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        解析防水涂料的分類及作用原理

        2016-08-17 11:37:07

        水灰比(w/c)較低、配合比良好的混凝土,經過充分養護后可以成為耐久性優異的材料,其滲透性很低,具有對液態水滲透的抵抗力;盡管如此,這樣的混凝土也不總是能夠阻擋水從其內部通過的。水能夠從混凝土內部通過,有兩個主要因素:毛細孔吸附和靜水壓力。

           毛細孔吸附是指水通過混凝土自身的孔和微觀裂紋進行遷移的一種現象。微觀裂紋一般尺寸在0.004 mm左右,最大可至0.02 mm。微觀裂紋包括絕大部分的收縮裂紋和部分沉降裂縫。介觀裂紋尺寸一般在0.1 mm左右。宏觀裂紋更大,尺寸為0.15~0.3 mm 。Halvorsen認為,受表面質地和其他因素影響,人類肉眼可以覺察到最細的裂紋為0.13 mm,這正好處于介觀裂紋和宏觀裂紋之間。

          當混凝土外表面受潮時(如雨水襲擊建筑物的豎向外墻時),就會產生毛細孔吸附效應。水通過混凝土時因壓力差異產生了靜水壓力。地窖或儲水池周邊的地下水、屋面積水等都會因為靜水壓力而產生水的運動。

          減少水在混凝土中滲透通道的方法大致有兩類:防水和防潮。防水系統阻礙水在靜水壓力下通過;防潮系統防止非靜水壓力下水的滲透。但是兩者都無法阻止水在混凝土大裂紋(宏觀裂紋)中的滲透。

          在已硬化混凝土上澆注新拌混凝土,則在混凝土中形成了冷接縫;其他的一些情形有時也會產生冷接縫。

         混凝土在養護過程中會發生收縮現象,正因如此,當在舊混凝土上澆注新混凝土時,新舊混凝土接縫部位在起初看起來是密實的;隨著養護的進行,收縮使它們之 間產生了空隙。收縮的程度與以下幾個重要因素相關:水泥用量、w/c比和骨料用量。例如,對于w/c比為0.5、骨料用量為70 %的混凝土而言,混凝土收縮大約為0.02 mm/mm。一塊25英尺(約7.62 m)長的混凝土,按照上述的w/c比和骨料用量,收縮將達到6.1 mm。因此,冷接縫引起的縫隙是水入侵的一種重要通道。經驗告訴我們,無論是防潮系統還是防水系統,它們都不能完全有效地阻止水通過冷接縫滲透。

          以下是阻止水透過混凝土的兩個基本方法:混凝土自身不可或缺的外加劑(防滲劑)和用于混凝土表面的屏障型防水劑。

          1、外加劑(防滲劑)

          混凝土外加劑中的防滲劑(PRA)可以控制濕氣或水在混凝土中的運動。美國混凝土協會(ACI)將它們分為三大類:憎水性防水劑、細分散物和結晶外加劑。

         憎水性防水劑是這類防滲劑的最大群體。這個群體包含由長鏈脂肪酸衍生物、植物油和石油副產品制備而成的材料。這些憎水性防水劑能沿著混凝土的孔隙生成憎 水性膜,但是混凝土孔隙仍呈物理開放狀態。這些產品對防潮工程非常實用,但是在靜水壓力下仍無法阻止水在混凝土中的遷移。

          最常用的憎水性防水劑屬于硬脂酸類物質,如硬脂酸鈣,其作用機理見下式。

          Ca(OH)2+RCOOH→Ca+COOR- +H2O

         波特蘭水泥水化產生了氫氧化鈣,再與硬脂酸鹽反應生成不溶性的硬脂酸鈣和水。憎水性防水劑也包含聚合物,這些聚合物與混凝土互穿,能夠在其內部形成連續 的疏水膜。聚合物外加劑可以堵塞混凝土的孔隙,但是它們不能在混凝土裂縫中起到“橋接裂縫”的作用,因此水仍可以從混凝土中滲透。石油基產品不與混凝土反 應,與聚合物外加劑一樣無法橋接裂縫,水能夠再次從混凝土內部通過。

          第2種PRA是細分散物。其中,一些呈化學惰性,一些具化學活性。 這類外加劑通過填充混凝土內部孔隙,從而限制水的運動,例如滑石粉、膨潤土、石灰、硅酸鹽物質和硅溶膠。細分散材料提高了混凝土的密實度,填充混凝土內部 孔隙;然而它們僅限于防潮或者疏水,并不能完全堵住混凝土內部滲水通道,它們只能用于無靜水壓力的情形下。

          第3種混凝土PRA是結晶外 加劑。BASF的Rheomac 300D和IPA的Ipanex就屬于結晶外加劑。這些外加劑像硬脂酸類一樣,能夠與波特蘭水泥水化產生的氫氧化鈣反應。結晶外加劑通常與水泥、砂一起被 制成混合物產品。它能夠與水泥中的水和氫氧化鈣反應,生成水化硅酸鈣和堵塞孔隙的物質。它在混凝土塑性狀態之后仍能繼續反應。只要有水和氫氧化鈣存在(混 凝土尚未完全碳化),它們在施工多年后仍可以繼續起到橋接微觀裂紋和堵塞混凝土毛細孔的作用。在某些靜水壓力下,這種外加劑可以抵抗水的滲透作用;但是它 們無法橋接混凝土經年累月后的介觀和宏觀裂紋。

          2、用于混凝土表面的屏障型防水劑 

         用于混凝土表面的屏障型防水劑包含了與那些混凝土外加劑相似的化合物。屏障型防水劑由疏水材料如硬脂酸鹽、堵孔材料如膨潤土、結晶外加劑如偏硅酸鈉(水 玻璃體系)等組成。這些外加劑用于表面屏障和用于摻入混凝土內部時,它們的性能是相近的。它們可以防潮,具有一定程度上的疏水作用;盡管如此,它們存在著 相同的局限性——只能用于無靜水壓力存在的情形,同時橋接裂紋的能力很有限。

          3、總結

          一個成功的防水方案關鍵在于,要弄清楚其基礎是否處于靜水壓力下,然后再選擇合適的防水系統。

          PRA(防滲劑)的摻入會影響到塑性混凝土的性能,務必仔細瀏覽產品的數據信息,并進行試拌配料,以確保混凝土拌合物能夠達到預期的性能。PRA外加劑廠商一般可以直接提供給我們有關摻量、添加順序、攪拌時間、與膠凝體系中其他材料的適應性等信息。

          屏障型防水體系的成功同樣要求仔細閱讀產品的數據資料,以確定該系統解決方法是否適合。表面準備工作是屏障型防水系統成功與否的一個關鍵因素。遵照產品說明書,嚴格控制表面處理過程、涂膜厚度、下道涂抹工序前的養護時間,必要時還需進行防紫外線保護。

          外摻型防滲劑和屏障型防水劑都對其后施工的涂料系統的性能有影響。某些高性能涂料如聚脲需要嚴格的混凝土表面準備工作,包括可能需要的表面處理底漆或 粘結劑。需要及時與涂料供貨商進行溝通,包括抗滲系統的種類以及混凝土結構的使用年限,并建立相關模型去判定抗滲系統與涂料系統是否相適應。    

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