JG无机水性渗透结晶型混凝土高效防护剂的研发.doc

1、JG 无机水性渗透结晶型混凝土高效防护剂的研发作者：许永彰 李庆霖 许永彤 论文关键词：无机水性 渗透结晶 混凝土防水防护 耐高温 论文摘要：本项目研究开发一种喷涂后可有效改善和提高混凝土性能、对混凝土具有高渗透和持久保护功能且耐高温灼烫的无机水性渗透结晶型高效防水防护剂，阐述它的特点及性能。 1 引 言 我国的建筑物、构筑物主要采用硅酸盐系水泥混凝土浇筑，因硅酸盐水泥的主要熟料矿物硅酸三钙和硅酸二钙的水化反应产生氢氧化钙 Ca（OH）2，因此，混凝土中存在较大量的 Ca（OH）2；此外，混凝土中还存在较多的毛细孔缝，正是由于这些毛细孔缝和 Ca（OH）2 的存在，在环境因素（如水、温度循环、

2、干湿循环、CL、SO42离子等）和侵蚀性介质（如氯盐、硫酸盐等）扩散进入混凝土体内的作用下，混凝土材料及其构筑物出现劣化与性能衰减等现象，严重影响混凝土构筑物的外观质量与使用寿命。 伴随着城市化进展的加快及工商业的迅猛发展，高层建筑、地下商场、高速公路、高速铁路、桥梁隧道、港口码头、污水处理厂等高等级建筑物及构筑物已经在军事与民用建筑及国家基础设施工程中大量建设。寻求相应的结构防水方案已经成为工程建设中的紧迫问题，开发高效新型的对混凝土具有持久防水防护作用的材料成为建材领域新的研究课题。用于混凝土耐久性防护的涂层材料来源虽然很广，但并不都能满足混凝土防护的要求。涂层材料至少应具备以下两个特点：

3、（1）涂层材料自身由于长期暴露在侵蚀环境和有害介质中，经受风吹、雨打、日晒和多种外界破坏作用，必须具有很好的抗侵蚀性和抗老化性。 （2）涂层材料能与混凝土表面良好地结合，并对下一道的外装饰工序和工程的整体外观无不利影响。我们通过广泛了解国内外防水材料行情和顺应市场发展趋势需求，总结各种防水材料的性能，深入分析防水机理及相关优缺点后，立项进行了无机水性渗透结晶型混凝土高效防护剂的研发，以开发出一种各项技术指标达到理想的均衡状态、具有良好的防水抗渗、全面防护效果，能够广泛应用于各类海工工程、桥梁工程等基础设施和工业与民用工程建筑防水防护的新型混凝土保护材料。由福建省宁德市建工防水科技有限公司承担的

4、JG 无机水性渗透结晶型混凝土高效防护剂的研究与开发科研项目今年 4 月 26 日通过了福建省科技厅组织的科技成果鉴定，鉴定委员会认为该成果创新性、实用性强，技术居国内同类研究领先水平。利用该研究成果技术开发的“混凝土 DPS 永凝液” ，“JGM1500 无机水性渗透型密封防水剂”等系列产品具有性价比高、操作简便，迎水面、背水面均可施工，完全可以替代进口产品，已在各类建筑物和构筑物上广泛使用，取得了显著的经济效益和社会效益，深受用户好评。 2 技术路线的选择 如何使混凝土减低腐蚀、磨损、水溶蚀、盐剥蚀、冻融循环等因素的破坏作用，延长使用寿命，使其具有密封防水、抗风蚀碳化、耐酸碱侵蚀、耐高温灼

5、烫等功能是本项目研究的重点也是难点。无机水性渗透型混凝土高效防护剂的研究开发需要无机化学、有机化学、物理化学及分析化学等多方面的知识基础，同时还穿插了材料结构及表面化学等方面的理论基础，产品具有较高的技术含量。 我们确定了 JG 无机水性渗透结晶型混凝土高效防护剂以碱金属硅酸盐溶液及惰性材料为基料，加入催化剂、助剂，混合反应配制的技术路线。它不同于传统有机材料，喷涂后不在混凝土表面形成涂膜，也不同于水泥基渗透结晶型防水材料，它是无机液体，不含水泥粉末；可渗透至混凝土内部结晶形成永久性防护层，具有与混凝土结构的相融性；它以水为载体，随着水对混凝土结构孔隙进行渗透，被流渗到砼结构内部的孔缝中，催化

6、硅酸钙与水泥水化反应过程中析出的 Ca(OH)2 与硅酸钙交互反应，形成了不溶于水的枝蔓状纤维结晶物，在混凝土结构内部吸水膨胀，使结构中的毛细孔缝得到充盈密实，从而有效提高了混凝土结构的抗渗水能力，并提高混凝土结构的致密性，在涂层中起到密实抗渗的作用。随着时间（一般为 17d）的发展，结晶量递增，在防水涂层中渗透结晶相结合，增强结构整体的抗渗能力。由于活性化学物质多年后还能被水激活，继续起到催化作用，因此混凝土结构即使局部受损渗漏（裂缝小于 0.3mm）在结晶作用下，会自行修补愈合并具有多次抗渗能力，具有渗透性、可封闭水泥砂浆与混凝土毛细孔通道和裂纹功能的防水防护材料。从而在本质上改变了普通混

7、凝土结构体积不稳定而再次带来的裂渗。 本研究项目开发的产品的技术指标是结合了混凝土工程对防护剂的要求，参考了国内外同类产品的技术资料、企业标准及有关专家的意见，同时在国内外主要生产、经销 1500 防水剂、DPS 永凝液防水剂企业的产品多次反复试验验证的基础上而制定设计配方的。 2.1 密度 由于防护剂是与砂浆和混凝土内部的碱性物质起反应来封闭毛细孔的，为了保证有足够的反应物，促使凝胶体的生成，我们研究了产品的密度。密度不仅反映了产品有效物质的含量，同时密度也与凝胶化时间有直接的关系：密度大，凝胶化时间就短；密度小，凝胶化时间就长。国家行业标准规定了防水剂的密度为：I 型产品不小于 1.10g

8、/3，型产品不小于 1.07g/3。密度检测按照 GB/T 80772000混凝土外加剂匀质性试验方法中 5.3 款精密密度计法进行，直接测试液体样品。经福建省建筑工程质量检测中心有限公司抽样检测， JG 无机水性渗透结晶型混凝土高效防护剂的密度为 1.10g/cm3。 2.2 pH 值 防护剂是直接用于砂浆、混凝土砂浆和混凝土表面的，产品的 pH 值须与硅酸盐水泥的 pH 值基一致。 因为产品只有在该 pH 值条件下，才能与砂浆和混疑土内部的碱性物质起反应；同时又不腐蚀混凝土、不对钢筋产生锈蚀。国家行业标准规定防水剂 pH 值 I 型产品在 13的范围内，型产品在 111 的范围内。此 pH

9、 值与硅酸盐水泥的 pH 值基本一致，能保证防水剂对水泥砂浆或混凝土的适应性的同时增加建筑物表层的碱度，提高其耐久性。pH 值检测按照 GB/T80772000混凝土外加剂匀质性试验方法第 7 章规定进行。经福建省建筑工程质量检测中心有限公司抽样检测， JG 无机水性渗透结晶型混凝土高效防护剂的 pH 值为12。 2.3 粘度 粘度是通过控制碱金属硅酸盐溶液基料、添加剂、稀释剂含量来决定的，控制粘度对催化剂的性能及原料之间的匹配性提出了要求，因为粘度越高，防水剂的渗透性越差，渗透所需的时间会增长。在保证有效物质含量的同时，适宜的粘度才能有良好的渗透性。国家行业标准粘度规定在（11.01.0 s

10、）范围内,粘度测定按 GB 17231993涂料粘度测定法中 5.3 款规定进行。经福建省建筑工程质量检测中心有限公司抽样检测， JG 无机水性渗透结晶型混凝土高效防护剂的粘度为 11.6s。 2.4 表面张力 表面张力的大小主要由催化剂的性能及加量所决定。在防水剂具有优异的水溶性的情况下，较小的表面张力有利于增加防水剂对水泥砂浆及混凝土的渗透能力，并能提高其与砂浆、混凝土内部物质的反应能力，并能提高其与砂浆、混凝土内部物质的反应能力，因此表面张力是控制防水剂性能的一项重要指标。 表面张力检测按照 GB/T 80772000混凝土外加剂匀质 N 性试验方法第 8 章规定进行。直接测试液体样品，

11、被测溶液的温度为（201），被测样品必须清澈，如有沉淀应滤去。国家行业标准提出的表面张力确定控制值：I 型产品为不大于 26mN/m，型产品为不大于 36mN/m。经福建省建筑工程质量检测中心有限公司抽样检测， JG 无机水性渗透结晶型混凝土高效防护剂的表面张力为 25.0 mN/m。 2.5 凝胶化时间 凝胶化时间是指水性渗透型无机防水剂与水泥建筑物中碱类物质反应所需的时间。反应过快，过早封闭毛细孔通道，使渗透深度降低；过慢，则延长了施工时间，同时也说明参与反应的活性物质的浓度偏低，两者都会使防水效果减弱。 检测凝胶化时间的方法是在 Ca（OH）2 溶液中加入离子水，用玻璃棒搅拌 2 min

12、，均匀后缓缓注人防水剂试样，随即开始计时，匀速搅拌 5 min 后静置。将玻璃烧杯左右轻晃，观察其液面波动情况，以试样液面开始产生凝胶并与烧杯壁呈粘附状为初凝时间，以烧杯倾斜 45角试样表面无流动呈完全凝胶状时所需时间为终凝时间。以三次试样测试平均值表示初、终凝胶时间，精确至 min。凝胶化时间 I 型产品初凝：（12030）min，终凝：（18030）min；型产品由于初凝不明显，终凝控制在 400 min 以内。经福建省建筑工程质量检测中心有限公司抽样检测， JG 无机水性渗透结晶型混凝土高效防护剂的凝胶化时间为初凝：105min，终凝：160min。 2.6 抗渗性 抗渗性是防水剂性能指

13、标中最重要的指标，能直接反应其渗透结晶效果的好坏。产品应用的抗渗性效果可采用测试渗入高度的方法判断，渗入高度越小，抗渗性越好。但必须指出的是，测试用混凝土试件抗渗能力的提高幅度与基准试件抗渗等级有很大关系，原抗渗等级较低的混凝土，涂刷防水剂后抗渗能力提高的幅度就较大。故有必要确定基准混凝土的配合比，在此配比下，采用混凝土抗渗试验仪，按 GBJ 82抗渗试验方法进行测试。其指标值为：在水压 1.2MPa 时渗人高度 I 型产品不大于 30mm，型产品不大于 35 mm。经福建省建筑工程质量检测中心有限公司抽样检测， JG 无机水性渗透结晶型混凝土高效防护剂的抗渗性为 27mm。 2.7 贮存稳定

14、性 贮存稳定性是在一定贮存期内（自产品生产之日起 12 个月）产品性能的稳定性。通过急冷（10） 、急热（50）10 个冷热循环观察其外观是否自絮凝、沉淀及色泽变化，如果没有变化则产品合格如果有絮凝、沉淀及色泽变化现象，则要再测定其凝胶化时间，以仍符合技术指标规定要求为合格，否则判断产品不合格。经福建省建筑工程质量检测中心有限公司抽样检测，采用上述方法对JG 无机水性渗透结晶型混凝土高效防护剂进行 10 个冷热循环的贮存稳定性实验，外观无变化，符合国家行业标准要求。 3.耐久性、防护性等验证方案 我们通过研究对比，经过反复多次试验研究解决了技术关键和难题，并委托福建省建筑工程质量检测中心有限公

15、司对产品进行耐久性检测验证，获得了相关重要数据。 3.1 试件的成型及养护： 3.1.1 混凝土配合比 基准与对比试件混凝土配比为： 炼石水泥W/C每 3m 混凝土材料用量（kg）水泥水中砂碎石（5-31.5mm）42.5R0.6031719065411893.1.2 混凝土采用 80热水法加速养护 24h 后放入试验室中放置24h。 3.2 标准试验条件 标准试验条件：温度（203） 3.3 试验方法 被检试件迎水面浸入样品中，液面高度为高出迎水面 10mm，浸泡24h 后放置试验室中 24h，另基准样也放置试验室中 24h。 3.3.1 耐碱性：饱和氢氧化钙 168h，对比浸泡后试件和基准

16、试件表面是否有粉化、裂纹； 3.3.2 耐酸性：1盐酸溶液浸泡 168h，对比浸泡后试件和基准试件表面是否有粉化、裂纹； 3.3.3 氯离子扩散系数参照 CECS 012004 混凝土结构耐久性设计与施工指南进行，对比浸泡后试件和基准试件的氯离子扩散系数； 3.3.4 混凝土碳化试验依据 GBJ 8285普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法进行，对比浸泡后试件和基准试件碳化 7d、14d 的碳化深度； 3.3.5 耐高温性能（135）：将准各好的试件放置设定为 135的干燥烘箱中 30min 后取出放置试验室待冷却后和基准试验一同做抗渗试验，对比浸泡后试件和基准试件的渗透高度。 4.结果与分析 4.1 经福建省建筑工程质量检测中心有限公司检测，得出性能指标详见表 1、表 2。 表 1 JG 无机水性渗透结晶型混凝土高效防护剂产品检测结果 检 测 项 目JC/T1018-2006 指标要求检 测 结 果I 型型外观无色透明、无气体无色透明、无气体密度，g/cm3 ， 1.101.071.10PH 值13111112粘度，s11.01.011.6表面张力/mN/m， 26.036.025.0胶凝化时间，min初凝12030-105终凝18030