多功能高效防水剂的研究

多功能高效防水剂的研究

田新1 , 陈应钦2 , 尤启俊3
( 1. 南京三建集团; 2. 广东省建材工业研究所;3. 江苏江都减水剂厂研究所, 江苏江都225200)

混凝土防水剂是一种掺入混凝土中, 通过物理或化学作用, 减少或改善混凝土毛细孔隙, 或使混凝土毛细孔壁成憎水性, 从而降低静水压力, 改善硬化混凝土渗水性的外加剂。在20 世纪90 年代以前, 我国混凝土防水多采用氧化铁、氧化钙、硅酸钠等无机防水剂及三乙醇胺、脂肪酸、树脂乳液等有机防水剂, 部分水利工程采用引气剂防水。进入90 年代,由于膨胀剂的广泛应用, 一种以膨胀剂为主剂, 复合其它外加剂的膨胀型防水剂已大量用于不同防水工程。目前, 该产品在国内有近百种型号, 江苏地区就有JM – 3、TM S、J D- A、NA- FY 等七八个型号。考虑到膨胀型防水剂有许多待改进的问题及施工实践, 我们研制了一种非膨胀型、多功能全溶、掺量较低、应用较方便的新型防水剂( 江都产品称为JD- C,广东产品名称FDN – W) 。该产品改变了主要依靠膨胀剂改善混凝土抗渗性能的方法, 采用有效改善混凝土孔结构, 大幅度减少混凝土中毛细孔隙, 堵塞毛细管通道及增加毛细孔壁憎水性的方法来提高混凝土的抗渗性能, 抗渗标号可达S20~S30, 混凝土其它性能都有较大改善。

1 膨胀型防水剂的作用机理及存在问题
膨胀型防水剂多采用膨胀剂为主剂, 与减水剂( 或引气减水剂) 、缓凝剂按一定比例复合而成。其中膨胀剂大部分以明矾石、硫铝酸钙、石膏作膨胀材料, 掺入混凝土中加水后与水泥中C3A 反应, 在一定条件下产生体积膨胀, 所产生的膨胀应力在钢筋约束或一定体积限制下, 所产生的自应力不仅能补偿混凝土收缩, 防止收缩裂缝的产生, 也堵塞了混凝土中毛细管透水通道, 从而产生一定防水抗渗作用。所复合的其它外加剂使混凝土综合性能也有所改善。
膨胀型防水剂在我国不同混凝土工程应用的成功实例较多, 从产品作用机理分析, 该产品防水抗裂功能应该是十分完善的。但工程实践发现, 由于工程条件不同及此类防水剂存在一些有待解决的问题, 以下几点还待商讨:

1. 1   与水泥相溶性不好
使用膨胀型防水剂同时大多掺入减水剂、缓凝剂, 这些外加剂与膨胀剂同掺, 应用效果明显下降。表1 为AF 高效减水剂单掺和与膨胀剂合用后的减水率变化, 表2 为缓凝剂与膨胀剂同掺后的凝结时间变化。

注: 试验用水泥为525 普硅水泥。
从表1、表2 可以看出, 膨胀剂与减水剂、缓凝剂同掺后,与水泥相溶性不好。要保持合适的减水率或缓凝时间, 上述外加剂掺量需增加30%。

1. 2   在高强混凝土中应用效果不好
高强混凝土的增强, 主要通过降低水灰比, 提高混凝土密实性而取得。较低的用水量、十分密实的混凝土很难满足膨胀剂的吸水膨胀, 因此, 高强混凝土的增强机理与膨胀剂的作用机理矛盾, 加之高强混凝土水泥用量一般偏大, 相应收缩值也较高, 较低的膨胀值不足以补偿混凝土收缩。工程实践发现, 高强混凝土应用膨胀型防水剂的成功实例极少。

1. 3  碱含量问题有待解决
有关规范要求∀ 因外加剂的掺入, 带入混凝土中的碱含量不得超过1 kg / m3, 而许多膨胀型防水剂可使带入混凝土的R2O 量超过2 kg/ m3, 最高甚至可达4 kg/ m3。虽然, 低碱膨胀剂在我国已研制成功, 但性能如何还有待观察。

1. 4   掺量及后期收缩问题
膨胀剂的掺量偏大, 一般都达8%以上, 由于其它外加剂的掺入, 其掺量可适当减少, 但仍需5%~ 6%。该产品初期膨胀后, 随着浇水养护的停止, 一段时间后, 混凝土也开始回缩。试验资料表明, 膨胀剂掺量过少( 如3%或4%) , 回缩后混凝土收缩值甚至与空白混凝土相近, 因此, 仍达不到补偿收缩抗裂目的。只有增加掺量, 才能保证混凝土收缩值不增加, 因此膨胀型防水剂掺量一般都偏大。

1. 5   在商品混凝土应用中的问题
商品混凝土由于运输的时间较长, 要求混凝土有较好的保塑性能, 即在一定时间内保持较高的坍落度, 而膨胀型防水剂多数有一定促凝性, 一般坍落度损失率较高。虽有一些产品同时掺入了缓凝剂, 但应用效果仍不十分理想。目前, 我国商品混凝土应用外加剂都自动计量, 以水溶液加入, 而膨胀型防水剂几乎都是粉剂产品, 因此应用也不方便。

1. 6   养护周期较长
一般需浇水养护15 d 或更长时间, 短时间养护不能保证一定膨胀值, 因此产品应用效果易受养护条件影响。

1. 7   需考虑体积约束条件
掺膨胀型防水剂混凝土只有在一定的体积约束条件下,才能取得最佳抗裂防渗效果, 而许多防水混凝土工程不考虑严格的约束条件。采取自由膨胀时, 应用效果不好。

2   新型多功能高效防水剂作用机理
( 1) 混凝土是一种非匀质性的多孔结构, 内部布满了大小不一的微细孔隙, 这是混凝土渗水的主要通道。上述微小孔隙, 包括凝胶孔、毛细孔及沉降缝隙, 其中凝胶孔孔径一般都小于25 nm, 因此是不透水的, 而其它孔隙孔径较大, 成为混凝土的透水通道。毛细孔及沉降缝的产生主要与混凝土用水量有关, 即混凝土水灰比越大, 留下的毛细孔体积越大, 毛细孔径也越大。掺多功能高效防水剂, 混凝土减水率高达25% 以上, 我们多次试配只有0. 28 水灰比, 坍落度大于20 cm 大流动性混凝土。经检测可以看出此混凝土的可见孔径降低了60%以上, 而小于25 nm 无害孔有所增多, 最小可见孔孔径在8nm 以下, 因此混凝土抗渗防水性大大提高。
( 2) 混凝土泌水分层离析也是增大混凝土收缩, 影响混凝土抗渗性能的重要因素。掺多功能高效防水剂的混凝土,水泥浆稠度改善, 保水性好, 泌水率低, 能有效防止混凝土骨料沉降, 混凝土沉降缝隙减少。
( 3) 掺多功能高效防水剂能促进水泥早期水化, 混凝土水化物提前生成, 使较多的游离水变成水化结合水, 而结合水是不蒸发的, 减少了游离水留下的毛细孔。
( 4) 掺多功能高效防水剂能生成一种络合物, 并产生微小的体积膨胀, 此络合物填充堵塞了部分毛细孔通道, 阻止了水的渗透。
( 5) 多功能高效防水剂含有一定憎水作用的表面活性物质, 能降低拌合水的表面张力, 有效地破坏、切断混凝土中的毛细孔道, 不仅能改善混凝土抗渗防水性能, 抗冻性能也有较大提高。
( 6) 多功能高效防水剂能使水泥粒子疏水化, 改善混凝土吸湿状态, 并能使硬化混凝土的毛细孔壁产生一定疏水性。
( 7) 掺多功能高效防水剂混凝土由于用水量减少了25%以上, 混凝土密实性好, 水泥水化均匀完善, 混凝土不同龄期的强度都有较大幅度提高。检测表明, 掺JD- C, 混凝土7d、2 8 d 抗压强度比空白混凝土提高20%~ 30%以上, 抗折强度也有增加, 抗冻、抗碳化等耐久性能与钢筋粘结力、弹性模量等都有所改善。

3   掺多功能高效防水剂的混凝土性能
3. 1  抗渗性能
掺多功能高效防水剂与掺常用膨胀型防水剂的混凝土抗渗性能对比见表3。

从表3 可以看出, 多功能高效防水剂减水率极高, 掺用多功能防水剂的混凝土抗渗性能与掺用膨胀型防水剂的相近或更好。

3. 2 泌水率比、凝结时间及抗压强度
掺多功能高效防水剂对混凝土凝结时间、抗压强度及泌水率比的影响见表4。
从表3、表4 可以看出, 多功能高效防水剂不但符合JC 474- 92防水剂一等品指标要求, 也符合GB 8076- 1997高效减水剂一等品指标要求。

多功能高效防水剂目前已有数百吨产品用于广东、湖南、江苏等地10 多万m3 不同防水混凝土工程, 应用表明该产品主要特点为:
( 1) 减水率高, 甚至高于一般高效减水剂。
( 2) 抗渗标号大, 一般可达S20 ~ S30, 渗透高度只有14%。
( 3) 施工方便, 无特殊施工要求, 产品既可粉剂直接在混凝土中掺用, 也可化成溶液掺用。
( 4) 多功能, 产品不仅适用于一般防水混凝土, 也适用于泵送混凝土、大体积混凝土、商品混凝土及其它有防水要求的混凝土施工。
( 5) 掺量低, 常用掺量与高效减水剂相同( 水泥用量的0. 75%) , 掺用该产品后无需再掺用其它外加剂, 经济效益显著。

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