水泥基滲透非結(jié)晶材料及其在防水領域的應用
Application of cement-based capillary non-crystalline material in waterproofing
摘要：介紹了水泥基滲透非結(jié)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、變化，以及經(jīng)常受到機械震動的環(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。
關鍵詞：水泥基；滲透；非結(jié)晶；防水；應用
中圖分類號：TU761.1+1 文獻標識碼：B 文章編號：
引言
水泥基滲透結(jié)晶型防水材料因其優(yōu)異的性能在防水領域得到廣泛應用。隨著材料科學的發(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，受到人們的普遍關注。
1防水原理
水泥基滲透型非結(jié)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。該類材料在加拿大研制成功，并于上世紀末引入我國，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，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(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)穩(wěn)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(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區(qū)以及存在機械震動環(huán)境下（如橋梁、隧道等）的混凝土結(jié)構(gòu)防水。由于毛細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，在涂層處就會有較多的水聚集并滲漏，這時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。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，優(yōu)止水一定要涂刷兩遍，以消除第一遍涂刷時可能形成的“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)止水涂層進行特殊養(yǎng)護。如果氣候特別炎熱、干燥、多風，則要保持涂層表面濕潤至少48小時。
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）倒入一個干凈的容器中，再將A組份（粉料）緩緩倒入，同時用攪拌器將其慢慢地攪拌成均勻、無結(jié)塊、可涂刷的奶油狀，攪拌時將剩余的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。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，應立即再涂抹第二遍，間隔時間一般為10分鐘左右。施工時，一定要涂刷兩遍，以消除第一遍涂刷時可能形成的“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，決定是滿鋪增強纖維還是僅在裂縫處使用增強纖維。鋪設增強纖維時，應首先涂刷一遍柔性優(yōu)止水，然后將增強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)止水涂層將增強纖維完全遮蓋，包括增強纖維的涂層厚度應不小于2mm。
養(yǎng)護要求同剛性優(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。
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(diào)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。
養(yǎng)護同剛性優(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，提高抗凍融和化學腐蝕能力，從而提高混凝土的耐久性。可以極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(jié)構(gòu)修補劑是一種經(jīng)聚合物改性的水泥基快干、不下垂的結(jié)構(gòu)修補材料。經(jīng)亞克力增強劑改性的UP2000結(jié)構(gòu)修補劑，用于混凝土和磚石墻結(jié)構(gòu)修補，能形成耐久性良好的修補層。
大面積修補時，可以在UP2000結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)相似的骨料。
3 工程實例
3.1 地鐵既有線滲漏治理
天津地鐵既有線始建于20世紀70年代，全長約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多年的運營，目前，滲漏水現(xiàn)象嚴重。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、預埋鐵件位置也有不同程度的滲漏，必須進行病害治理。該工程主要難點是大面積滲漏、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。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
天津紀莊子污水處理廠始建于上世紀80年代，是全國最早的污水處理廠，采用傳統(tǒng)活性污泥法二級處理工藝，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、堿的腐蝕防護以及耐磨性能（圖3），該工程獲得了政府頒發(fā)的科技進步三等獎。
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(guī)劃開發(fā)的第三個大型梯級水電站，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，整個泄水道底板都存在裂縫空鼓現(xiàn)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難題。
