水泥胶砂成型实验报告(水泥基渗透结晶型防水材料性能优化试验研究)

Posted 2023-05-30

篇首语：男人无志，钝铁无钢，女人无志，乱草无秧。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了水泥胶砂成型实验报告(水泥基渗透结晶型防水材料性能优化试验研究)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

水泥胶砂成型实验报告(水泥基渗透结晶型防水材料性能优化试验研究)

郑仕跃 朱应 关瑞士 王晓雄 张红恩

中海建筑有限公司 贵州宏信创达工程检测咨询有限公司 同济大学先进土木工程材料教育部重点实验室

摘 要：通过掺入不同活性物质研究水泥基渗透结晶型防水材料对混凝土吸水性能和抗渗性能的影响规律。结果表明：掺入纳米SiO2和甲基硅酸钠能够明显降低混凝土试件的吸水性能，其中掺入纳米SiO2的防水性能最好，其涂层试件和除去涂层试件48 h吸水量比未涂层试件分别降低24.2%和38.5%。水胶比为0.3时，掺入纳米SiO2的涂层试件抗渗性能满足要求，但工作性能较差；水胶比为0.45时，掺入纳米SiO2的涂层试件抗渗性能和工作性能均满足要求。纳米SiO2能够促进水泥二次水化反应以及填充纳米孔洞，从而提高混凝土微观结构及抗渗性能。

关键词：混凝土防水;防水材料;纳米SiO2;渗透结晶;力学性能;防水性能;

1 概述

渗水是建筑工程面临的主要质量问题。《2013年全国建筑渗漏状况调查项目报告》指出建筑物存在各种渗漏问题[1]。混凝土内部孔洞为水的渗透、各种离子对混凝土的侵蚀提供通道，不仅缩短混凝土服役寿命，还造成严重质量问题以及巨大经济损失。混凝土等建筑材料力学性能和耐久性能不断提高，对防水材料的综合性能提出新的要求和挑战。因此，通过优化防水材料提高混凝土防水性能具有重要的意义[2,3]。

水泥基渗透结晶型防水材料(以下简称涂料)能够封堵内部微孔洞和修补裂缝，改善混凝土的防水性能和力学性能[4,5]。王远福[6]等提出纳米材料可促进水泥基材料的渗透结晶反应。余剑英[7,8,9,10]等认为涂料促使基体内部生成大量C-S-H凝胶和结晶体，显著改善混凝土凝结时间、强度和抗渗性能。蒋正武[11]指出，渗透与结晶过程在一定程度上相互促进、相互依赖，且二者主导阶段不同：涂层涂刷前期，活性物质在混凝土表面的渗透过程占主导地位；涂刷中后期，活性物质逐渐与基体内部化学物质发生结晶反应，且逐渐加强。

关于涂料的防水机理研究已有报道[12,13],但掺入不同活性物质涂料对混凝土吸水性能研究却鲜有报道。本文研究掺入不同活性物质涂料对混凝土吸水性能和抗渗性能的影响规律，研究成果为提高混凝土的防水性能提供支撑。

2 试验原材料剂试验方法

2.1试验原材料及配合比设计

2.1.1水泥

P·Ⅱ52.5硅酸盐水泥，表面积为367 m2/kg, 初凝与终凝时间分别为135 min和190 min, 烧失量2.7%。

2.1.2骨料

砂作为骨料，骨料细度模数2.6,含泥量0.8%,泥块含量0.3%。

2.1.3活性物质

试验所用6种活性物质包括硅质类为纳米SiO2、硅酸乙酯和甲基硅酸钠等，络合类为酒石酸等和结晶类为磷酸氢二钠和硫酸铝等。

2.1.4涂料和混凝土配合比

涂料配合比见表1,混凝土配合比见表2。

2.2试验方法

(1)吸水试验。

表1 涂料配合比设计 导出到EXCEL

wt%

表2 混凝土配合比 导出到EXCEL

kg/m3

试验参考《砂浆、混凝土防水剂》(JC 474-1999)标准，按照配合比成型8组共24个混凝土试件，养护24 h后拆模。用钢丝刷将试件顶面打毛并清洗干净。采用涂料分两次涂刷试件顶面。将未涂层试件和涂层试件浸入20°±2℃水中养护(确保涂层面不浸水)。试件经7 d养护后置于75°～80℃条件下干燥48±0.5 h, 将混凝土试件四面采用石蜡密封，称其初始质量Mc0。将试件放入水槽中，试件底面用2根ϕ10 mm钢筋垫起，确保试件浸水部分高度35 mm。水槽加盖后保持20±2℃、相对湿度80%以上环境。分别在0.5 h、1 h、2 h、4 h、8 h、28 h、48 h将试件取出，擦去表面水分后称重并记录Mc1。14 d后取出试件并除去涂层，然后采用上述方法开展除去涂层试件的吸水试验。未涂层试件、涂层试件和除去涂层试件吸水量、吸水量比和吸水率系数均按式(1)～式(3)计算。

① 混凝土试件吸水量按式(1)计算，以3块试件平均值为结果，精确至1 g。

Wc=Mc1-Mc0 (1)

式中：Wc为混凝土试件吸水量，g; Mc1为混凝土试件吸水后质量，g; Mc0为混凝土试件干燥质量，g。

②混凝土试件吸水量比按式(2)计算，精确至1%:

Rωc=WtcWrc×100%         (2)Rωc=WtcWrc×100%         (2)

式中：Rωc为涂层混凝土与未涂层混凝土吸水量之比，%;Wtc为涂层混凝土吸水量，g; Wrc为未涂层混凝土吸水量，g。

③吸水率系数按式(3)计算：

f=WcSt√         (3)f=WcSt         (3)

式中：f为混凝土试件吸水率系数，kg/(m2·h1/2);Wc为混凝土试件吸水量，g; S为混凝土试件吸水面积，m2;t为测试时间，h。

(2)抗渗试验。

参照《水泥基渗透结晶型防水材料》(GB 18445-2012)在养护龄期7 d和28 d分别选取6个试件进行抗渗试验，试验结束后记录抗渗数据H,并按式(4)计算抗渗值：

P=H-0.1 (4)

式中：P为混凝土抗渗压力值，MPa; H为任意3个试件出现渗水现象时水压力，MPa。

(3)力学性能测试。

试验参考《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》(GB/T 17671-1999),对涂料试件3 d、7 d和28 d强度进行测试。

3 试验结果与分析

3.1涂料对混凝土吸水率的影响

3.1.1掺硅质类活性物质涂料对混凝土吸水性能的影响

掺硅质类活性物质涂料对混凝土吸水性能影响见图1。由图1(a)和图1(b)可知，未涂层试件吸水率系数始终高于涂层试件和除去涂层试件吸水率系数。掺入纳米SiO2 和甲基硅酸钠的涂层试件48 h吸水率系数分别是未涂层试件吸水率系数的76.8%和60.0%,除去涂层试件48 h吸水率系数分别是未涂层试件吸水率系数的68.4%和61.8%。这表明，掺入纳米SiO2 和甲基硅酸钠均明显降低涂层试件和除去涂层试件的吸水率系数。由图1(c)和图1(d)可知，纳米SiO2 和甲基硅酸钠的涂层试件48 h吸水量比分别是未涂层试件的75.8%和60.0%,除去涂层试件的48 h吸水量比分别是未涂层试件的68.0%和61.4%。掺入硅酸乙酯对涂层试件和除去涂层试件吸水率系数和吸水量比的影响最小。因此，分别掺入SiO2和甲基硅酸钠能够显著改善混凝土的防水性能。

图1 掺硅质类活性物质涂料混凝土吸水率系数和吸水量比随时间变化 下载原图

3.1.2掺络合类活性物质涂料对混凝土吸水性能的影响

掺络合类活性物质涂料对混凝土吸水性能影响见图2。由图2(a)和图2(b)可知，酒石酸可显著提高涂层试件的吸水率系数，但却对除去涂层试件的吸水率系数的影响很小。同样，酒石酸可降低涂层试件的吸水量比，但对除去涂层试件的吸水量比的影响非常小。试验结果表明，络合类活性物质对混凝土防水性能提升效果不佳。

3.1.3掺结晶类活性物质涂料对混凝土吸水性能的影响

掺结晶类活性物质涂料对混凝土吸水性能影响见图3。由图3(a)和图3(b)可知，分别掺入硫酸铝和磷酸氢二钠的涂层试件吸水率系数较未涂层试件的吸水率系数显著降低，而掺入硫酸铝和磷酸氢二钠的除去涂层试件的吸水率系数相较于未涂层试件的吸水率系数变化不大。由图3(c)和图3(d)可知，掺入硫酸铝和磷酸氢二钠可以降低涂层试件的吸水量比，但几乎不影响除去涂层试件的吸水量比。故掺入硫酸铝和磷酸氢二钠可改善涂层混凝土的防水性能，但不能显著提升除去涂层混凝土防水性能。

综合以上结果分析可知，纳米SiO2涂料对除去涂层混凝土综合防水性能最优。故进一步检验此涂料力学性能及其对混凝土抗渗性能影响。

3.2水胶比对掺入纳米SiO2涂料性能影响

涂料力学性能和施工性能见表3。由表3可知，提高水胶比在一定程度上降低涂料抗压强度和抗折强度，但其28 d抗折强度及抗压强度均满足规范要求。提高水胶比可以改善涂料施工性，满足规范要求。

3.3不同水胶比涂料对混凝土抗渗性能影响

水胶比0.3及0.45涂层试件的抗渗结果见表4,水胶比0.45的涂层试件的一次抗渗值和28 d二次抗渗值与水胶比0.3组一致，表明提高水胶比并未对混凝土抗渗性能产生明显负面影响，仍可保持较好的防水性。综上，水胶比为0.45且掺加纳米SiO2配合比为涂料最优配合比。

图2 掺络合类活性物质涂料混凝土吸水率系数和吸水量比随时间变化 下载原图

图3 掺结晶类活性物质涂料混凝土吸水率系数和吸水量比随时间变化 下载原图

表3 涂料抗折强度及抗压强度 导出到EXCEL

MPa

表4 涂层试件抗渗值 导出到EXCEL

3.4微观分析

选取未涂层组试件及涂覆水胶比为0.45纳米SiO2涂料的试件，分别在试件表面及内部(距涂层面20 mm)处取样，进行X射线衍射仪(以下简称XRD)和扫描电子显微镜(以下简称SEM)测试。

3.4.1XRD分析

未涂层和涂层试件不同深度XRD测试结果见图4,K-0、K-20表示未涂层试件表面、内部试样，N-0、N-20表示涂层试件表面、内部试样。由图4可知，未涂层试件和涂层试件均包含SiO2、CaCO3、Ca(OH)2和C-S-H凝胶，但各组分含量有所不同。涂层试件CaCO3衍射峰强度明显高于未涂层试件，表明涂层中活性物质具有较好渗透性，可以较好渗透入混凝土中，并发生化学反应促进CaCO3的生成，从而提升混凝土密实程度。此外，涂层试件内部C-S-H含量高于未涂层试件，而Ca(OH)2含量则相反，表明涂料中纳米SiO2渗透进混凝土内部后，消耗水泥水产物Ca(OH)2,促进C-S-H凝胶生成。

图4 未涂层和涂层试件不同深度XRD 下载原图

3.4.2SEM分析

未涂层和涂层试件不同深度SEM见图5。图5(a)、图5(b)为未涂层表面样品和距表面20 mm处样品微观形貌图，图5(c)、图5(d)为涂料涂层表面样品和距表面20 mm处样品微观形貌图。在放大6 000倍电镜图下，图5(a)和图5(b)可以明显观察到很多未水化水泥颗粒和Ca(OH)2,虽然有部分凝胶和钙矾石生成，但表面呈松散分布，有很多贯通孔隙和裂缝。在图5(c)和图5(d)可以明显观察到大量结晶体和一些针棒状钙矾石，相互重叠，且仍有一些Ca(OH)2晶体，但样品表面结晶体较多，裂缝和孔隙较少，结构致密，这与以往研究结果相符[5,14]。

图5 未涂层和涂层试件不同深度SEM 下载原图

由图5可知，涂覆涂料样品微观结构C-S-H凝胶和钙矾石明显增多，晶体连续生长，相互重叠，未水化的颗粒较少，表面微观结构相对未涂层试件更加致密，涂层试件20 mm处微观比未涂层试件20 mm处更为致密，说明活性物质在浓度梯度作用下发生渗透和结晶型反应，促进基体内部未水化水泥颗粒水化，加速Ca2+反应和沉淀，生成大量结晶体和凝胶物质堵塞裂缝和孔隙，提高基体密实度，改善混凝土孔结构及其分布，从而显著提高基体抗渗能力。

3.5防水机理

纳米SiO2由于具有小尺寸效应及较高活性，在水的作用下可以渗透至混凝土内部，在碱性水环境下消耗氢氧化钙，生成凝胶，体积增大。由于水化硅酸钙包裹作用，混凝土内部约有25%水泥不会发生水化反应[15,16],体积增加导致内部凝胶开裂，促进被凝胶包裹的水泥颗粒二次水化，产生更多凝胶堵塞孔隙、修复裂缝，增强混凝土基体抗渗性能。

4 结语

(1)纳米SiO2和甲基硅酸钠能够明显降低涂层试件的渗透性能。掺入纳米SiO2涂层试件和除去涂层试件48 h吸水量比较未涂层试件分别降低24.2%和38.6%;掺入甲基硅酸钠涂层试件和除去涂层试件48 h吸水量比降低40%和32.0%。

(2)单掺络合类活性物质和单掺结晶类活性物质不能有效改善混凝土的吸水性能。

(3)纳米SiO2可显著填充混凝土孔隙、裂缝，提高基体密实度。微观结果表明，涂层试件中C-S-H凝胶和钙矾石明显增多，C-S-H凝胶连续生长，交互覆盖，较大的毛细孔径变小，降低孔隙率。纳米SiO2促进水泥二次水化反应以及剩余水泥颗粒继续水化，从而提高混凝土微观结构及抗渗性能。

参考文献

[1] 全国建筑渗漏现状调查研究报告[C]//第十四届中国防水技术与市场研讨会论文集.中国建筑防水工业协会，2014:16-34.

[2] 杨洪福，成志强.桥面防水黏结层材料性能优选及工程应用[J].公路，2021,66(5):37-43.

[3] 汪展翅，燕平，易卫锋，张琪瑞，周正祥，姚佳良.新型水泥混凝土桥面防水层性能试验研究[J].公路，2018,63 (11):60-66.

[4] 尚晓华，敬登虎.水泥基渗透结晶材料的研究与应用现状[J].水利与建筑工程学报，2015,13(2):131-135.

[5] 王瑞阳，余剑英，韩晓斌，顾舜杰，何鹏.络合型外加剂与矿物掺合料对水泥基材料结构与性能的影响研究[J].公路，2021,66 (7):249-254.

[6] 王远福，宋正红，李会平.一种水泥基渗透结晶型防水涂料及其制备方法：中国，CN107572968A[P].2018.

[7] 余剑英，王桂明.水泥基渗透结晶型防水涂料抗渗性试验方法比较[J].新型建筑材料，2006,(3):37-39.

[8] 王丹，等.水泥基渗透结晶型防水的性能研究和微观分析[J].新型建筑材料，2008,(2):77-80.

[9] Kumar M.Effect of water proofing admixture on the hydration of Portland cement[J].Indian Journal of Chemical Technology,2009,16(6):499-506.

[10] 吴建华，邓少桢，张加运，何兵，钟佩华，孙锦.水泥基渗透结晶材料对提高混凝土抗碳化性能影响研究[J].混凝土，2011,(10):85-86,89.

[11] 蒋正武.正确认识水泥基渗透结晶型防水材料[J].中国建筑防水，2005,(10):10-13.

[12] 蒋正武，孙振平.建筑用水泥基渗透结晶型防水材料及其制备方法[J].绿色建筑，2005,(2):59-59.

[13] 陈光耀，吴笑梅，樊粤明，等.水泥基渗透结晶型防水材料的作用机理分析[J].新型建筑材料，2009,36(8):68-71.

[14] 尚晓华，敬登虎.CCCW改善低强度混凝土性能的试验研究[J].水利与建筑工程学报，2018,16(2):42-47.

[15] Sandra Sprouts.Evaluating performance of cementitious waterproofing systems for concrete[J].Concrete International,1994,7:38-41.

[16] Lea F M.The Chemistry of cement and concrete:3rd edition[M].Chemical Publishing Co.New York,1997.

声明：我们尊重原创，也注重分享。有部分内容来自互联网，版权归原作者所有，仅供学习参考之用，禁止用于商业用途，如无意中侵犯了哪个媒体、公司、企业或个人等的知识产权，请联系删除，另本头条号推送内容仅代表作者观点，与头条号运营方无关，内容真伪请读者自行鉴别，本头条号不承担任何责任。

相关参考

渗透结晶(家庭装修防水施工过程中水泥基渗透结晶型防水涂料的性能特点介绍)

家庭装修防水施工很重要，水泥基渗透结晶型防水涂料是由硅酸盐水泥、精制石英砂及活性化学填料配制而成的粉状防水涂料。水泥基渗透结晶型防水涂料具有多次自愈修复、提高抗渗的能力、防水作用持续长久的功效，同时，...

渗透结晶(家庭装修防水施工过程中水泥基渗透结晶型防水涂料的性能特点介绍)

家庭装修防水施工很重要，水泥基渗透结晶型防水涂料是由硅酸盐水泥、精制石英砂及活性化学填料配制而成的粉状防水涂料。水泥基渗透结晶型防水涂料具有多次自愈修复、提高抗渗的能力、防水作用持续长久的功效，同时，...

水泥基防水涂料施工方法(水泥基渗透结晶防水涂料要怎么施工才正确)

　　水泥基渗透结晶型防水涂料(下称CCCW)是一种新式的刚性防水涂料，以其防水使用性能、工程施工简易、综合性成本费较低而愈来愈获得客户的信任。　　水泥基渗透结晶型防水涂料具备数次抗渗等级和自身恢复的特性和特性...

水泥结晶防水渗透涂料(水泥基渗透结晶防水涂料的来源、生产工艺、施工工艺、执行标准、)

材料来源水泥基渗透结晶型防水材料是1942年德国化学家LauritzJensen（劳伦斯·杰逊）在解决水泥船渗漏水的实践中，产生与发明的。欧美称为：Capillary/CrystallineWaterproofingMaterials，简称CCCW。CCCW1965年从欧洲引进到日本、韩国等地，...

水泥基防水(水泥基渗透结晶产品在地下室防水工程中的应用)

...实剂大幅提高混凝土的抗裂、抗渗性能，然后在表层涂刷水泥基渗透结晶防水涂料，起到了很好的防水作用。下面介绍一下朗凯奇水泥基渗透结晶防水涂料在地下室防水工程中的施工规范流程。一、地下室施工准备工作1

水泥基渗透结晶防水材料施工工艺(什么是水泥基渗透结晶型防水涂料)

...泥基渗透结晶型防水涂料，是一种用于水泥混凝土的刚性防水材料，其中含有的活性化学物质以水为载体在混凝土中渗透，与水泥水化产物生成不溶于水的针状结晶体，填塞毛细孔道和微细缝隙，从而提高

水泥基渗透结晶防水涂料缺点(结构自防水 为何赢得央视点赞？)

#头号有新人#近期，央视纪录片《厉害了我的国》再次火遍全网，其中SSGF工业化建造体系（以下简称SSGF工法）被央视多次点赞，评为“优质、安全、高效、绿色生态环保和可持续发展的新建造科技”。那么，SSGF工法究竟有哪些...

水泥基渗透结晶型防水剂多少钱(后家居市场：不砸瓷砖防水，我只看好水泥基渗透结晶型防水材料)

水泥基渗透结晶型防水材料（CCCW）是一种以硅酸盐水泥、石英砂等为主要成分，掺入活性化学物质制成的用于水泥混凝土结构防水的刚性防水材料。水泥基渗透结晶型防水材料按照使用方法可以分成两类。 一类是水泥基渗透结...

水泥基渗透结晶(水泥基渗透结晶型防水材料除了可以防水，原来还有这些作用)

随着人们环境保护意识的逐渐提高，水泥基渗透结晶型防水材料作为无机环保型防水材料越来越受欢迎，应用范围也越来越广。作为结构自防水的主要用材，水泥基渗透结晶型防水材料最重要的作用就是“自愈合防水”，那么除...

水泥基渗透结晶型防水材料是什么(桥面防水工程，看专家如何“玩转”水泥基渗透结晶防水施工)

从国内外多项工程实例分析，水泥基渗透结晶型防水材料的应用覆盖面十分广泛，并且已经有了成熟的施工工艺。但任何一类防水材料都有自己最适宜的使用范围，只有正确选用，并严格按照它的技术规定施工操作，方可达到预...