XYPEX(赛柏斯)在混凝土中的应用研究现状①

□□ 贾明霖，王正君，尹博鑫，李嘉昊 (1.黑龙江大学 寒区水利工程重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150080；2.黑龙江大学 水利电力学院，黑龙江 哈尔滨 150080)

引言

随着城市建设的发展，工程建筑在各种环境下的抵抗能力愈发重要，混凝土作为目前工程建设使用最广泛的材料之一，具有可塑性强、可调节性好、抗压强度高、耐久性和耐火性好、取材方便和经济等特点。但它是由水、水泥、石子及外加剂组成的混合物，内部结构呈现非均质性且多孔性，在其内部易形成孔隙和裂缝，使其在水工建筑物的应用时易导致水分沿着缝隙进入混凝土内部，导致混凝土强度降低，使用寿命缩短，甚至产生不利影响。所以，在水工建筑物中，增强混凝土的防水性能显得尤为重要，提高混凝土抗渗性的主要措施是控制混凝土配合比以及合理使用外加剂[1]。

1 水泥基渗透结晶型材料

水泥基渗透结晶型材料(CCCW)是一种刚性防水材料，在国内外工程中均有很多应用。其作用机理是材料中的活性化学物质与混凝土中的Ca2+发生沉淀和络合沉淀作用，促进未完全发生的水化作用，生成不溶于水且膨胀系数与混凝土一致的结晶体，填充混凝土中的孔洞和裂缝，提高混凝土的密实度[2-3]。同时，其能在新裂缝形成后重新激活，具有一定的自愈性。通过在混凝土中掺入CCCW掺和剂或在混凝土表面涂刷CCCW防水涂料，能使混凝土的抗渗性能有效提高。

2 赛柏斯材料

赛柏斯材料(XYPEX)是加拿大XYPEX化学公司于1969年生产的一种稳定和耐久的CCCW材料，其继承了CCCW材料的防水性能。它以P·O水泥和经处理的极细硅砂为主要材料，加入CaO、SiO2、MgO等多种化学物质组成的刚性无机材料[4]。XYPEX种类包括浓缩剂、掺和剂、增效剂和堵漏剂，其中浓缩剂和掺和剂为XYPEX的核心技术产品。

2.1 XYPEX涂层

XYPEX浓缩剂与增效剂可作为混凝土结构双涂层的浆状涂料，浓缩剂是化学活性最强的XYPEX产品。其工作原理是与水按一定比例调和后，喷涂于混凝土表层，通过渗透作用与混凝土发生水化反应，在内部空隙中生成不溶于水的晶体。其特点为：一是无机材料,不易老化;二是XYPEX结晶的渗透深度随时间增长;三是防水性能不因强水压衰减;四是耐化学腐蚀;五是无毒、无味；六是施工简单、经济[5]。研究发现，浓缩剂可以有效增强混凝土的抗渗性和抗冻性，同时对混凝土裂缝的修复也具有良好效果。

韩玙等[6]研究了在上口直径为175 mm、下口直径为185 mm、高为150 mm的混凝土圆台试件表面涂刷XYPEX浓缩剂后的混凝土抗渗性能以及强度的影响。研究结果表明，使用S2抗渗标号配料的C15混凝土试件养护28 d后，迎水面或背水面涂刷1 mm厚的XYPEX材料均能提高混凝土的抗渗能力，迎水面涂刷的混凝土试件渗水时水压力为1.4 MPa，实测抗渗标号为S14；背水面涂刷的混凝土渗水时水压力为1.0 MPa，实测试件抗渗标号为S10。同时由于XYPEX渗入混凝土反应结晶，增强了混凝土的密实度，使混凝土的劈裂抗拉强度和抗压强度略有提高。

李鼎等[7]研究了150 mm高的混凝土圆台试件的迎水面或背水面涂刷1.2 mm厚XYPEX浓缩剂对试件抗渗能力的影响以及XYPEX涂层下混凝土微观结构的变化。研究结果表明,在迎水面或背水面涂刷XYPEX浓缩剂均能降低混凝土的渗透性，且在迎水面涂刷防水效果更好。同时，XYPEX涂层与混凝土的粘结性良好，在1.1 MPa水压下未有开脱现象，且XYPEX分子不阻挡空气分子穿过，不会对混凝土的呼吸造成阻碍。

刘腾飞等[8]研究了在不同龄期的混凝土表面涂刷XYPEX浓缩剂对其抗冻性能的影响。研究结果表明，将XYPEX浓缩剂喷涂在混凝土表层，能提高混凝土的抗冻能力，且对于短龄期混凝土更为明显。同时，XYPEX初凝后的养护方式对抗冻性也有影响，泡水养护比喷水养护更能促使XYPEX渗入受保护试件，且对于相同龄期的混凝土，XYPEX涂刷后的时间越久对抗冻性的提高越明显。

李志安等[9]研究了不同用量的XYPEX涂层对掺入不同引气剂的混凝土试件抗冻性能的影响。研究结果表明，对于普通混凝土，XYPEX能明显提高其抗冻性能，在用量为0.8 kg·m-2时，抗冻性能提高67%；对于掺入引气剂的混凝土，XYPEX也能提高其抗冻性能，但由于引气剂的类别不同，提升效果也不尽相同。并认为XYPEX涂层渗入混凝土后结晶，使混凝土内部处于无水或不饱和水的状态，从而消除或削弱了混凝土的吸水饱和度，减弱了冻胀破坏。

黄涛等[10]分析了XYPEX浓缩剂在不同养护条件下对于混凝土各龄期开裂的修复性能。研究结果表面，XYPEX材料能有效修复砂浆的裂缝面，在潮湿和水分充足的养护条件下，能形成更多的针状和线状的细长网状晶体，能更好的修复裂缝。缝宽较大时，生成晶体的尺寸越大，数量越多,但在裂缝宽度过大的情况下，即使自愈产物大、数量多，也不足以抵消缝宽本身的差距。

2.2 XYPEX内掺

XYPEX掺和剂是具有结晶作用的干粉混合剂。其工作原理是与水泥同步使用，在搅拌过程中与水、Ca(OH)2等发生水化作用，生成不溶于水的晶体，填充混凝土的孔隙。其特点为：一是无机材料，不易老化；二是XYPEX结晶可一定程度提高混凝土的力学性能；三是可修复混凝土内部的微裂缝；四是不影响混凝土呼吸，保持混凝土干燥[5]。研究发现，掺和剂对混凝土的影响随掺量的增加而变化，因而寻求最优掺量是当前研究的主题之一。

贾峰[11]研究了掺入不同比例(0、1.2%、1.4%、1.6%和1.8%)XYPEX掺和剂对各龄期混凝土抗渗性和抗压强度的影响。研究结果表明，XYPEX掺和剂能有效提高混凝土抗渗性，且对混凝土的抗压强度有一定提高。混凝土的抗渗性随着掺量的增加出现先上升后下降的趋势，最优掺量均为1.6%，混凝土的渗水高度由112 mm降至65 mm，降低了42%。抗压强度较基准混凝土均出现提高，对于3 d、7 d和28 d混凝土最高提升分别为24%、23%和21%，由此可见，对早龄期的混凝土提升更为明显。

申胜宇等[12]研究了掺入不同比例(0.8%、1.0%、1.2%、1.5%和2.0%)XYPEX掺和剂对于喷射混凝土抗压性能和抗渗性能的影响。研究结果表明，各种XYPEX掺合剂的掺量均能明显提高喷射混凝土的抗渗性能，抗渗指标较基准喷射混凝土W12最高提高至W40(仪器最大值)，最优掺量为1.2%。同时，抗压强度随着掺量的增加呈现先上升后下降的趋势，最高可达27.3%，最优掺量为1.5%。

ZHOU M R等[13]研究了XYPEX掺和剂与钢纤维复掺对于混凝土的抗渗性能和力学性能的影响。研究结果表明，混凝土的抗渗性随着XYPEX掺量的增加出现先上升后下降的趋势，最优掺量为1.5%，随钢纤维掺量的增加而增加；混凝土28 d的抗压强度和劈裂抗拉强度随XYPEX掺量的增加出现先上升后下降的趋势，最优掺量为0.5%，随钢纤维掺量的增加出现先上升后下降的趋势，最优掺量为1%～1.5%。

Adelia D N等[14]研究了在混凝土试件中加入不同掺量(0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%和1.2%)XYPEX C-1000对混凝土抗压强度和渗透性的影响。研究结果表明混凝土的渗透性均低于允许限值，即XYPEX C-1000能提高混凝土的抗渗性。但相比于7 d，混凝土28 d的抗压强度有一定下降，这结果不同寻常，他认为是使用的骨料质量及混凝土的制备过程导致的。

任广毅等[15]研究了掺入不同比例(0、1%、2%和3%)XYPEX掺和剂对于不同龄期混凝土早期力学性能的影响。研究结果表明，混凝土3 d的抗压强度随掺入比例增加呈现先降后升再降的趋势，比例为2%的混凝土提升了3.3%，比例为1%和3%的混凝土则下降了9.2%和17.9%；劈裂抗拉强度随掺入比例增加呈现先升后降的趋势，分别提升2.8%、10.0%和2.4%；拉压比随掺入比例增加呈现先升后降再升的趋势，分别提升13.0%、6.0%和23.8%。对于混凝土7 d的抗压强度随掺入比例增加呈现逐步下降的趋势，分别下降了0.9%、8.0%和9.1%；劈裂抗压强度随掺入比例增加呈现先降后升再降的趋势，且均低于未添加掺和剂的混凝土，分别下降了4.5%、1.5%和15.9%；拉压比随掺入比例增加呈现先降后升再降的趋势，比例为2%的混凝土提升了6.8%，比例为1%和3%的混凝土则下降了4.1%和6.8%。对于混凝土28 d的抗压强度随掺入比例增加呈现先升后降的趋势，分别提升了13.3%、5.8%、1.0%；劈裂抗拉强度随掺入比例增加呈现先升后降的趋势，比例为1%的混凝土提升了11.4%，比例为2%和3%的混凝土则下降了12.8%和15.7%；拉压比随掺入比例的增加呈现下降趋势。

3 XYPEX在工程中的实用

北京首都国际机场三号航站楼T3A主楼是国家的重点工程之一。该工程采用桩筏基础，基础埋深按分区不同分别为8.8 m、17.9 m和18.3 m，地下水埋深为1.0 m，设计要求一级结构防水等级。该工程用XYPEX涂料在垫层以上桩头、桩身及桩身附近范围内的基础底板垫层上涂刷3层，将基础底板卷材防水层与桩头承台板交界面及桩头周边过渡,形成桩头部位刚柔结合的防水体系。该工程历时多个雨季，基础底板均无渗漏[16]。

北京英蓝国际国际金融中心工程是一座高层建筑,共23层,其中地下4层。该工程在地下室内墙及底板、后浇带、汽车坡道、屋面和冷冻机房部位采用XYPEX进行内防水，防水总面积约为38 500 m2。该工程在屋面防水部位以及地下室防水部位分别涂刷2层和3层XYPEX浓缩剂，并进行养护。该工程经数年观察，未发生渗漏现象[17]。

中关村科贸大厦工程是一座综合性建筑，采用全现浇钢筋混凝土框架剪力墙结构，工程内有室内卫生间约为3 000 m2，淋浴房和设备间等约为9 000 m2，游泳池和消防水池等约为6 000 m2，地下室外墙水平施工缝约为4 000 m，均使用XYPEX做防水处理。该工程使用掺入XYPEX掺和剂的防水砂浆，在地下室外墙水平施工缝处以及卫生间基层处均匀涂抹；使用XYPEX浓缩剂对卫生间、设备间、淋浴房及蓄水池、游泳池的基面做涂刷处理。XYPEX的使用使蓄水池耐久适用且无渗漏，它的渗透作用使施工缝上下的混凝土结合紧密[18]。

国道312和346南京龙潭港至绕越高速公路段改扩建工程投资建设项目SG-1标段，主线桥上部的结构形式为支架法现浇预应力混凝土箱梁和装配式预应力混凝土组合箱梁。该工程在箱梁底板部分区域出现裂缝缺陷，且钢筋出现裸露。该工程采用XYPEX代替环氧树脂进行裂缝修补，将缺陷混凝土凿除后，涂抹3层XYPEX。实测数据表明，修补后的裂缝及裂缝下0.4 mm区域渗透愈合，且修复后的混凝土区域强度大于所使用的混凝土强度[19]。

4 结语

根据以上试验研究和工程实例说明，在混凝土中掺入XYPEX掺和剂或在混凝土表面涂刷XYPEX均能有效提高混凝土的抗渗性，且由于XYPEX渗透结晶填充了混凝土的空隙，增强了混凝土的密实度,使得混凝土的力学性能获得一定程度的提高。

在XYPEX应用于混凝土的研究中,缺乏对各种环境下混凝土的性能研究及二次防水的全面认识,还有诸多问题需要解决。此外，同传统防水卷材相比，XYPEX外刷涂料的养护条件和时间要求较高，可能对工期产生影响，且施工无法在低温环境下进行，不利于冬季施工。