度計(jì)法進(jìn)行，直接測(cè)試液體樣品。經(jīng)福建省工程質(zhì)量檢測(cè)中心有限公司抽樣檢測(cè)，《JG無(wú)機(jī)水性滲透結(jié)晶型混凝土高效防護(hù)劑》的密度為1.10g/cm3。
2.2 pH值
防護(hù)劑是直接用于砂漿、混凝土砂漿和混凝土表面的，產(chǎn)品的pH值須與硅酸鹽水泥的pH值基一致。 因?yàn)楫a(chǎn)品只有在該pH值條件下，才能與砂漿和混疑土內(nèi)部的堿性物質(zhì)起反應(yīng)；同時(shí)又不腐蝕混凝土、不對(duì)鋼筋產(chǎn)生銹蝕。國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定防水劑pH值I型產(chǎn)品在13±１的范圍內(nèi)，Ⅱ型產(chǎn)品在11±1的范圍內(nèi)。此pH值與硅酸鹽水泥的pH值基本一致，能保證防水劑對(duì)水泥砂漿或混凝土的適應(yīng)性的同時(shí)增加建筑物表層的堿度，提高其耐久性。pH值檢測(cè)按照GB/T8077－2000《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》第7章規(guī)定進(jìn)行。經(jīng)福建省建筑工程質(zhì)量檢測(cè)中心有限公司抽樣檢測(cè)，《JG無(wú)機(jī)水性滲透結(jié)晶型混凝土高效防護(hù)劑》的pH值為12。
2.3粘度
粘度是通過控制堿金屬硅酸鹽溶液基料、添加劑、稀釋劑含量來(lái)決定的，控制粘度對(duì)催化劑的性能及原料之間的匹配性提出了要求，因?yàn)檎扯仍礁�，防水劑的滲透性越差，滲透所需的時(shí)間會(huì)增長(zhǎng)。在保證有效物質(zhì)含量的同時(shí)，適宜的粘度才能有良好的滲透性。國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)粘度規(guī)定在（11.0±1.0 s）范圍內(nèi),粘度測(cè)定按GB 1723－1993《涂料粘度測(cè)定法》中5.3款規(guī)定進(jìn)行。經(jīng)福建省建筑工程質(zhì)量檢測(cè)中心有限公司抽樣檢測(cè)，《JG無(wú)機(jī)水性滲透結(jié)晶型混凝土高效防護(hù)劑》的粘度為11.6s。
2.4表面張力
表面張力的大小主要由催化劑的性能及加量所決定。在防水劑具有優(yōu)異的水溶性的情況下，較小的表面張力有利于增加防水劑對(duì)水泥砂漿及混凝土的滲透能力，并能提高其與砂漿、混凝土內(nèi)部物質(zhì)的反應(yīng)能力，并能提高其與砂漿、混凝土內(nèi)部物質(zhì)的反應(yīng)能力，因此表面張力是控制防水劑性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。
表面張力檢測(cè)按照GB/T 8077－2000《混凝土外加劑勻質(zhì)N性試驗(yàn)方法》第8章規(guī)定進(jìn)行。直接測(cè)試液體樣品，被測(cè)溶液的溫度為（20±1）℃，被測(cè)樣品必須清澈，如有沉淀應(yīng)濾去。國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)提出的表面張力確定控制值：I型產(chǎn)品為不大于26mN/m，Ⅱ型產(chǎn)品為不大于36mN/m。經(jīng)福建省建筑工程質(zhì)量檢測(cè)中心有限公司抽樣檢測(cè)，《JG無(wú)機(jī)水性滲透結(jié)晶型混凝土高效防護(hù)劑》的表面張力為25.0 mN/m。
2.5凝膠化時(shí)間
凝膠化時(shí)間是指水性滲透型無(wú)機(jī)防水劑與水泥建筑物中堿類物質(zhì)反應(yīng)所需的時(shí)間。反應(yīng)過快，過早封閉毛細(xì)孔通道，使?jié)B透深度降低；過慢，則延長(zhǎng)了施工時(shí)間，同時(shí)也說(shuō)明參與反應(yīng)的活性物質(zhì)的濃度偏低，兩者都會(huì)使防水效果減弱。
檢測(cè)凝膠化時(shí)間的方法是在Ca（OH）2溶液中加入離子水，用玻璃棒攪拌2 min，均勻后緩緩注人防水劑試樣，隨即開始計(jì)時(shí)，勻速攪拌5 min后靜置。將玻璃燒杯左右輕晃，觀察其液面波動(dòng)情況，以試樣液面開始產(chǎn)生凝膠并與燒杯壁呈粘附狀為初凝時(shí)間，以燒杯傾斜45°角試樣表面無(wú)流動(dòng)呈完全凝膠狀時(shí)所需時(shí)間為終凝時(shí)間。以三次試樣測(cè)試平均值表示初、終凝膠時(shí)間，精確至min。凝膠化時(shí)間I型產(chǎn)品初凝：（120±30）min，終凝：（180±30）min；Ⅱ型產(chǎn)品由于初凝不明顯，終凝控制在400 min以內(nèi)。經(jīng)福建省建筑工程質(zhì)量檢測(cè)中心有限公司抽樣檢測(cè)，《JG無(wú)機(jī)水性滲透結(jié)晶型混凝土高效防護(hù)劑》的凝膠化時(shí)間為初凝：105min，終凝：160min。
2.6抗?jié)B性
抗?jié)B性是防水劑性能指標(biāo)中最重要的指標(biāo)，能直接反應(yīng)其滲透結(jié)晶效果的好壞。產(chǎn)品應(yīng)用的抗?jié)B性效果可采用測(cè)試滲入高度的方法判斷，滲入高度越小，抗?jié)B性越好。但必須指出的是，測(cè)試用混凝土試件抗?jié)B能力的提高幅度與基準(zhǔn)試件抗?jié)B等級(jí)有很大關(guān)系，原抗?jié)B等級(jí)較低的混凝土，涂刷防水劑后抗?jié)B能力提高的幅度就較大。故有必要確定基準(zhǔn)混凝土的配合比，在此配比下，采用混凝土抗?jié)B試驗(yàn)儀，按GBJ 82《抗?jié)B試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試。其指標(biāo)值為：在水壓1.2MPa時(shí)滲人高度I型產(chǎn)品不大于30mm，Ⅱ型產(chǎn)品不大于35 mm。經(jīng)福建省建筑工程質(zhì)量檢測(cè)中心有限公司抽樣檢測(cè)，《JG無(wú)機(jī)水性滲透結(jié)晶型混凝土高效防護(hù)劑》的抗?jié)B性為27mm。
[2]
2.7貯存穩(wěn)定性
貯存穩(wěn)定性是在一定貯存期內(nèi)（自產(chǎn)品生產(chǎn)之日起12個(gè)月）產(chǎn)品性能的穩(wěn)定性。通過急冷（－10℃）、急熱（50℃）10個(gè)冷熱循環(huán)．觀察其外觀是否自絮凝、沉淀及色澤變化，如果沒有變化則產(chǎn)品合格．如果有絮凝、沉淀及色澤變化現(xiàn)象，則要再測(cè)定其凝膠化時(shí)間，以仍符合技術(shù)指標(biāo)規(guī)定要求為合格，否則判斷產(chǎn)品不合格。經(jīng)福建省工程質(zhì)量檢測(cè)中心有限公司抽樣檢測(cè)，采用上述方法對(duì)《JG無(wú)機(jī)水性滲透結(jié)晶型混凝土高效防護(hù)劑》進(jìn)行10個(gè)冷熱循環(huán)的貯存穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)，外觀無(wú)變化，符合國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。
3.耐久性、防護(hù)性等驗(yàn)證方案
我們通過研究對(duì)比，經(jīng)過反復(fù)多次試驗(yàn)研究解決了技術(shù)關(guān)鍵和難題，并委托福建省建筑工程質(zhì)量檢測(cè)中心有限公司對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行耐久性檢測(cè)驗(yàn)證，獲得了相關(guān)重要數(shù)據(jù)。
3.1試件的成型及養(yǎng)護(hù)：
3.1.1混凝土配合比
基準(zhǔn)與對(duì)比試件混凝土配比為：
3.1.2混凝土采用80℃熱水法加速養(yǎng)護(hù)24h后放入試驗(yàn)室中放置24h。
3.2標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件
標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件：溫度（20±3）℃
3.3試驗(yàn)方法
被檢試件迎水面浸入樣品中，液面高度為高出迎水面10mm，浸泡24h后放置試驗(yàn)室中24h，另基準(zhǔn)樣也放置試驗(yàn)室中24h。
3.3.1耐堿性：飽和氫氧化鈣168h，對(duì)比浸泡后試件和基準(zhǔn)試件表面是否有粉化、裂紋；
3.3.2耐酸性：1％鹽酸溶液浸泡168h，對(duì)比浸泡后試件和基準(zhǔn)試件表面是否有粉化、裂紋；
3.3.3氯離子擴(kuò)散系數(shù)參照CECS 01－2004 《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)與施工指南》進(jìn)行，對(duì)比浸泡后試件和基準(zhǔn)試件的氯離子擴(kuò)散系數(shù)；
3.3.4混凝土碳化試驗(yàn)依據(jù)GBJ 82－85《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行，對(duì)比浸泡后試件和基準(zhǔn)試件碳化7d、14d的碳化深度；
3.3.5耐高溫性能（135℃）：將準(zhǔn)各好的試件放置設(shè)定為135℃的干燥烘箱中30min后取出放置試驗(yàn)室待冷卻后和基準(zhǔn)試驗(yàn)一同做抗?jié)B試驗(yàn)，對(duì)比浸泡后試件和基準(zhǔn)試件的滲透高度。
4.結(jié)果與分析
4.1經(jīng)福建省建筑工程質(zhì)量檢測(cè)中心有限公司檢測(cè)，得出性能指標(biāo)詳見表1、表2。
表1 JG無(wú)機(jī)水性滲透結(jié)晶型混凝土高效防護(hù)劑產(chǎn)品檢測(cè)結(jié)果
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表2 浸涂JG無(wú)機(jī)水性滲透結(jié)晶型混凝土高效防護(hù)劑后對(duì)混凝土性能影響檢測(cè)結(jié)果
4.2耐酸堿性
分別使用飽和氫氧化鈣和1%鹽酸溶液浸泡試件168h，對(duì)比發(fā)現(xiàn)未浸涂本產(chǎn)品的試件表面有粉化，浸涂本產(chǎn)品的試件無(wú)變化。試驗(yàn)結(jié)果表明，本產(chǎn)品具有良好的耐酸堿性，對(duì)混凝土有良好的防護(hù)作用。
4.3耐久性
評(píng)價(jià)混凝土耐久性的一項(xiàng)重要指標(biāo)是混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)。對(duì)比發(fā)現(xiàn)未浸涂本產(chǎn)品的氯離子擴(kuò)散系數(shù)為3.33×10-12 m2/s，大大高于浸涂本產(chǎn)品的氯離子擴(kuò)散系數(shù)1.85×10-12 m2/s。試驗(yàn)結(jié)果表明，在混凝土表面噴涂本產(chǎn)品，可有效抵抗混凝土氯離子滲透的能力，即改善了混凝土耐久性。
4.4抗碳化能力
對(duì)比浸泡后試件和基準(zhǔn)試件碳化7d、18d的碳化深度，發(fā)現(xiàn)未浸涂本產(chǎn)品的試件滲入深度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于浸涂本產(chǎn)品的試件。試驗(yàn)結(jié)果表明，在混凝土表面噴涂本產(chǎn)品，可改善混凝土抗碳化能力并起到保護(hù)鋼筋的作用。
4.5耐高溫性能
將準(zhǔn)備好的試件放置設(shè)定為135℃的干燥烘箱中30min后取出，待冷卻后放置實(shí)驗(yàn)室和基準(zhǔn)試件一同做抗?jié)B試驗(yàn)，對(duì)比浸泡后試件和基準(zhǔn)試件的滲透高度，發(fā)現(xiàn)未浸涂本產(chǎn)品的試件滲透高度明顯高于浸涂本產(chǎn)品的試件。試驗(yàn)結(jié)果表明，本產(chǎn)品可經(jīng)受135℃，30min高溫灼燙而不影響產(chǎn)品性能，這一創(chuàng)新結(jié)果大大拓展了產(chǎn)品的應(yīng)用范圍，特別適用于市政、公路瀝青等路面的施工改造。
從上述檢測(cè)驗(yàn)證數(shù)據(jù)可以看出，本項(xiàng)目全面技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到或超過國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)JC/T 1018-2006《水性滲透型無(wú)機(jī)防水劑》要求，特別是浸涂本產(chǎn)品后的混凝土各項(xiàng)性能有明顯提高。經(jīng)國(guó)家技術(shù)情報(bào)研究所科技查新，證明產(chǎn)品性能達(dá)到國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品領(lǐng)先水平。
5 結(jié) 語(yǔ)
隨著建設(shè)行業(yè)對(duì)水性無(wú)機(jī)滲透結(jié)晶型防水材料認(rèn)識(shí)的不斷深入，本類產(chǎn)品越來(lái)越受到人們的青睞，在各種混凝土建筑工程中不斷得到應(yīng)用，但人們對(duì)該類材料了解仍不系統(tǒng)、不全面，對(duì)材料的特性、作用機(jī)理、作用效果、應(yīng)用條件、應(yīng)用領(lǐng)域的理解還存在偏差。今后在具體的應(yīng)用和實(shí)踐當(dāng)中，對(duì)其化學(xué)性能和化學(xué)反應(yīng)機(jī)理需進(jìn)一步分析和探討，延伸拓展其使用領(lǐng)域；努力完善施工工藝，并編制相應(yīng)的應(yīng)用技術(shù)規(guī)程，以便推廣應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
[1]沈春林 禇建軍 《水性滲透型無(wú)機(jī)防水劑》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)介紹 《中國(guó)建筑防水》雜志 2006年第12期
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