辅助材料对水泥基渗透结晶型防水涂料力学性能的影响

近年来，混凝土材料在长期干燥环境中收缩开裂，导致抗渗性能退化、渗漏水加剧而加速混凝土工程的力学性能恶化、耐久性降低，使工程早期失效而影响正常使用等现象日益严重[1]。水泥基渗透结晶型防水涂料是一种刚性防水材料，与水作用后材料中含有的活性化学物质通过水向混凝土内部渗透，在混凝土中形成不溶于水的结晶体，填塞毛细孔道，从而使混凝土致密、防水。因此，该类防水涂料赋予了混凝土自修复能力和可靠的永久性防水抗渗作用[2]。现在，工程上应用较多的是国外进口母料、国内配制的水泥基渗透结晶防水涂料。本文在配制水泥基渗透结晶型防水涂料的基础上，掺加不同的辅助材料来改善防水涂料的力学性能。

1 试验
1.1 材料制备
将硅酸盐水泥熟料、石膏、高铝水泥、粉煤灰、活性渗透结晶组分、助剂、高效减水剂和精制砂等原材料按照设计的配合比例称量，搅拌混合均匀，即制备得到所需的固体粉状水泥基渗透结晶型防水涂料。
1.2 涂层与养护
抗渗混凝土基体试块成型后脱模，用钢丝刷将上、下两端表面打毛、清洗，除去积水，使试样表面处于饱和面干状态。将配制好的防水涂料与水以3∶1 的质量比混合均匀，然后将防水涂料浆体刷到混凝土基体的上表面（背水面），分2次涂刷，在第1 次涂刷后，用手触摸感觉干时，再进行第2 次涂刷。涂刷量为2.0 kg/m2。第2 次涂刷后，移入标准养护室内养护3 d，再将涂层混凝土浸在深度为试件高度3/4 的水中养护，水温控制在（20±3）℃，养护至28 d。
1.3 试样制备
抗折、抗压和粘结强度试块的制备均按GB 18445—2001《水泥基渗透结晶型防水涂料》规定进行，抗渗试验用的混凝土基体也按该标准执行。

2 不同辅助材料组分的影响
为改善水泥基渗透结晶型防水涂料的开裂性能，可加入适量的增韧剂和短纤维。
2.1 增韧剂羧甲基纤维素的影响
羧甲基纤维素钠（CMC），又称羧甲基纤维素，是纤维素醚类中产量最大、用途最广、使用最方便的产品，其重要特性是：形成高黏度的胶体、溶液，有粘着、增稠、赋形、保水、薄膜成型等特性[3]。掺加CMC 的料浆稳定性良好，但渗透性较差，用来提高材料的保水性和强度。羧甲基纤维素钠的掺量分别取0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、1.0%，掺量比较少，这是根据它的性质决定的。配制一定量的防水涂料，主要测试抗折、抗压强度和凝结时间，结果见表1。

从表1 可以看出，采取不同掺量CMC 的防水涂料，28 d强度有明显的降低。从抗拉强度、折压比反映材料韧性并没有增强。而且从凝结时间上看，CMC 确实对防水涂料存在较大的影响。羧甲基纤维素钠掺量为0.5%、0.7%、1.0%的防水涂料的终凝时间超过24 h，不符合国标规定。通过上述试验分析，羧甲基纤维素增韧剂对防水涂料有影响，当掺量增加时，凝结时间超过国家标准，28 d 抗压强度比不掺时降低较大，导致一次抗渗压力降低，所以本防水涂料中以不掺加增韧剂羧甲基纤维素为宜。

2.2 聚丙烯短纤维的影响
水泥基防水涂料存在着类似于混凝土、砂浆等固有的因收缩而引起早期裂缝、脆性大、韧性低、易开裂等弊端，因此，添加聚丙烯工程纤维来改善水泥基材料的这种缺陷，提高抗裂性能，提高对混凝土修复加固的程度，降低成本[4]。聚丙烯短纤维是一种耐酸、耐碱性好，化学稳定性强的高分子材料。在混凝土、砂浆中能减少和抑制因收缩而引起的早期裂缝，提高抗渗防水性能，增强抗冻融性，增加韧性及延性，提高耐久性[5]。PP 短纤维表面经过化学接枝和物理改性处理，分散均匀，表面粗糙多孔，大大提高了纤维与水泥基集料的结合力。短纤维在水泥基防水涂料中的掺量不需要太多，由于水泥基渗透结晶防水涂料涂刷在混凝土基体表面的厚度仅2mm 左右，因此，所掺加的聚丙烯短纤维的长度也要小于涂刷厚度，暂取1 mm，长度越短，单位体积内的纤维量越多，纤维表面积就越大，对裂纹的生成和扩展阻碍就越大，材料性能就越强。本试验PP 短纤维掺量分别取0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、1.0%，主要测试其抗折和抗压强度，测试结果见表2。
表2 不同短纤维掺量防水涂料的性能

从表2 可以看出，加入短纤维对防水涂料的性能有一定的影响，随着短纤维掺量的增大，抗折强度先升高后下降，当掺量为0.5%时最大；7 d 抗压强度有所增大，28 d 抗压强度则有增有减，但相差不大，而PP 短纤维掺量为0.5%时最大。另从折压比看，掺量为0.5%也是效果较好。

2.3 胶砂比的影响
胶砂比是影响涂层致密性、收缩和开裂的一个重要因素。选择合适的胶砂比，能有效改善涂层的防水性。但胶砂比对材料净浆强度的影响显著，在渗透结晶型防水涂料中加入适量的石英砂，砂粒填充到硬化水泥石的孔隙中，可有效减少涂层的干缩和开裂，提高涂层的强度和耐磨性能，而这些可以通过材料的净浆强度来表示，因此材料净浆强度对于渗透结晶型防水涂料来说也是一个重要的指标[6]。提高强度，能够保证涂层不易破坏。因此，本文采用防水涂料净浆的性能指标来考察胶砂比对材料性能的影响，从而确定出最佳的胶砂比。保持防水涂料的基本配方中各物质（除砂外）质量比不变，将这些原料按照配比混合成胶凝材料，分别与精制砂组成不同配比的防水涂料。采用的胶砂比分别为3∶1、2∶1、1.5∶1.0、1∶1、1.0∶1.5、1∶2，根据国标制作成型防水涂料净浆试块，进行7d 和28 d 强度测试。结果见表3。

由表3 可见，当胶砂比小于1.0 时，材料本身的活性物质与水泥含量相对比例过高，促凝作用过于明显，而且随着石英砂比例增大，浆体稠度严重过大，防水涂料拌和时需要较大的胶砂比，成型后砂的颗粒感较重，表面孔洞较多，强度不高，致密度也较差。在实际使用中则表现为：当胶砂比小于1.0 时，防水涂料的施工性能很差，与基体的粘结力较差；当胶砂比大于1.0 时，折压强度明显升高，在胶砂比2.0 时达到最高值。在实际使用中，当胶砂比大于1.0 时，防水涂料施工性能良好，性能稳定，与基体粘结力强。
出现上述现象的原因是：在胶砂比较大时，活性物质组分总量相对于防水涂料中水泥比例较小，对其反应的影响也较小，而胶砂比是影响水泥浆强度的主要因素，当胶砂比较小时水泥含量较低，水泥对砂的包裹和结合就很弱，强度也就较低。