1 剛性防水材料分類及特點

剛性防水材料按其膠凝材料的不同可分為兩大類, 一類是以硅酸鹽水泥為基料, 加入無機或有機外加劑配制而成的防水砂漿、防水混凝土,如外加劑防水混凝土 ,聚合物砂漿等;另一類是以膨脹水泥為主的特種水泥為基料配制的防水砂漿、防水混凝土,如膨脹水泥防水混凝土。

　 剛性防水材料按其作用又可分為有承重作用的防水材料和僅有防水作用的防水材料.前者指各種類型的防水混凝土,后者指各種類型的防水砂漿 .

剛性防水材料具有以下特點:

　 (1)有較高的壓縮強度、拉伸強度及一定的抗滲能力,是一種既可防水又可兼作承重、圍護結構的多功能材料.

　 (2)抗凍、抗老化性能 , 能滿足耐久性要求,其耐久年限最少20 年.

　 (3)材料易得 、 造價低廉 、 施工簡便 ,且易于查找滲漏水源,便于進行修補 , 綜合經濟效果較好 .

　 (4)一般為無機材料, 不燃燒、無毒、無異味, 有透氣性.

　 防水混凝土是以調整混凝土的配合比 、摻外加劑或使用新品種水泥等方法提高自身的密實性、憎水性和抗滲性的不透水性混凝土 .防水混凝土一般可分為普通防水混凝土、外加劑防水混凝土和膨脹水泥防水混凝土三大類 .

用防水混凝土與采用卷材防水相比較,防水混凝土具有以下特點 :

　 (1)兼有防水和承重兩種功能, 能節約材料,加快施工速度.

　 (2)材料來源廣泛,成本低廉.

　 (3)在結構構造復雜的情況下,施工簡便防水性能可靠.

　 (4)滲漏水時易于檢查,便于修補.

　 (5)耐久性好.

　 (6)可改善勞動條件.

2 　 普通防水混凝土

　 普通防水混凝土是以調整配合比的方法,來達到提高自身密實度和抗滲性要求的一種防水混凝土.普通防水混凝土的技術原理是通過材料和施工兩個方面來抑制和減少混凝土內部孔隙的生成, 改變孔隙的特征,堵塞漏水通路,從而使之不依賴其他附加防水措施, 僅靠提高混凝土自身密實性達到防水的目的.

　 普通防水混凝土在反復經受水壓力作用下仍能保持良好的抗滲性能.

　 從表1可以看出,普通防水混凝土的第二次抗滲性并不比次抗滲性低,且隨兩次試驗時間間隔的延長, 抗滲性有隨之提高的趨向.普通防水混凝土中的細小裂縫的自愈、潮點及輕微滲漏現象的消失,均說明普通防水混凝土具有穩定可靠的抗滲性.此外,在一定壓力水作用下,當外部壓力與混凝土內部阻力平衡或滲水量等于蒸發量時,透水高度并不隨時間延長而增加.

3 　 外加劑防水混凝土

　 外加劑防水混凝土是依靠摻入少量的有機或無機物外加劑來改善混凝土的和易性 , 提高密實性和抗滲性,以適應建筑工程需要的一種防水混凝土.

　 按所摻入的外加劑種類的不同,外加劑防水混凝土可分為減水劑防水混凝土、 引氣劑防水混凝土、三乙醇胺防水混凝土、氯化鐵防水混凝土等數種。

3.1　 減水劑防水混凝土

　 在混凝土拌合物中摻入適量的不同類型的減水劑,以提高其抗滲能力為目的的防水混凝土 ,稱為減水劑防水混凝土.

　 減水劑對水泥具有強烈的分散作用,它借助于極性吸附作用,大大降低了水泥顆粒間的吸引力,有效地阻礙和破壞了顆粒間的凝絮作用,并釋放出凝絮體中的水, 從而提高了混凝土的和易性, 在滿足施工和易性的條件下,可大大降低拌合用水量 ,使硬化后孔結構的分布情況得以改變 ,孔徑及總孔隙率均顯著減小 , 毛細孔更加細小，分散和均勻, 從而提高混凝土的密實性和抗滲性 .

　 在大體積防水混凝土中,減水劑可推遲水泥水化熱峰值出現, 這就減少或避免了在混凝土取得一定強度前因溫度應力而開裂,從而提高了混凝土的防水效果 .

　 此外,在混凝土中摻入減水劑后,能降低水灰比,增加混凝土密實性,有利提高抗滲性能.

減水劑防水混凝土的抗滲性見表 2.

3.2　 引氣劑防水混凝土

　 引氣劑防水混凝土是在混凝土拌合物中摻入微量引氣劑配制而成的防水混凝土 .

　 引氣劑是一種具有憎水作用的表面活性物質 ,它能顯著降低混凝土拌合水的表面張力 , 經攪拌可在拌合物中產生大量密閉、 穩定和均勻的微小氣泡, 從而使毛細管變得細小、曲折、分散,減少了滲水通道.引氣劑還可增加黏滯性, 改善和易性, 減少沉降泌水和分層離析,彌補混凝土結構的缺陷,從而提高了混凝土的密實性和抗滲性.

　 引氣劑的防水混凝土的主要特性如下:

(1)引氣劑防水混凝土中適宜的氣泡組織是提高混凝土抗滲性和耐久性的因素 .當水泥用量較低而含氣量適宜時,引氣劑防水混凝土的抗滲標號可以提高.

(2)由于引氣劑防水混凝土抗滲能力較高 ,水不易滲入,從而減少了混凝土凍脹破壞的可能.更主要的是混凝土中引入了無數微小的密閉氣孔 ,提高了混凝土的變形能力,吸收和減少了由于干燥、凍融交替作用所產生的體積變化和內應力,提高了混凝土的抗凍脹破壞的性能 .

(3)引氣劑防水混凝土的早期強度增長較慢,7 d 后強度增長比較正常.

(4)加入引氣劑后, 混凝土的靜彈性模量稍有降低.含氣量每增 1%, 彈性模量約降低3%.

3.3　 三乙醇胺防水混凝土

　 在混凝土拌合物中摻入適量的三乙醇胺,以提高其抗滲性能為目的而配制的混凝土稱三乙醇胺防水混凝土.

　 依靠三乙醇胺的催化作用,在早期生成較多的水化產物,部分游離水結合為結晶水,相應地減少了毛細管通路和孔隙,從而提高了混凝土的抗滲性,且具有早強作用.當三乙醇胺和氯化鈉，亞硝酸鈉等無機鹽復合時,三乙醇胺不僅能促進水泥本身的水化,還能促進氯化鈉、亞硝酸鈉等無機鹽與水泥的反應,所生成的氯鋁酸鹽等絡合物,體積膨脹,能堵塞混凝土內部的孔隙和切斷毛細管通路,增大混凝土的密實性.在混凝土中摻入單一的三乙醇胺或三乙醇胺與氯化鈉復合劑 ,可顯著提高混凝土的抗滲能力,抗滲壓力可提高3倍以上(表 3).

3.4　 氯化鐵防水混凝土

　 氯化鐵防水混凝土是在混凝土拌合物中加入少量氯化鐵防水劑拌制而成的具有高抗水性和密實度的混凝土.

　 氯化鐵防水混凝土是依靠化學反應產物氫氧化鐵等膠體的密實填充作用,新生的氧化鈣對水泥熟料礦物的激化作用,易溶性物質轉化難溶性物質以及降低析水性等作用而增強混凝土的密實性,提高其抗滲性的。主要特性如下:

(1)混凝土中摻入適量的氯化鐵防水劑,可以配制出抗滲標號高達40防水混凝土、抗滲標號達 30 的抗油混凝土以及抗滲標號大于24的防水砂漿.它是幾種常用的外加劑的防水混凝土中抗滲性的一種.氯化鐵防水混凝土的抗滲性見表4.

(2)氯化鐵防水混凝土和防水砂漿早期就有相當高的抗滲能力.這對于要求施工后很快承受水壓的工程及以水泥砂漿作修補層的防水工程 ,有較大的實用價值.

(3)氯化鐵防水劑有增強及早強作用,氯化鐵防水劑與水泥水化時析出的氫氧化鈣作用生成氯化鈣對混凝土起密實作用.

(4)在氯化鐵防水混凝土中,由于生成大量氫氧化鐵膠體,使混凝土密實性提高,水、氧難以進入,同時在鋼筋周圍生成的氫氧化鐵膠膜,也保護了鋼筋,這是抑制腐蝕的有利條件.

4 　 膨脹水泥防水混凝土

以膨脹劑或膨脹水泥為膠結料配制而成的防水混凝土,均稱為膨脹水泥防水混凝土.主要性能如下.

4.1　 抗滲性

　 膨脹水泥防水混凝土是依靠水泥本身的水化反應和結晶膨脹而提高抗滲能力的 .其抗滲性遠比普通混凝土高(表 5).硫鋁酸鈣型防水混凝土具有一定的脹縮可逆性,如在霧室中養護14d后放在干空氣中養護 90d,約束膨脹率將從 0.648mm/m 下降到 0.33 mm/m , 此時再放在水中,又會產生膨脹.這一特性十分有利于膨脹防水混凝土微細裂縫的愈合,非常適用于水中或地下防滲工程.

4.2　 抗裂性

　 膨脹水泥防水混凝土在硬化初期產生體積膨脹,在約束條件下,它通過水泥石與鋼筋的黏結,使鋼筋張拉,被張拉的鋼筋對混凝土本身產生壓縮應力,當混凝土中產生 0.2 ～ 0.7 N/mm 2 的自應力值時,可大致抵消由于混凝土干縮和徐變時產生的拉應力.即膨脹水泥防水混凝土的拉應變接近于零,或小于 0.1～ 0.2 mm/m ,從而達到補償收縮并具有抗裂防滲的效果.一般混凝土的拉應變值0.4～ 0.6 mm/m ,其容許極限拉伸變形值為0.1～0.2 mm/m .由于膨脹水泥防水混凝土的拉應變值小于容許極限拉伸變形值, 因而不會出現裂縫, 保證了混凝土的抗滲性.

5 　 復合型防水混凝土

　 復合型防水混凝土是指混凝土中摻入由有機化合物和無機礦物匹配復合制成的防水材料 .其防水效果顯著,而且兼容多種功能,使用簡便,可降低成本.復合型防水混凝土試驗結果如表6 .

　 復合型防水混凝土是根據混凝土工程防水抗摻、 抗裂及耐久要求, 將各種防水機理且性能互補的組分組合匹配復合制得的防水混凝土 .其防水機理主要有以下 4 個方面:

　 (1)具有減水塑化作用.減水塑化作用可改善和易性, 降低水灰比, 減小混凝土中的各種孔隙, 特別是使孔徑大于 200 埃的毛細孔、 氣孔等滲水通道減少, 即混凝土的總孔隙率和孔徑分布都得到改善 , 同時孔徑尺寸減小 , 因此混凝土水密性提高 .

　 (2)具有補償收縮抗裂作用,可提高混凝土的抗裂性能,而且使材料的密實度增大,不僅提高了防水抗滲性能,而且使強度獲得了增長 .

　 (3)改善泌水性.該防水劑可顯著降低混凝土的泌水性,改善粘聚性和保水性, 減小了沉降縫隙, 提高了水泥石與集料的膠結力, 使材料的抗滲性和力學性能均獲得改善 .

　 (4)固體粉末填隙效果可提高混凝土密實性,而且當混凝土與水接觸時 ,防水劑能析出膠狀物堵塞毛細孔道 ,阻斷滲水通道, 使材料的結構自防水能力增強.

6 　 結 語

　 隨著材料科學的發展,無機材料中出現了減水劑、膨脹劑 、膨脹水泥、抗裂防水劑等新型防水材料 .這些材料優點是能補償收縮 ,較好地解決了混凝土的開裂難題;與此同時,它能使混凝土密實,抗滲性能大大優于普通防水混凝土.剛性防水混凝土既有承重、圍護和抗滲的功能 ,又可滿足一定的耐凍融及耐侵蝕要求,還可有效地防止墻體因應力作用所產生的裂縫而導致內外墻滲漏.這些抗裂防滲新材料將促進防水建筑設計和施工的技術進步 .

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