水泥基滲透結晶型防水涂料在跌水建筑物中的應用

李 銀， 王 明 陽， 任 勇

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610213)

1 概 述

引江濟淮工程是一項以城鄉供水和發展航運為主的綜合性工程，對航道橫向流速的控制要求為不大于0.3 m/s。為滿足輸水及航運要求，確保成型渠道的通航條件及安全穩定性,其沿線支流的水系需平順匯入，為此，共設計重建或新建滾水壩跌水建筑物47座，用以控制天然河道入渠的流速與流態。其中尹河跌水建筑物位于菜子湖輸水線路主渠道樁號54+200的左岸邊坡上，設計采用開敞式多級跌水結構形式，依次由引渠、進口連接段、消力池、出口連接段等組成，現狀河底寬約80 m，規劃10 a一遇設計流量為688 m3/s，20 a一遇設計流量為989 m3/s[1]，對應流速為7～10 m/s，沖刷流速較大。

跌水建筑物主體采用普通C25鋼筋混凝土,其抗沖耐磨性能相對較差。進口底板底高程為10.5 m，出口底板底高程為4.5 m，渠道運行水位為9.5 m，左右側翼墻多處于水流沖刷及長期淹沒區域，受風浪及水位落差影響干濕交替，貝類聚居，構件易產生凍融及腐蝕；同時，受行船碰撞影響，對結構物混凝土的抗沖耐磨、防碰撞以及防滲要求較高。針對上述問題，對水泥基滲透結晶型防水涂料在跌水建筑物中的應用情況進行了研究與分析。

2 涂料防水的原理

鋼筋混凝土澆筑成型后，膠凝材料與水發生水化反應后主要生成氫氧化鈣、鈣礬石、凝膠、氧化鈣等，使存在于水化物之間的水分被利用或蒸發，形成混凝土多孔特點，在其硬化過程中，內部會產生不規則分布的細微裂縫或宏觀裂縫。水泥基滲透結晶型材料(CCCW)作為一種濃縮型防水涂料，以特種水泥、石英砂為基料，摻入了可溶于水的多種活性化學物質和輔助材料，利用其本身的可溶性并以水為載體，借助其強有力的滲透性，通過鋼筋混凝土結構內部的細微孔洞滲透擴散進入構件內部，其可與水化產物發生物化反應，生成硅酸鈣水化物(一種枝蔓狀結晶體)，結晶體在內部發生膨脹并堵塞混凝土內部的滲水通道，與混凝土結合形成整體，從而使混凝土致密防滲，起到防水、裂縫自愈合效果，同時能夠增強結構混凝土的強度。

該涂料還能在結構表面形成一道保護薄膜，成膜后可將結構表面同外界的有害物質隔離開，從而增強結構物的耐久性。

3 防水涂料具有的特點

(1)具有自愈合功能，可自動愈合0.4 mm寬的混凝土裂縫[2]；

(2)無毒、環保、防腐、耐酸堿，可增強混凝土強度；

(3)可消除結構物表面的模板印痕、拉桿孔洞修補痕跡等，進而提高結構的整體美觀度；

(4)以特種水泥、精選石英砂為基料，摻入多種分裝剛性防水材料，可在混凝土中滲透擴散，使混凝土致密防滲，能夠長期承受較大的水壓，具有優異的二次抗滲性能以及結構相容性；

(5)凃刮施工簡單，穩定性好，不易老化，抗滲、抗凍性能好，黏結強度高；

(6)通過枝蔓狀結晶體堵塞毛細孔洞，能夠提高混凝土內部的密實度，增強混凝土強度約20%左右，使其不懼船舶、漂浮物的碰撞摩擦；

(7)水泥基滲透結晶型防水涂料屬無機材料，所生成的結晶體不易老化，反應過程持續時間較長，可進行自我修復。

4 施工工藝

4.1 施工工藝流程

尹河跌水建筑物表面防水涂料的施工分為左右兩幅，采用人工搭設雙排腳手架施工。

涂料的主要施工工藝流程：施工準備→涂刷試驗→基面雜物清理、缺陷修補→基面打磨潤濕→涂料制備→涂料涂刷→涂層養護→質量檢驗→施工完成。

4.2 施工要點

4.2.1 施工準備

(1)準備水泥基滲透結晶型防水涂料、水、鋼絲刷、打磨機等材料；

(2)配置滿足施工需要的工人及施工機具。

4.2.2 涂刷試驗

(1)濕基面黏結強度試驗檢測[3]：

①濕基面黏結強度檢測采用具有足夠靈敏度及量程的拉伸強度試驗儀器，儀器精度為1%；試驗參數的選?。褐亓颗浜媳葹樗嗷鶟B透結晶型防水涂料∶水=5∶2，涂刷2遍。

②拉伸黏結強度成型框采用硅橡膠材料制成，其表面平整光滑，成型框內孔尺寸為50 mm×50 mm,厚度為3 mm，精確至±0.2 mm。拉拔鋼板采用尺寸為50 mm×50 mm并具有足夠強度的正方形鋼板，其最小厚度為10 mm，鋼板頂面焊接有與拉伸強度試驗儀器連接的部件。

③試件制備前，將準備好的標準混凝土板(400 mm×200 mm×50mm)浸泡24 h，清洗其表面，取出并用濕毛巾擦干表面，無明水后將制備好的涂料試樣倒入覆蓋在標準混凝土板上的成型框中均勻抹平，放置24 h后脫模，并對完成脫模的試件在標準條件下浸水養護，養護時注意不要將水浸到涂層試件。制作時每10個試件為一組，整個成型過程20 min完成。待試件達到28 d凝期后，用砂紙打磨掉涂層表面的浮漿，然后用高強黏結劑將拉拔鋼板黏接在涂層表面，標養24 h后開始試驗。

④用拉伸強度試驗儀測定試件的拉伸黏結強度，將加荷速度控制在250±50(N/s)。

⑤拉伸試驗結束后，計算其黏結強度：

P=F∕S

(1)

式中P為拉伸黏結強度，MPa；F為最大破壞荷載，N；S為黏結面積，mm2。

濕基面黏結強度試驗檢測記錄見表1。

表1 濕基面黏結強度試驗檢測記錄表

計算完成后，試樣的黏結強度取10個計算結果的平均值。經計算得出水泥基滲透結晶型防水涂料濕基面黏結強度試驗檢測結果為1.8 MPa>1 MPa,滿足設計要求。

(2)涂層厚度試驗。由于該涂層厚度較薄且無法直接檢測其涂刷厚度，現場采用制作標準混凝土板試件進行涂刷厚度測定試驗。試件共制作三組，每組六塊，試驗前首先測定所有混凝土板的凈厚度，完成后在三組試件表面分別涂刷一層、兩層、三層涂料，涂料終凝后再次測定混凝土板厚，即可得出涂層厚度并用于指導現場施工。選取其中一組說明如下：

①采取與黏結強度試驗相同的方法制定標準混凝土板并進行浸泡。試件制作時，嚴格控制板體厚度均勻一致。試驗涂料的配置及涂刷參數與黏結強度試驗相同。

②待混凝土板浸泡時間滿足要求后取出試件，擦干表面水分，采用游標卡尺測出每塊板體的實際厚度并記錄。

③采用硬質刷在試件表面均勻涂刷2遍涂料，并對涂刷完成的試件灑水養護。

④待試件達到28 d凝期后用砂紙打磨掉試件表面的浮漿，然后用0.1 mm精度的游標卡尺檢測試件厚度：涂層厚度=檢測厚度-原試件厚度。涂層厚度試驗檢測記錄見表2。

表2 涂層厚度試驗檢測記錄表

⑤通過對涂刷前板體厚度與涂刷后板體厚度進行檢測并求差得出混凝土板表面防水涂料厚度平均值為1.3 mm>0.8 mm，滿足設計要求。

⑥根據試驗結果進行該工程施工參數的選?。褐亓颗浜媳葹樗嗷鶟B透結晶型防水涂料∶水=5∶2，硬質刷往返涂刷2遍，涂料用量控制為0.8～1.5 kg/m2，其濕基面黏結強度及涂層厚度均滿足設計指標要求。

4.2.3 基面清理與缺陷修補

基面處理施工分兩步進行：基面雜物的清理宜選擇天氣晴朗、混凝土凝期達到設計強度、建筑物混凝土外觀質量驗收完成后進行；缺陷修補應在表面雜物清理干凈之后進行。防水涂料的基面應清潔、平整、打毛，并采用清水沖洗一至二次；基面缺陷的修補主要針對混凝土結構、蜂窩麻面、孔洞等，可采用環氧砂漿等材料進行修補加強。

對結構物表面存在寬度大于0.4 mm的裂縫，需要在涂刷前采用切割機順裂縫開槽，并將切槽深度及寬度控制在1～2 cm；切槽完成后，采用清水沖洗干凈，排除積水，再涂刷一層涂料，涂刷完成后填入防水涂料半干性料團并由人工壓實，或在槽內涂刷一層環氧樹脂膠液后采用環氧砂漿填充，填充時控制環氧砂漿表面略低于周邊混凝土平面。

4.2.4 基面打毛濕潤

人工持小型打磨機械對清理修補后的基面進行表面打毛，然后采用高壓水槍沖洗干凈，確保其具有完全潤濕的粗糙面。

用清水沖洗干凈的基面在涂料涂刷前需要保證無積水且尚未干燥，從而有利于涂料中的化學物質隨表面水分進入基面內部；基面過濕會導致涂料受影響發生配合比改變而影響到涂料涂刷的施工質量；基面過干會導致涂料無法與基面穩定粘連，出現空鼓等問題。

4.2.5 涂料的制備

(1)原材料。選用無雜質、無結塊的粉狀材料，并按照每20 t作為一個檢驗批次進行抽樣檢查。檢查的主要內容包括外觀質量檢查、凝結時間檢查以及抗滲壓強等物理試驗。水泥基滲透結晶型防水涂料主要性能指標見表3[4]。

表3 水泥基滲透結晶型防水涂料主要性能指標表

(2)配合比。配合比參數需根據試驗結果確定。該工程跌水建筑物迎水側采用涂刷法施工，清潔水拌料，水泥基滲透結晶型防水涂料∶水=5∶2，硬質刷往返涂刷2遍，涂料用量控制為0.8～1.5 kg/m2。施工時嚴格掌握好水灰比并結合現場溫差情況做出適當調整。

(3)涂料的拌制?，F場采用電子秤進行計量稱重，并將稱重后的粉狀材料以及水倒入攪拌容器后用手提電動攪拌器攪拌3～5 min。攪拌時，嚴格控制拌制時間，使其充分攪拌均勻，確保不含有未分散的粉料干團。配料稱量一定要準確，稱量精度精確至0.1 g，拌制要一次成型，嚴禁二次加水。

配置攪拌的涂料以色澤均勻、無結塊、無粉團、涂刷順利為判斷條件，并嚴格控制攪拌及涂刷施工的時間：從加水時起計算，控制在20 min內使用完成。施工過程中不定時對涂料進行攪拌。攪拌完成后進行現場涂刷試驗，其目的是通過現場涂刷確認所拌制的涂料是否符合施工要求。

4.2.6 涂料的涂刷

基面清洗完成并驗收合格后進行涂刷施工。施工時，由工人采用硬質毛刷對陰角等特殊部位仔細涂刷到位后，將按比例調配好的涂料均勻涂抹在跌水結構迎水側基面上，涂料的用量控制為0.8～1.5 kg/m2，涂刷時采用涂刷遍數、單位面積涂層用量以及涂料總量控制法控制涂層是否均勻、涂層厚度是否一致。對可能存在滲水或沖刷力度較大的迎水側的主要部位加厚涂刷。

局部凹凸不平的位置需要采用硬質刷子來回反復涂刷，確保其局部涂滿、厚薄均勻，不能有過厚的沉積，防止厚度過大出現開裂。

為保證防水材料的涂刷質量，第一遍涂刷時應按照從左往右或從右往左的方向依次水平涂刷，每次涂刷時需與上一次涂刷的區域邊緣重疊1～2 cm；第一遍涂刷完成約1至2 h后，待其表面初凝稍泛白、手觸干時開始涂刷第二遍，如果第一遍涂刷后干燥速度過快時需要灑水潤濕養護后再進行第二遍的涂刷施工，以利于上下兩層涂料緊密結合；第二遍涂刷的方向與第一遍涂刷的方向相互垂直。

4.2.7 涂層檢驗

水泥基滲透結晶型防水涂料涂層施工結束后檢查涂層涂刷是否均勻，并檢查其是否出現爆皮現象；對厚度較小的區域需采取補刷措施。補刷前，需要對基面進行潤濕；如出現爆皮現象，需要按基面清理方法進行處理后再次凃刷水泥基防水涂料。涂刷時，需要與周邊區域重疊2～3 cm，以利于形成整體防水面。

4.2.8 涂層的養護

涂料涂刷完成并終凝3～4 h后開始實施噴霧養護。養護時需要控制噴霧嘴的直徑、噴霧壓力以及霧化水珠的大小，防止對涂層造成沖刷破壞影響到防水效果；養護時間不少于7 d，并采用濕潤的土工布或麻布覆蓋保護，避免雨淋、霜凍、日曬、污水影響。

4.3 質量控制

涂料施工結束可能會出現爆皮、涂刷不均等問題，施工時必須嚴格按照設計要求的配合比進行涂料配置，計量準確率應為100%，采用專用的攪拌工具攪拌均勻。涂刷時，首先對墻面交界、排水管道等局部區域采取加強處理密封，處理完成后進行大面積涂刷施工，確保涂刷層厚薄均勻，涂刷遍數滿足要求。

5 結 語

水泥基滲透結晶型防水涂料作為目前市場上常見的建筑工程混凝土防滲涂層材料，能夠顯著提高混凝土強度以及其抗滲、耐腐蝕性能，達到提高結構物使用壽命、降低后期維修成本的目的[5]，有效解決了常規混凝土工程因澆筑方式、材料批次等情況引起的外觀色差、模板印痕等問題，提升了結構物表面的美觀程度，一舉多得。

通過對尹河跌水建筑物水泥基滲透結晶型防水涂料施工工藝和相關參數的應用研究，確保了結構物表觀質量，提升了施工質量，積累了相關施工經驗，為水工建筑物混凝土結構致密防滲性能、抗腐蝕性能、美觀度等的提升，以及該防水材料在水工建筑物中的推廣起到了一定的探索作用。