无机水性水泥密封防水剂的功能和耐久性

1 引言
HM1500 无机水性水泥密封防水剂(以下简称HM1500防水剂) ,是根据建筑物刚性防水工程要求,结合我国资源等实际情况,研制开发而成的一种新型无机水性建筑防水材料。它具有高渗透性,直接喷涂于水泥砂浆、混凝土构筑物表面,能迅速渗入内部与水泥拌合物中的碱类物质反应、偶联生成不溶于水的凝胶体,从而堵塞内部孔隙,封闭毛细孔通道,增加密实度,形成可靠的永久性防水层,并能提高水泥构筑物的机械强度,使其具有防霉、抗风蚀、防酸碱侵蚀等功能。性能等同于美国桦青公司Moxie1500 防水剂产品。据资料介绍Moxie1500 防水剂产品在美国、日本、东南亚国家,除建筑防水工程中广泛应用外,在机场跑道、高速公路、桥梁、输水管道等混凝土工程中,较普遍地用于补强、养生、密封、防腐、抗风蚀,效果显著。HM1500 防水剂,1991 年通过浙江省科学技术成果鉴定。已成功地在浙江、江苏、福建、北京、上海、四川、重庆等省市地区建筑工程屋(地、墙) 面、地下室、水塔、水池、厂房车间等防水工程中使用,累计建筑面积约500 万m2 ,取得了较显著的经济效益和社会效益。浙江大学在研制产品的基础上,对HM1500 防水剂产品的使用功能和耐久性,进行了较系统的探讨,现将部分内容概述如下,以利扩大应用。

2 基本性能
2. 1 催化剂性能
HM1500 防水剂是由无机水性硅酸盐载体、催化剂、助剂和水组成。催化剂是决定产品质量的关键, 我们研制的HM1500 催化剂具有较强的催化、偶联作用,能使防水剂迅速渗入水泥砂浆、混凝土内部,形成密封防水的硅酸盐凝胶。经测试(见表1) 主要技术指标已达到和接近Moxie1500 催化剂产品水平。
表1 　HM1500 催化剂与Moxie1500 催化剂性能对比

　注: (1) 2 种催化剂pH 值均为7 ; (2) 外观均为淡黄色透明液体,无明显刺激性气味; (3) 贮存稳定性均为:10 次循环合格,室温贮存12 个月质量不变; (4) 催化特性均为:水泥浆硬化良好,发现较多水化晶体。

2. 2 　防水剂产品性能
HM1500 防水剂的主要性能符合Q33G 73. 1184 企业标准。为了进一步了解产品的质量情况,与Moxie1500 防水剂进行了有关对比测试,结果见表2 。
表2 　HM1500 防水剂与Moxie1500 防水剂性能对比

　注: (1) 2 种防水剂pH 值均为14 ; (2) 外观均为无色透明、无气味、不燃、无毒的水性溶液; (3) 渗透性均为: 24 h 渗透深度大于10mm ,7 d 渗透深度大于30 mm; (4) 贮存稳定性均为:10 次循环合格,室温贮存12 个月质量不变。
由表2 测试结果来看:HM1500 防水剂的表面张力优于Moxic1500 产品;外观、密度,pH 值、渗透性、贮存稳定等性能两者一致;凝胶化时间则基本相似。HM1500 防水剂自1988 年投放市场至今已有10 余年,较长时间的实际应用也证明该产品性能已达到或超过了Moxie1500 防水剂性能标准。

3 　功能特性
3. 1 　渗透功能
HM1500 防水剂具有很强的渗透功能,主要是由于在催化剂中引入了高性能表面活性剂和渗透剂组分。经过较长时间的探索,证明选用多种新颖高效复合活性助剂可以配制成表面张力低、渗透性能优良、贮存稳定的防水剂产品。

3. 1. 1 　基层关系
HM1500 防水剂在水泥砂浆、混凝土构筑物中的渗透是顺沿着毛细孔通道及相通的微细裂纹而进入内部的。为了进一步了解防水剂的渗透功能与构筑物基层密实度的关系,对经涂刷HM1500 防水剂试样与未涂防水剂的空白基准试样进行了抗渗性对比试验。抗渗性能对比试验按GBJ 82 – 85《混凝土抗渗试验方法》进行,先对未涂防水剂的空白基准试件进行抗渗试验直至渗水,测定抗渗压力,卸模后对试样迎水面涂刷HM1500防水剂3 遍,养护3 d 后重新装模进行抗渗试验,测定抗渗压力,计算抗渗压力的对比百分率,结果见表3 。

　　由表3 抗渗透性能对比试验结果可以看出, 涂刷HM1500 防水剂后,混凝土试样的抗渗压力明显提高,且增加幅度与基准试件抗渗性能有关。编号1 – 4 抗渗压力偏低(1 MPa 以下) 的基准试件,对比值增高幅度可达71 %～100 %;编号5 – 6 抗渗压力在1 MPa 以上的基准试件,抗渗压力虽提高至1. 3～1. 6 MPa ,但增高幅度值仅为23 %～30 %。这说明在构筑物基层密实度较差的情况下, 使用HM1500 防水剂效果更为显著。
3. 1. 2 　施工影响
HM1500 防水剂渗透过程中,活性组分在载体和水的作用下,因表面张力低,而渗入构筑物内部的,因此施工前应将基面充分润湿,施工后加强保湿养护。

3. 2 　密封功能
HM1500 防水剂由表层渗入水泥砂浆混凝土构筑物内部后,随即与水泥水化过程中产生的Ca (OH) 2 反应,生成不溶于水且具有一定强度的硅酸盐,析出其它碱类物质,形成与构筑物融为一体的永久性密封防水层。

3. 2. 1 　凝胶反应
水泥砂浆、混凝土构筑物经水浸泡湿润, 内部的Ca (OH) 2逐渐析出,析出量随着湿润时间的延长不断增加,这为防水剂的凝胶反应提供了条件。在凝胶化时间凝结性能测试过程中发现,随着Ca (OH) 2 浓度的增大,防水剂的凝胶化初终凝时间相应缩短,从而说明掌握和控制Ca (OH) 2浓度对改善提高密封功能十分重要。施工应用中,曾采取延长基面浸水保湿时间和在旧混凝土(砂浆) 出现0. 15 mm 以下裂缝时,采用饱和Ca (OH) 2 溶液作预处理等试验,均取得了明显效果。

3. 2. 2 　新生硅酸盐、析出物
为了进一步了解HM 1500 防水剂在水泥拌合物水化过程中对水泥矿物组分的影响,选用425 # 普通硅酸盐水泥制成标准磨片,把磨片放在偏光显微镜下观察水泥岩相,并与未涂防水剂的水泥石磨片对比。观察发现:涂刷HM1500 防水剂的试片,内部空隙被大量凝胶体充填,可以明显地看到较多的硅酸钙针状晶体,内部组织致密,未涂防水剂的空白对比试片,内部呈现较多相互连通的孔隙,硅酸钙晶体偏少。由此可见,HM1500 防水剂能加速水泥硬化,产生凝胶,堵塞水泥石内部空隙,改善和提高水泥构筑物的密封、抗渗、防水功能。岩相描绘示意见图1 。

图1 涂与未涂HM1500 的水泥石磨片岩相( ×450 单偏光)
(a) 未涂HM1500 ; (b) 涂HM1500
在HM1500 防水剂渗入构筑物内部形成新生硅酸钙的同时,随着保湿养护,基面将会析出白色沉淀物。这表示防水剂渗入基面较深,凝胶化反应完善,有害的钾、钠氧化物已被析出。

3. 3 　补强功能
水泥砂浆、混凝土构筑物经HM1500 防水剂涂刷处理后,产生的凝胶体和硅酸盐新生物,能形成密封层促使水泥石水化进一步完善,从而提高强度。因此在旧混凝土构筑物修复工程中使用HM1500 防水剂具有补强功能。据资料介绍,美国加州军用机场跑道,因冰冻造成混凝土大面积疏松开裂,按正常处理方法只能返工重建,后采用Moxic1500 密封剂结合其它辅助措施进行修复,保证了安全使用。
1988 年海军上海基地某仓库,2000 m2 现浇钢筋混凝土框架结构2 层库房,有3 条轴线的混凝土梁,混凝土强度仅达到设计强度68 %～73 % ,原拟拆除返工。经研究决定采用喷涂HM1500 防水剂补强修复。具体施工方法是在暴露的梁表面,先用农用喷雾器喷水,使充分湿润,30 min 后,喷涂HM1500 防水剂2 遍,3 h 后用清水保湿养护48 h。补强处理结束后,请同济大学力学实验室进行超声波无损检测。测试结果见表4 。
表4 　HM1500 防水剂处理前后混凝土强度对比

经HM1500 防水剂补强修复后,混凝土强度达到了设计要求,取得了满意的效果。1999 年10 月中旬,由温岭第二建筑公司承建的黄岩广播电视大楼,在检测中发现水泥混凝土框架结构的圈梁强度未达到设计要求,经使用HM1500 防水剂喷涂修复后,强度达到要求,顺利通过验收。

4 　耐久性
HM1500 防水剂的使用耐久性是大家关心的问题,大气中CO2 和周围环境中有害介质的侵蚀是影响耐久性的主要因素,为此,进行了抗风蚀碳化,防腐蚀性测试和部分工程实例调查。

4. 1 　抗风蚀碳化
抗风蚀碳化性能测试在实验室进行,先制作100 mm ×100 mm ×100 mm 混凝土试件2 组,在碳化试验箱内注入浓度为95 %的CO2 ,将涂刷HM1500 防水剂和空白基准混凝土试件置入试验箱内,密封存放10 d ,进行加速碳化试验。然后取出破型,测定碳化深度,描述如图2 、图3 。

测试结果说明,空白基准试件的最大碳化深度达3 cm ,平均值为2 cm;涂刷HM1500 防水剂的试件,最大碳化深度为1. 5 cm ,平均值为1 cm ,抗风蚀碳化性能有明显的改善。

4. 2 　防腐蚀性
HM1500 防水剂具有一定的防腐蚀性能。用HM1500防水剂作为外罩剂处理3 道后的素混凝土试件与未处理试件在强酸性介质溶液(pH 值< 1) 中浸泡6 个月,取出测试其物理力学性能,发现浸泡处理试件的抗折、抗压强度明显好于经浸泡的未处理试件,结果见表5 。这是因为HM1500 防水剂一则提高了混凝土(砂浆) 被处理面表层的密实度,封闭了介质侵入的毛细孔通道;二则在于碱性硅酸盐材料本身的防腐蚀性。但从防腐机理、实验结果及实用性来看,它比较适用于酸性气态介质的气相防腐和pH 值4 以上(即对素混凝土中等腐蚀以下) 的酸性腐蚀性水作用部位的防腐。

　　1991 年施工的安徽亳州古井酒厂的2 万m2 酒发酵池,采用HM1500 防水剂进行防腐及抗渗处理,至今效果良好。目前我国由于空气污染,酸雨现象日趋严重,酸雨的pH值最低可达4. 0 左右,接近于日常食用醋,对水泥建筑物特别是钢筋的腐蚀危害非常大。因此,在1995 年湖北襄樊市长虹大桥的施工过程中,便在桥墩、桥面喷涂HM1500 ,以达到增强、防酸雨腐蚀、抗风化的目的,取得了较好效果。