渗透型防水材料对混凝土抗氯离子渗透性能的影响

沈川越，汪群，黄佳健，林航葳，吴皓，蒋一彬，张文华

（浙江工业大学 建筑工程学院，浙江 杭州　310014）

渗透型防水材料对混凝土抗氯离子渗透性能的影响

沈川越，汪群，黄佳健，林航葳，吴皓，蒋一彬，张文华

（浙江工业大学 建筑工程学院，浙江 杭州310014）

为研究渗透型防水材料对混凝土抗氯离子渗透性能的影响，对分别经过涂刷水性渗透型无机防水剂、浸润水性渗透型无机防水剂、涂刷水泥基渗透结晶型防水涂料处理及未经防水材料处理的基准混凝土试件进行了快速氯离子扩散性能试验。采用NEL法测试上述4种试件的氯离子扩散系数。试验结果表明，水泥基渗透结晶型防水涂料的效果比水性渗透型无机防水剂更佳。通过扫描电镜微观观察证实了防水材料的渗透结晶效果。

混凝土；渗透型防水材料；氯离子扩散；NEL法

混凝土结构以其良好的整体性能成为当今最广泛采用的结构之一，混凝土结构的耐久性也引起普遍关注。通常认为，氯离子对混凝土耐久性的影响最为重大，氯离子主要通过毛细管作用、渗透作用、扩散作用、电化学迁移侵入混凝土，破坏钢筋表面的钝化膜，造成钢筋锈蚀，使混凝土结构耐久性产生损伤乃至破坏。一般情况下，氯离子的侵入是多种方式的组合，但在一定条件下，占主导地位的只有其中一种侵入方式。氯离子扩散系数是用来反映混凝土对氯化物侵入抵抗能力的参数，氯离子扩散系数越大，氯离子侵入到混凝土越容易，混凝土耐久性越差［1-3］。

随着混凝土结构的发展及成熟，其对混凝土防水材料的要求也日益提高。混凝土渗透型防水材料主要有2种：水性渗透型无机防水剂及水泥基渗透结晶型防水涂料。水性渗透型无机防水剂以碱金属硅酸盐溶液为基料，加入催化剂、助剂制成。水性渗透型无机防水剂从混凝土表面渗入混凝土内部，与游离碱类物质发生化学反应，生成不溶于水的凝胶体以封闭混凝土内部毛细孔通道，提高混凝土密度，使得混凝土具有防水功能［4］。水泥基渗透结晶型防水材料是一种以普通硅酸盐水泥、精制石英砂等为基材，掺入多种活性化学物质混配而成的淡灰色粉末状防水材料。该防水材料首先在混凝土表面形成致密的涂层，而后材料中的活性化学物质以水为载体向混凝土内部渗透，生成不溶于水的结晶体以封闭毛细孔道、填堵裂缝，从而达到防水目的。

国内一些专家已经在这一领域进行了一系列的研究。梁晓烨［5］研究得出，水性渗透型无机防水剂以液体形式渗入，与游离碱、碱性水化物接触反应，转化成一种非常特殊的不溶性硅酸盐凝胶，能够明显降低混凝土内液体渗透性。巩运丽［6］通过抗氯离子渗透实验得出，水性渗透型无机防水剂能显著提高试件的抗渗性能，提高混凝土的防水性能。陈永其等［7］对FT-I型水泥基渗透结晶型防水涂料的抗渗性能进行研究以及显微结构分析，结果表明，该涂料对提高混凝土的抗渗性能具有明显作用。

1　试验设计

1.1试验目的

目前国内对防水材料改善混凝土抗渗性能的研究一般只是针对单种防水材料。因此，在前人的工作基础上，本文将2种防水材料综合考虑，基于NEL法测试采用不同防水材料、不同方式处理的混凝土氯离子扩散系数，进行混凝土抗氯离子渗透性能的对比，为得出有效提高混凝土耐久性的方式提供参考。

1.2试验方案

根据GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》制作及养护试件。试件在标准条件下养护28 d后进行防水处理。防水处理后继续标养，28 d后取出进行快速氯离子扩散试验。

为研究水性渗透型无机防水剂和水泥基渗透结晶型防水涂料对混凝土抗氯离子渗透性能的影响，试验根据防水材料和防水处理方式不同分4组进行。A组：未经防水剂处理的混凝土试件；B组：涂刷水性渗透型无机防水剂的混凝土试件；C组：浸渍水性渗透型无机防水剂的混凝土试件；D组：涂刷水泥基渗透结晶型防水涂料的混凝土试件。

1.3试验用材料

水泥：钱潮P·O42.5水泥；砂子：ISO标准砂；石子：5～20 mm碎石；水：普通自来水；水性渗透型无机防水剂：浙江某地生产的HM1500防水剂；水泥基渗透结晶型防水涂料：某国产水泥基渗透结晶型防水涂料（简称CCCW）。

1.4试验条件

（1）试件成型与养护条件：试件在温度（20±3）℃下成型，在温度（20±2）℃、湿度大于95%的标准环境中养护28 d。

（2）防水处理后养护条件：标准养护，温度（20±2）℃、湿度大于95%。

（3）快速氯离子扩散试验条件：测试前先配制浓度为4 mol/L的NaCl溶液，将圆柱体混凝土试件静置在溶液中真空饱盐24 h。

1.5试件成型方法

移动办公系统在微信企业号平台上通过新OA提供的web service接口开发， HTML5页面语言完成webapp开发。支持iOS、Android操作系统手机通过微信客户端形式访问。整个集群稳定支持的最大并发数为3000个，应用层分为：业务应用层、终端展示层、服务组件层、数据总线层，通过HTTP 、SOCKET 等通信协议方式实现外部交互（见图1）。

1.5.1基准混凝土配合比设计

各组混凝土基准配合比相同，均采用C30混凝土，具体见表1。

表1　C30混凝土配合比

1.5.2试件制作

试验采用圆柱体混凝土试件，初始尺寸为直径100 mm、高100 mm，3个试件为1组，共4组。将成型后标准养护28 d的试件表面切去25 mm，切成上下表面平整的直径100 mm、高50 mm的试件［8］。

1.5.3涂刷HM1500防水剂处理

用毛刷将HM1500涂刷在混凝土试件表面。待第1次涂刷的涂层手触干时进行第2次涂刷。完成后移入标准养护室养护28 d。

1.5.4浸渍HM1500防水剂处理

1.5.5涂刷CCCW处理

按m（水）∶m（CCCW）=0.4的比例在水泥胶砂搅拌机中充分搅拌，配成防水涂料。后用毛刷在混凝土试件上表面交叉涂刷1 mm厚度的涂层。试件放入水中标准养护，深度为试件高度的3/4（涂层面不浸水）。

1.6氯离子扩散检测方法

采用NEL法测试混凝土氯离子扩散系数，测试前先配制4 mol/L的NaCl溶液，将圆柱体混凝土试样静置在溶液中真空饱盐24 h，然后将擦去表面盐水后的圆柱体混凝土试件置于试验装置两极进行测试，混凝土氯离子扩散系数由Nernst-Einstein方程确定。

2　试验结果与分析

2.1快速氯离子扩散试验结果与分析

实验采用重复测试的方法来减少误差，每个试件测试5次并求均值。以同一试件的5组数据中最接近平均值的作为中间值，并与中间值的差值在5%以内的数据求取平均值，将其作为试样的测定值。在所有平行试样（共3块）的测试值中，测试混凝土中的氯离子扩散系数确定为与平均值的差值在15%以内的所有数据的平均值；若出现平行试样的测试值和平均值相比较均大于15%的情况，需进行重新测试。结果见表2。

表2　不同防水剂处理方式的混凝土氯离子扩散系数

由表2可知，各试件氯离子扩散系数从大到小依次为A组、C组、B组、D组。归纳得出：经防水处理的混凝土试件氯离子扩散系数均小于未做防水处理的混凝土试件；经涂刷CCCW处理的混凝土试件抗氯离子渗透的能力最好，相比未处理试件有明显的提高，程度达10%以上；经涂刷HM1500防水剂处理的效果较好，经浸润HM1500防水剂处理的效果次之。

HM1500防水剂中的活性组分在水和载体的作用下渗入混凝土内部，与水泥水化过程中产生的Ca（OH）2反应，生成不溶于水的硅酸盐，形成密封层，阻碍氯离子扩散，减小了氯离子扩散系数。

CCCW中的活性物质在介质水的帮助下向混凝土内部渗透，与毛细孔中游离石灰和氧化物发生化学反应生成不溶于水的结晶体，密封毛细孔道和裂缝，减缓氯离子扩散的速度。另外，CCCW中的活性物质还可起到催化作用，促进混凝土中水泥的水化程度，因为混凝土中一般含有25%左右的未水化水泥，当活性物质与混凝土中钙离子络合形成的钙络合物遇到活性较高的未水化水泥时，更稳定的硅酸根、铝酸根将活性物质置换，发生水化作用产生凝胶，填充毛细孔隙及裂缝，提高混凝土的密实性。同时，水化作用下混凝土可能出现体积增大，使凝胶出现裂缝，因此更多的水进入未水化水泥，又产生更大体积的凝胶，如此循环使得混凝土孔隙再次封闭。所以经涂刷CCCW处理的混凝土试件的孔隙率更少，氯离子扩散系数更小，抗氯离子渗透的效果更好。

2.2扫描电镜分析

从A、B、C、D 4组试件中各选取1块试件，沿防水材料渗透方向在混凝土试件表层下5 mm处取混凝土试件小样，采用扫描电镜放大5000倍观察结晶情况，见图1。

图1　混凝土试样的SEM照片

图1（a）为未作防水处理的试样，可看到均为板状或片状的、粒径大于3 μm的水泥水化产物。图1（d）为经涂刷渗透结晶型防水材料处理后的试样，可以明显的看到粒径比水泥水化产物更小的结晶体存在。图1（b）和（c）为HM1500防水剂处理后的试样，其结晶体主要附着在水泥水化生成物上；图1 （d）与（b）、（c）相比，其结晶体并不仅仅附着在水化生成物上，毛细孔道的空隙间也有很多枝蔓状结晶体存在，说明结晶体的数量更多。

扫描电镜图像证明了渗透结晶型防水材料可渗入混凝土内部，并在内部产生结晶体，堵塞了部分毛细孔道或减小了毛细孔道的直径，减缓氯离子扩散的速度。经涂刷CCCW处理的混凝土试件中结晶量最大，证明CCCW的效果最好。

3　结论

渗透结晶型防水材料提高混凝土抗氯离子渗透能力的原因是它通过渗透进入混凝土内部，并能够在内部进行化学反应产生结晶体来堵塞毛细孔道，增强混凝土的密实性。涂刷HM1500防水剂、浸润HM1500防水剂、涂刷CCCW这3种方式均能提高混凝土的抗氯离子渗透能力，其中以涂刷CCCW效果最佳。

［1］田兴长.混凝土氯离子扩散系数预测的三维数值模拟法［D］.杭州：浙江工业大学，2010．

［2］周剑.氯离子在混凝土中的扩散实验及影响因素分析［D］.杭州：浙江工业大学，2010．

［3］陈春雷.混凝土氯离子扩散性能影响因素的试验研究［D］.杭州：浙江工业大学，2009．

［4］沈春林，褚建军.水性渗透型无机防水剂行业标准介绍［J］.中国建筑防水，2006（12）：33-35.

［5］梁晓烨.水性渗透型无机防水剂对混凝土耐久性的影响［D］.长沙：长沙理工大学，2009．

［6］巩运丽.水性渗透型无机防水剂对防水混凝土性能影响研究［D］.长沙：中南大学，2012．

［7］陈永其，章凯，张品元.FT-I型水泥基渗透结晶型防水涂料的抗渗性能研究［J］.浙江建筑，2006（5）：56-58．

［8］GB/T 50082—2009，普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准［S］.

Influence of capillary crystalline waterproofing on the resistance of concrete to chloride ion penetration

SHEN Chuanyue，WANG Qun，HUANG Jiajian，LIN Hangwei，WU Hao，JIANG Yibin，ZHANG Wenhua
（College of Civil Engineering and Architecture，Zhejiang University of Technology，Hangzhou 310014，Zhejiang，China）

This paper presents an experimental study to evaluate the effects of capillary crystalline waterproofing material on the resistance of concrete to chloride ion penetration.Two different capillary crystallize waterproofing were applied and through two different treatments as coating and soaking：cementitious capillary crystalline waterproofing and water-based capillary inorganic waterproofing.NEL test method is used to test the chloride ion diffusion coefficient of the above four kinds of specimens.Results show that the effect of cementitious capillary crystalline waterproofing on the resistance of concrete to chloride ion penetration is better than water-based capillary inorganic waterproofing.SEM images testify the results.

concrete，capillary crystalline waterproofing，chloride ion penetration，NEL method

TU57+2

A

1001-702（2015）11-0081-03

浙江省大学生科技创新活动计划资助

2015-08-25

沈川越，女，1994年生，浙江丽水人。