水泥复合砂浆对混凝土背水面抗渗试验研究*

尚守平，熊 崛

(湖南大学 土木工程学院，湖南 长沙 410082)

水泥复合砂浆对混凝土背水面抗渗试验研究*

尚守平†，熊 崛

(湖南大学 土木工程学院，湖南 长沙 410082)

通过在混凝土背水面涂抹普通水泥砂浆及水泥复合砂浆的试验，对比了普通水泥砂浆与水泥复合砂浆对混凝土抗渗性能的影响；研究了水泥复合砂浆厚度与添加剂含量对抗渗效果的影响．试验结果表明，水泥复合砂浆相比普通水泥砂浆更为显著地提高混凝土抗渗性能，且在一定范围内，水泥复合砂浆厚度或添加剂含量越高，抗渗效果越好．将水泥复合砂浆涂抹在混凝土背水面，便于地下室内、隧道内操作，极大地方便了施工，对实际工程有广泛的应用价值．

水泥复合砂浆；添加剂；砼背水面抗渗

在建筑结构中，混凝土结构起着重要的作用，但是混凝土的渗漏问题在工程界一直没有得到有效的解决[1]．渗透性能也直接影响了混凝土结构的耐久性，因为渗透性控制了水分的渗入速率，而这些水中可能含有侵蚀性化学物质，从而侵蚀混凝土和造成钢筋的腐蚀[2]．在我国，高层建筑和地铁等工程都迫切需要解决该问题．在高层建筑及许多住宅中，外墙的渗水已严重影响人们的生活，地铁隧道中的渗水也时有发生．目前应对此问题的主要措施是通过涂抹一种刚性防水材料于混凝土表面[3]．通常所用的防水材料即水泥砂浆[4]，其虽然有一定的作用，但也漏洞百出．本课题组在这基础上，在普通水泥砂浆中加入添加剂，研究其对混凝土抗渗的影响．本文通过试验研究表明，加入添加剂的水泥复合砂浆抗渗性能优于普通水泥砂浆．混凝土渗透试验方法有渗透深度法、抗渗标号法和氯离子渗透法等[5]，本次试验采用抗渗标号法．

1 试验材料

水泥：由长沙新星水泥厂生产的P.O42.5普通硅酸盐水泥．

砂：使用的是普通河沙，属于II区中砂．

石子：5～20 mm连续级配的石灰质碎石．

添加剂：采用长沙磊鑫土木技术工程有限公司生产的LX-3添加剂，其主要成分是短纤维、膨胀剂、减水剂、硅灰和粉煤灰．

根据计算得到的配合比，严格按照要求进行拌制，搅拌均匀．为保证试验准确性，含有水分的砂子和石子都烘干后再使用，控制好水灰比．

2 试验过程

2.1 试件的制作

试验依据《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》(GBJ82-1985)的规定进行[6]，将试验分为4组，每组6个试件．试件制作为顶面直径175 mm、底面直径185 mm、高度为150 mm的圆形台体，将每组6个试件同时放上混凝土抗渗仪进行试验[7]．其中第1组试块为C10混凝土，第2组为在C10混凝土上表面抹一层20 mm厚普通水泥砂浆(强度等级为M50)，第3组为在C10混凝土上表面抹一层20 mm厚水泥复合砂浆(添加剂含量占水泥总重量10%)，第4组与第3组类似(添加剂含量占水泥总重量18%)．如表1所示．

表1 各组试块的组成

此实验完成后，为了研究水泥复合砂浆厚度与抗渗性能的关系，再分别添加剂含量为10%和18%的条件下，增加砂浆层厚度分别为16 mm,18 mm,22 mm和24 mm的试验．每次浇筑混凝土试块时，预留6个150 mm×150 mm×150 mm的标准立方体试块，进行混凝土抗压强度试验。进行砂浆涂抹时，制作3个70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm的标准试块进行水泥复合砂浆抗压强度试验(图1)，在进行强度检测的同时，开始进行试验．本次试验都是在砂浆浇筑完3 d后开始，同时将标准试块送往湖南湖大土木建筑工程检测有限公司进行检测．水泥复合砂浆的3 d强度能达到其设计强度M50的60%以上，根据检测报告显示，均在32 MPa左右．

图1 标准立方体试块及检测报告

2.2 试验方法

密封方法：规范中采用的是加热石蜡的方法[8]，即将石蜡加松香按一定比例放入烘箱内，待石蜡溶化后，均匀涂抹在试件表面，但此法操作复杂，且涂抹不易均匀，石蜡凝固速度过快，很难得出试验结果．笔者提出一种新型密封方法，即用环氧树脂涂抹，该方法简便实用，达到了预期的实验效果(如图2)．该方法具体操作为：先将A胶(改性环氧树脂)加热至40 ℃左右，再把B胶(改性聚酰胺树脂)加入与A胶混合，其中B胶质量为A胶的15%．将混合好的胶体均匀涂抹在混凝土试块表面，再放在压力机上压紧，使底面与模具平齐．在该比例下，实验结束后脱模较为容易，为后续试验节约时间．

图2 放入抗渗仪密封前与密封试验后的试块对比

仪器使用方法[9]：将做好的混凝土试件放在标准条件下养护28 d后，如需涂抹砂浆的试块则在砂浆抹上3 d后，开始试验．采用的是HS-4B型混凝土抗渗仪(图3)．每次试验初始压力为0.1 MPa，每过8 h将压力提升0.1 MPa，当6个试块中的3个上表面出现渗水现象时，试验立即停止．抗渗等级可以按照下式进行计算：

P=10H-1

式中P为混凝土抗渗等级;H为第3个试块顶面出现渗水现象时水压力, MPa．

试验时只需记录第3个试块顶面出现渗水现象时的水压力，方法简便．

图3 将试块放入模具中开始试验

3 实验结果及分析

通过试验发现C10混凝土的抗渗等级只有P2，涂抹上20 mm厚普通砂浆后上升为P6．而当加入适量添加剂后，抗渗等级可以达到P8,P9甚至更高，抗渗能力有更为显著的提高(如表2所示)．由于砂浆较混凝土相比，其孔隙更小，水分更难从中渗过．而水泥复合砂浆由于添加剂中含有改性聚丙烯纤维和其他有利成分的存在[10-11]，所以其抗渗能力比普通砂浆更强．

表2 3个试块出现渗水现象时间及抗渗等级

在上述实验数据的基础上，再研究水泥复合砂浆的厚度对混凝土抗渗的影响．经过对厚度分别为16 mm,18 mm,20 mm,22 mm和24 mm的水泥复合砂浆试验发现(如图4和5所示)，水泥复合砂浆越厚，抗渗性能越好．但是抗渗能力随其厚度的改变比较缓慢，故不能盲目增加复合砂浆厚度，应根据具体工程选择适宜的厚度，使其最经济化．

从试验可以看出水泥复合砂浆比普通砂浆有更好的抗渗性，从表3更能直接反应出水泥复合砂浆其他性能的优点．

水泥复合砂浆厚度/mm

水泥复合砂浆厚度/mm

表3 水泥复合砂浆与同条件普通水泥砂浆试验结果对比

在该表中，组1、组2水泥强度等级为32.5，其中组2加有添加剂；组3、组4水泥强度等级为42.5，其中组4加有添加剂．各组水灰比及砂含量相同．从实验结果看出，加有添加剂的砂浆比普通砂浆的稠度大，但流动性并不降低，可知添加剂起了润滑作用和减水作用，并增加砂浆流动性．普通砂浆分层度比复合砂浆大，从而发现添加剂有抗分离的作用，保水性能好．两者密度相差不大，添加剂无引气作用，拌合物含气量小[12]．

水泥复合砂浆比普通水泥砂浆更显著提高混凝土抗渗性能的原因：

1)水泥复合砂浆中粉煤灰和硅灰按一定比例的加入，有效减少砂浆泌水及防止集料下水分的凝聚，提高过渡区界面的密实度，并且减小了过渡区界面的厚度，从而使砂浆总孔隙率降低，孔隙间彼此联系起来变得困难，故砂浆抗渗性能得到提高．

2)聚丙烯纤维可以一定程度地阻止水泥的收缩和砂浆裂缝的产生，且降低了砂浆表面的析水现象．纤维能降低裂缝尖端的集中应力，抑制裂缝的继续发展，且能防止微裂缝的扩展及阻止其贯通．

4 结 论

1)水泥砂浆能有效地提高混凝土的抗渗能力．

2)水泥复合砂浆比普通水泥砂浆对混凝土抗渗性能有更显著的提高，且比一些其它传统的抗渗方法操作简单．

3)水泥复合砂浆的厚度及其中添加剂的含量会影响其对混凝土抗渗能力的提高程度，在一定范围内，砂浆厚度或添加剂含量越高，抗渗效果更好．

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Experimental Study on Anti-permeability Influence of Composite Cement Mortar to the Dorsal Surface Concrete

SHANG Shou-ping†，XIONG Jue

(College of Civil Engineering，Hunan Univ，Changsha，Hunan 410082，China)

By testing painted ordinary cement mortar and composite cement mortar on the dorsal surface of concrete，the effect of ordinary cement mortar and composite cement mortar on concrete impermeability was compared. The influence of composite cement mortar thickness and additive content on impermeability effect was studied．Test results have indicated that composite cement mortar improves concrete impermeability more significantly than ordinary cement mortar．Within a certain range，the thicker the additive content or composite cement mortar，the better the permeability effect. Painting the composite cement mortar on the dorsal surface of concrete is easy to operate in basements and tunnels，which greatly facilitates the construction，so there is a wide range of practical engineering applications．

composite cement mortar；additive；the dorsal surface of concrete impermeability

1674-2974(2015)07-0025-04

2014-12-20

国家“十二五”科技支撑计划资助项目(2011BAJ08B02)；湖南省科技重点项目(064SK4057)

尚守平(1953-)，男，山东黄县人，湖南大学教授，博士生导师

†通讯联系人，E-mail:sps@hnu.edu.cn

TU578.13

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