增强型脂肪酸类液体高效防水剂研究

增强型脂肪酸类液体高效防水剂研究

唐 明1 李小冬2 王甲春1
( 1 沈阳建筑工程学院, 辽宁沈阳110015; 2 中房新乡市房地产开发总公司, 河南新乡453000)

1 引言
防水是建筑工程中极为重要的技术领域, 防水材料也是建筑工程中重要的功能材料。随着社会的不断发展和科学技术的不断进步, 人们对防水工程的质量提出了更高的要求。目前, 建筑防水工程主要有五种作法: 沥青防水、外加剂防水、弹性卷材防水、涂料防水、浸透型防水。在这些防水施工方法中, 外加剂防水具有成本低、施工简便、耐久性好等优点。近年来, 在国内外的防水工程中, 外加剂防水已成为不可缺少的方法之一。在混凝土外加剂防水中应用比较早的是氯化铁防水剂, 该类防水剂防水效果好, 但易产生钢筋和金属预埋件锈蚀; 膨胀剂类防水剂是一种复合型防水剂, 在潮湿条件下效果显著, 但在早期养护条件不好时, 常常造成后期开裂, 影响防水效果; 在液体防水剂中, 有机硅类防水剂在养护环境较差时容易开裂, 此外, 在硬化后的混凝土表面形成网状憎水膜, 抹灰层易剥落; 脂肪酸类液体防水剂通过掺入砂浆或混凝土中, 通过形成憎水层或在水泥混凝土的毛细孔中存有憎水物质, 阻止水的浸入, 从而达到良好的防水效果。但该类防水剂在浸水状态下长期使用, 有效组分易被水浸出, 防水效果降低,增大浓度后, 虽有一定的改善, 但砂浆和混凝土的强度显著降低。目前, 我国北方建筑市场的许多同类防水剂均存在这一问题。为了对该类防水剂进行改造课题组经多年的探索研究, 开发出新型的液体高效防水剂, 并申报了国家发明专利( 专利号为No.97101597.X) , 新型防水剂强度和后期强度均得到明显改善, 而且防水效果良好, 尤其是长期稳定性好, 易于施工, 对环境条件要求不高, 材料成本也明显降低。

2 试验研究
脂肪酸类液体防水剂的防水机理不同于其它防水剂。脂肪酸盐属于憎水性材料, 这类物质可以减少硬化混凝土中水的透过能力, 而且具有一定的堵塞孔道的作用。这种可溶性皂类同水泥相中的钙离子反应, 生成不溶性的钙盐, 这些不溶物沉积在毛细管的壁上, 一方面起到了堵孔的作用, 同时使得这些毛细管管壁变成憎水性的表面, 从而起到了防水作用。自1988 年以来, 我们对国内外多种液体防水剂的性能进行了大量测试, 尤其是1996 年以来, 对我国北方建筑市场引进韩国的几种液体防水剂性能进行了大量的测试研究, 发现其砂浆强度经常满足不了我国建材行业标准JC474- 1999《砂浆、混凝土防水剂》 的指标要求。憎水性物质在长期浸水状态下出现防水效果减弱的问题。为进一步解决该类的问题, 研制出效果更好, 更稳定的液体防水剂, 我们要求新型液体高效防水剂必须具备以下特点:
( 1) 强度高、耐老化、防水性能好, 尤其是长期稳定性好;
( 2) 施工方便, 可以直接配制砂浆和混凝土施工, 也可以作为修补材料解决旧建筑结构的防水问题;
(3) 无毒、无污染, 可直接用于饮水用的水塔、水槽、水池等防水工程;
( 4) 对正在漏水和渗水的工程也可以在表面直接施工;
( 5) 可以直接配制带有防水要求的粘结瓷砖或马赛克的材料。
为制备优质的液体高效防水剂, 我们在全面分析评价韩国技术的基础上首先进行了优质憎水材料的合成。以工业脂肪酸为主材料, 与碱和辅助添加剂生成可溶性的脂肪酸盐, 最终合成出两种质量均一, 易于低温加热溶于水的优质防水剂。为了解决增强问题, 我们合成了液体萘系高效减水组分, 其减水率达到21%, 该组分通过粗孔细和化降低孔隙率, 可以进一步提高抗渗能力, 同时由于孔径明显变小, 防水组分的浸出量也相应减少。此外, 引气剂为自己合成的复合胺盐类松香热聚物, 达到一等品的技术要求。通过复合引气组分, 在砂浆和混凝土中引入无数微小独立的气泡, 隔断了毛细孔通道, 提高了防水效果, 同时也降低了憎水材料浸出量。总之, 采用复合方法后, 其综合防水和增强作用均得到充分发挥。

3 防水剂各种性能的测试与评价
为测试评价增强型高效防水剂的性能, 同时,考察我们专利技术的可靠性, 我们进行了大量的对比试验。
原材料中水泥选用本溪水泥厂生产的42.5 级普通硅酸盐水泥, 砂选用福建平台标准砂厂生产的标准砂, 拌和水为日常用的自来水, 对比材料为韩国防水液。试验方法均按国家建材行业标准JC474- 1999《砂浆、混凝土防水剂》 进行。由于防水剂的混凝土试验容易合格, 而砂浆试验要求较高, 不宜测试合格。因此, 在研究过程中, 我们重点测试受检砂浆的性能。

3.1 安定性测试结果
试验方案中确定了无任何外加剂的基准砂浆试验为No.0- 1; 脂肪酸钠盐类主剂按1:20 配制的防水液为No.1- 1、1:30 配制的防水液为No.1-2; 该主剂中加入减水组分和引气组分配制的新型防水剂按1:20 配制成防水液为No.3- 1、1:30 配制的防水液为No.3- 2; 脂肪酸的氨盐类主剂按1:20 配制成防水液为No.2- 1、1:30 配制的防水液为No.2- 2; 该主剂掺入适量减水组分和引气组分配制的新型防水剂按1:20 配制的防水液为No.4-1、1:30 配制的防水液为No.4- 2、韩国的防水剂按1:20 配制的防水液为No.5- 1、1:30 配制的防水液为No.5- 2, 实验测试结果表明, 所有防水材料的水泥安定性均合格。

3.2 凝结时间测试结果
凝结时间测试首先根据每种防水剂掺入后标准稠度用水量不同, 确定稠度后进行测试, 测试结果见图1。图1 中每组最左边的曲线为基准水泥浆初凝时间的试验数据; 中间部分为1:20 的各配方组分测试结果。右边为1:30 的各配方组分测试结果,纵坐标为初凝时间。由图1 可知, 掺入液体防水剂后水泥的凝结时间均有所延缓, 其中配方1 和韩国的防水剂缓凝最为明显, 但每组防水剂均符合初凝时间不早于45 min 的标准规定。此外, 每组防水剂的终凝时间也均满足标准规定不迟于10 h。

图1 凝结时间测试结果
3.3 抗压强度试验结果
国家建材行业标准JC474- 1999<《砂浆、混凝土防水剂> 中只规定了7、28 d 抗压强度的指标,为全面比较不同配方、浓度以及复合外加剂组分对各龄期抗压强度的影响, 我们分别对10 组不同配比的3、7、14、28、90 d 龄期的抗压强度进行了全面测试, 其结果见表1, 抗压强度比的测试结果见表2。其中No.5 为韩国防水液, 由表1 和表2可知, 掺韩国防水剂的砂浆每个龄期的抗压强度指标均低于基准试件的抗压强度值, 而且均不满足合格品的强度指标要求。合成的纯主剂No.1 和No.2 的3、7 d 强度指标较好, 28、90 d 的抗压强度指标低于空白试件, 但均满足合格品标准规定的85%和80% 的指标要求。增强型高效防水剂的No.3 和No.4 的测试结果表明, 每个龄期的抗压强度均高于基准试件的强度指标, 而且远远优于国家建材行业标准规定指标值, 可见增强型高效液体防水剂的增强效果是十分明显的。

3.4 . 透水压力比测试结果
透水压力比测试对于砂浆试件制作难度较大,砂浆抗渗仪在较高压力下工作不稳定, 在测试各种防水剂是否符合标准要求的同时, 考虎设备能力,对于3- 1 组和4- 1 组, 我们测试到400% 时, 设备略有振动, 因此停止加压, 测试结果见表3。

由表3 可知, 单一憎水组分的防水剂, 其抗渗性能只能达到合格品的水平, 即不小于200%, 而复合型的高效液体防水剂的抗渗指标远远优于一等品标准。

3.5 . 吸水量比测试结果
吸水量比的部分测试结果见表4。由表4 可知, 仅使用防水主剂的吸水量测试结果显然不如复合高效液体防水剂的效果, 但每组配比的指标均符合一等品标准的要求(< 75%) 。

3.6 . 90 d 收缩率比测试结果
所有配比的90 d 收缩率均小于110% , 达到一等品规定指标。
综合测试评价表明, 增强型脂肪酸类液体高效防水剂性能达到国家建材行业标准JC474- 1999《砂浆、混凝土防水剂》 一等品的指标要求。许多指标远远优于标准的规定值。增强型脂肪酸类液体高效防水剂经高层建筑的地下工程、蓄水池、污水处理厂等十几个防水工程的应用, 取得了优异的防水效果。

4 . 结论
( 1) 脂肪酸类液体防水剂具有良好的憎水性特征, 与水泥相中的钙离子反应, 生成不溶性的钙盐沉积在毛细管壁上, 既起到了堵孔的作用, 又使得毛细管管壁变成憎水性的表面, 从而起到了防水作用。
( 2) 复合减水组分后通过粗孔细化和降低孔隙率, 可以进一步提高抗渗能力, 同时, 由于孔径明显变小, 防水组分的浸出量也相应减少; 通过复合引气组分胺盐类松香热聚物, 在砂浆和混凝土中引入无数微小独立的气泡, 隔断了毛细孔通道, 提高了防水效果, 同时也降低了憎水材料浸出量。采用复合方法后, 其综合防水和增强作用均得到充分发挥。
( 3) 增强型脂肪酸类液体高效防水剂的各项技术性能指标优于国家建材行业标准JC474- 1999《砂浆、混凝土防水剂》 一等品要求。

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