渗透型防水涂料对混凝土抗盐冻性的影响

邢李进,姚志华,张保立,严海滨,李 亮

(1.重庆交通大学 土木建筑学院,重庆 400074;2.山西路桥第一工程有限责任公司,山西 太原 030000)

我国西北地区不仅气候寒冷,而且拥有较多的盐渍土区域,在这样恶劣的环境中混凝土常常遭受着盐类侵蚀和冻融循环的双重破坏作用,使混凝土工程面临着严峻的耐久性问题[1]。抗盐冻性与混凝土材料本身的渗透性密切相关,而环境因素对混凝土的物理、化学侵蚀多从表面开始,故提高表层混凝土的抗渗性无疑是解决混凝土盐冻破坏的一条有效途径,而使用渗透型防水涂料则是提高表层混凝土抗渗性的主要措施之一[2～4]。本文结合当地的气候特征,选用目前市场上常用的3种不同类型的渗透型防水涂料,通过快冻试验研究了防水涂料对混凝土抗盐冻性的影响,从而为此类材料的工程应用提供理论依据。

1 试 验

1.1 混凝土原材料与配合比

本试验采用拉法基P·O 42.5R水泥;细集料为细度模数为2.7的中砂,表观密度为2.52 g/cm3,颗粒级配良好;粗集料为石灰岩碎石,5mm～10mm连续级配,表观密度为2.71 g/cm3;脱模剂为肥皂水。混凝土配合比及其28 d强度见表1。混凝土采用强制式搅拌机搅拌,机械振动,钢模成型,新拌混凝土具有较好的和易性,坍落度为55mm。试件振动密实后,在其表面覆盖塑料薄膜,24 h后脱模,标准养护。

表1 混凝土配合比

1.2 渗透型防水涂料及其作用机理

(1)水泥基渗透结晶型防水材料:Penetron 401防水涂料,深灰色粉状固体,美国ICS/PENETRON国际有限公司生产,用代号“P”表示。

Penetron防水材料是由硅酸盐水泥、特殊的活性化学物质、石英砂等配制而成的一种粉状水泥基渗透结晶型防水材料。与水作用后,材料中含有的活性化学物质通过载体向混凝土内部渗透,在混凝土中形成不溶于水的硅酸钙等结晶体,填塞毛细孔道,使混凝土致密,防水[5,6]。

(2)水泥基渗透非结晶型防水材料[7]:施而固US-1510防水涂料,蓝灰色粉状固体加白色乳液,北京领邦施而固新材料股份有限公司生产,用代号“U”表示。

US-1510防水涂料是一种聚合物改性水泥基渗透非结晶型材料,以高强度水泥、活性物质、微硅粉配制,并经亚克力聚合物增强剂改性而成。亚克力增强剂能够改善水泥基防水材料的物理性能,微硅粉与水泥石中的游离钙生成极小的球状非晶态水化硅酸钙,从而填充、密实水泥石中的孔隙[7]。

(3)水性渗透型无机防水剂:M1500无机水性水泥密封防水剂,半透明状液体,杭州众城防水工程有限公司生产,用代号“M”表示。

M1500无机防水剂以碱金属硅酸盐溶液为基料,加入催化剂、助剂,经混合反应而成。具有较高渗透性,直接喷涂于混凝土表面,能迅速渗入内部,与水泥石中的碱类物质反应生成不溶于水的针片状硅酸钙晶体,从而堵塞内部孔隙,增加密实度,形成可靠的永久防水层[8,9]。

1.3 试验方法

1.3.1 混凝土抗盐冻试验

采用40mm×40mm×160mm的棱柱体试件,冻融介质为浓度3.5%的NaCl溶液和浓度5%的Na2SO4溶液[10],在试件标准养护至14 d时(包含成型脱模时间),取出试件,按规定方法涂刷涂料,继续标养至24 d时,浸入冻融介质中4 d,然后放入TDR混凝土快速冻融实验箱中开始快冻试验。为了精确记录混凝土的性能变化过程,将测试间隔定为20次冻融循环,并且每次间隔期间更换一次盐溶液,采用相对动弹性模量和质量损失作为评定指标。采用DT16-W动弹仪自动测定动弹性模量,采用感量为0.1 g的电子天平测定试件质量。当试件的相对动弹性模量下降至60%或质量损失达5%时[10],评定混凝土完全破坏。

1.3.2 涂料涂刷

每种涂料均分为两次涂刷,每次涂刷之前试件均须处于饱和面干状态,所不同的是水泥基渗透非结晶型防水材料在第一遍涂刷完约12 h后才可以涂刷第二遍。每种涂料单次涂刷用量及比例见表2。

表2 涂料用量及比例

2 试验结果与分析

2.1 在3.5%NaCl溶液中涂料对混凝土抗盐冻性的影响

图1为不同类型的混凝土试件在3.5%NaCl溶液中进行冻融循环时的质量损失和相对动弹性模量变化规律。

图1 3.5%NaCl溶液中混凝土试件的质量损失和相对动弹性模量变化规律

由图1可知,经过20次冻融循环后,K试件因相对动弹性模量下降至60%以下而破坏,这是由于试件水灰比较大,导致混凝土的整体抗渗性降低,使盐溶液较多的进入到混凝土内部,在结冰压等因素作用下使内部结构遭到破坏[11]。

P试件和U试件分别在40次和60次冻融循环后破坏。由于水泥基渗透结晶型防水涂料和水泥基渗透非经晶型防水涂料都可以密实混凝土,且涂层本身也都能够起到防护作用[6,7],故提高了混凝土的抗盐冻能力。但二者的组成成分和作用机理却不尽相同,水泥基渗透非结晶型防水涂料中特有的聚合物增强剂,提高了涂层的韧性、密实性以及涂层与基层材料的粘结强度[7],故U试件的抗盐冻性较好。

M试件经过80次冻融循环后破坏,其抗盐冻能力最好。

2.2 在5%Na2SO4溶液中涂料对混凝土抗盐冻性的影响

图2为不同类型的混凝土试件在5%的Na2SO4溶液中进行冻融循环试验的质量损失和相对动弹性模量变化规律。

图2 5%Na2SO4溶液中混凝土试件的质量损失和相对动弹模量变化规律

由图2可知,空白试件在80次冻融循环后,在溶液冻结时产生的膨胀压、低温时硫酸钠以Na2SO4·10H2O结晶析出而产生的结晶压以及腐蚀产物的内应力等因素的综合作用下破坏[12]。

P试件U试件变化规律基本一致,由于涂层的保护作用在100次冻融循环后破坏,M试件则因水性渗透型防水剂的作用在120次冻融循环后破坏。

3 结 语

(1)试验结果表明:水泥基渗透结晶型涂料、水泥基渗透非结晶型涂料、水性渗透型无机防水剂都可以提高混凝土在3.5%NaCl溶液中的抗盐冻能力。涂料对提高混凝土抗氯盐冻融能力的作用大小依次为:M＞U＞P。

(2)3种类型的涂料均可以提高混凝土在5%Na2SO4溶液中的抗盐冻能力,水性渗透型无机防水剂效果最好,水泥基渗透结晶型涂料和水泥基渗透非结晶型涂料的作用效果基本一致,且均低于水性渗透型无机防水剂。

[1]刘万峰.西北地区内陆盐土环境中混凝土耐久性研究[J].中国建材,2005,(6):80-83.

[2]孟振全,吴振琏.表面渗透性对混凝土耐久性的影响[J].防渗技术,1997,3(4):6-10.

[3]李漠,管小军.表面涂层对混凝土抗氯离子渗透性能的影响[J].新型建筑材料,2006,(11):52-53.

[4]郑敏升.渗透结晶型外表面涂层对混凝土耐久性的防护作用[J].福建建材,2007,(2):17-18.

[5]倪奕能,李姗姗.Penetron防水涂料改善混凝土性能的试验研究[J].广东建材,2007,(5):14-16.

[6]沈春林.水泥基渗透结晶型防水材料[M].北京:化学工业出版社,2005.

[7]闻宝联,王新刚,田文丽,等.水泥基渗透非结晶型防水材料及在结构病害治理上的应用[J].新型建筑材料,2006,(2):22-23.

[8]方明晖,王征.HM1500无机水性水泥密封防水剂的性能和应用[J].化学建材,1992,(6):249-251.

[9]JC/T1018-2006.水性渗透型无机防水剂[S].北京:中国建材工业出版社,2006.

[10]杨文萃,葛 勇,常传利,等.混凝土在盐溶液中的抗冻性[J].低温建筑技术,2007,(1):1-4.

[11]魏广和,张玉生,慕 儒.氯化钠溶液对混凝土抗冻性的影响[J].工业建筑,2001,31(10):50-53.

[12]葛 勇,杨文萃,袁杰,等.混凝土在硫酸盐溶液中抗冻性的研究[J].混凝土,2005,(8):71-73,79.