水泥基滲透結晶型防水材料耐久性能分析

何海銳

摘 要：為了對水泥基滲透結晶型防水材料的耐久性能進行分析，采用混凝土自愈合性能實驗對其修復能力進行分析;利用硅烷浸漬混凝土技術以及SPUA保護混凝土技術，通過防水層的方式對混凝土進行保護，研究數據表明：不同條件下的防水材料抗壓能力不同，且在一定養護條件下的混凝土可保持永久修復效果。為建筑行業營造良好的氛圍，并提供重要技術手段。

關鍵詞：既有建筑;滲透結晶;活性物質選擇;耐久性

中圖分類號：TV44;TV64?????? 文獻標識碼：A文章編號：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

隨著國家的經濟以及科技的不斷發展，高樓建筑不斷崛起，而建筑在建設過程中最主要的原材料為混凝土，混凝土當前已經成為全國范圍內使用最廣泛的建筑材料，隨著混凝土的不斷改進，人們對其要求漸漸增長，并將注意力轉移至混凝土的耐久性問題，通常狀態下，建筑出現問題，人們會通過修復的方式防止坍塌。本文將針對混凝土結構的耐久性進行主要分析，將節約成本作為該建筑行業中的第一目標，為保證建筑行業的使用年限，將在其中加入修復劑，利用修復技術使其耐久性得到顯著提高。

1 水泥基滲透結晶型防水材料研究與應用現狀

1.1 滲漏的危害

建筑物在建設過程中需要與水進行接觸，成就建筑物構成的同時，對建筑物自身易造成一定程度的損害，建筑物長期與水接觸，將對建筑物自身構成不同程度的損害，從而造成建筑物的使用年限出現影響，近年來，隨著國家經濟以及科技的迅速發展，建筑工程防水技術得到飛速提升，但混凝土的滲漏作用造成房屋漏水現象普遍發生，除此之外，地下滲漏現象更為嚴重，滲漏的發生將在一定程度上造成成本的損失，在修復過程中，影響住戶正常使用的情況下，極易出現因電路短路而造成的火災問題，具有一定的不可逆損失。

1.2 國外水泥基滲透結晶型防水材料的總體發展

為降低建筑物因滲漏問題而造成的損害，將通過引用水泥基滲透結晶型防水材料的方法改善防水性能，在國外，水泥基滲透結晶型防水材料由二戰期間的著名化學家Lauritz Jensen發明，最終因水泥的滲漏性而停止使用，從一定程度上促進了水泥基滲透結晶型防水材料的發展，具有重要研究意義。針對水泥基滲透結晶型防水材料進行研究時發現，該材料的結構內表面具有一定的特殊效果，可將其應用于污水處理系統等工程中，促進了水泥基滲透結晶型防水材料向新領域邁進[1]。

1.3 國內關于水泥基滲透結晶型防水材料的研究與應用

我國水泥基滲透結晶型防水材料最早應用于上海鐵路工程之中，之后在我國北京、大連等多個地區陸續開始使用，通過不斷研究以及針對其進行聯合修補后，具有一定的防漏效果。水泥基滲透結晶型防水材料與傳統的防水技術下產生的材料具有一定的差異，傳統防水材料的作用機理主要通過混凝土與水充分攪拌形成防水層，但防水效果隨著時間的推移漸漸減弱，而結晶型防水材料隨著時間的推移沒有明顯老化問題，可實現永久性的防水效果，具有一定可行性。

1.4 水泥基滲透結晶型防水材料的作用機理

水泥基滲透結晶型防水材料中存在大量的Ca2+，而促使水泥基滲透結晶型防水材料居于較強的防水性能的主要原因是因為Ca（OH）2的存在使其具有一定的耐久性，其作用機理是通過化學反應使水泥中的Ca2+含量降低，并產生致密物質，提高防水效果的同時，在一定程度上可增加其抗滲透功能。水泥基滲透結晶型防水材料中具有一定的化學活性物質，通過濃度以及壓力差對其進行不間斷的作用，從而使活性物質透過混凝土的空隙滲透至混凝土中，并通過化學反應使其與游離石灰生成結晶狀物質，從而發揮其防水作用，沉淀反應示意圖如圖1所示。

2 影響鋼筋混凝土耐久性的因素

2.1 混凝土結構碳化

混凝土作為目前世界上使用最廣泛地建筑材料，具有一定的優勢，通常其使用年限可長達100年，但是由于建筑長期遭受不同類型的水的侵襲，造成混凝土的使用年限大大縮短，因此，大部分人會通過對建筑物進行修復的方式，因此保證成本最低化發展，經過研究表明，建筑的使用年限出現不同程度的縮短，是因為混凝土的耐久性造成，而混凝土的耐久性降低主要與結構發生碳化有關，空氣中存在大量二氧化碳，與混凝土中的Ca（OH）2發生反應生成CaCO3，該物質的出現，在一定程度上使混凝土中水泥石的堿性降低，偏向中性化發展，此時鋼筋的鈍化膜將處于不穩定狀態，經研究表明，混凝土的酸堿度保持在11.5以上方能保證結構不被碳化，其化學式如（1）式所示[2]。

Ca（OH）2+CO2→CaCO3+H2O（1）

2.2 鋼筋混凝土的凍融破壞

凍融現象指的是水在一定溫度下凝結成冰后，造成鋼筋混凝土的體積出現變化，從而出現開裂破壞，該現象稱之為凍融，為防止鋼筋混凝土因出現水凝結成冰而造成體積膨脹的現象，將通過水化反應，在混凝土中加入比例為0.23的水灰，但該狀態下的混凝土流動性低，需要大量的水進行攪拌，當滯留于混凝土中的水在溫度的作用下出現蒸發時，將形成毛細孔，從而造成混凝土出現不同程度的滲水。

2.3 侵蝕性介質的腐蝕

混凝土具有較高的強度，可以保證自身實用性，但在侵蝕性介質的作用下，強度將出現不同程度的損害，其原因是由于侵蝕性介質中含有一定的氯離子，該離子與硫酸鹽皆具有較強的腐蝕性。冬季下雪后道路常處于結冰狀態，造成車輛擁擠，為保證道路的暢通，工作人員將通過撒鹽水的方式，促進冰面融化，其作用原理是將鹽中的氯離子與混凝土充分結合，使其結構中的Ca（OH）2發生反應，形成衍生物Mg（OH）2和氯化鈣，生成的氯化鈣在一定程度上將造成水泥石中氫氧根的濃度呈比例下降，從而使鋼筋出現腐蝕現象，其化學式如（2）式所示。

Ca（OH）2+MgCl2→CaCl2+Mg（OH）2（2）

近年來，在不同類型的工程中發現，鋼筋混凝土在結構上極易遭受硝酸鹽的侵蝕，且現象逐年加重，其原因是混凝土的結構與地下水中所含的硝酸鹽成分接觸，造成一定程度的腐蝕，從而導致混凝土出現來裂現象，其化學式如（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 混凝土堿集料反應

混凝土堿集料反應指的是混凝土的構成材料中具有較強的堿性物質，除此之外，其內部環境中具有較強的集料活性成分，二者形成化學反應，將造成混凝土出現開裂現象，該過程稱之為堿集料反應，反應的發生通常于若干年后造成混凝土強度下降，其發生的主要原因主要包括3個，分別是水泥堿含量過高、集料內含活性物質以及混凝土內含水分，經研究表明，水泥中的堿含量不得超出0.6%，高強度堿將在一定程度上導致水泥的滲透性提升，出現滲漏問題，而混凝土中存在大量水分，將造成混凝土的密度降低，干燥狀態下的混凝土無法發生堿集料問題。

3 水泥滲透結晶體型防水材料混凝土自愈合性能實驗與結果分析

3.1 混凝土自愈合性能實驗的原材料及混凝土配合比

混凝土經過時間的累積以及長時間遭受不同類型的水的侵襲，將出現不同程度的開裂，該現象將造成不可估計的損失，除此之外，混凝土的開裂現象將影響力學性能以及耐久性，甚至造成建筑物出現坍塌，隨著國家科技的進步，人們對自愈合技術的關注度不斷增加，該技術主要作用于混凝土出現開裂后形成的縫隙，通過將修復劑滲入混凝土的裂縫之中，從而實現修復的目的，該方法具有一定優勢，為驗證該技術的修復能力，將針對其進行修復實驗，針對實驗的原材料將采用42.5級別的普通硅酸鹽水泥，通過自來水進行拌合，針對砂石方面將選擇機制砂，將其細度模數控制在2.5，而碎石將采取5～20 mm進行連續配比，聚羧酸高效減水劑的應用，將在一定程度上降低水泥的開裂程度，為保證其防水性，將選擇永固100摻合劑。材料準備完畢后，采用內摻法將其進行摻合，通過計算可知，砂率為41.5%，水膠比為0.5，而防水材料的使用將為水泥用量的0.7%，混凝土基準配合比如表1所示[3]。

3.2 混凝土自愈合性能實驗方案分析

混凝土結構在開裂情況下將造成力學性能遭受侵害，為保證力學性能不隨之改變，將從水膠的不同比例、養護時間以及養護條件3方面進行設計，通過3方面條件對其進行抗壓強度的分析，在一定程度上抗壓強度可表示混凝土開裂后的自愈合效果。本次實驗將采用體積為100 mm×100 mm×100 mm的立方體進行實驗，除此之外，該實驗應滿足將養護時間控制在28 d后的條件，實驗方可開始。實驗開始之前應將加載速度控制在5～8 kN/s，實驗停止時間應以試樣樣品表面出現一條裂縫為準，形成的數據為抗壓強度，將開裂的實驗樣品通過養護后重新進行上述步驟，將形成的數據稱之為第二次抗壓數據，并計算抗壓強度回復率，如（5）式所示。

KI=IR/I0×100%（5）

式中：I0表示的含義為第一次進行抗壓測試時的強度數據;IR表示的含義是第二次抗壓強度;抗壓強度回復率將由KI表示[4]。

3.3 實驗結果與討論

不同水膠比下抗壓強度試驗結果如圖2所示。

從圖中可以觀察到水膠對于混凝土的影響力較大，呈反比關系不斷變化，隨著時間的推移，水膠比逐漸變小，而混凝土的抗壓能力逐漸增強，除此之外，水膠比處于0.4時，抗壓程度較低，其原因是由于水膠比與混凝土未能搗實，因此造成混凝土強度較低，通過分析可知，水膠比為0.5時，修復效果最佳。不同養護時間下下抗壓強度試驗結果如圖3所示。

從圖中可以觀察到，對混凝土進行養護過程中，抗壓強度逐漸增加，除此之外，隨著修復的不斷進行，效果漸漸趨于穩定，說明養護達到一定時間將具有較強的修復作用。不同養護條件下抗壓強度試驗結果如圖4所示。通過數據分析可以表明標準養護條件的狀態下，可將修復效果達到極致。

4 提高既有建筑混凝土強度和耐久性方法

4.1 硅烷浸漬混凝土技術

將研究表明，造成混凝土耐久性出現問題的根本原因是由于混凝土自身結構不夠緊密，該現象將造成混凝土中摻入多種雜質，根本解決方法應采用降低孔隙率的方法改善混凝土的內部結構，從而實現改善混凝土滲漏的目的。為提高混凝土耐久性，將通過硅烷浸漬混凝土技術進行實現，該材料主要由三乙氧基硅烷和異辛基三乙氧基硅烷共同組成，作用原理主要通過將硅烷特殊小分子結構透過混凝土，與其中的水分進行反應，從而產生憎水保護層，該保護層可以有效保護混凝土，并提升其使用年限，硅烷浸漬混凝土技術將在一定程度上提高混凝土的抗滲性。

4.2 SPUA保護混凝土技術

SPUA聚脲彈性體本質上不會改變混凝土的結構，將通過聚脲涂層阻止氯離子以及硝酸鹽進入混凝土中與水分發生反應，從而達到提高耐久性的目的，該方法可有效提高混凝土的抗滲以及抗凍功能。SPUA保護混凝土技術的應用不受外界因素的影響，處于風雨環境下仍可進行施工，且風雨環境下的聚脲彈性體仍可在10 s內進行固化，此外，聚脲彈性體具有較強的耐熱性，在高溫下仍可繼續使用。

4.3 滲透結晶型材料

研究表明，鋼筋混凝土的抗壓強度和使用年限與混凝土的密實程度有關，反應式如（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）

通過該材料的應用可以研究出，水泥基滲透結晶型防水材料具有較多的化學活性物質，該物質通過自身的滲透性、對混凝土的防護作用以及自身的愈合效果將混凝土的使用年限不斷擴大，實現永久性補強作用，通過水泥基滲透結晶型防水材料的應用在一定程度上防止鋼筋混凝土因被腐蝕而導致壽命降低，除此之外，水泥基滲透結晶型防水材料的應用可以起到無毒、無公害作用[5]。

5 結語

混凝土的性能與密實程度密切相關，通過研究表明，混凝土的密實程度越高，可以在一定程度上縮小孔隙率，形成防護涂層，有效防止水分和其他有害物質透過混凝土侵入其內部，通過該方法可以提升混凝土的抗壓強度，從而控制外界物質透過混凝土，與結構中的水分發生反應，造成混凝土的耐久性降低。為提高混凝土的耐久性，本文引入硅烷浸漬混凝土技術以及SPUA保護混凝土技術，通過研究表明，二者解決不了根本問題，但具有一定的保護能力。綜上所述，滲透結晶型材料可以有效改善混凝土的內部結構，效果最佳。

【參考文獻】

[1]李冰，郭榮鑫，顏峰.水灰比對滲透結晶防水混凝土自愈性能研究[J].非金屬礦，2019（2）：84-86.

[2] 魏玉偉，程培峰，劉滿，等.自修復混凝土修復效果影響因素的試驗研究[J].建筑材料學報，2018（4）：588-594.

[3] 陳曉雨，曾俊杰，范志宏，等.滲透結晶材料改善混凝土抗蝕增強的效果及機理[J].硅酸鹽通報，2017（S1）：229-234.

[4] 楊敏毅，曾俊杰，王勝年，等.滲透結晶材料對混凝土裂縫自愈合的影響[J].硅酸鹽通報，2017（10）：3 542-3 547.

[5] 李偉，朱浮聲，王曉初，等.納米混凝土的制備及其干縮性能研究[J].東北大學學報（自然科學版），2017（8）：1 173-1 176.