（材料学专业论文）有机硅类防水剂在干混砂浆中的应用及其防水机理探讨.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 通常用作建筑物的防水材料 是通过堵塞材料的孔隙以排斥外面的水分侵 入 由于小孔被堵死 造成墙体不透气 而有机硅防水剂既可使建筑物保持正 常透气 又能永久性防水 是一种新型的具有良好应用前景的刚性防水材料 本研究针对不同有机硅防水粉剂应用在三种干混砂浆体系 保温板配套抗 裂砂浆 耐水腻子 填缝剂 上的综合性能研究 找出不同有机硅防水粉剂用 在干混砂浆上效果最佳的使用方案 并确定最佳配合比 使其具备良好的工作 性能 力学性能和耐久性能 并在此基础上 通过微观测试 x 射线衍射 红外 光谱 扫描电镜及原子力显微等 方法 了解有机硅防水剂防水的机理 完善 有机硅防水反应的理论基础 综合性能指标测试包括 吸水量 抗折抗压强度 粘结强度 冻融循环 耐热耐碱性 干缩率等 通过研究发现 六种有机硅类防水剂均可以应用于干混砂浆中 并对其产 生有效的防水性能 最高可以降低砂浆吸水量的9 0 且有机硅类防水剂的防 水率不随掺量的增加而增大 而是存在一个适宜掺量点 有机硅防水剂种类不 同 防水效果也不同 单一组分的有机硅防水剂相对其它类型有机硅防水剂而 言 综合性能一般 复合型聚硅氧烷具有最优的防水效果 且还可改善砂浆的 部分性能 改性型有机硅防水剂对砂浆的性能改善作用较明显 防水效果也很 明显 而包裹型硅氧烷可使基体材料的粘结强度得到提高 并有效地改善材料 的耐水性 有机硅防水剂的防水机理主要表征在一方面可以在砂浆孔隙微细孔 和毛细孔中形成牢固的憎水性表面层 形成一种斥水性网状硅氧烷分子膜 具 有很低的表面张力 能均匀分布在多孔硅酸盐基材上 使微孔孔壁上有着极好 的斥水性 另一方面是能够与水泥中的 o h 反应 消耗掉水泥中的羟基 降低 材料孔隙的表面张力 一定程度上提高水泥的密实度 进而提高砂浆的防水性 能 关键词 有机硅防水粉剂 抗裂砂浆 耐水腻子 填缝剂 防水机理 武汉理工大学硕士学位论文 a b s tr a c t t a ew a t e r p r o o fm a t e r i a l su s u a l l yu s e di nb u i l d i n g s t h r o u g hp l u g g i n gp o r e so f m a t e r i a l st oe x c l u d ea g g r e s s i v ew a t e r a st h ep o r e sa r eb l o c k e d t h ew a l li s n o t v e n t i l a t e d w h i l et h eb u i l d i n g sw h i c hu s eo r g a n i cs i l i c o nw a t e rr e p e l l e n t sc a nn o t o n l ym a i n t a i nv e n t i l a t e d b u ta l s oe x c l u d ew a t e ra b i d i n g l y o r g a n i cs i l i c o nw a t e r r e p e l l e n ti sa n o v e l r i g i dw a t e r p r o o fm a t e r i a lw i t hg o o dp r o s p e c t i v ea p p l i c a t i o n t h i ss t u d ys h o w sc o m p r e h e n s i v ep e r f o r m a n c eo fd i f f e r e n t o r g a n i cs i l i c o n w a t e r p r o o fp o w d e ru s e di nt h r e et y p e so fd r y m i x e dm o r t a rs y s t e m a n t i c r a c k i n g m o r t a ro fi n s u l a t eb o a r d w a t e r p r o o fs k i nc o a ta n dt i l e g r o u t a n df i n do u tt h eb e s t o p e r a t i o n a lv e r s i o nf o rd i f f e r e n to r g a n i cs i l i c o nw a t e r p r o o fp o w d e ru s e di nt h e d r y m i x e dm o r t a r t h e n d e t e r m i n et h eo p t i m i z e dd o s a g et om a k es u r em o r t a rh a s g o o dw o r k i n gp e r f o r m a n c e m e c h a n i c a lp r o p e r t ya n dd u r a b i f i t y o nt h i sb a s i s t h r o u g hm i c r o t e s t i n gm e t h o d s x r d f r i rs e ma n da f m 1 1w ek n o wt h e w a t e r p r o o fm e c h a n i s mo fo r g a n i cs i l i c o nw a t e rr e p e l l e n t sa n dc o n s u m m a t et h e t h e o r e t i c a lb a s i so ft h er e a c t i o n t h ec o m p r e h e n s i v ep e r f o r m a n c ei n d e xi n c l u d ew a t e r a b s o r p t i o n r a t i oo fc o m p r e s s i v et of l e x u r a ls t r e n g t h a d h e s i v e s t r e n g t h f r e e z e t h a w i n gc y c l e h e a tr e s i s t a n c e a l k a l ir e s i s t a n c ea n dd r ys h r i n k a g ee t c t h e s t u d yf o u n dt h e s es i xt y p e so fs i l i c o n ew a t e r p r o o fr e p e l l e n t sc o u l db ea p p l i e d t od r y m i x e dm o r t a r a n dw a t e r p r o o fp r o p e r t yi sg o o d i nt h eb e s tc o n d i t i o n w a t e r a b s o r p t i o no fm o r t a rr e d u c e db y9 0 w a t e ra b s o r p t i o no fo r g a n i cs i l i c o nw a t e r r e p e l l e n t si sn o ti n c r e a s i n gw h e nt h ed o s a g eo fw a t e rr e p e l l e n t si n c r e a s e s b u tt h e r ei s as u i t a b l ed o s a g e d i f f e r e n tt y p e so fo r g a n i cs i l i c o nw a t e rr e p e l l e n t s w a t e r p r o o f e f f e c tw o u l db ed i f f e r e n t c o m p a r e dt ot h eo t h e rt y p e so fo r g a n i cs i l i c o nw a t e r r e p e l l e n t s t h ec o m p o s i t i v ep e r f o r m a n c eo fs i n g l e c o m p o n e n ts i l i c o nw a t e r r e p e l l e n t s i sn o tr e m a r k a b l e p o l y m e r i cs i l o x a n ec o m p o u n dw i t ht h eb e s tw a t e r p r o o fe f f e c t a n d a l s oi m p r o v es o m eo fm o r t a rp e r f o r m a n c e s i l i c o n e m o d i f i e dw a t e rr e p e l l e n t s o b v i o u s l yi m p r o v ew a t e r p r o o fa n dt h eo t h e rp e r f o r m a n c eo fm o r t a r i n c l u s i o n s i l i c o n ec o u l di n c r e a s ea d h e s i v es t r e n g t ho fm a t r i xa n da l s oi m p r o v er e s i s t a n c et o w a t e ro fm a t e r i a l s t h em e c h a n i c so f o r g a n i cs i l i c o n ew a t e rr e p e l l e n t sh a v et w os i d e s 武汉理工大学硕士学位论文 i nt h ef i r s tp l a c e o r g a n i cs i l i c o n ew a t e rr e p e l l e n t sf o r maf i r mh y d r o p h o b i cs u r f a c e l a y e ri nm o r t a rp o r e sa n dc a p i l l a r y t h i ss i l a n ef i l mi sh y d r o p h o b i ca n dr e t i c u l a r h a s l o ws u r f a c et e n s i o na n dc a nu n i f o r m l yd i s t r i b u t e di nt h ep o r o u ss i l i c a t es u b s t r a t e t h i sf i l mm a k et h ew a l lo fm i c r o h o l eh a sag o o dr e p e l l e n c y i nt h es e c o n dp l a c e o r g a n i cs i l i c o n ew a t e rr e p e l l e n t sr e a c tt o o hg r o u pi nt h ec e m e n t t h e n o hg r o u p o ft h ec e m e n td e c r e a s e s oo r g a n i cs i l i c o n ew a t e rr e p e l l e n t sr e d u c es u r f a c et e n s i o no f c a p i l l a r ya n de n h a n c ec e m e n td e n s i t yi n s o m ed e g r e e t h e r e b yt h ew a t e r p r o o f p e r f o r m a n c eo fm o r t a ri m p r o v e d k e yw o r d s o r g a n i cs i l i c o nw a t e r p r o o fp o w d e r a n t i c r a c k i n gm o r t a r w a t e r p r o o f s k i nc o a t t i l eg r o u t w a t e r p r o o fm e c h a n i c s 独创性声明 本人声明 所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果 尽我所知 除了文中特别加以标注和致谢的地方外 论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果 也不包含为获得武汉理工大学或其它教育 机构的学位或证书而使用过的材料 与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意 期 之堕 丝 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留 使用学位论文的规定 即学校有权 保留 送交论文的复印件 允许论文被查阅和借阅 学校可以公布论文的全部 或部分内容 可以采用影印 缩印或其他复制手段保存论文 保密的论文在解密后应遵守此规定 签名 鑫皇健导师签名 奄茏丝日期 避丝 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 研究背景 1 1 1 水对建筑物的危害 第1 章绪论 水的渗漏将会降低建筑物工程结构的耐久性 安全性 因为水泥制品中存 在空隙裂缝 砌体的块材和砂浆中也存在空隙和裂缝 水进入其中 如遇气温 降至零度以下 则水结成冰 其体积膨胀约9 0 将直接挤压材料 致使材料 表层剥蚀 同时内部剩余水被挤压 使材料内部也产生压应力 从而引发裂缝 或致使裂缝进一步扩展 材料的孔隙率越大 裂缝越多 含水量越大及环境湿 度越大 则情况越严重 随着使用年限的增加 这种情况也越来越严重 结果 导致材料的粘结截面不断减小及裂缝不断增多增宽增长 材料的承载能力也不 断下降 混凝土保护层被破坏 还会导致钢筋锈蚀 则钢筋的有效截面也会不 断减小 另外钢筋锈蚀其体积膨胀约1 4 倍 则会挤压混凝土 从而引发裂缝或 裂缝进一步扩展 甚至混凝土保护层失效 所有这些都将会导致结构耐久性和 安全性降低 1 1 由水引起的集体损害包括水的直接渗透 雨水的侵入 毛细孔水 及温度降低至露点时引起的毛细孔湿气聚水 保水剂的吸收水或是从地面渗入 墙壁的潮气 此外 水的负面影响还可能由盐类的吸湿及微生物的污染等引起1 2 j 对建筑物构造材料来说 如混凝土 砖石和天然石料 水是具有摧毁性的 影响要素 传统的密封和防水材料主要用有机材料 如沥青 塑料防水卷材 配以一些金属构件形成一定的防水功能 以达到密封和保护建筑及其结构组件 免受潮湿和水的侵袭 也称为防水卷材防水 现代的建筑防水材料已经发展为 水泥基防水材料 它已经在欧洲成功地使用了4 0 余年 尤其是在修建历史建筑 物方面 3 j 要保护的建筑通常暴露在周期性或长期性潮湿 表面水 渗流水 低静水压 地下水 或者与更高的工程静水压力相结合的环境中 水泥基材料 特有的耐水性能使这类防水材料特别适合于潮湿房间和水箱 水池的防水 由 武汉理 下大学硕士学位论文 于它们具有卓越的耐水性 耐候性 所以常用于进行外表面保护n 112 水蒸气对建筑物的危害 黑色屋面夏季最高温度可以达到8 5 c 根据理想气体方程 l m o l 水完全汽 化 在1 0 1 k p a 和8 5 时的体积为2 6 0 1 0 m l 体积变化了1 4 4 5 倍 如果l m o l 水占据的体积不变 仍按照o c 液态水的体积 1 8 m l l 计算 在8 5 密封条件下 水对周围的建筑物将产生1 4 6 x 1 0 s p a 1 4 4 5 个大气压1 的压力 也就是说每平方米 承受了14 6 x 1 0 8 n 的压力 由于建筑物多由硅酸盐等无机材料组成 这些材料具有多孔性 透气性 可以大大减弱水蒸气旆加于建筑物上的压力 因此建筑物实际所承受的压力远 远小于1 4 6 x 1 0 s n m 2 但水蒸气产生的压力对建筑物的危害仍然是1 一分严重的 特别是在透气性差的建筑物部位 这种危害十分明显 水蒸气对建筑物的危害 常常造成防水层与基层之间产生剥离 防水层起鼓 措接缝开裂 从而导致防 水层的寿命大大降低 防水层下出现窜水等情况嘲 水分水分 圈1 1 透气性的重要性 6 i f i 9 1 1 i m p o r t a n c eo fa i rp e r m e a b i l i t y 6 1 为了保护建筑物 必须寻求 种既可防j i 水分由外面进入而又不抑制内部 形成的潮气向外转移的防水剂川 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 3 防水剂分类 国内生产的应用于防水砂浆的防水剂按其主要成分可分四大类 8 以氯化物金属盐类为基料的防水剂 这类防水剂易造成钢筋的锈蚀 以硅酸钠 即水玻璃 为基料的防水剂 这类防水砂浆在工程上一般只 利用它的速凝作用和粘附性 做修补堵漏和表面处理用 以拒水性物质为基料 脂肪酸金属盐 虽然这类产品单位成本相对较低 但其主要缺点是搅拌砂浆时需要较长的时间才能与水拌和均匀 有机硅类防水剂 这类防水剂具有良好的拌和性能 使砂浆整体产生防 水性并维持长期作用效果 对表面的粘结强度没有负面影响 对环境友好 在 防止水分进入砂浆的同时 还可以保持砂浆处于开放状态而允许水蒸气扩散 由以上可以看出 孔结构是硬化水泥石的一个重要特征 9 有机硅防水剂通 过渗透作用 在砂浆内部微孔隙和毛细孔中形成微晶体 阻断水分渗入 从而 达到建筑物的永久性防水 是一种新型的具有良好应用前景的刚性防水材料 在众多防水剂品种中 有机硅防水剂由于其具有优异的憎水 防污 抗风化和耐 久性能而在建筑防水中占有重要地位 它可以水溶液或乳液形式直接掺入水泥砂 浆或混凝土中作防水剂 与混凝土表面产生化学结合 形成牢固的整体刚性防水 提高混凝土的防水性耐候性及耐久性制1 0 1 1 2 干混砂浆发展状况 1 2 1 千混砂浆的概念 干混砂浆 d r y m i xm o r t a r 亦称为预混砂浆 商品砂浆 也称干混料等 是 由胶凝材料 细集料 掺合料及外加剂等固体材料 按照一定配合比通过干混 工艺进行预拌而制成的一种干混建筑材料 它是在工厂经准确配料和均匀混合 而制成的砂浆半成品 到施工现场只需加水搅拌即可使用 1 1 1 2 2 干混砂浆的优势 干混砂浆实现了工业生产 其配合比是通过优化设计和试配后得出的 采 用电脑自动配料 计量准确 质量稳定 另一方面 干混砂浆工艺对各种原材料 3 武汉理工大学硕士学位论文 进行预处理 如对砂进行烘干和级配优化 对水泥和外加剂品种进行优选 使 二者相容 为砂浆性能稳定提供了可靠的保证 通过在砂浆中添加纤维素醚 可再分散乳胶粉 早强剂 引气剂 增稠剂 消泡剂 分散剂等添加剂 1 2 1 可 以提高砂浆的粘结强度和内聚力 降低成型砂浆弹性模量 增强砂浆的弹性和 抗弯曲程度 提高砂浆的耐磨性和耐候性 降低砂浆的吸水性和提高使用过程 中的保水性 提高砂浆的保温 防水 抗下垂等性能 并能根据不同要求配制 不同性能的砂浆1 1 别 功能多样的外加剂的添加 大大改善了砂浆的功能 扩充了砂浆的品种 目前 国外已经形成了8 大类2 6 0 多个干混砂浆品种 几乎涵盖了所有的土建 工程项目 且新产品仍在不断开发 除了普通干混砂浆 砌筑砂浆 抹灰砂浆和 地面砂浆 外 还可通过调整配方 使其成为具有一系列特殊功能的特种于混砂 浆 如自流平砂浆 防水砂浆 保温砂浆 装饰砂浆等i 堋 干混砂浆生产工艺简单 可大规模地机械化作业 提高生产效率 建筑施 工企业使用干混砂浆 施工更加流畅合理 既可提高建筑施工的速度 而且又 便于施工过程的管理和现代化施工机械的推广使用旧 只需在施工现场将水加 到砂浆中 就能生产出一种高水准的均一可靠的砂浆 这使整个建筑过程变得 更加的有效率和节省费用l 圳 大规模集中生产干混砂浆 不仅原料损耗低 浪费少 而且对环境污染小 1 刀 干混砂浆采用定量包装 便于运输与存放 施工单位可以根据不同建筑部位以 及不同使用要求购买专用牌号的砂浆 既节约成本又方便施工管理 传统砂浆 在施工现场拌制使用 需要占用一定的场地 而且粉尘对场地会造成一定的环 境污染 同时材料露天堆放 杂质较多 含泥量大 配料计量不准确 和易性 难控制 骨料筛分随意性大 导致砂浆空隙率偏高 干缩率大 抗渗性差 最 终导致外墙的抹灰出现空鼓 裂缝和渗透等问题 相比之下 干混砂浆所有配 料在生产车间按照精确的计量 混合均匀后 到现场按照确定的水灰比加水搅 拌即可 它克服了配料计量不准确 污染环境 含泥量超标等众多问题 具有 泌水率小 干缩率小 粘结牢固 抗渗性好等特点 基本可满足新型墙体材料 的要求 而建筑工地没有了各种堆积如山的原料 可以减少对周围环境的影响 干混砂浆在生产中多用一些工业废弃物作为原料 以改善和提高砂浆的工作性 耐久性等性能 通过加入不同种类的工业废弃物得到不同性能要求的砂浆 这 使得一些废料得以循环再用 干混砂浆作为一种新型的绿色环保建材对建材行 4 武汉理工大学硕士学位论文 业的可持续发展起到了积极的推动作用1 1 8 1 1 2 3 干混砂浆在国内外应用发展现状 1 2 3 1 干混砂浆国外应用发展现状 干混砂浆于1 8 9 3 年在欧洲首先发明 由奥地利的特里诺瓦 t e r r 2 n o v a 首先申请了矿物质纹理外观的饰面干混砂浆的生产专利 然而2 0 世纪5 0 年代 以前欧洲绝大部分仍然使用现场搅拌砂浆 干混砂浆产业的兴起是在二次大战 后的奥地利 德国 商品砂浆首先是以预拌砂浆的形式出现 后来逐步发展了 干混砂浆 5 0 6 0 年代期间 在西欧和美国 尤其是德国 建筑行业对新型建 筑材料和技术的需求增长迅速 因此 西方国家建筑行业从技术上去开发适用 于特殊用途的建筑材料 从2 0 世纪6 0 年代到8 0 年代 中欧各国干混砂浆行业 增长强劲 现在发展主要集中在东欧和西欧 以及亚洲和拉丁美洲的一部分地 区 目前 在欧 美 日等发达国家和地区干混砂浆已基本取代了传统砂浆 2 0 0 7 年 欧洲最大干混砂浆生产企业 德国麦克斯特公司在欧洲的年销量达 5 0 0 万吨 年产l o 万吨以上的工厂有2 0 0 余家 在法国 意大利 澳大利亚 新西兰 美国 日本等发达国家 于混砂浆已经成为建筑业不可缺少的材料 在发展中国家 干混砂浆也有较快的发展 一些亚洲国家 如新加坡 泰国 马 来西亚等 虽起步较晚 但发展非常迅速 1 9 8 4 年 新加坡建立了第一个干混砂 浆生产厂 主要生产墙面砂浆产品 马来西亚于1 9 8 7 年也投产了一条干混砂浆 生产线 同样用于生产墙面砂浆产品干混砂浆 随着商品砂浆市场的迅速发展 东南亚市场上的干混砂浆产品的种类也丰富起来 许多新产品如自流平砂浆 防火砂浆 彩色墙面砂浆等都己成功投放市场 目前在韩国 泰国 马来西亚 新加坡等亚洲国家和地区 都有大规模的专业干混砂浆生产厂 总之 干混砂 浆在国外已取得了十分成功的开发 生产和应用经验 无论是外加剂的发明和 制备技术 己经形成的砂浆品种 新的砂浆品种的开发研究 还是干混砂浆生 产工艺的研究完善以及在产品系列标准的制订方面都己取得了很大的成绩 l 引 1 2 3 2 干混砂浆国内应用发展现状 国内发展干混砂浆仅有十几年的历史 在上世纪 o 年代才开始关注 当初 发展速度十分缓慢 至9 0 年代开始 才陆续在北京 上海 广州等建筑较为发 5 武汉理工大学硕士学位论文 达的城市 出现一些小型的进口产品代理商 部分国内的建材研究单位也就是 从这个时候开始了一些以特殊用途而模仿进口产品的配方型产品 现在几乎世 界上所有与干混砂浆有关的大公司都在中国设有分公司或办事处 圣戈班麦克 斯特公司在北京建设一座年产4 0 万吨的干混砂浆工厂 是目前国内较大的干混 砂浆生产线 德国汉高公司 法国圣戈班等都在中国建有干混砂浆工厂 德国 海德堡水泥集团摩泰克公司在上海建立了干混砂浆生产设备 物流 施工机械 生产厂 德国瓦克公司在江苏张家港建立了用于干混砂浆的聚合物干混生产厂 这些合作项目的建立 不仅为中国建筑市场带来高质量的建筑材料 也为我国 建筑建材业带来世界最新的建筑材料理念和先进的管理经验 干混砂浆的技术 核心在于其外加剂的性能与配比 但目前国内这方面的研究与国外还有很大的 差距 大部分国内的研究机构在外加剂的研发上往往仅限于模仿国外产品 而 缺乏独立创新的意识 且由于设备 人员素质等因素的影响 国内产品的总体 水平大大低于进口产品 进口产品性能优异 稳定 但价格往往较高 因此 要全面推广和发展干混砂浆 并使之成为一个产业 将任重而道远 1 3 有机硅类防水剂 1 3 1 有机硅防水剂的性质 通常用作砖石建筑物防水的材料有涂料 油膏 沥青等 这些普通的防水 剂的防水原理是通过堵塞砖石材料的孔眼以排斥外面的水分侵入 由于小孔被 堵死 造成墙体不透气 因此当水分从砖石孔隙排出时 它能冲破表面的防水 涂层 致使涂层的寿命很短i 删 此外 这些油性涂料长期暴露于环境中还会引 起老化 褪色和剥离 并容易吸灰 有机硅建筑防水剂既可保持墙壁的正常透气 又能抵抗雨水的侵蚀 可使 墙壁防潮 防腐 耐冻融和保持光洁 是一种理想的砖石防水剂 它的性能与 目前较多使用的涂料 油膏 沥青不同 有机硅类憎水剂不会影响建筑材料的 通气性 开孔 及呼吸性能1 2 它不会堵塞孔隙或妨碍混凝土的渗透性 而是 通过与结构材料起化学反应 在基材表面上生成一层几个分子厚的不溶性防水 树脂薄膜 这层防水薄膜是通过化学键连接在砖石材料的表面上的 由于化学 键的力要比用沥青和涂料作防水剂的物理键力大得多 因此结合得十分牢固 6 武汉理工大学硕士学位论文 有机硅材料由于具有很低的表面张力 2 0 一2 1 m n m 使水难以在有机硅防水层 上铺展 并能均匀的涂覆在基材上 而不封闭基材的透气性微孔 同时能降低 基材的表面能 使其具有憎水性 因而可作为新颖的功能防水材料1 2 2 2 3 1 其防水特点 建筑物常与水或大气中的水汽接触 在材料水和空气的交点 处 沿水滴的表面切线与水和固体接触而形成夹角0 润湿边角 当0 9 0 0 水分子之间内聚力大于水分子与材料间的作用力 则材料表面不会被水润湿 所以经有机硅处理后的材料表面 其润湿角o 可达到1 1 0 0 有疏水作用 如图 1 2 和图1 3 1 2 4 1 硅酸盐材料均有较强的吸水性 通过毛细管作用吸水 由于润 湿边角0 9 0 0 水在毛细管内形成凹形液面 液面上升吸水 经有机硅处理 疏 水物质的毛细管内与上述情况相反 因其润湿边角0 t 9 0 0 水在毛细管内形成 凸形弯液面 液面随之下降 不易通过毛细管吸水 仍保持建筑材料的透气能 力 保温 隔热和吸声的材料经有机硅处理非常有效 其吸水量降低 可提高 强度和耐久性 吸音材料多孔 若吸水会降低吸音效果影响寿命 经有机硅处 理极其见效i 用其防止碑林风化及建筑材料霜冻损伤收效甚大陋j 有机硅防水剂的 反毛细管效应 以下式表示t h 卫 c o s a d r h 毛细管升高高度 s 表面张力 d 密度 f 毛细管半径 a 界面角 处理前 a 很小 a 9 0 时h 为负数 达到反毛细管效应 7 武汉理工大学硕士学位论文 未 啉有篙篙过 图1 2 毛细管作用对干混砂浆表面性能的影响 f i g1 2i n f l u e n c eo f c a p i l l a r yo l lt h ep e r f o r m a n c eo f d r y m i x e dm o r t a r ss u r f a c e 未处理表面 接触角 9 0 图1 3 接触角对干混砂浆表面性能的影响 f i 9 1 3 i n f l u e n c eo f a n g l eo f c o n t a c to i l t h p e r f o r m a n c e o f d r y m i x e dm o r t a r ss u r f a c e 132 有机硅防水粉剂的载体 现有的粉状防水剂均为喷雾干燥所形成的 其吸附载体一般为纳米一氧化硅 和纳米碳酸钙两种 1321 纳米二氧化硅 纳米s i 0 2 为无定型白色粉术 是一种无毒 无味 无污染的无机非金届材 料 呈絮状和网状的准颗粒结构 为球形状 纳米s i 0 2 作为纳米材料中的重 要员 它的戒而带有羟基 是超微细粉术 粒径小十1 0 0 n m 通常为2 0 6 0 n m 化学纯度高 分敞陛好 比表 酊积大吲 存化学i 业巾 义叫自炭t 罄 是目前 l 廿界上大舰模t 业化生产的产量最高的种纳米粉体利料 其j t 1 6 己广泛应 武汉理工大学硕士学位论文 用于粉状防水剂的载体 纳米技术在建材行业中的应用 能够提高水泥基材料的物理力学性能和耐 久性1 2 9 纳米s i 0 2 的火山灰活性远大于硅灰的火山灰活性 掺入纳米s i 0 2 的浆 体具有流动性变小和凝结时间缩短的现象 掺入纳米s i 0 2 能显著地提高水泥硬 化浆体的早期强度1 3 0 l 但纳米s i 0 2 与硅酸三钙 3 c a o s i 0 2 c 3 s 水化反应产物 和粉煤灰 硅灰对比发现纳米s i 0 2 掺量的增大会引起水泥浆体的需水量显著增 大 3 1 1 1 3 2 2 纳米碳酸钙 纳米碳酸钙是2 0 世纪8 0 年代运用纳米技术加工发展而成的一种新型轻质碳 酸钙产品 粒径通常在2 0 1 0 0r i m 之间 由于碳酸钙粒子的超细化 其晶体结构 和表面电子结构发生变化 产生了普通碳酸钙所不具有的量子尺寸效应 小尺 寸效应 表面效应和宏观量子效应 且粒径细而均匀 分布窄 比表面积大 表面活性及分散性好 表面能高 使其在实际使用中体现了很多普通碳酸钙材 料所不具备的更加优异的性能 用途更为广泛m j 如可广泛大量应用于有机硅 防水粉剂的吸附载体 碳酸钙产品的附加值得到很大提高 很快引起了世界各 国的普遍关注 现已成为无机非金属材料研究和企业竞争投资的热点1 3 3 1 用纳 米碳酸钙填充可以大大提高柔韧性 硬度 流平性以及光泽度阴j 1 4 研究的目的和意义 改革开放以来 建筑事业得到快速发展 基础设施建设 住宅建筑 城市 建设 市政建设及我国西部大开发战略的实施 促进和带动了防水粉剂行业的 发展 国内目前在许多重要工程中应用有机硅防水材料 并已经取得了良好的 使用效果 防水砂浆主要用于对墙面 地面和屋面等进行防水处理 其抗渗性 能突出 粘结强度高f 3 5 1 防水干混砂浆中使用的防水粉剂是一种通过物理或化 学作用 减少或改善砂浆毛细孔隙 或使砂浆毛细孔壁成憎水性 从而降低静 水压力 改善硬化砂浆渗水性的外加剂 3 6 3 7 1 研究表咧3 8 铘j 粉状羟乙基甲基纤维素和乙烯基共聚物能显著降低水泥砂浆 的抗压强度和动弹性模量 改善砂浆柔韧性 提高水泥砂浆与混凝土及聚苯板 等基材之间的粘结抗拉强度 改变水泥砂浆孔结构 降低硬化砂浆的体积密度 9 武汉理工大学硕士学位论文 和毛细孔吸水量 删 但对于一些特种水泥砂浆如防水砂浆 抹面砂浆等来说 其防水性能和憎水性能尤其重要1 4 1 还应加入憎水剂等其他化学外加剂来进一 步提高砂浆的性能 但关键技术和关键材料都是以德国为主的国外产品 没有我国的自主知识 产权 因此不仅价格昂贵 不同条件下其使用效果也不相同 严重限制其应用 范围和使用效果 本文期望在对国外有机硅产品分析 探讨的基础上 选择最 佳的组成配方 试配出几种防水效果优异的防水干混砂浆 并在此基础上 通 过微观测试方法 了解有机硅防水剂防水的机理 完善有机硅防水反应的理论 基础 以期对国内水泥基有机硅防水材料的发展起到推动作用 提高建筑防水 工程的质量 1 5 研究的主要内容 研究主要内容为对市场上现有的有机硅防水粉剂按标准对干混砂浆产品的 要求进行力学性能和耐久性能测试并利用微观实验进行分析研究 研究内容按 以下三个体系进行 体系一 保温体系配套抗裂砂浆 1 不同品种有机硅防水粉剂对抗裂砂浆的性能影响 2 不同掺量有机硅防水粉剂对抗裂砂浆的性能影响 3 防水抗裂砂浆耐久性能研究 包括可操作时间 耐热性 耐碱性 耐水 性 收缩特性及抗裂性等 体系二 耐水腻子 1 不同品种有机硅防水粉剂对耐水腻子的性能影响 2 不同掺量有机硅防水粉剂对耐水腻子的性能影响 3 耐水腻子耐久性能研究 包括可操作时间 耐热性 耐碱性 耐水性 收缩特性及抗裂性等 体系三 填缝剂 1 不同品种有机硅防水粉剂对填缝剂的性能影响 不同掺量有机硅防水粉剂对填缝剂的性能影响 3 填缝剂耐久性能研究 包括可操作时间 耐水性 收缩特性 抗冻性及耐 磨性等 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章实验方法与原材料特性 2 1 实验方法 2 1 1 新拌砂浆工作性实验 测定新拌砂浆标准稠度 确定用水量 测定方法依据g b l 3 4 6 2 0 0 1 水泥标 准稠度用水量 凝结时间 安定性检验方法 试样采用被检验的防水砂浆材料 取代标准中的水泥 2 1 2 砂浆凝结时间测定 使用维卡测试仪 测定方法依据g b l 3 4 6 2 0 0 1 水泥标准稠度用水量 凝结 时间 安定性检验方法 试样采用被检验的防水砂浆材料取代标准中的水泥 实验先确定样品标准稠度 再进行凝结时间的测定 2 1 3 砂浆抗折强度和抗压强度测定 测定方法依据g b t1 7 6 7 1 1 9 9 9 水泥胶砂强度检验方法 i s o 法 实验 中要测定样品的7 d 和2 8 d 抗折和抗压强度 并依据测定值进行相应压折比的计 算 2 1 4 砂浆粘结强度测定 测定方法依据j g1 5 8 2 0 0 4 胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统 实验中要先自 行制备底基模 然后再测定样品的1 4 d 和2 8 d 粘结强度 2 1 5 砂浆收缩率测定 测定方法依据j c t 6 0 3 2 0 0 4 水泥胶砂干缩试验方法 试件尺寸为 2 5 m m x 2 5 m mx 2 8 0 m m 试件两端预埋测头 鳄湿养护l d 后脱模测初始长度并 移至干燥环境下 温度2 0 2 c 相对湿度5 0 4 继续养护 分别测定1d 3 d 武汉理工大学硕士学位论文 7 d 1 4 d 2 8 d 长度变化 并计算其收缩率 2 1 6 砂浆吸水量测定 试件尺寸为4 b n t a x 4 0 r a m x 4 h m n 的立方体 成型后将试件放入2 3 相对 湿度9 0 的养护室中分别养护2 d 和2 8 d 测试前把试件放入烘箱完全干燥 然 后将试件5 个面进行蜡封 将没有涂蜡的一面放在吸满水的饱和聚氨酯海绵上 密度为2 5 3 0 9 1 然后分别测试1 0 m i n 2 0 m i n 3 0 r a i n 6 0 r a i n 4 h 6 1 1 2 4 h 4 8 h 7 2 h 的吸水量 测定方法参照德国实验方法d i n 5 2 6 t 7 和j a r 8 9 4 2 0 0 1 聚 合物水泥防水涂料 进行1 4 2 j 2 1 7 砂浆耐碱性和耐热性测定 样品进行7 d 养护 放入饱和碱溶液浸泡7 d 后 测定其抗折抗压强度 再 测定样品不放入饱和碱溶液的1 4 d 抗折抗压强度 计算其强度损失 测定方法 依据g b t1 6 7 7 7 1 9 9 7 建筑防水涂料试验方法 和j 汀9 8 4 2 0 0 5 聚合物水 泥防水砂浆 进行 样品进行7 d 养护 放入1 0 0 水中浸泡5 h 后 观测其外观形状有无开裂 剥落 测定方法依据j c 汀9 8 4 2 0 0 5 聚合物水泥防水砂浆 2 1 8 砂浆可操作性试验 测定方法依据j g l 5 8 2 0 0 4 胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统 将新拌砂浆静 置1 5 小时后成型 脱模养护2 8 天后 再测试件的粘结强度 2 1 9 耐水性实验 对抗裂砂浆 其耐水性试验按j g1 5 8 2 0 0 4 胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统 的规定进行 对防水抗裂砂浆进行了浸水后的拉伸粘结强度的测定 对成型好 的测定试件 需先标准养护2 8 d 环境温度2 3 2 相对湿度5 0 5 浸水7 d 后 再标准养护1 d 然后测定相应粘结强度 对耐水腻子 其耐水性试验按j c 厂r 1 5 7 2 0 0 4 建筑外墙腻子 的规定进行 如三块试板中有两块试板未发现起泡 开裂及掉粉时 则认为 耐水9 6 h 无异常 对本研究除观察腻子外观形貌变化外 还进行了浸水后的拉伸粘结强度的测定 1 2 武汉理工大学硕士学位论文 对浸水后的粘结强度测定试件 需先标准养护1 4 d 环境温度2 3 2 c 相对湿 度5 0 5 浸水4 d 后 再标准养护1 d 后 测粘结强度 对填缝剂 其耐水性试验按j g1 5 8 2 0 0 4 胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统 的规定进行 对防水抗裂砂浆进行了浸水后的拉伸粘结强度的测定 对成型好 的测定试件 需先标准养护2 8 d 环境温度2 3 2 相对湿度5 0 5 浸水7 d 后 再标准养护1 d 然后测定相应粘结强度 2 1 1 0 抗冻性一冻融循环实验 测定方法依据j c 丌1 5 7 2 0 0 4 建筑外墙腻子 进行 测试共制备6 个试样 按规定共做5 次循环 单个循环制度为2 3 2 1 2 水中浸泡1 8 h 2 0 2 冷冻3 h 5 0 2 c 热烘3 h 在5 次冻融循环完成后 将试件在5 0 2 恒温箱中干燥2 4 h 再于标准环境条件下放置2 4 h 之后进行粘结强度的测定 所得结果去掉最大值 和最小值 取剩余4 个数据的算术平均值 各测试数据与平均值的最大相对偏 差应不大于2 0 2 1 1 1 耐磨性实验 测定方法依据j c t4 2 1 2 0 0 4 水泥胶砂耐磨性试验方法 试件尺寸为 1 5 0 m m x l 5 0 m m x 3 0 m m 养护2 8 d 2 1 12 砂浆抗裂性能一椭圆环约束开裂实验 圆环形约束实验方法在2 0 世纪4 0 年代由美国m r r 的c a d s o n 发明 用于实验 室检测不同水泥的抗裂性 c r a c k i n gr e s i s t a n c e 1 4 引 试验采用多通道椭圆环约束 开裂试验装置模拟砂浆在椭圆环约束下的早期开裂情况 椭圆环开裂试验装置 如图2 1 所示 椭圆环试件成型后放入标准养护室 温度2 0 1 相对湿度9 0 以上 养护1 2 h 脱模后放置干燥环境中 并在试件表面涂上水玻璃以起到密封 作用 试件侧表面涂覆无弹性导电胶并在通电后形成导电回路 试验过程中 由连接到计算机的信号采集器对回路的电阻进行连续检测 当试件出现开裂时 计算机将记录电阻的突变时间 并以此作为试件的初始开裂时耐舭引 1 3 武汉理工大学硕士学位论文 4 1 特氟纶衬板 础品 蛐号采集器 蛐电胶 图2 1 椭圆环收缩开裂装置 f i g 2 1a p p a r a t u so fe l l i p s e r i n gs h r i n g k a g ec r a c k i n g t e s t e r 2 1 13 红外光谱分析 删 利用红外光谱对有机硅防水剂中的有机成分进行分析和鉴定 利用该法可 用于研究防水剂中有机分子的结构和化学键 探明有机硅的类别和基团 红外 光谱具有高度特征性 因此采用与标准化合物的红外光谱对比的方法来做有机 硅防水剂中有机成分的分析鉴定 实验中所用到的红外光谱仪具体参数如下 生产厂家 美国热电尼高力公司 t h e r m on i c o l e t 型号 n e x u s 波长范围 0 一4 0 0 0 c r n 1 最高分辨率 0 0 1 9 e r a 1 信噪比 3 3 0 0 0 1 快速扫描 1 次 秒 2 1 14 射线衍射分析m 利用有机硅防水剂对x 射线的吸收随样品中的组分及其含量变化而变化来 定性或定量测定样品中的无机晶体成分 x 射线衍射分析具有分析迅速 样品前 处理简单 可分析元素范围广 谱线简单 光谱干扰少等优点 1 4 武汉理工大学硕士学位论文 实验中所用到的x 射线衍射仪具体参数如下 型号 d m a x i i i a 生产厂家 日本r i g a k l l 理学 公司 主要技术指标 额定功率 3 k w 扫描范围 3 0 一1 4 5 0 2 0 仪器稳定度 优于1 测角精确度 a 2 0 0 0 2 0 2 1 1 5 原子力显微分析 利用原子和分子间的相互作用力来观察有机硅防水剂表面微观形貌 通过 检测有机硅防水剂表面和一个微型力敏感元件之间的极微弱的原子间相互作用 力来研究有机硅防水剂表面结构及性质 实验中所用到的原子力显微镜具体参数如下 型号 d in a n o s c o p e1 v 生产厂家 美国v e e c o 样品尺寸 边长7 r a m 厚度2 m m 横向分辨率 0 2 r i m 扫描范围 x y 5 比m x s g m 2 1 16s e m 显微分析 利用扫描电子显微镜二次电子信号成像 来观察有机硅防水剂应用于水泥 基样品的表面形态 即用极狭窄的电子柬去扫描掺有有机硅防水剂的水泥样品 通过电子柬与样品韵相互作用产生各种效应 与光学显微镜 透射电镜相比较 扫描电子显微镜具有分辨能力高 图像立体感强 放大倍数范围大等特点 实验中所用到的扫描电子显微镜具体参数如下 型号 j s m 5 6 1 0 l v 生产厂家 j e o l 日本电子 公司 放大倍数 5 0 0 0 倍 加速电压 2 0 k v 武汉理工大学硕士学位论文 2 2 原材料及其特性 2 2 1 防水剂 本研究中主要使用了6 种防水粉剂 它们分别是 r 0 r 3 r 4 r 5 r 1 和 r 2 各种防水粉剂性能特征见表2 2 1 表2 2 1 防水剂特征 t a b l e2 2 1t h ec h a r a c t e r0 fw a t e rr e p e l l e n t r 0r 3r 4r 5r 1r 2 2 2 2 集料 石英砂 粒径0 3 0 5 m m 2 2 3 石灰石粉 石灰石粉来源于兴安县外贸中行联营矿石粉厂 其化学成分分析见表2 2 2 表2 2 2 石灰石粉物理性质 t a b l e2 2 2p h y s i c a