水泥基滲透非結(jié)晶材料及其在防水領(lǐng)域的應(yīng)用
Application of cement-based capillary non-crystalline material in waterproofing
摘要：介紹了水泥基滲透非結(jié)晶防水材料的防水機(jī)理及工程應(yīng)用，指出在水位經(jīng)常波動(dòng)、變化，以及經(jīng)常受到機(jī)械震動(dòng)的環(huán)境下，如地鐵隧道、地下室、瀉洪道、水池等結(jié)構(gòu)，水泥基滲透型非結(jié)晶防水材料展示了其優(yōu)越性能，解決了一般防水材料無法滿足的難題。
關(guān)鍵詞：水泥基；滲透；非結(jié)晶；防水；應(yīng)用
中圖分類號(hào)：TU761.1+1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：
引言
水泥基滲透結(jié)晶型防水材料因其優(yōu)異的性能在防水領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。隨著材料科學(xué)的發(fā)展，一種新型防水材料——水泥基滲透型非結(jié)晶防水材料，在混凝土結(jié)構(gòu)滲漏治理中開始嶄露頭角，受到人們的普遍關(guān)注。
1防水原理
水泥基滲透型非結(jié)晶防水材料，是以高強(qiáng)度水泥為載體，經(jīng)特有活性物質(zhì)和微硅粉、聚合物改性而成。該類材料在加拿大研制成功，并于上世紀(jì)末引入我國(guó)，目前已開發(fā)了聚合物改性水泥基滲透非結(jié)晶防水涂料、混凝土外加劑、結(jié)構(gòu)修補(bǔ)砂漿等多種產(chǎn)品。
微硅粉是一種非晶態(tài)硅，能與水泥在水化過程中產(chǎn)生的氫氧化鈣發(fā)生凝硬反應(yīng)，生成非晶態(tài)水化硅酸鈣。
m SiO2 + n Ca2++ x H2O
(CaO)n(SiO2)m(H2O)X
非晶態(tài)水化硅酸鈣顆粒的大小為10埃左右，比水分子小很多，填充混凝土中的毛細(xì)孔，可以改善混凝土中的孔結(jié)構(gòu)，混凝土的透水性因而大大降低。在混凝土的毛細(xì)孔中，水化硅酸鈣以密集堆積的球狀存在，而非晶狀體（圖1）。這種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性極強(qiáng)，對(duì)溫度、壓力、外界的機(jī)械沖擊適應(yīng)性更佳，可以使內(nèi)部水蒸氣透出，而液態(tài)水不能侵入，尤其適用于水位變動(dòng)區(qū)以及存在機(jī)械震動(dòng)環(huán)境下（如橋梁、隧道等）的混凝土結(jié)構(gòu)防水。由于毛細(xì)孔中的水化硅酸鈣顆粒是非結(jié)晶態(tài)物質(zhì)，因此被稱為是非結(jié)晶滲透型水泥基防水材料，以區(qū)別于結(jié)晶滲透型材料。
非結(jié)晶結(jié)構(gòu) 結(jié)晶結(jié)構(gòu)
圖1 水泥基滲透結(jié)晶與非結(jié)晶材料微觀結(jié)構(gòu)
在水泥基產(chǎn)品中，加入聚合物進(jìn)行改性(如亞克力增強(qiáng)劑)，可以有效改善其性能。亞克力增強(qiáng)劑是一種以甲基丙烯酸甲酯為主要原料的合成樹脂，專門用于改善硅酸鹽水泥、砂漿、水泥基防水材料的物理性能。在亞克力乳液和粉料配合攪拌均勻后，水泥吸收乳液中的多余水分，乳液即在砂漿中形成網(wǎng)狀柔性結(jié)構(gòu)，與砂漿共同組成互穿網(wǎng)絡(luò)的防水涂膜結(jié)構(gòu)，從而形成連續(xù)的彈塑性薄膜，可以大幅度提高混凝土的耐腐蝕、耐磨擦和抗凍融能力。由于微硅粉、聚合物顆粒和非晶態(tài)水化硅酸鈣等顆粒的尺寸都很小，使得涂層和被涂刷表面的微觀結(jié)合距離大大縮短，從而極大地提高了涂層與結(jié)構(gòu)的結(jié)合強(qiáng)度（8MPa），在迎水面和背水面都能有效防水。如果涂層發(fā)生斷裂，在涂層處就會(huì)有較多的水聚集并滲漏，這時(shí)此處的水化反應(yīng)速度加快，生成更多的游離鈣，水化反應(yīng)相對(duì)劇烈，生成的非晶態(tài)水化硅酸鈣逐漸地聚合聚積在一起，一段時(shí)間后就可以將裂縫彌合，即涂層自行愈合重新起到防水作用。
2 幾種常用材料簡(jiǎn)介
2.1剛性優(yōu)止水高效防水劑
呈干粉狀，有灰、白兩種顏色，可用于迎水面和背水面防水，可直接應(yīng)用于混凝土和磚石墻體表面。
使用前，在干凈容器中加入1份亞克力增強(qiáng)劑和三份清水，慢慢攪拌成混合溶液。將優(yōu)止水高效防水劑粉料慢慢倒入容器中，與溶液混合并用電動(dòng)攪拌器慢慢攪拌成均勻的濃漿糊狀混合物。
施工前用水將已經(jīng)清理干凈的表面徹底濕潤(rùn)，但不能讓水流下來。用較硬的鬃刷涂刷優(yōu)止水高效防水劑，涂敷量一般為每平米1公斤。
施工時(shí)，優(yōu)止水一定要涂刷兩遍，以消除第一遍涂刷時(shí)可能形成的“針孔”。第一遍涂完后，讓其干燥一夜，再刷第二遍，以達(dá)到最佳防水效果。優(yōu)止水涂層的最低厚度要求為1mm。
在一般氣候條件下，不需要對(duì)優(yōu)止水涂層進(jìn)行特殊養(yǎng)護(hù)。如果氣候特別炎熱、干燥、多風(fēng)，則要保持涂層表面濕潤(rùn)至少48小時(shí)。
2.2 柔性“優(yōu)止水”高效防水劑
柔性優(yōu)止水高效防水劑是一種柔韌性良好的可呼吸水泥基防水材料，用于混凝土、磚石結(jié)構(gòu)的迎水面和背水面防水，有工業(yè)灰和白兩種顏色。
柔性優(yōu)止水為雙組份材料，A組為固體粉料，B組為液體材料。
使用前要將B組份材料攪拌均勻，然后將80％B組份（液體材料）倒入一個(gè)干凈的容器中，再將A組份（粉料）緩緩倒入，同時(shí)用攪拌器將其慢慢地?cái)嚢璩删鶆颉o結(jié)塊、可涂刷的奶油狀，攪拌時(shí)將剩余的B組份材料逐漸加入。
施工前，用水將已經(jīng)清理干凈的表面徹底濕潤(rùn)，但不能讓水流下來。用較硬的鬃刷或抹刀涂抹柔性優(yōu)止水高效防水劑，涂敷厚度應(yīng)為1.6mm，分兩次涂抹。
第一遍涂完后，在涂層還沒有干結(jié)前，應(yīng)立即再涂抹第二遍，間隔時(shí)間一般為10分鐘左右。施工時(shí)，一定要涂刷兩遍，以消除第一遍涂刷時(shí)可能形成的“針孔”。柔性優(yōu)止水涂層的最低厚度要求為1.6mm。
根據(jù)工程的具體情況，決定是滿鋪增強(qiáng)纖維還是僅在裂縫處使用增強(qiáng)纖維。鋪設(shè)增強(qiáng)纖維時(shí)，應(yīng)首先涂刷一遍柔性優(yōu)止水，然后將增強(qiáng)纖維嵌入第一道涂層中，緊接著涂刷第二遍柔性優(yōu)止水。一定要用柔性優(yōu)止水涂層將增強(qiáng)纖維完全遮蓋，包括增強(qiáng)纖維的涂層厚度應(yīng)不小于2mm。
養(yǎng)護(hù)要求同剛性優(yōu)止水。
2.3 SP防水裝飾涂料
一種由固體聚合物改性的水泥基干粉狀光滑建筑涂料，集防水功能和裝飾功能于一身，適用于混凝土和磚石墻體表面的防潮、修飾與保護(hù)。
用一份亞克力增強(qiáng)劑與三份清水混合成混合液，用該混合液調(diào)和SP防水裝飾涂料。用刷子或噴槍在已經(jīng)充分濕潤(rùn)的墻體表面均勻涂刷SP防水裝飾涂料。
第一遍要用粗纖維刷子涂刷，以確保表面的孔洞被徹底彌合。第二遍可以用普通刷子或噴槍施工。兩遍涂刷應(yīng)間隔24小時(shí)。
養(yǎng)護(hù)同剛性優(yōu)止水。
2.4"艾迪康" 高性能混凝土外加劑
“艾迪康”高性能混凝土外加劑是以微硅粉、聚合物和聚合物纖維為主，由多種化學(xué)物質(zhì)組成的粉狀混凝土外加劑，可以極大地提高混凝土的密實(shí)度和抗?jié)B透能力，提高混凝土抗壓、抗張、抗彎、抗摩擦和抗沖擊能力，提高抗凍融和化學(xué)腐蝕能力，從而提高混凝土的耐久性?？梢詷O大地提高混凝土的抗壓強(qiáng)度，在抗壓強(qiáng)度為 30-35 MPa 的普通混凝土中加入該產(chǎn)品，可以使抗壓強(qiáng)度提高到 70MPa。
2.5 UP2000
UP2000結(jié)構(gòu)修補(bǔ)劑是一種經(jīng)聚合物改性的水泥基快干、不下垂的結(jié)構(gòu)修補(bǔ)材料。經(jīng)亞克力增強(qiáng)劑改性的UP2000結(jié)構(gòu)修補(bǔ)劑，用于混凝土和磚石墻結(jié)構(gòu)修補(bǔ)，能形成耐久性良好的修補(bǔ)層。
大面積修補(bǔ)時(shí)，可以在UP2000結(jié)構(gòu)修補(bǔ)劑中摻入干凈、表面干燥的骨料。為獲得最佳修補(bǔ)效果，最好選擇與被修補(bǔ)的混凝土結(jié)構(gòu)相似的骨料。
3 工程實(shí)例
3.1 地鐵既有線滲漏治理
天津地鐵既有線始建于20世紀(jì)70年代，全長(zhǎng)約7.3km，基本采用明挖法施工，結(jié)構(gòu)型式為矩形框架結(jié)構(gòu)。經(jīng)過20多年的運(yùn)營(yíng)，目前，滲漏水現(xiàn)象嚴(yán)重。經(jīng)過現(xiàn)存踏勘，發(fā)現(xiàn)區(qū)間結(jié)構(gòu)變形縫的頂板、側(cè)墻部位均有不同程度的滲、漏水及涌水現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)墻體局部裂縫、蜂窩孔洞、預(yù)埋鐵件位置也有不同程度的滲漏，必須進(jìn)行病害治理。該工程主要難點(diǎn)是大面積滲漏、涌水，結(jié)構(gòu)局部松散，施工中使用了剛性優(yōu)止水、柔性優(yōu)止水和艾迪康砂漿，完滿完成了任務(wù)。圖2是經(jīng)過治理后的變形縫。
3.2 污水處理廠池體維修保護(hù)
天津紀(jì)莊子污水處理廠始建于上世紀(jì)80年代，是全國(guó)最早的污水處理廠，采用傳統(tǒng)活性污泥法二級(jí)處理工藝，其構(gòu)筑物均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。由于池內(nèi)壁、池底常年受高濃度、多成分的污水侵蝕，固體顆粒的磨蝕以及微生物腐蝕以及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)自身老化，構(gòu)筑物內(nèi)、外壁及池底均存在不同程度的破損和滲漏。該工程應(yīng)用了剛性優(yōu)止水、柔性優(yōu)止水、艾迪康砂漿和UP2000，主要解決的問題是混凝土結(jié)構(gòu)的微生物和酸、堿的腐蝕防護(hù)以及耐磨性能（圖3），該工程獲得了政府頒發(fā)的科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。
3.3李家峽水電站溢洪道抗沖蝕層維修
李家峽水電站是黃河上游龍羊峽至李家峽河段規(guī)劃開發(fā)的第三個(gè)大型梯級(jí)水電站，位于青海省尖扎縣交界處。
1996年9月右中孔溢洪道抗沖耐磨層開始施工，混凝土為400#硅粉混凝土。1997年元月開始泄水，最大流量約600m3/s，泄流次數(shù)多達(dá)50次以上，泄水后檢查，抗沖耐磨層局部成塊成片被沖掉，之后又進(jìn)行了修補(bǔ)。但是，該處氣候干燥，修補(bǔ)后的硅粉混凝土在表面產(chǎn)生了大量的龜裂、空鼓，整個(gè)泄水道底板都存在裂縫空鼓現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了泄水道的正常使用，艾迪康混凝土和優(yōu)止水高效防水涂料的應(yīng)用徹底解決了這個(gè)難題。
