活性劑增強改性水泥基滲透結晶型防水材料抗滲試驗

doi：10.3969/j.issn.1001-5922.2024.02.028

摘 要：為優化水泥基材料的自防水性能，制備了一種水泥基滲透結晶型防水材料（CCCW），并通過正交試驗研究活性化學物質最佳配比。結果表明，硅酸鈉、無水碳酸鈉、氧化鎂以及甘氨酸4種活性化學物質的最佳硅灰取代率分別為8%、8%、8%和4%；在最佳硅灰取代率配比下，試驗制備的CCCW一次、二次抗滲壓力分別為1.4、1.7 MPa，一次、二次抗滲壓力比為350%、425%，28 d抗壓強度為39.7 MPa，抗壓強度比為104%，吸水率對比空白試件降低43.6%，各性能均符合水泥基滲透結晶型防水材料技術指標要求。

關鍵詞：自防水；滲透結晶；抗滲壓力比；抗壓強度比；吸水率

中圖分類號：TQ172.7" " " "文獻標志碼：A" " " "文章編號：1001-5922（2024）02-0104-04

Impermeability test and application effect of activated agent enhanced modified cement-based permeable crystalline waterproof material

CAO Ji，CHEN Xiaoting，ZHANG Wentao，SUN Lulin，SONG Yongsheng

（China State Construction No.7 Engineering Bureau Co.，Ltd.，Zhengzhou 450003，China）

Abstract：In order to optimize the self-waterproof performance of cement-based materials，a cement-based permeable crystalline waterproof material （CCCW） was prepared experimentally，and the optimal ratio of active chemicals was studied by orthogonal experiments.The test results showed that the optimal silica ash substitution rates for the four active chemicals，sodium silicate，anhydrous sodium carbonate，magnesium oxide，and glycine，were 8%，8%，8%，and 4%，respectively.The primary and secondary impermeability pressures of CCCW prepared in this experiment were 1.4 MPa and 1.7 MPa，respectively.The primary and secondary impermeability pressure ratios were 350% and 425%，and the compressive strength of the CCCW at 28 days was 39.7 MPa.The compressive strength ratio was 104%，and the water absorption rate was 43.6% lower than that of the blank specimen.All properties met the technical requirements of cement-based permeable crystalline waterproof materials.

Key words：self waterproof;permeation crystallization;anti permeability pressure ratio;compressive strength ratio;water absorption rate

受到雨水侵蝕等影響，混凝土建筑材料易發生漏水、安全性和耐久性降低等問題，針對混凝土材料存在的問題，相關學者越來越注重水泥基滲透結晶型防水材料（CCCW）的研究。例如，在CCCW中摻入不同活性化學物質，并研究其性能^[1]。在CCCW中摻入氧化石墨烯（GO）進行改性，研究其抗滲性能^[2]。除此之外，自制了一種活性增強劑（B-SMC），并研究該活性增強劑摻量對CCCW性能的作用效果^[3]。以上學者的研究都為混凝土防水材料提供了思考方向，但CCCW的二次抗滲性能依舊較低。基于此，制備一種水泥基滲透結晶型防水材料（CCCW），并研究不同活性化學物質在CCCW中的應用效果。

1"試驗部分

1.1"材料與設備

主要材料：硅灰（工業純，靈壽縣天晨礦產品）；P·O42.5普通硅酸鹽水泥（工業純，河北麥克麥尼礦產）；硅酸鈉（分析純，北京萬佳標準物質研發中心）；無水碳酸鈉（分析純，蘇州市辰祥化工）；氧化鎂（分析純，河北博浩化工）；甘氨酸（分析純，濟南福鑫精細化工）；標準砂（工業純，滄州精弘工程儀器）；PC-1009型聚羧酸減水劑（分析純，濟南福鑫精細化工）。

主要設備：RD1020型電子天平（深圳市榮達儀器）；GF-10L型集熱式磁力攪拌器（上海華中光釜科技設備）；WD-300型立式攪拌桶（濟寧威達機械）；HP-4.0型混凝土滲透儀（紹興市東鑫儀器設備）；DZF6090BZ型真空烘箱（紹興博緯儀器設備）。

1.2"試驗方法

1.2.1"正交試驗設計

為確定水泥基滲透結晶型防水材料（CCCW）的最佳配合比方案，本試驗針對無水碳酸鈉、硅酸鈉、甘氨酸以及氧化鎂取代硅灰率，采用4因素3水平L₉（3⁴），進行CCCW正交試驗設計，具體見表1。

1.2.2"材料配比設計

在表1的正交試驗設計基礎上，本試驗針對CCCW進行配比設計，具體如表2所示。

1.2.3"CCCW試件的制備

（1）根據表2的配比方案，用電子天平稱取各原材料，然后在攪拌機中先添加適量的水、水泥以及標準砂，進行2 min攪拌混合處理;

（2）繼續在攪拌機中加入適量的水泥、水，再加入硅灰、無水碳酸鈉、硅酸鈉、氧化鎂以及甘氨酸，繼續攪拌2 min;

（3）將適量的水、減水劑倒入攪拌機中，設置攪拌時間為3 min，混合均勻，獲得水泥基滲透結晶型防水材料砂漿;

（4）將CCCW砂漿倒入準備好的模具中，并用抹灰刀使試件表面平整，然后放置在振實臺上處理2 min，振實并排出砂漿內部的氣泡;

（5）試件成型后脫模，烘干，并根據試驗需要養護一定時間，最后貯存備用。

1.3"性能測試

1.3.1"抗滲試驗

對于養護28 d的CCCW圓臺形試件，通過滲透儀對其進行抗滲試驗，分析抗滲壓力值，其中，圓臺形試件的高度為30 mm，上、下底面直徑分別為70、80 mm。

1.3.2"抗壓試驗

通過試驗機對養護28 d的試件進行抗壓試驗，其中，立方體試件尺寸為70 mm×70 mm×70 mm。

1.3.3"吸水率測試

在恒溫100 ℃的條件下，將養護完成的材料放入烘箱中處理2 d，然后用稱取試件初始質量m₀，稱量完成后，將試件浸泡在水中2 d，然后取出，擦干試件表面多余的水分，并再次稱取質量試件m₁;最后計算材料吸水率（W_x），吸水率公式^[4]：

式中：m₀為試件初始質量，g；m₁為試件吸水后質量，g。

2"結果與分析

2.1"抗滲試驗結果

圖1為各CCCW試件的抗滲試驗結果。

由圖1可知，當沒有添加活性化學物質時，對比試件A0的抗滲壓力為0.4 MPa；在添加活性化學物質的試件中，A1和A4試件的抗滲壓力最低，均為0.5 MPa;而A9試件的抗滲壓力最高，達到1.4 MPa，對比空白試件增幅為250%。除此之外，A4～A8試件的抗滲壓力提升幅度也較明顯，與空白試件相比增幅基本為175%。這些變化表明，活性化學物質代替硅灰，可以增強抗滲性能。

為進一步優化材料配合比，根據正交試驗設計，分析3水平4因素抗滲壓力比，結果如圖2所示。

由圖2可知，4種化學活性物質中，硅酸鈉的抗滲壓力比極差最大，這表明硅酸鈉對材料抗滲效果的影響最大。在硅酸鈉因素方面，當其取代硅灰率為16%時，CCCW試件抗滲壓力比的綜合平均數最大，為340%；在無水碳酸鈉因素方面，當其取代硅灰率為8%時，材料抗滲壓力比的綜合平均數最大，為291%；在氧化鎂因素方面，當其取代硅灰率為8%時，材料抗滲壓力比的綜合平均數最大，為324%；在甘氨酸因素方面，當其取代硅灰率為4%時，材料抗滲壓力比的綜合平均數最大，為288%。綜上所述，為制備最優抗滲性能的水泥基滲透結晶型防水材料，硅酸鈉、無水碳酸鈉、氧化鎂、甘氨酸的最佳取代硅灰率分別為16%、8%、8%、4%。

2.2"抗壓試驗結果

圖3為各CCCW試件的抗壓強度測試結果。

由圖3可知，當沒有添加活性化學物質時，對比試件A0的抗壓強度為36.1 MPa；在添加活性化學物質的試件中，A7試件的抗壓強度最小，且低于對比試件A0，為35.8 MPa，下降了0.5 MPa；抗壓強度最高的是A2試件，達到39.1 MPa，與空白試件相比，增幅為7.71%。這表明，A2試件的各活性化學物質取代硅灰率，對材料抗壓強度提高效果最佳。

為進一步優化材料配合比，根據正交試驗設計，分析3水平4因素抗壓強度比，結果如圖4所示。

由圖4可知，4種化學活性物質中，硅酸鈉的抗壓強度比極差最大，這表明硅酸鈉對材料抗壓強度的作用效果最強。在硅酸鈉因素方面，當其取代硅灰率為0%時，抗壓強度比的綜合平均數最高，為106.2%；在無水碳酸鈉因素方面，當其取代硅灰率為8%時，抗壓強度比的綜合平均數最高，為103.5%；在氧化鎂因素方面，當其取代硅灰率為16%時，抗壓強度比的綜合平均數最高，為102.9%；在甘氨酸因素方面，當其取代硅灰率為0%時，抗壓強度比的綜合平均數最高，為103.1%。綜上所述，為制備最優抗壓性能的水泥基滲透結晶型防水材料，硅酸鈉、無水碳酸鈉、氧化鎂、甘氨酸的最佳取代硅灰率分別為8%、8%、16%、4%。

2.3"應用性能

2.3.1"CCCW抗滲性能

圖5為最佳配比CCCW試件與A0空白對比試件的抗滲性能測試結果。

由圖5可知，A0空白對比試件的一次、二次抗滲壓力均為0.4 MPa；而最佳配比CCCW試件的一次抗滲壓力為1.3 MPa，相對于A0試件增幅為250%，抗滲壓力比為350%；最佳配比CCCW試件的二次抗滲壓力為1.6 MPa，相對于A0試件增幅為325%，抗滲壓力比為425%。所以，CCCW材料的抗滲效果優于空白試件，具備較好的抗滲性能^[5-7]。本試驗制備的CCCW試件的一次抗滲壓力比為350%，大于技術指標要求的200%;二次抗滲壓力比為425%，大于技術指標要求的150%。因此，該水泥基滲透型防水材料抗滲性能良好，符合實際應用要求^[8]。

2.3.2"CCCW抗壓性能

圖6為A0對比試件以及最佳配比試件的抗壓性能測試結果。

由圖6可知，在養護7 d的情況下，A0對比試件抗壓強度為28.1 MPa，最佳配比試件抗壓強度為32.5 MPa，對比增幅為15.7%。這表明在養護7 d時，試驗制備的最佳配比CCCW試件就已具備一定的抗壓性能，且優于空白試件；當養護時間為28 d時，A0對比試件和最佳配比試件的抗壓強度分別為38.3、39.7 MPa，對比7 d時，增幅分別為36.3%、22.2%，且最佳配比試件的28 d抗壓強度比高達104%。這表明，養護時間對于空白試件的抗壓性能影響較大；而對于最佳配比CCCW試件的影響較小，試驗制備的CCCW試件抗壓性能優于空白對比試件，抗壓性能良好^[9-11]。

綜上，試驗制備的最佳配比CCCW試件的抗壓性能符合技術指標要求，能作為自防水材料應用于混凝土中^[12-15]。

2.3.3"CCCW吸水率測試

對于養護時間28 d的試件，A0的吸水率為11.25%，試驗制備的最佳配比CCCW試件吸水率為6.34%，對比A0試件降幅為43.6%。這表明，試驗制備的CCCW材料可以大大降低材料吸水率，材料自防水性能良好。

3"結語

（1）正交試驗結果表明，硅酸鈉對CCCW的綜合性能作用效果最大，CCCW最佳活性化學物質替代硅灰率分別為硅酸鈉8%、無水碳酸鈉8%、氧化鎂16%和甘氨酸4%;

（2）在活性化學物質最佳配比下，試驗制備的CCCW一、二次抗滲壓力分別為1.4、1.7 MPa，一、二次抗滲壓力比分別為350%、425%，材料抗滲性能良好;

（3）試驗制備的最佳配比CCCW 28 d抗壓強度為39.7 MPa，抗壓強度比為104%，材料抗壓性能良好;

（4）本試驗制備的最佳配比CCCW吸水率為6.34%，對比空白試件降低43.6%，材料防水性能良好。

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收稿日期：2023-09-05；修回日期：2023-12-07

作者簡介：曹"濟（1986-），男，工程師，研究方向：市政工程；E-mail：366455518@qq.com。

通訊作者：陳曉庭（1990-），男，工程師，研究方向：建筑工程；E-mail：15348318498@163.com。

引文格式：曹"濟，陳曉庭，張文濤，等.活性劑增強改性水泥基滲透結晶型防水材料抗滲試驗[J].粘接，2024，51（2）：104-107.