新型復合砂漿對混凝土抗滲及加固性能的研究

尚守平　周豪　呂軍在

摘 要：采用HS-4型混凝土抗滲儀以及抗滲標號法分別對素混凝土試塊、未摻加添加劑的水泥砂漿涂抹在混凝土迎水面的試塊及摻加新型添加劑的復合砂漿涂抹在混凝土迎水面的試塊進行抗滲試驗，改變砂漿的涂抹厚度及添加劑的摻入量，分析各組試驗所得混凝土抗滲等級數據.研究結果表明，厚度為20 mm及添加劑摻加量為18%的高性能復合砂漿涂抹在混凝土表面可大幅提高混凝土的抗滲性能.高性能水泥復合砂漿鋼筋網薄層可有效加固混凝土結構.

關鍵詞：復合砂漿；混凝土；耐久性；抗滲性；結構加固

中圖分類號：TU578.13 文獻標識碼：A

文章編號：1674-2974（2016）03-0098-06

混凝土的滲透性，主要是指混凝土具有抵抗內部和外部物質滲透的能力，是反映混凝土耐久性的一個重要指標.現階段許多高層建筑外墻出現了滲漏的問題，溫差作用會使外墻混凝土干縮變形造成防水層起鼓開裂，最終導致墻體出現裂縫.若防水材料質量不過關，或是因風霜雪雨的浸蝕，防水材料老化失去作用，也可能出現漏水問題.而且對于廁浴間防水更應該重視，雖然只有幾平米，但它涉及到千家萬戶的安居.建筑滲漏不但影響建筑物的耐久性、加大了建筑物的維護及修復成本、降低了混凝土建筑物的使用壽命，而且帶來了一系列社會問題，出現了許多業主與相關責任主體的維權糾紛，影響人們的生活及居住環境.自18世紀初以后，混凝土材料應用在各大建筑工程中，包括水利工程及隧道工程[1].20世紀初，由于水壩等工程的修建，人們開始更加關注混凝土材料的抗滲性能，所以如何提高混凝土的抗滲性成為了一個迫切需要研究的問題[2].

另一方面，隨著建筑結構使用時間的增加，我國面臨較多的老舊建筑加固修復問題.現在的加固材料多為有機材料，有機材料耐火性能及抗老化性能較差，且不利于環保，而抗滲性能優異的無機材料不但可以解決以上有機材料存在的材料弊端，而且與混凝土材料非常接近，不會形成材質彼此不相容的隔離層，在加固后無機材料與原構件之間有更好的相容性及工作協調性.采用無機材料加固能夠較好地解決加固工程中的耐久性問題.

1 影響混凝土抗滲性的因素及提高抗滲性能的措施

1.1 選擇合理的水泥品種

水泥的礦渣中含有大量的玻璃體，其對混凝土的泌水性影響很大，在水壓力作用下，由于水泥漿中存在多余水分的蒸發而留下的氣孔，便會形成毛細管通道，從而不利于抗滲.所以水泥品種的選擇對混凝土的抗滲性尤為重要，一般工程建設中大多采用普通硅酸鹽水泥、硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥及火山灰質硅酸鹽水泥.對于普通混凝土最好采用硅酸鹽水泥，在一些有硫酸鹽侵蝕的地方可以采用礦渣硅酸鹽水泥和火山灰質硅酸鹽水泥.具體水泥品種及適用環境如表1所示.

1.2 降低水灰比

水灰比除了可以影響混凝土的抗滲性及抗凍性，而且還對混凝土的抗壓強度及耐久性有很大影響.如果從考慮混凝土密實性出發，便知混凝土的水灰比對硬化成型以后的混凝土當中的孔隙通道及毛細管道起到決定性作用，從而會影響到混凝土的密實性而直接影響混凝土抗滲性能.所以應該保證水泥有足夠保水性而不出現泌水，這樣在混凝土中的多余水分蒸發后才不出現孔隙通道.

研究表明[3]，降低水灰比可以有目的地調整混凝土的毛細管構造，當水灰比大于0.6時，混凝土的抗滲性急劇下降，如圖1所示.

1.3 摻加添加劑

摻加添加劑可以從材料上抑制或降低混凝土中孔隙的生成，例如纖維材料，經振搗凝結后構成一種宏觀勻質和各向同性的混合混凝土材料，主要是減少混凝土孔隙的生成以堵塞和切斷孔隙透水通道.此外，摻加粉煤灰和硅粉也可以提高抗滲能力.

1.4 加入引氣劑

摻加引氣劑能夠切斷毛細管道，抑制混凝土收縮，從而提高混凝土的抗滲能力.

此外，優良的骨料級配、改善養護條件和方法、選擇最佳砂率、控制好施工質量以及增長帶模養護時間等傳統方法都可不同程度地提高混凝土的抗滲性能.

2 抗滲試驗研究

傳統方法對于提高混凝土抗滲性能的效果不明顯[4-7]，抗滲問題一直是工程界及學術界研究的難題，取得的成果很少.本文提出了用摻入LX-3添加劑的高性能復合砂漿涂抹在混凝土的迎水壓面，此方法可有效提高混凝土的抗滲性能.

混凝土抗滲性測試方法主要有水滲透法、氣體滲透法和氯離子滲透法等方法[8-10].本試驗采用水壓力法中的抗滲標號法.

2.1 試驗材料及設備

水泥：由長沙新星水泥廠生產的P.I32.5硅酸鹽水泥.砂：使用普通河沙，屬于Ⅱ區中砂.石子：5～20 mm連續級配的石灰質碎石.LX-3添加劑：本材料由長沙磊鑫土木技術工程有限公司生產，其主要成分由聚丙烯纖維、鈣礬石膨脹劑、減水劑、硅灰及粉煤灰等超細摻合料制成.H20型20T多功能壓力機，上海神模電氣有限公司制造.HS-4型混凝土抗滲儀，無錫市華南實驗儀器有限公司制造.混凝土抗滲試模：上口直徑175 mm，下口直徑185 mm，高150 mm的圓臺試模.

2.2 試驗前應注意的問題和解決的方法

1）因試塊和抗滲儀模具之間存在空隙，在水壓力作用下水可能會從試塊側面空隙中滲出，因此密封問題是面臨的最困難問題.傳統的密封方法有石蠟密封、黃油密封、橡膠套密封、玻璃硅膠密封等[11]，在試驗過程中采用了以上方法分別進行密封，在試驗中發現，水從側壁很快滲出，說明密封失敗.然后發現采用環氧樹脂膠進行密封效果良好，當采用固化劑B膠（改性聚酰胺樹脂）為A膠（改性環氧樹脂）的一半時，發現雖然密封側壁不滲水，但是脫模困難，經反復試驗確定當固化劑B膠用量為A膠用量的15%時，密封效果良好且容易脫模，則本實驗采用環氧樹脂膠進行密封，如圖2所示.

2）將養護好的混凝土試塊表面晾干，將配好的環氧樹脂膠涂抹在混凝土試塊的側面，需要注意的是在試件的兩端面上不涂抹環氧樹脂膠.

2.3 試驗過程

試驗測定素混凝土的抗滲等級，首先對C10，C20和C30素混凝土及在素混凝土中摻加添加劑的試塊進行試驗，后期采用C10混凝土測定在混凝土受壓面涂抹未摻加添加劑的普通水泥砂漿的抗滲等級.然后測定在混凝土迎水面涂抹摻入LX-3添加劑的復合砂漿的抗滲等級，通過改變砂漿中添加劑LX-3的摻入量及復合砂漿的厚度，與前期試驗對比，最后整合數據，得出結論.

在制作素混凝土試塊時，采用普通硅酸鹽水泥，嚴格按照C10，C20，C30混凝土配合比，與制作混凝土中摻入添加劑試塊時的方法相似，并改變添加劑的摻入量.

在制作未摻加添加劑的普通水泥砂漿涂抹在混凝土迎水面的試塊時，首先在澆筑混凝土的模具中澆筑一定高度的水泥砂漿（水泥∶砂子∶水（質量比）=1.0∶2.2∶0.32），在制作時每組制作6塊抗滲試塊（如圖3所示）和6塊立方體試塊（如圖4所示），然后改變水泥砂漿的涂抹厚度，分別進行試驗.制作摻入LX-3添加劑的高性能復合砂漿涂抹在混凝土迎水面的試塊時，在砂漿中摻入一定量的LX-3添加劑（添加劑的摻入量為水泥用量質量的百分比），然后改變LX-3添加劑的摻入量及復合砂漿的涂抹厚度，分別進行試驗.

2.4 試驗步驟

試件養護28 d后，擦干試塊表面，在試塊側面均勻涂抹配好的環氧樹脂膠，然后用壓力機將試塊壓入抗滲儀試模中，由于此時環氧樹脂膠未硬化而影響密封效果，故將裝入抗滲試模中的試塊放置24 h，待側壁環氧樹脂膠密封良好后將試模放在抗滲儀上，擰緊螺絲進行試驗，如圖5所示.

試塊底部水壓從0.1 MPa開始進行試驗，每隔8 h水壓力增加0.1 MPa，每組6個試塊，如果其中有3個試塊被壓力水穿透，或者加載至規定壓力，則停止試驗.每組試塊中如果有4個試塊未發現滲水現象，則此時最大水壓力作為混凝土抗滲標號的依據，若所持續的時間越長，則抗滲標號越大，混凝土的抗滲性能越好.

2.5 試驗結果及分析

混凝土抗滲標號是以每組6個試塊中4個試塊發生滲水現象最大壓力表示，其計算公式為[12]：

圖6和圖7為不同摻量的添加劑對混凝土28 d抗滲性能的影響.從圖6和圖7可知，摻加添加劑混凝土的滲水時間以及抗滲等級雖然有所提高，但提高的幅度有限，混凝土的抗滲能力仍然較差.這是由于在添加劑摻量較低時，普通混凝土并沒有達到顆粒的最緊密堆積，孔隙特征比較差，混凝土內部有較多的可使水通過的孔隙，故容易滲水.

后續試驗針對復合砂漿涂抹在混凝土迎水面進行試驗.試驗所得結果如圖8及圖9所示.

從以上試驗結果及分析圖表可知：摻加LX-3添加劑的高性能復合砂漿對混凝的抗滲能力有很大幫助，當LX-3摻入量為18%及復合砂漿厚度為20 mm涂抹在混凝土的受壓面時，抗滲效果顯著.可將此抗滲技術應用到各大工程建設中，包括水利工程、隧道工程及各種防水工程.此方法解決了混凝土工程建設中出現的滲漏難題，增加了結構的耐久性，延長了構筑物的使用年限.

3 摻加添加劑的高性能復合砂漿加固混凝土結構

對結構進行加固，不但可以維持正常使用功能，延長結構使用壽命，而且節約資金.混凝土結構加固的方法很多，常用的有加大截面加固法、外包剛加固法、預應力加固法、增設支點加固法及粘貼鋼板加固法，但是這些加固方法都有明顯的不足[13].摻加添加劑的高性能復合砂漿加固混凝土結構的方法己經相當成熟，由中國工程建設標準化協會批準，經建筑物鑒定與加固委員會審查后頒布了標準編號為CECS242：2008的《水泥復合砂漿鋼筋網加固混凝土結構技術規程》，并出版了《高性能水泥復合砂漿鋼筋網加固混凝土結構設計與施工指南》加固教材[14].此加固方法的實驗數據論證研究已相當完善，所以在此只定性地對此加固方法進行簡單描述，結合建筑抗滲簡要介紹高性能復合砂漿鋼筋網加固結構的優點.

此加固技術是將高性能復合砂漿與鋼筋網結合使用形成高性能水泥復合砂漿鋼筋網薄層，復合砂漿起到保護及錨固的作用，鋼筋網通過剪切銷釘固定在結構物上，可以提高結構承載力，兩種材料相互協調工作，對結構加固效果很好，且復合砂漿各項性能（粘結強度、流動性及保水性等）都要優于普通砂漿[15].

施工工序主要為：施工前的準備—鋼筋網的加工—混凝土構件的表面處理—在構件表面植入剪切銷釘—綁扎安裝鋼筋網（如圖10所示）—涂刷界面劑—涂抹復合砂漿（如圖11所示）—養護.

4 結 論

本文研究了混凝土抗滲及混凝土結構加固方法，研究結果表明，摻加LX-3添加劑的高性能復合砂漿涂抹在混凝土的表面可很大程度上提高混凝土的抗滲能力，且可采用高性能復合砂漿鋼筋網（HPFL）有效地對結構承載能力進行加固.此抗滲及加固方法簡易高效，具有以下優點：

1）LX-3材料成本廉價，很大程度上減少了工程維護和修復的成本.

2）在普通水泥砂漿中添加LX-3，抗滲效果大幅提高，在提高抗滲能力的同時也增強了結構的安全性和耐久性.

3）此抗滲材料為無機材料，對于混凝土的抗侵蝕及抗老化優于其他有機抗滲材料.且對于許多造型復雜及特殊條件下的結構物，此方法適用性強.

4）加固時對結構外形、幾何尺寸影響較小.

5）此技術方法在提高混凝土抗滲能力的同時，能對結構進行加固，且加固效果甚好，對同時有抗滲要求及結構加固要求的工程非常適用.

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