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水泥基滲透非結晶材料及其在防水領(lǐng)域的應用

水泥基滲透非結晶材料及其在防水領(lǐng)域的應用

Application of cement-based capillary non-crystalline material in waterproofing

摘要:介紹了水泥基滲透非結晶防水材料的防水機理及工程應用,指出在水位經(jīng)常波動(dòng)、變化,以及經(jīng)常受到機械震動(dòng)的環(huán)境下,如地鐵隧道、地下室、瀉洪道、水池等結構,水泥基滲透型非結晶防水材料展示了其優(yōu)越性能,解決了一般防水材料無(wú)法滿(mǎn)足的難題。

關(guān)鍵詞:水泥基;滲透;非結晶;防水;應用

中圖分類(lèi)號:TU761.1+1  文獻標識碼:B   文章編號: 


引言 

水泥基滲透結晶型防水材料因其優(yōu)異的性能在防水領(lǐng)域得到廣泛應用。隨著(zhù)材料科學(xué)的發(fā)展,一種新型防水材料——水泥基滲透型非結晶防水材料,在混凝土結構滲漏治理中開(kāi)始嶄露頭角,受到人們的普遍關(guān)注。

1防水原理

水泥基滲透型非結晶防水材料,是以高強度水泥為載體,經(jīng)特有活性物質(zhì)和微硅粉、聚合物改性而成。該類(lèi)材料在加拿大研制成功,并于上世紀末引入我國,目前已開(kāi)發(fā)了聚合物改性水泥基滲透非結晶防水涂料、混凝土外加劑、結構修補砂漿等多種產(chǎn)品。

微硅粉是一種非晶態(tài)硅,能與水泥在水化過(guò)程中產(chǎn)生的氫氧化鈣發(fā)生凝硬反應,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孔,可以改善混凝土中的孔結構,混凝土的透水性因而大大降低。在混凝土的毛細孔中,水化硅酸鈣以密集堆積的球狀存在,而非晶狀體(圖1)。這種結構穩定性極強,對溫度、壓力、外界的機械沖擊適應性更佳,可以使內部水蒸氣透出,而液態(tài)水不能侵入,尤其適用于水位變動(dòng)區以及存在機械震動(dòng)環(huán)境下(如橋梁、隧道等)的混凝土結構防水。由于毛細孔中的水化硅酸鈣顆粒是非結晶態(tài)物質(zhì),因此被稱(chēng)為是非結晶滲透型水泥基防水材料,以區別于結晶滲透型材料。


 

 

             非結晶結構                        結晶結構

 

圖1 水泥基滲透結晶與非結晶材料微觀(guān)結構

在水泥基產(chǎn)品中,加入聚合物進(jìn)行改性(如亞克力增強劑),可以有效改善其性能。亞克力增強劑是一種以甲基丙烯酸甲酯為主要原料的合成樹(shù)脂,專(zhuān)門(mén)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)狀柔性結構,與砂漿共同組成互穿網(wǎng)絡(luò )的防水涂膜結構,從而形成連續的彈塑性薄膜,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(guān)結合距離大大縮短,從而極大地提高了涂層與結構的結合強度(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)此處的水化反應速度加快,生成更多的游離鈣,水化反應相對劇烈,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?xún)?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,但不能讓水流下來(lái)。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,不需要對優(yōu)止水涂層進(jìn)行特殊養護。如果氣候特別炎熱、干燥、多風(fēng),則要保持涂層表面濕潤至少48小時(shí)。

2.2 柔性“優(yōu)止水”高效防水劑

柔性?xún)?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、磚石結構的迎水面和背水面防水,有工業(yè)灰和白兩種顏色。

    柔性?xún)?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攪拌成均勻、無(wú)結塊、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,但不能讓水流下來(lái)。用較硬的鬃刷或抹刀涂抹柔性?xún)?yōu)止水高效防水劑,涂敷厚度應為1.6mm,分兩次涂抹。

    第一遍涂完后,在涂層還沒(méi)有干結前,應立即再涂抹第二遍,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?xún)?yōu)止水涂層的最低厚度要求為1.6mm。

    根據工程的具體情況,決定是滿(mǎn)鋪增強纖維還是僅在裂縫處使用增強纖維。鋪設增強纖維時(shí),應首先涂刷一遍柔性?xún)?yōu)止水,然后將增強纖維嵌入第一道涂層中,緊接著(zhù)涂刷第二遍柔性?xún)?yōu)止水。一定要用柔性?xún)?yōu)止水涂層將增強纖維完全遮蓋,包括增強纖維的涂層厚度應不小于2mm。

養護要求同剛性?xún)?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。

用一份亞克力增強劑與三份清水混合成混合液,用該混合液調和SP防水裝飾涂料。用刷子或噴槍在已經(jīng)充分濕潤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。兩遍涂刷應間隔24小時(shí)。

養護同剛性?xún)?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)度和抗滲透能力,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度,在抗壓強度為 30-35 MPa 的普通混凝土中加入該產(chǎn)品,可以使抗壓強度提高到 70MPa。

2.5 UP2000

UP2000結構修補劑是一種經(jīng)聚合物改性的水泥基快干、不下垂的結構修補材料。經(jīng)亞克力增強劑改性的UP2000結構修補劑,用于混凝土和磚石墻結構修補,能形成耐久性良好的修補層。

大面積修補時(shí),可以在UP2000結構修補劑中摻入干凈、表面干燥的骨料。為獲得最佳修補效果,最好選擇與被修補的混凝土結構相似的骨料。

3 工程實(shí)例

3.1 地鐵既有線(xiàn)滲漏治理

天津地鐵既有線(xiàn)始建于20世紀70年代,全長(cháng)約7.3km,基本采用明挖法施工,結構型式為矩形框架結構。經(jīng)過(guò)20多年的運營(yíng),目前,滲漏水現象嚴重。經(jīng)過(guò)現存踏勘,發(fā)現區間結構變形縫的頂板、側墻部位均有不同程度的滲、漏水及涌水現象,結構墻體局部裂縫、蜂窩孔洞、預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,結構局部松散,施工中使用了剛性?xún)?yōu)止水、柔性?xún)?yōu)止水和艾迪康砂漿,完滿(mǎn)完成了任務(wù)。圖2是經(jīng)過(guò)治理后的變形縫。


3.2 污水處理廠(chǎng)池體維修保護

天津紀莊子污水處理廠(chǎng)始建于上世紀80年代,是全國最早的污水處理廠(chǎng),采用傳統活性污泥法二級處理工藝,其構筑物均為鋼筋混凝土結構。由于池內壁、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構自身老化,構筑物內、外壁及池底均存在不同程度的破損和滲漏。該工程應用了剛性?xún)?yōu)止水、柔性?xún)?yōu)止水、艾迪康砂漿和UP2000,主要解決的問(wèn)題是混凝土結構的微生物和酸、堿的腐蝕防護以及耐磨性能(圖3),該工程獲得了政府頒發(fā)的科技進(jìn)步三等獎。

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劃開(kāi)發(fā)的第三個(gè)大型梯級水電站,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(kāi)始施工,混凝土為400#硅粉混凝土。1997年元月開(kāi)始泄水,最大流量約600m3/s,泄流次數多達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。但是,該處氣候干燥,修補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象,嚴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用徹底解決了這個(gè)難題。


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