水泥基渗透结晶型防水材料耐久性能分析

何海锐

摘 要：为了对水泥基渗透结晶型防水材料的耐久性能进行分析，采用混凝土自愈合性能实验对其修复能力进行分析;利用硅烷浸渍混凝土技术以及SPUA保护混凝土技术，通过防水层的方式对混凝土进行保护，研究数据表明：不同条件下的防水材料抗压能力不同，且在一定养护条件下的混凝土可保持永久修复效果。为建筑行业营造良好的氛围，并提供重要技术手段。

关键词：既有建筑;渗透结晶;活性物質选择;耐久性

中图分类号：TV44;TV64       文献标识码：A文章编号：1001-5922（2022）01-0091-05

Durability analysis of cement-based permeable

crystalline waterproof material

HE Hairui

（School of Data Science and Engineering，Xi′an Innovation College，

Yan’an University，Xi′an 710000，China）

Abstract：

In order to analyze the durability of cement-based permeable crystalline waterproof materials，the self-healing performance experiment of concrete was used to analyze its repair ability，and the silane impregnated concrete technology and SPUA protection concrete technology were applied to conduct the concrete through the waterproof layer.Protection，research data showed that the compression resistance of waterproof materials under different conditions was different.In addition，concrete under certain curing conditions could maintain a permanent repair effect，create a good atmosphere for the construction industry，and provide important technical means.

Key words：existing buildings;infiltration crystallization;active material selection;durability

随着国家的经济以及科技的不断发展，高楼建筑不断崛起，而建筑在建设过程中最主要的原材料为混凝土，混凝土当前已经成为全国范围内使用最广泛的建筑材料，随着混凝土的不断改进，人们对其要求渐渐增长，并将注意力转移至混凝土的耐久性问题，通常状态下，建筑出现问题，人们会通过修复的方式防止坍塌。本文将针对混凝土结构的耐久性进行主要分析，将节约成本作为该建筑行业中的第一目标，为保证建筑行业的使用年限，将在其中加入修复剂，利用修复技术使其耐久性得到显著提高。

1 水泥基渗透结晶型防水材料研究与应用现状

1.1 渗漏的危害

建筑物在建设过程中需要与水进行接触，成就建筑物构成的同时，对建筑物自身易造成一定程度的损害，建筑物长期与水接触，将对建筑物自身构成不同程度的损害，从而造成建筑物的使用年限出现影响，近年来，随着国家经济以及科技的迅速发展，建筑工程防水技术得到飞速提升，但混凝土的渗漏作用造成房屋漏水现象普遍发生，除此之外，地下渗漏现象更为严重，渗漏的发生将在一定程度上造成成本的损失，在修复过程中，影响住户正常使用的情况下，极易出现因电路短路而造成的火灾问题，具有一定的不可逆损失。

1.2 国外水泥基渗透结晶型防水材料的总体发展

为降低建筑物因渗漏问题而造成的损害，将通过引用水泥基渗透结晶型防水材料的方法改善防水性能，在国外，水泥基渗透结晶型防水材料由二战期间的著名化学家Lauritz Jensen发明，最终因水泥的渗漏性而停止使用，从一定程度上促进了水泥基渗透结晶型防水材料的发展，具有重要研究意义。针对水泥基渗透结晶型防水材料进行研究时发现，该材料的结构内表面具有一定的特殊效果，可将其应用于污水处理系统等工程中，促进了水泥基渗透结晶型防水材料向新领域迈进[1]。

1.3 国内关于水泥基渗透结晶型防水材料的研究与应用

我国水泥基渗透结晶型防水材料最早应用于上海铁路工程之中，之后在我国北京、大连等多个地区陆续开始使用，通过不断研究以及针对其进行联合修补后，具有一定的防漏效果。水泥基渗透结晶型防水材料与传统的防水技术下产生的材料具有一定的差异，传统防水材料的作用机理主要通过混凝土与水充分搅拌形成防水层，但防水效果随着时间的推移渐渐减弱，而结晶型防水材料随着时间的推移没有明显老化问题，可实现永久性的防水效果，具有一定可行性。

1.4 水泥基渗透结晶型防水材料的作用机理

水泥基渗透结晶型防水材料中存在大量的Ca2+，而促使水泥基渗透结晶型防水材料居于较强的防水性能的主要原因是因为Ca（OH）2的存在使其具有一定的耐久性，其作用机理是通过化学反应使水泥中的Ca2+含量降低，并产生致密物质，提高防水效果的同时，在一定程度上可增加其抗渗透功能。水泥基渗透结晶型防水材料中具有一定的化学活性物质，通过浓度以及压力差对其进行不间断的作用，从而使活性物质透过混凝土的空隙渗透至混凝土中，并通过化学反应使其与游离石灰生成结晶状物质，从而发挥其防水作用，沉淀反应示意图如图1所示。

2 影响钢筋混凝土耐久性的因素

2.1 混凝土结构碳化

混凝土作为目前世界上使用最广泛地建筑材料，具有一定的优势，通常其使用年限可长达100年，但是由于建筑长期遭受不同类型的水的侵袭，造成混凝土的使用年限大大缩短，因此，大部分人会通过对建筑物进行修复的方式，因此保证成本最低化发展，经过研究表明，建筑的使用年限出现不同程度的缩短，是因为混凝土的耐久性造成，而混凝土的耐久性降低主要与结构发生碳化有关，空气中存在大量二氧化碳，与混凝土中的Ca（OH）2发生反应生成CaCO3，该物质的出现，在一定程度上使混凝土中水泥石的碱性降低，偏向中性化发展，此时钢筋的钝化膜将处于不稳定状态，经研究表明，混凝土的酸碱度保持在11.5以上方能保证结构不被碳化，其化学式如（1）式所示[2]。

Ca（OH）2+CO2→CaCO3+H2O（1）

2.2 钢筋混凝土的冻融破坏

冻融现象指的是水在一定温度下凝结成冰后，造成钢筋混凝土的体积出现变化，从而出现开裂破坏，该现象称之为冻融，为防止钢筋混凝土因出现水凝结成冰而造成体积膨胀的现象，将通过水化反应，在混凝土中加入比例为0.23的水灰，但该状态下的混凝土流动性低，需要大量的水进行搅拌，当滞留于混凝土中的水在温度的作用下出现蒸发时，将形成毛细孔，从而造成混凝土出现不同程度的渗水。

2.3 侵蚀性介质的腐蚀

混凝土具有较高的强度，可以保证自身实用性，但在侵蚀性介质的作用下，强度将出现不同程度的损害，其原因是由于侵蚀性介质中含有一定的氯离子，该离子与硫酸盐皆具有较强的腐蚀性。冬季下雪后道路常处于结冰状态，造成车辆拥挤，为保证道路的畅通，工作人员将通过撒盐水的方式，促进冰面融化，其作用原理是将盐中的氯离子与混凝土充分结合，使其结构中的Ca（OH）2发生反应，形成衍生物Mg（OH）2和氯化钙，生成的氯化钙在一定程度上将造成水泥石中氢氧根的浓度呈比例下降，从而使钢筋出现腐蚀现象，其化学式如（2）式所示。

Ca（OH）2+MgCl2→CaCl2+Mg（OH）2（2）

近年来，在不同类型的工程中发现，钢筋混凝土在结构上极易遭受硝酸盐的侵蚀，且现象逐年加重，其原因是混凝土的结构与地下水中所含的硝酸盐成分接触，造成一定程度的腐蚀，从而导致混凝土出现来裂现象，其化学式如（3）、（4）式所示。

Na2SO4+Ca（OH）2+2H2O→Ca2SO4·2H2O+

2NaOH（3）

MgSO4+Ca（OH）2+2H2O→CaSO4·2H2O+

Mg（OH）2（4）

2.4 混凝土碱集料反应

混凝土碱集料反应指的是混凝土的构成材料中具有较强的碱性物质，除此之外，其内部环境中具有较强的集料活性成分，二者形成化学反应，将造成混凝土出现开裂现象，该过程称之为碱集料反应，反应的发生通常于若干年后造成混凝土强度下降，其发生的主要原因主要包括3个，分别是水泥碱含量过高、集料内含活性物质以及混凝土内含水分，经研究表明，水泥中的碱含量不得超出0.6%，高强度碱将在一定程度上导致水泥的渗透性提升，出现渗漏问题，而混凝土中存在大量水分，将造成混凝土的密度降低，干燥状态下的混凝土无法发生碱集料问题。

3 水泥渗透结晶体型防水材料混凝土自愈合性能实验与结果分析

3.1 混凝土自愈合性能实验的原材料及混凝土配合比

混凝土经过时间的累积以及长时间遭受不同类型的水的侵袭，将出现不同程度的开裂，该现象将造成不可估计的损失，除此之外，混凝土的开裂现象将影响力学性能以及耐久性，甚至造成建筑物出现坍塌，随着国家科技的进步，人们对自愈合技术的关注度不断增加，该技术主要作用于混凝土出现开裂后形成的缝隙，通过将修复剂渗入混凝土的裂缝之中，从而实现修复的目的，该方法具有一定优势，为验证该技术的修复能力，将针对其进行修复实验，针对实验的原材料将采用42.5级别的普通硅酸盐水泥，通过自来水进行拌合，针对砂石方面将选择机制砂，将其细度模数控制在2.5，而碎石将采取5～20 mm进行连续配比，聚羧酸高效减水剂的应用，将在一定程度上降低水泥的开裂程度，为保证其防水性，将选择永固100掺合剂。材料准备完毕后，采用内掺法将其进行掺合，通过计算可知，砂率为41.5%，水胶比为0.5，而防水材料的使用将为水泥用量的0.7%，混凝土基准配合比如表1所示[3]。

3.2 混凝土自愈合性能实验方案分析

混凝土结构在开裂情况下将造成力学性能遭受侵害，为保证力学性能不随之改变，将从水胶的不同比例、养护时间以及养护条件3方面进行设计，通过3方面条件对其进行抗壓强度的分析，在一定程度上抗压强度可表示混凝土开裂后的自愈合效果。本次实验将采用体积为100 mm×100 mm×100 mm的立方体进行实验，除此之外，该实验应满足将养护时间控制在28 d后的条件，实验方可开始。实验开始之前应将加载速度控制在5～8 kN/s，实验停止时间应以试样样品表面出现一条裂缝为准，形成的数据为抗压强度，将开裂的实验样品通过养护后重新进行上述步骤，将形成的数据称之为第二次抗压数据，并计算抗压强度回复率，如（5）式所示。

KI=IR/I0×100%（5）

式中：I0表示的含义为第一次进行抗压测试时的强度数据;IR表示的含义是第二次抗压强度;抗压强度回复率将由KI表示[4]。

3.3 实验结果与讨论

不同水胶比下抗压强度试验结果如图2所示。

从图中可以观察到水胶对于混凝土的影响力较大，呈反比关系不断变化，随着时间的推移，水胶比逐渐变小，而混凝土的抗压能力逐渐增强，除此之外，水胶比处于0.4时，抗压程度较低，其原因是由于水胶比与混凝土未能捣实，因此造成混凝土强度较低，通过分析可知，水胶比为0.5时，修复效果最佳。不同养护时间下下抗压强度试验结果如图3所示。

从图中可以观察到，对混凝土进行养护过程中，抗压强度逐渐增加，除此之外，随着修复的不断进行，效果渐渐趋于稳定，说明养护达到一定时间将具有较强的修复作用。不同养护条件下抗压强度试验结果如图4所示。通过数据分析可以表明标准养护条件的状态下，可将修复效果达到极致。

4 提高既有建筑混凝土强度和耐久性方法

4.1 硅烷浸渍混凝土技术

将研究表明，造成混凝土耐久性出现问题的根本原因是由于混凝土自身结构不够紧密，该现象将造成混凝土中掺入多种杂质，根本解决方法应采用降低孔隙率的方法改善混凝土的内部结构，从而实现改善混凝土渗漏的目的。为提高混凝土耐久性，将通过硅烷浸渍混凝土技术进行实现，该材料主要由三乙氧基硅烷和异辛基三乙氧基硅烷共同组成，作用原理主要通过将硅烷特殊小分子结构透过混凝土，与其中的水分进行反应，从而产生憎水保护层，该保护层可以有效保护混凝土，并提升其使用年限，硅烷浸渍混凝土技术将在一定程度上提高混凝土的抗渗性。

4.2 SPUA保护混凝土技术

SPUA聚脲弹性体本质上不会改变混凝土的结构，将通过聚脲涂层阻止氯离子以及硝酸盐进入混凝土中与水分发生反应，从而达到提高耐久性的目的，该方法可有效提高混凝土的抗渗以及抗冻功能。SPUA保护混凝土技术的应用不受外界因素的影响，处于风雨环境下仍可进行施工，且风雨环境下的聚脲弹性体仍可在10 s内进行固化，此外，聚脲弹性体具有较强的耐热性，在高温下仍可继续使用。

4.3 渗透结晶型材料

研究表明，钢筋混凝土的抗压强度和使用年限与混凝土的密实程度有关，反应式如（6）、（7）所示。

2（3CaO·SiO2）+6H2O→3CaO·SiO2·3H2O+

3Ca（OH）2（6）

2（2CaO·SiO2）+4H2O→3CaO·SiO2·3H2O+

Ca（OH）2（7）

通过该材料的应用可以研究出，水泥基渗透结晶型防水材料具有较多的化学活性物质，该物质通过自身的渗透性、对混凝土的防护作用以及自身的愈合效果将混凝土的使用年限不断扩大，实现永久性补强作用，通过水泥基渗透结晶型防水材料的应用在一定程度上防止钢筋混凝土因被腐蚀而导致寿命降低，除此之外，水泥基渗透结晶型防水材料的应用可以起到无毒、无公害作用[5]。

5 结语

混凝土的性能與密实程度密切相关，通过研究表明，混凝土的密实程度越高，可以在一定程度上缩小孔隙率，形成防护涂层，有效防止水分和其他有害物质透过混凝土侵入其内部，通过该方法可以提升混凝土的抗压强度，从而控制外界物质透过混凝土，与结构中的水分发生反应，造成混凝土的耐久性降低。为提高混凝土的耐久性，本文引入硅烷浸渍混凝土技术以及SPUA保护混凝土技术，通过研究表明，二者解决不了根本问题，但具有一定的保护能力。综上所述，渗透结晶型材料可以有效改善混凝土的内部结构，效果最佳。

【参考文献】

[1]李冰，郭荣鑫，颜峰.水灰比对渗透结晶防水混凝土自愈性能研究[J].非金属矿，2019（2）：84-86.

[2] 魏玉伟，程培峰，刘满，等.自修复混凝土修复效果影响因素的试验研究[J].建筑材料学报，2018（4）：588-594.

[3] 陈晓雨，曾俊杰，范志宏，等.渗透结晶材料改善混凝土抗蚀增强的效果及机理[J].硅酸盐通报，2017（S1）：229-234.

[4] 杨敏毅，曾俊杰，王胜年，等.渗透结晶材料对混凝土裂缝自愈合的影响[J].硅酸盐通报，2017（10）：3 542-3 547.

[5] 李伟，朱浮声，王晓初，等.纳米混凝土的制备及其干缩性能研究[J].东北大学学报（自然科学版），2017（8）：1 173-1 176.