渗透结晶防水外加剂的研究.doc

济南大学毕业论文摘 要渗透结晶型防水剂是一种可以显著增强混凝土和砂浆防水能力的外加剂。传统的渗透结晶型防水剂含有一种或多种活性物质，掺入的化学物质在水的作用下通过渗水通道或混凝土正常的毛细作用进入混凝土内部的孔隙中，与混凝土中未水化的水泥颗粒发生水化反应，形成致密水化晶体，封堵混凝土的空隙、毛细管以及裂缝，达到防水目的。这种防水剂主要是通过掺加进防水涂料中来发挥它的功效。这种防水剂是通过后天改造完善混凝土内部结构来达到防水目的。本文研究的渗透结晶型防水剂是一种复配型外加剂，它不同于传统的防水剂它在混凝土或砂浆拌制过程中就已经加入其中。他是通过改善混凝土和砂浆内部结构来实现混凝土结构自防水功能。此次防水剂的复配除了基于水泥基渗透结晶型防水材料的作用机理外还借鉴了其他一些混凝土防水机理（提高混凝土的强度、砂石采用合理的级配来提高混凝土的密实度、利用钙矾石的微膨胀效应来提高混凝土的抗裂能力等等）。基于以上机理我们选出了几种外加剂复配出了我们的防水剂。将复配出的防水剂掺加进砂浆制成防水砂浆根据国家标准JC4741999砂浆、混凝土防水剂、GB184452001 水泥基渗透结晶型防水材料测试其性能，结果表明：防水砂浆28天强度有了惊人的提高，其在1.5Mpa渗透压力下都未出现渗水现象，说明防水砂浆有着很强的防水能力，我们复配出的防水剂是比较成功的。关键词：渗透结晶；防水砂浆；水泥基渗透结晶防水材料ABSTRACTAdmixture capillary crystalline waterproofing agent is a significantly enhanced ability to waterproof concrete and mortar。Conventional capillary crystalline waterproofing agent containing one or more active substances，the chemical incorporation of the seepage channel or concrete normal capillary action into the inside of the concrete pore under the action of water，hydration reaction occurs with concrete unhydrated cement particles，form a dense crystalline hydrated，plugging the gap of the concrete cracks and capillary，To waterproof purpose. This is mainly water repellent coating by mixing into the water to play its effectiveness. This is the perfect concrete waterproofing agent acquired through the transformation of the internal structure to achieve waterproofing purposes.This paper studies the capillary crystalline waterproofing agent is a complex type admixtures, t differs from conventional water repellent concrete or mortar mixing it in the course of which it has been added. He is by improving the internal structure of concrete and mortar to achieve concrete structural waterproof function. Compound waterproof agent in addition to the mechanism of cementitious capillary crystalline waterproof material based on external also draws some other concrete waterproof mechanism(improve the strength of concrete, gravel gradation using reasonable to increase the density of concrete, using micro-expansion effect ettringite to improve crack resistance of concrete, etc.). Based on the above mechanism we have selected several admixtures complex out of our water repellent. The complex out of the water repellent admixture into the mortar made of waterproof mortar According to national standards JC4741999Mortar, concrete waterproofing agent、GB184452001 Cementitious capillary crystalline waterproofing materialstest its performance , The results showed that: waterproof mortar 28 days have been dramatically improved strength waterproof mortar has a strong waterproof capabilities, we compounded the waterproofing agent is more successful.Key words：Crystal infiltration; waterproof mortar; cementitious capillary crystalline waterproofing materials目 录摘 要1ABSTRACT2目 录31 前言51.1 选题背景与意义51.2 渗透结晶型防水外加剂61.2.1 渗透结晶型防水外加剂的介绍61.2.2 渗透结晶型防水外加剂的原理与特点61.2.3 主要特点71.2.4 渗透结晶型防水剂国内外发展现状71.3 本课题研究的内容与预期效果82 试验原材料和仪器设备102.1 原材料的选择102.1.1 水泥的选择102.1.2 砂子的选择112.1.3 矿物掺合料的选择122.1.4 外加剂的选择132.2 原材料检测方法142.3 实验所用仪器142.3.1 原材料检测所用仪器142.3.2 砂浆试验所用仪器153 渗透结晶型防水砂浆配合比设计163.1 配合比设计要求163.2 配合比设计原则163.2.1 胶砂比的选择163.2.2 水胶比173.2.3 外加剂掺量173.2.4 矿物掺合料的掺量173.3 初步确定配合比174 防水砂浆的各项性能试验194.1 减水剂掺量的优化194.2 防水砂浆抗压抗折强度试验214.2.1 胶砂比40:60砂浆抗压强度试验224.2.2 胶砂比45:55砂浆抗压强度试验224.2.3 胶砂比50:50砂浆抗压强度试验234.2.4 抗压强度实验数据分析234.2.5 小结244.4 防水砂浆抗渗试验244.5 实验结论以及所遇到的问题分析275 结 论28参 考 文 献291 前言1.1 选题背景与意义随着我国经济建设的高速发展，近年来城乡建设亦呈飞速增长的趋势，城市基础设施建设、安居工程和住宅小区等相继拔地而起，以及西部大开发战略的实施，建筑防水的工程量相应增大，促进和带动了防水行业的快速发展。同时，为了改善城市交通环境，增加居民出行方便，全国许多城市大量修建高架、地铁、隧道等各种交通设施。这些工程都需要进行防水技术处理，建筑物的防水一直是防水行业的一大难题，而水泥基渗透结晶型防水外加剂作为一种新型的防水材料以其独特的优势越来越受到行业的青睐。相比于水泥基渗透结晶型防水材料水泥基渗透结晶型防水外加剂在工程应用中效果很好,施工简单,对各种环境都具有良好的适应性,具有良好的防水能力和耐久性,是一种相当具有发展前途的防水材料刘红叶, 周述光. 水泥基渗透结晶型防水材料的研究与发展J. 江西建材, 2006 (3): 7-10.。目前,虽然国内能水泥基渗透结晶型防水材料发展非常迅速,但是大部分同类产品都是由由国外进口,或者用进口原料在国内加工、分装等,厂家本身并不能实现独立生产。这样一来导致产品成本高,价格平均可达35万元/t；国内对于水泥基渗透结晶型防水材料的理论研究也比较少。曾有上海同济大学、中国核工业研究所等单位开展了一系列研究,但仅仅对现有的国外产品进行评价,未形成一套完整的理论,也未能形成自己的产品 刘洋.水泥基渗透结晶防水材料的作用机理及应用研究J.大连理工大学,2006.。关于该产品,目前存在的主要问题是防水作用机理不确定,缺乏理论及实践研究的双重支持;母料的进口价格昂贵,无法适应大规模建设的需要等。国内目前在许多重要防水工程中采用用了水泥基渗透结晶型防水材料,都取得了比较好的效果 陈光耀, 吴笑梅, 樊粤明. 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.。但关键技术和关键材料都是由国外进口,产品价格昂贵,因此它阻碍了水泥基渗透结晶防水材料在我国的发展，所以我们急需要国内自主生产的价格比较低廉的产品。该产品在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。本课题是借鉴市场上相对成熟的防水产品和理论，选择出集中合适的外加剂来复配我们的防水外加剂，并通过实验分析验证得出最佳配方，和市场上的同类产品进行比较得出所配外加剂的主要特点。通过以上的研究,促进水泥基渗透结晶型防水材料在国内的发展及广泛应用。1.2 渗透结晶型防水外加剂1.2.1 渗透结晶型防水外加剂的介绍渗透结晶型防水外加剂是一种化学外加剂同时也是复配型外加剂。它主要有减水剂、膨胀剂、憎水剂等外加剂复配而成。根据季节的不同和施工要求可能复合缓凝剂等组分，总之防水外加剂的组分很不固定具有多样化和多功能化特点。渗透结晶型防水外加剂不同于传统的水泥基渗透结晶防水材料，它是直接掺入水泥砂浆或混凝土中使用可以改善混凝土和砂浆内部的结构，使其实现结构自防水。其组分中的减水剂可以改善混凝土和砂浆的和易性同时可以降低水灰比提高密实度；憎水剂可以在混凝土和砂浆硬化后的表面形成一层永久的防水层阻止水分的进入其内部；膨胀剂中的活性成分可以和水泥水化产物发生反应生成钙矾石，可以利用钙矾石的“微膨胀效应”来补偿混凝土和砂浆的收缩防止开裂。渗透结晶型防水外加剂相比于水泥基防水涂料有以下优点：一方面是实现了混凝土结构自防水，取消了外防水措施，另一个是施工简便防水效果好同时成本比较低廉。1.2.2 渗透结晶型防水外加剂的原理与特点关于渗透结晶型防水剂组分中膨胀剂中的活性物质渗透结晶机理目前主要有两种解释：一种是沉淀反应机理，另一种是沉淀-络合反应机理。（1）沉淀反应机理：水泥在水化过程中，会产生大量的Ca（OH）2和游离的Ca2+等碱性物质。防水外加剂中的活性化学物质会以水为载体渗透到混凝土内部，与水泥石中和毛细孔中的Ca（OH）2等物质发生化学反应，生成不溶于水的结晶体（比如钙矾石）。钙矾石等结晶体会阻塞混凝土和水泥石中的毛细孔以及微裂缝，起阻水、防水作用。一旦混凝土中的这些毛细孔和微裂缝被结晶体阻塞，那么混凝土的密实度会提高其抗渗性也随之提高。由于渗透作用是以水为载体，并且结晶化学反应也必须在水的环境中进行，所以水的存在是沉淀反应机理的必要条件。后期随着混凝土中的水分蒸发，混凝土内部变得很干燥其中的活性物质都以固体状态存在，此时渗透作用也停止了。我们把此时的状态称之为“休眠”。如果在“休眠”期间混凝土产生了微裂缝，那么水就会顺着裂缝进入混凝土将活性物质重新激活，进而发生结晶沉淀反应再次将微裂缝堵塞。（2）沉淀-络合反应机理：进入混凝土内部的活性化学物质在Ca（OH）2的高浓度区时，与混凝土中电离出的钙离子络合，形成易溶于水的不稳定的钙络合物。钙络合物随水在混凝土孔隙中扩散，遇到活性较高的未水化水泥、水泥凝胶体等，活性化学物质就会被更稳定的硅酸根、铝酸根等取代，发生结晶、沉淀反应，从而将Ca（OH）2转化为具有一定强度的晶体合成物，填充混凝土中的裂缝和毛细孔隙，而活性化学物质则重新变成自由基，继续随水向内部迁移 崔巩, 刘建忠, 高秀利, 等. 水泥基渗透结晶型防水材料渗透结晶性能评测方法研究现状J. 中国建筑防水, 2010 (16).。1.2.3 主要特点通过以上机理我们可以总结出应用渗透结晶型防水剂拌制出的混凝土具有以下特点。（1）具有独特的自我修复功能：水泥基渗透结晶防水外加剂中的活性化学物质是无机化学物质，它不会随着时间慢慢消失，活性物质在多年之后遇水仍可以被激活继续发生反应，产生结晶体堵塞密实混凝土中的微细裂缝，实现自我修复功能。（2）具有极强的抗渗透能力：国标规定水泥基渗透结晶防水材料的一次抗渗压力值必须在 1.2MPa 以上，而二次抗渗压力值须在 0.8MPa 以上，且其在长期的高水压作用下，仍具有较强的抗渗透能力。（3）具有提高混凝土抗压强度的作用：使用水泥基渗透结晶防水材料的混凝土结构，由于其对混凝土结构内部毛细孔、微细裂缝的堵塞封闭作用，提高了混凝土结构的密实度，对混凝土内部结构起到了加强的作用，一般情况下能提高混凝土强度的 1020%。（4）具有防腐蚀、提高混凝土耐久性及保护钢筋的作用：钢筋锈蚀对结构的抗力、可靠性、使用寿命等均有很大影响，而各种侵蚀介质的渗透速度和混凝土的抗渗性能好坏有很重要的关系。因此混凝土的抗渗性能好坏也决定了混凝土中钢筋锈蚀的速度。水泥基渗透结晶防水材料通过不断渗透结晶和自我修复功能密实混凝土结构，阻止或延缓了外界离子等对结构内部的渗透，保护混凝土结构内部钢筋免受侵蚀。水泥基渗透结晶防水材料中活性物质经结晶络合反应形成针状结晶体，大分子结晶体含有的疏水基较多，致使基层空隙内填充向结晶分子表面张力较小而不吸水，气体可以通过，而液态水却无法通过 付向阳. 水泥基渗透结晶型防水涂料施工技术J. 山西建筑, 2010, 36(14): 142-143.。保持混凝土结构的正常透气、干爽，在保持钢筋不被侵蚀的基础上延长建筑结构的使用寿命。（5）具有长久性防水作用：水泥基渗透结晶防水材料中的活性物质随着时间的推移逐步向混凝土结构内部渗透，进行结晶络合反应封闭毛细孔及微细裂缝。一般情况下，反应所形成的结晶络合物性能稳定，不会被损坏，即使外部防水材料涂层被磨损或挂掉，也不会影响其防水效果，因为防水材料活性物质已渗透到混凝土结构内部，遇水重复进行着沉淀反应生成结晶沉淀，故其防水作用是长久性的。（6）符合环保标准，无毒、无公害：水泥基渗透结晶防水材料以水为分散介质，无毒、无味、无污染，适用于饮用水、水库、泳池等建筑施工项目。1.2.4 渗透结晶型防水剂国内外发展现状这类防水材料最初是在二次世界大战期间由德国化学家劳伦斯杰逊在解决水泥船渗漏水的实践中发明的。在那时候,由于德国钢铁制造业比较的紧张,所以开始使用水泥造船。但是当时用水泥建造的船渗漏水的情况很严重,无法正常使用。就是由于当时那种状况在无意中促进了水泥基渗透结晶型防水材料的发展。在第二次世界大战后,欧洲和日本经济的飞速增长,使这一材料的工程应用范围不断扩大,产品也从早期德国的劝矫旧EX(稳挡水)品牌(现转售到瑞士)州申发展到加拿大的XY甲XE(赛柏斯)、加拿大的KRYS飞DL、新加坡的FORMDEX(防挡水)、美国的P日闭明田幻叫(膨内传)、法国的DPISCE、澳大利亚的CRYS脚止、日本的DPIsEc等数十个品牌。水泥基渗透结晶型材料在开拓工程应用的过程中,最初是提倡用于全地下混凝土结构的外表面防水,后来发现它在背水面(结构内表面)有它的特殊效果，特别是在污水处理池和地面生活用水贮水池等类工程的应用中颇为理想 徐锦平. 盐碱干燥大温差环境下桥梁混凝土结构腐蚀机理与防护研究D. 武汉理工大学, 2008.。从20世纪60年代以来,CCCW作为混凝土结构背水面防水处理(内防水法)的一种有效涂料,逐步扩大了品种,不断进入建筑施工应用的新领域。我国80年代起引进加拿大的水泥基渗透结晶型防水材料一一沉钾以产品。开始应用于上海地铁工程。从90年代初开始,Xy甲EX的其他同类产品,相继进入中国市场。在上海、北京、广州、武汉、大连、重庆、杭州、乌鲁木齐等地获得较多的应用。90年代中期开始在国内生产,先后成立了北京城荣防水材半伞育限公司、上海基成达申防水材琳隋限公司、昆山凯顿百森高效防水材末隋限公司、乌鲁木齐固斯特防水材料有限公司、上海汇奇实业发展有限公司等企业 余剑英, 董连宝, 孔宪明. 我国建筑防水涂料的现状与发展J. 新型建筑材料, 2004 (10): 28-32.。目前设计生产能力达1.3万t/年左右。并有一部分代理商经销美国、加拿大、澳大利亚、法国等国的产品。该类型产品己先后用于黄河小字良窿发电站坝下彩暗、四川大桥水库导流洞堵漏、机房防渗、坝面补强、北京高石卿店污水厂沉淀水池的补漏防渗、北京世乡己后地下室防水、上海外环线沉管隧道接缝等工程,防水效果显著,获得工程界的好评。陕西西康水电站的导流洞检查入孔,因为导流洞高速、高压水流的作用,使检查入孔的渗漏较严重,采用水泥基渗透结晶型防水材料系列产品的联合修补后,起到了彻底防漏的效果的。水泥基渗透结晶型防水材料不同于传统防水材料,传统防水材料都是在混凝土表面形成隔水层,起到防水作用,在初始阶段是非常有效的,但是随着时间增长,其性能逐渐退化而失去防水效果。而结晶型防水材料防水性能却随着时间持续增强,并月永久防水不老化 马文娟. 渗透结晶型防水剂研究及其在 AAR 病害治理中的应用探讨D. 西南交通大学, 2005.。这种特性使得该防水材料在混凝土防水领域具有仁口遴的能力,是其它防水材料无法比拟的。1.3 本课题研究的内容与预期效果本论文课题为渗透结晶防水外加剂的研究，因为我们通过砂浆来研究，所以首先要设计出合理的砂浆配比。其次根据水泥基渗透结晶防水材料防水原理选出合适的外加剂以及活性物质。再通过一系列的实验进行配比的筛选和优化。因此本文主要通过一下几个方面进行研究：（1）选择合适的原材料以及砂子级配，砂浆是由胶凝材料和细骨料按适当比例拌合而来。我们必须选择性能优良的符合我们防水目标的材料，同时我们也要选择合理的砂子级配，因为良好的级配不仅能提高砂浆的密实度也能提高砂浆的强度。只有这样才能配制出满足我们要求的防水砂浆。（2）渗透结晶型防水外加剂的复配，减水剂对于砂浆的流动性、稠度以及强度都有明显的贡献。膨胀剂在水泥凝结硬化时，随之体积膨胀，起补偿收缩以及充分填充水泥间隙的作用，能有效阻止砂浆开裂。憎水剂可以在砂浆表面形成一层肉眼不可见防水层得到永久防水效果。（3）对砂浆的凝结时间、抗压抗拉强度、抗渗性能等进行测定，通过测定结果对防水外加剂性能进行评估。预期研究目标：（1）参考有关防水砂浆配合比文献，设计出合理的防水砂浆配合比。要求砂 浆满足以下性能：初始流动度达到灌浆料的标准、28d强度在60Mpa以上、有很强的抗渗性能。（2）探讨胶凝材料、细骨料的细度以及活性物质的掺量对防水性能的影响。（3）探讨砂浆的水灰比、稠度以及凝结时间对砂浆防水型的影响。2 试验原材料和仪器设备材料组成决定其结构，结构决定其性能。所以原材料的质量的好坏，决定着最终试配砂浆和混凝土性能的好坏，因此，控制好原材料，是做好防水砂浆的第一步。2.1 原材料的选择2.1.1 水泥的选择水泥作为一种水硬性胶凝材料，是混凝土和砂浆重要的组成成分。直接影响着砂浆和混凝土性能的好坏。为了提高砂浆的抗渗性，本次实验采用细颗粒比较多的水泥这样水泥石中生成微毛细孔结构，孔隙率大大减少，从而提高了水泥石的抗渗性。但是，水泥的比表面积过大会使水化速率过快、水化热大、混凝土收缩率大，从而导致混凝土结构抗渗、抗腐蚀能力差，还会使混凝土拌合料的流动性受到影响，经时损失增加，若增加其用水量，又势必导致抗裂性能下降 汤诞. 水泥细度和组成成分对连续刚构桥耐久性及潜在安全性的影响研究D. 重庆交通大学, 2010.。本次实验采用潍坊鲁碧PO42.5普通硅酸盐水泥，表2.1.1为鲁碧水泥基本性能。表2.1.1 鲁碧水泥性能指标物理力学性能细度/%密度/(g/cm)标准稠度用水量/ml凝结时间/min安定性抗折强度/MPa抗压强度/MPa初凝终凝3d28d3d28d普通硅酸盐水泥15.63.3143181250合格5.89.125.151.5表2.1.2 鲁碧水泥化学成分水泥化学组成SiO2CaOAl2O3Fe2O3MgOSO3K2ONa2OTiO2P2O5MnOSrO含量（%）24.4652.469.072.575.322.560.620.280.460.030.090.0722.1.2 砂子的选择本次实验采用河砂作为防水砂浆的细骨料，我们需要对河砂做一下处理：实验用河砂需要过2.5mm筛将2.5mm以上的出啥全部除去；将试验用的2.5mm下的砂子放在水中将其中的泥全部洗去然后烘干；将烘干后的砂子分成粗、中、细三份，粗砂颗粒直径1.25mm-2.5mm，中砂颗粒直径0.6mm-1.25mm，细砂0.08mm-0.6mm，最后储存备用。砂的颗粒级配按公称直径0.63mm筛孔的累积筛余量（以质量百分率计），分为三个级配区，砂的颗粒级配应处于表中的任何一个区以内。砂的实际颗粒级配与表中所列的累积筛余百分率相比，除5.00mm和0.630mm外，允许稍有超出分界线，但其总量百分率不应大于5%，当砂颗粒级配不符合要求时，应采取相应技术措施，经试验证明能保证工程质量，方允许使用 安海燕, 于胜海. 砂石骨料颗粒级配现场的质量控制J. 科技咨询导报, 2007 (20): 9-9.。表2.2为砂的颗粒级配区。表2.1.3 砂级配区筛孔直径（mm）级配区区区区5.001001001002.503552501501.256535501025000.638571704140163.159580927085550.16100901009010090砂子的颗粒级配对于防水砂浆是一个很重要的影响因素，合理的颗粒级配不仅使砂浆具有良好的和易性，还能提高砂浆的密实度进而提高砂浆的强度和抗渗性能，表2.3为河砂颗粒级配。表2.1.4 河砂颗粒级配筛孔直径（mm）筛余（g）分计筛余（%）累计筛余（%）5.00002.50001.25137.627.5227.520.63156.831.3658.880.315148.929.7888.660.1655.211.0499.7砂的细度模数=（0+27.52+58.55+88.66+99.7-50）（100-0）=2.752.1.3 矿物掺合料的选择GB/T18736-2002高强高性能混凝土用矿物外加剂明确规定：用于改善混凝土耐久性能而加入的、磨细的各种矿物掺合料，又称矿物外加剂，其主要特征是磨细矿物材料，细度比水泥颗粒小，主要用于改善混凝土的耐久性和工作性能 余志武, 潘志宏, 谢友均, 等. 浅谈自密实高性能混凝土配合比的计算方法J. 混凝土, 2004, 1: 54-57.。矿物掺合料的功能效应包括：（1）形态效应：由外观形貌、表面性质、颗粒级配等产生的效应。利用矿物掺合料的形态形态在混凝土中起减水作用，“矿物减水剂”，同时可以提高混凝土的流动性 Nemkumar Banthia, Rishi Gupta. Cement and Concrete Research,2006,36（7）：1263-1267 。（2）微细集料效应：利用矿物掺合料中的微细颗粒填充到水泥颗粒填充不到的空隙中，改善混凝土孔结构和增大密实度的效应 陈建辉. 掺合料在混凝土生产中的应用J. 广东建材, 2012, 28(7): 14-16.。（3）化学活性效应：利用矿物掺合料的胶凝性或火山灰性，将Ca(OH)2晶体转化成CSH凝胶 Roy H. Keck. J. Concrete International, 2001, 23(9).。 本次实验我们采用潍坊鲁碧矿粉作为矿物掺合料，矿粉，是用水淬高炉矿渣，经干燥，粉磨等工艺处理后得到的高细度，高活性粉料，是优质的混凝土掺合料和水泥混合材 Boulfiza M.ACI Materials Journal,2003,100(01).，是当今世界公认的配制高性能混凝土的重要材料。通过使用粒化高炉矿渣粉，可有效提高混凝土的抗压强度，降低混凝土的成本。同时对抑制碱骨料反应，降低水化热，减少混凝土结构早期温度裂缝，提高混凝土密实度，提高抗渗和抗侵蚀能力有明显效果。 表2.1.5 矿粉物理性质检验项目细度/%含水率/%烧失量/%活性指数/%3d7d28d检验结果2.50.81.679.385.195.2表2.1.6 矿粉化学成分矿粉化学组成MgO含量（%）34.4036.4115.6012.291.302.1.4 外加剂的选择本次实验采用的防水外加剂是一种复配型的多功能外加剂它包含以下几种外加剂：（1）聚羧酸固体减水剂：聚羧酸类高效减水剂，该类减水剂可以称为第三代减水剂，其减水率高，可以达到约30%。聚羧酸系和氨基磺酸系高效减水剂因其对胶凝材料的分散能力强，减水率高，可以大幅度降低高性能混凝土的单方用水量，保持坍落度性能好，不仅能提高新拌混凝土的流动性，还可以减小混凝土拌合物的坍落度经时损失，并且高效减少剂对提高混凝土的强度和弹性模量，减小徐变，提高混凝土的耐久性都有好处 高培伟, 卢小琳, 邓敏, 等. 非萘系减水剂对高性能混凝土性能的影响J. 2003.。生产工艺又相对简单而成为近年来世界各国研究的热点。同时他们也成为配制高性能混凝土掺加的外加剂的首选。聚羧酸系较氨基磺酸系高效减水剂有很多的优势，其减水率高，保水性好，收缩率低，坍落度经时损失小，所以现在配制高性能混凝土大多数选择聚羧酸类高效减水剂 谭俊华, 任义宁. 高效减水剂对混凝土性能的影响J. 山西建筑, 2009, 35(11): 170-171.。（2）硬脂酸钙憎水剂：白色粉末，不溶于水，在混凝土和砂浆中加入憎水剂可以在混凝土和砂浆表面形成一层永久的防水层，达到了永久防水的目的。（3）明矾石膨胀剂：加在水泥中，当水泥凝结硬化时，随之体积膨胀，起补偿收缩和张拉钢筋产生预应力以及充分填充水泥间隙的作用。由于掺量减少，不影响早期强度和后期强度，可以做到等量替代水泥。其可以实现结构自防水，取消外防水措施 游宝坤, 侯维红, 凌良敏. 关于地下室防水设计的讨论J. 中国建筑防水, 2006 (2): 4-6.。表2.1.7 减水剂技术指标外观含水率/细度(0.0315筛筛余)/水泥净浆流动度/PH值(1水溶液)粉色肉末状固体1.315.02359.02.2 原材料检测方法原材料基本性能检测采用的国家标准有JC474-1999砂浆、混凝土防水剂GB/T1346-1989水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检测方法GB18445-2001水泥基渗透结晶型防水材料2.3 实验所用仪器2.3.1 原材料检测所用仪器1）NJ-160A型净浆搅拌机2）JJ-5型行星式水泥砂浆搅拌机3）电动抗折试验机4）电动抗压试验机5）水泥净浆标准稠度与凝结时间测定仪6）YH-42B标准恒温恒湿养护箱7）FBT-9型自动比表面积测定仪8）负压筛析仪9）沸煮箱10）电动式跳桌11）水泥胶砂振实台12）电热鼓风干燥箱13）方孔筛、天平、烧杯、量筒、台秤、钢尺、玻璃片等若干2.3.2 砂浆试验所用仪器1) JJ-5型行星式水泥胶砂搅拌机2) SS15型砂浆抗渗仪3) SP175型立式砂浆收缩膨胀仪4) ZKS100型砂浆凝结时间测定仪 5) 砂浆、抗压抗折测定仪6) 砂浆流动度测定仪、40mm40mm160mm试模、砂浆抗渗成型试模、砂浆振动台、直尺、玻璃板等 薛鹏万, 韩建军. 商品干粉砂浆的研究与开发J. 建材技术与应用, 2003, 4: 12-13.。3 渗透结晶型防水砂浆配合比设计3.1 配合比设计要求渗透结晶型防水砂浆配合比的设计必须满足以下要求：（1）防水砂浆应具有高流动度（一般初始不小于260mm，半小时后不小于230mm）。（2）要具备较高的强度来满足砂浆本身结构自防水，要求28d强度大于60Mpa。（3）配制出来的砂浆要具备较高的抗渗性能。（4）砂浆试块应具备低吸水率。（5）来源广泛，价格合理，利于节约能源和环境保护。3.2 配合比设计原则由于防水砂浆不同于普通的抹面砂浆和砌筑砂浆，它是一种特殊用途砂浆 John Batchelor.Waterproofing concrete with sprayed acrylics.Concrete,1997,(3).。所以其配合比设计也不同于一般常用砂浆。根据经验和导师提出的建议我们采用以下方法进行配合比设计。3.2.1 胶砂比的选择所谓胶砂比就是胶凝材料的用量与砂子用量的比值，它在防水砂浆配合比中是一个很重要的参量。由于一开始我们不能确定防水砂浆具体的胶砂比，所以我们参考以往别人的试验，再根据我实习搅拌站实际情况设计出了以下四组胶砂比分别为：A组胶砂比为40:60、B组胶砂比为45:55、C组胶砂比为50:50、D组胶砂比为55:45。见表3.1。表3.1 不同组别胶砂比组别ABCD胶砂比40：6045:5550：5055:453.2.2 水胶比水胶比是影响砂浆和水泥的一个很重要的因素，一般情况下在保证用水量充足的情况下随着水胶比的降低，砂浆和混凝土的强度会增大。这是因为随着水胶比降低砂浆和混凝土在硬化过程中内部孔隙率和空隙尺寸会降低，因此砂浆的密实度提高强度因此也就提高了。混凝土的强度对水胶比的变化非常敏感，水胶比的微小变化对混凝土的强度都有很大的影响，所以配制高强度防水砂浆控制低水胶比是关键。根据以往配合比设计经验，设计强度60Mpa的砂浆水胶比应该在0.29左右，水灰比在0.35左右。3.2.3 外加剂掺量酸减水剂是一种高效减水剂，厂家推荐掺量在0.2%左右。但是考虑到此次配置的防水砂浆初始度需要达到260mm以上，所以实际用量应该要大于0.2%，因此我们初步确定掺量在0.2%0.5%之间，然后通过实验在确定具体的掺量。此次试验采用的憎水剂为硬脂酸钙，它作用是会在砂浆表面形成一层防水层，因此硬脂酸钙的掺量按厂家推荐掺量即可，没有必要加大产量更不能减少掺量。初步确定掺量为1%。膨胀剂采用的是明矾石膨胀剂，其推荐掺量在5%8%之间，具体产量需要通过收缩膨胀率试验来确定。3.2.4 矿物掺合料的掺量活性矿物掺合料的掺量一般是替代30%的水泥，但是矿物掺合料对于砂浆早期强度贡献很小，后期强度贡献高 马保国, 罗忠涛, 白建飞, 等. 高活性矿物掺合料浆在混凝土中的应用J. 混凝土, 2007 (2): 34-36.。防水砂浆虽说没有明确的早强要求，但是短时间内达到比较理想的强度对于其早期防水是很重要的。所以基于这一点矿粉只代替20%的水泥。各种外加剂掺量见表3.2。表3.2 外加剂掺量外加剂种类减水剂憎水剂膨胀剂掺量0.2%0.5%1%5 %8%3.3 初步确定配合比建筑防水材料越来越受到重视，但毕竟它的实用性是有局限性的。通常我们只能在需要防水的地方才能用到它。由于这种特殊性所以我们对于它的研究不是很完善，所以很多组分的掺量都不确定只能通过实验来优化。比如此次试验采用的河砂都是经过严格的清洗去泥的，然而实际生产中所用的河砂都是含有或多或少的泥土，泥土的存在就必然会导致需水量增加。因此初步配合比中很多成分的掺量都是根据经验以及导师和搅拌站工作人员的建议来确定的，这有待于通过实验来优化。表3.3为初步配合比。表3.3 初步配合比胶砂比减水剂憎水剂膨胀剂水40:600.2%0.5%1%5 %8%12%45:5550:5055:45上述表格中减水剂、憎水剂、膨胀剂的掺量都是根据胶凝材料量而定的，而水的掺量12%是占砂浆总质量的12%。表3.3给出的配合比还不是很直观，其中各组分的掺量都还只是百分比掺量，而且减水剂和膨胀剂的掺量还是一个范围，不是具体的百分比掺量。为了能更好的进行实验我们选取了胶砂比为40:60的一组来进行其他组分的优化试验。首先进行减水剂掺量的优化，考虑到防水砂浆的高流动度我决定从0.5%开始进行试验。另一不确定组分膨胀的掺量较小对流动度影响可以忽略，生产厂家推荐用量在6%8%我们使用6%的掺量。表3.4为减水剂掺量优化的配合比。表3.4 减水剂优化配合比胶砂比减水剂憎水剂膨胀剂水40:600.2%0.5%1%6%12% 4 防水砂浆的各项性能试验4.1 减水剂掺量的优化根据减水剂推荐掺量0.2%0.5%设计出四组试验减水剂掺量分别定为0.5%、0.4%、0.3%.、0.2%，按序进行试验。下表4.1.1为四组优化方案。表4.1.1 减水剂不同掺量优化方案组别胶砂比减水剂憎水剂膨胀剂水140:600.5%1%6%12%240:600.4%1%6%12%340:600.3%1%6%12%440:600.2%1%6%12%砂浆流动度试验所用试模尺寸是高60mm上口内径70mm下口内径100mm下口外径120mm截锥圆模 徐永模, 彭杰, 赵昕南. 评价减水剂性能的新方法-砂浆坍落扩展度J. 硅酸盐学报, 2009 (z1): 124-130.。经计算一次配制3kg砂浆就足以满足试验所需用量。下面先从减水剂掺量0.5%开始做。下表4.1.2为减水剂掺量0.5%时配制3kg砂浆的配合比。表4.1.2 3kg减水剂掺量0.5%的砂浆配合比胶凝材料砂子减水剂（g）憎水剂（g）膨胀剂（g）水（g）水泥（g）矿粉（g）粗砂（g）中砂（g）细砂（g）0.5%1%6%12%820205659439.4439.45.1510.361.8360上表中胶砂比为40:60，粗砂（占总细骨料的37）是粒径在1.25mm-2.5mm之间的河砂，中砂（占总细骨料的27）是粒径在0.63mm-1.25mm之间的河砂，细砂（占总细骨料的27）是粒径在0.63mm以下的河砂。新拌砂浆的流动度在330mm以上，但是砂浆在玻璃板上就出现了板结，砂浆放置一段时间后出现了比较严重的泌水现象。很明显此次适配不成功，考虑到出现比较严重的泌水现象，很有可能是减水剂的掺量过多可以考虑降低减水剂的掺量 马慧霞. 外加剂对混凝土的影响J. 内蒙古科技与经济, 2006 (16): 75-76.。减水剂掺量为0.4%时砂浆配合比见表4.1.3。表4.1.3 减水剂掺量0.4%的砂浆配合比胶凝材料砂子减水剂（g）憎水剂（g）膨胀剂（g）水 （g）水泥（g）矿粉（g）粗砂（g）中砂（g）细砂（g）0.4%1%6%12%821205659.34404404.110.361.8360配制出的砂浆流动度仍然在330mm以上，并且出现了比较严重的板结和泌水现象，继续尝试降低减水剂来进行实验。减水剂掺量为0.3%时砂浆配合比见表4.1.4。表4.1.4 减水剂掺量0.3%时砂浆配合比胶凝材料砂子减水剂（g）憎水剂（g）膨胀剂（g）水 （g）水泥（g）矿粉（g）粗砂（g）中砂（g）细砂（g）0.3%1%6%12%821205659.6439.7439.73.081.0310.361.8砂浆初始流动度为300mm，但是仍然出现了不是很严重的的泌水现象，老师建议流动度在270mm-280mm之间就行，可见仍然得继续降低减水剂的掺量。鉴于以上情况减水剂的掺量还是稍微有点多，泌水现象可以考虑通过减少水的用量来解决。因此下次试验决定减水剂掺加0.25%，水的用量降到11%。调整后的配合比见表4.1.5。表4.1.5 调整后的配合比胶凝材料砂子减水剂（g）憎水剂（g）膨胀剂（g）水 （g）水泥（g）矿粉（g）粗砂（g）中砂（g）细砂（g）0.25%1%6%11%831.2207.8667.9445.2445.22.6010.462.4330经过上述调整后砂浆初始流动度在295mm左右见图4.1，并且放置一段时间后并未出现泌水现象，这说明适配比较成功0.25%的减水剂掺量为比较合适的掺量，水的用量定在11%更为合理。图4.1.1 防水砂浆流动度4.2 防水砂浆抗压抗折强度试验防水砂浆的抗压强度是影响其抗渗性能的一个很重要的因素，一般来说砂浆抗压强度越高其抗渗性能越好 Bryant Mather, Crystal Growth in Entrained-Air Voids. Concrete International, 2001,(3)。因为强度高说明密实度高，因此抗渗性能就好。对于防水砂浆抗压抗折试验我们准备了四组不同的胶砂比也就是四组不同的配合比进行实验，以便找出比较合理的配合比来。本次实验采用的四组胶砂比分别为：40:60、45:55、50:55、55:45。固体减水剂的掺量在减水剂掺量优化试验里已经确定了，其最佳掺量为0.25%。憎水剂和膨胀剂的掺量不变。 本次实验是依据GB/T17671一1999水泥胶沙强度检验方法进行试验。4.2.1 胶砂比40:60砂浆抗压强度试验防水砂浆抗压抗折强度试验成型试模是采用的40mm40mm160mm的胶砂强度成型试模。本次实验需要测防水砂浆的3d、7d、28d强度，所以一次试验需要3组试模。经计算每次试验配制6kg砂浆就可以满足成型用量。下表4.2.1是胶砂比40:60砂浆配合比。表4.2.1 胶砂比40:60砂浆配合比胶凝材料砂子减水剂（g）憎水剂（g）膨胀剂（g）水 （g）水泥（g）矿粉（g）粗砂（g）中砂（g）细砂（g）0.25%1%6%11%1661415.21334889.6889.65.220.8124.8660其各龄期的抗压强度见表4.2.2。表4.2.2 胶砂比40:60砂浆抗压强度龄期强度（Mpa）平均3d39.835.434.436.57d45.547.841.244.828d56.458.95456.4很明显试块28d强度没有达到我们预期的