渗入式内结晶高效防渗材料增强混凝土抗冻性能的试验研究.pdf

第 1 1 期( 总第 3 4 2期 ) 吉 林水利 2 0 1 0年 1 1 月 文章编号】1 0 0 9 2 8 4 6( 2 0 1 0 )1 1 - 0 0 0 1 - 0 3 渗入式 内结晶高效防渗材料增强混凝土 抗冻性能的试验研究 张晓辉 ，高睿 ，高爽 ( 1 吉林 省 水利科 学研 究院 ，吉林 长春1 3 0 0 2 2 ；2 吉林 省 水利 水 电工程 局 ，吉林 长春1 3 5 0 1 2 ) 【 摘 要冻融破坏是 季节冻土区水工混凝土建筑物的主要 破坏形式 ，轻则影响建筑物的观 瞻，重 则威胁 工程的 使 用寿命和安全运行 。本文根 据 X Y P E X增 强混凝 土抗 冻性 能的试验 ，研 究分析 了 X Y P E X对混凝 土抗 冻性能的 影 响 并 对 XYP EX 增 强 混 凝 土抗 冻性 能 的作 用机 理 进 行 了探 讨 。 关键词 X Y P E X；混凝 土 ；抗 冻 中图分 类号 T V 6 9 8 2 6 ： r v 5 4 4 文献标识码B 1 前 言 渗入 式 内结 晶高效 防渗 材 料 是 由 中 国标 准 化 协会 统 定 的水 泥基 渗 透 结 晶 型 防水 材料 。我 们 所 研究 的 X Y P E X( 赛柏斯 ) 是由水泥 、 硅砂及多种性 质活泼的化学物质组成的刚性材料 ，其工作原理 是其特有的活性化学物质 ， 利用水泥 、 混凝土本身 固有 的化学特性及多孔性 ， 以水做载体 ， 借助渗透 作 用 ， 在混凝土微孔及毛细管 中传输 、 充盈 ， 催 化 混 凝土 中的水 泥 再次 发 生 水 化作 用 。而形 成 不 溶 性 的枝蔓 状 结 晶 ， 并 与混 凝 土 结合 成 为 整 体 ， 从 而 使任何方向的来水及其它液体被堵塞 。达到永久 性的防水、 保护钢筋和增强混凝土耐久性的 目的。 由于 X Y P E X优异的防渗性能及便捷 的施工工艺 ， 因此倍受工程人员 的青睐。传统材料的防水完全 是物理机制 ， 而 X Y P E X是一种水泥基渗透结晶型 刚性 的无机防水材料 ，它一反过去单纯 的物理作 用而是靠化学 的机理加物理作用使混凝土整体性 起 到防水作用。鉴于 X Y P E X优异的防渗性能 ， 我 们 进 行 了 X Y P E X增 强混 凝 土抗 冻 性 能 的 试验 研 究。 着重对 X Y P E X在季节性寒冷地 区的应用及实 际效果进行研究和综合评价 给 出经济 的涂层用 量 。 2 抗冻性 能试 验方案及 方法 2 1试 验方 案 根据 混 凝 土是 否 掺 有 外 加 剂 及外 加 剂 的不 同 类型 ， 将混凝土分为三个不同类别。即未掺加外加 剂 的普 通 混 凝 土 I和 掺 外 加 剂 的混 凝 土 和 。 对同类混凝土进行有 、 无 XY P E X涂层及不 同涂层 用量下的抗冻对 比试验 。本试验使用 的外加剂有 两 种 ， 一种 是 引气 剂 S k ， 另 一种 是 引气 剂 o p。抗 冻 试验 共 分 1 2组 ，具 体试 验 项 目如表 2 1 。 表 】 混 凝 土 抗 冻试 验 项 目表 朱注 ： 代表 1组 ，每组 3个试块 。共计 1 2组 2 2混 凝 土试件 的 配合 比 为 了 比较涂 与 不 涂 X Y P E X 时 混 凝 土 抗 冻 性 能的 变 化 ，所 选 择 的混 凝 土 应 具有 一 定 的抗 冻 指 【 收稿 日期 2 0 1 0 - 1 0 1 1 【 作者简介 张 晓辉( 1 9 6 6 一) 。男。硕士 。毕业于大连理工大学水利4 z - - 业 ，教授级 高工 ，现从事 水利科研 工作 。 吉林 水利 渗 入式 内结 晶高效 防渗材料 增 强混凝土 抗冻 性 能的试 验研 究 张 晓辉 等 2 0 1 0年 1 1 月 标 ， 但为便于 比较及测试 ， 起始抗冻标号又不能太 高。 本次试验设计基准混凝土的抗冻标号为 F 1 5 0 ， 水 泥采 用吉林 省 双 阳水 泥厂 生产 的 4 2 5普通 硅酸 盐水泥。混凝土配合 比见表 2 2 表 2 混 凝 土 配合 比( 重量 比 ) 2 3 试 验方 法 试验按 水工混凝土试验规程 S L 3 5 2 2 0 0 6 ) 中 第 4 2 3 2条的规定 ，以混凝土实体试件用快冻法 进 行 。试件 为 1 0 0 x l O O x 4 O O m m 的棱 柱 体 ， 共浇 筑 1 2组 ，每 组 三 块 。试 件 脱 模 第 二 天 ，对 设 有 XY P E X涂层的试件涂抹 X Y P E X， 每次涂抹时应使 棱柱体的六个面都涂抹到 ， 完成后放养护室 ， 与没 涂层 的试 块在标 准 养 护条 件下 养护 ， 待满 2 8天 后 进 行测 试 ，抗冻 试 验进 行前 将 欲测 的试 件放 进 水 中浸泡 4 8小时 ，然后 进 行 快冻 试验 。 试 件 冻 结 时 其中心温度为一 1 5 c c 一 1 9 c I 二 ， 融化时的中心温 度为 6 C 一 1 0 o C， 一 次冻 融循 环 约 3 5 h ， 试 件 在 冻结 和 融 化 过 程 中均 处 于全 浸水 状 态( 亦 即饱 和 状 态 ) 。 2 4涂 层 根 据 单 位 面 积 用 量 的 不 同 ，将 涂 层 分 为 0 5 0 k m 2 , 0 8 0 k g m ， 1 0 0 k g m 3个用量。本次试 验 用料 为 X Y P E X 的浓缩 剂和 增效 剂 用量 分 配如 表 2 _ 3 。 表 3 浓缩 剂 与 增 效剂 的用 量 分 配表 用 量 为 0 5 k g m 的试 块 分两 次 涂刷 ，用 量为 O 8 k g m 的试 块 分三 次 涂刷 。 用量 为 I O k g m 。 的分 四次涂刷 。时间闾隔为 ： 前一次的 X Y P E X的灰浆 初凝 即可再 涂下 一次灰 浆 。 3试验结果及分析 3 1 试 验结 果 本 冻 融试 验 的试 件在 放人 快 冻机 之 前一 直 在 养 护间 养护存 放 。 整 个冻 融 试验 历时 6 0天 。试 验 一 2 一 结果 见 表 3 4 、 表 3 5 。不 同涂层用 量下 的混凝 土 的 自振频率 ( F ) 一 冻融循环次数( N)关系曲线如图 3 1 3 3所示。在图 3 1 3 3中， 对于 F N 曲线 ， 系 列 1代 表 没 有 涂 层 的 混 凝 土 。系 列 2代 表 XY P E R X涂层 用 量 为 0 5 k g m 的混凝 土 ， 系列 3 代 表 X Y P E R X涂 层 用 量 为 0 8 k g m a 的 混 凝 土 ， 系 列 4代 表 X Y P E R X涂 层 用 量 为 1 O k g， m 2 的混 凝 土 图 l 不 同涂层用量 下的 引气混凝土( S K) F N 曲线 图 2 不同涂层用量下的引气混凝土 ( o p ) F N曲线 图 3 N N 吉林 水 利 渗 入式 内结 晶高效 防渗 材料 增强 混 凝土 抗冻 性能 的试 验 研 究 张晓辉 等 2 0 1 0年 l 1 月 表 5 混 凝 土 抗 冻 试 验 成 果 表 I( 普通混凝土 ) 卫( 加气 混凝土 S K) ( 加气混凝土 O P ) 3 2试 验结 果分 析 通 过 表 3 4 、 表 3 5及 图 3 1 3 3看 出 ： 对 于普 通混 凝 土 ， 有 涂 层 的 和没 有 涂层 的相 比 抗 冻标 号 有十分显著的提高 ， 最高可提高 6 7 ； 不 同涂层用 量的混凝土的抗冻标号也有显著差异。对于添加 外加 剂 的混凝 土 。 有 涂层 的较 没有 涂层 也 有 提 高 ， 提高 幅 度 因外 加 剂 的不 同而 异 。分析 1 2组 试 验结 果 ，从 抗冻 效果 与经 济合 理 性看 以用 量 为 0 8 0 k g ， m 的涂层 用 量为最 优 。 试验结果分析 ： 迄今为止 ， 对混凝土的冻融破 坏 机 理 ， 国 内外 尚未得 到统 一 的认 识和 结论 。但 一 般 认 为 ： 混 凝 土抗 冻 性 能 的好 坏 ， 主 要取 决 于吸水 饱和程度和混凝土抵抗结冰应力破坏的能力 。混 凝 土 在 吸水 后 如 内部 空 隙充 水 达不 到 饱 和程 度 。 孔隙内有多余空间 ， 容许水在结冰时自由膨胀 ， 则 不 致产 生 有破 坏作 用 的 静水 压力 。对 于 ： 1 ) 极 细 的孔 隙 ， 虽 能充 满水 分 ， 但 孔壁 对 水 的 吸 附 力 极 大 ， 冰 点 极 低 ， 一 般 情 况 下不 会 结 冰 ， 不 会 产生 冰 胀破 坏 。 2 ) 粗大空隙 ， 水分不易充满其 中； 封闭孔隙 ， 一 般 水 分 不 能 渗 入 ， 都 可 对 冰冻 破 坏起 缓 冲 作 用 ， 一 般 不 会 产生 冻胀 破 坏 。 3 ) 毛 细 管孔 隙 ， 既 易充 满水 分 又能 冰 结 ， 对 混 凝土 极 易产 生 冻胀 破 坏 。 由此 可 见 ，混 凝 土 内毛 细管 孑 L 隙充 水 在 负 温 下对混凝土 的冻胀破坏最大。因此提高混凝土抗 冻性 能则 主 要应 通 过 以下途 径 实现 。 严格控制水灰比， 提高混凝土的密实性 ， 降 低混凝 土的孔隙率。 ( 下转 第 6页) 一 3 一 加 舛 O 1 l 2 1 1 2 2 O 2 2 2 醯 石 5 ： 2 如 砌 n n 外 n 鲫 如 O O D l O O O 1 O O O l 吉林水利 我国水利建设的紧迫性和对策 赵晶洋等 2 0 1 0年 l 1 月 政府有关部门的监督作用 。要主动跟进 。全程参 与 ，加 大对 重点 领域 、重 点 项 目、重 点环 节 、重 点 岗位的监督检查力度，努力实现工程安全 ，资 金安全，生产安全。 4 结论 现阶段无论从人们的主观情绪上还是从客观 实际情况上来看 。都需要进行水利设施 的改造和 建设 ，这是水利建设的巨大动力。我们要抓住这 个机遇，加速水利事业的发展步伐。作为水利部 门，要尽责尽职，认真制定好水利基础设施和基 础产业的发展规戈 。使之与经济 、社会发展相互 协调 ，相互促进。假使我们每年 因灾的直接经济 损失 ，用于水利设施的建设上 ，我想今后将不仅 是经济上免于重大损失 ，更重要的是社会得到稳 定 ，人民的生命财产安全保障。口 参考文献 ： 【 1 】坚决贯彻 中央扩大 内需战略 决策 确保 水利 项 目颤利 实施 ，中 国水 利 ，2 0 o 8 ， ( 2 3 ) 【 2 】张大志 水利设施 在农村 经济发展 中的作 用体现 ，农业科技与 装 备 。2 0 0 9，1 2 【 3 】梁小伟，李胜斌 ，关继轩 从 西南地 区早情看建设农业和水利 基础设施的紧迫性，经济导刊， 2 0 1 0 ， 0 4 ) 4 】陈雷 ，应对西南特 大干旱的实践与思考 ，2 0 1 0 0 6 0 4 ( 上接第 3页) 掺用引气剂， 改变混凝土内部的孔隙结构， 通过引气剂所产生的封闭气泡来阻断毛细管渗水 通道及缓冲水冰结所产生的静水压力。 通过以上分析我们不难 明白，不 同种类 的混 凝土 。 有 X Y P E X涂 层 的抗 冻标 号 都 明显 地高 于 没 有 X Y P E X涂层的抗冻标号 ，其关键在于： X Y P E X 通 过 渗透 、 催 化 混凝 土 内 尚未水 化 的水 泥 ， 使其 结 晶并不断地反复增生 。进而封闭和阻塞一定深度 的混凝土的毛细管道 ， 使混凝土更加密实， 阻断了 水分向混凝土内部 的传输 ，使 内部处于基 本无水 或不饱和水状态 。从而消除或削弱了产生冻胀的 最基本指标一吸水饱和度 ，使 冻胀破坏作用大大 减弱。 从试验结果看 ， 涂层用量为 O 8 k g m 的试块的 抗冻效果好 ， 实际应用也较为经济。用量为 0 5 k g 1t 1 的试 块 的抗 冻 融循环 次 数 明显 地 低 于 0 8 k g m 的 试块 ，分 析认 为 ： 用 量 为 0 5 k g m 的试 块 ， 其 表 层 中可供渗入混凝土内的活性物质不够 ，尚不能 充 分催化 混凝 土 中 的水泥使 之结 晶并 堵 塞 混凝 土 表层 的 毛细通 道 。这样 外 界水 分 相对 较 容 易渗 入 混凝土内部 。混凝土微孔内水分的饱和程度会相 对较高 ， 故而较易发生冻胀破坏 ， 抗冻融循环次数 明显地低 于用量 为 0 8 k g m 2 的试 块 。从直 观理解 。 用量最多的 1 0 k g m： 的试块的抗冻标号似乎也应 一 6 一 大于 0 , S k g m 2 的抗冻标号 ， 但试验结果却不十分明 显 只是 1 0 k g m 的相对动弹性模数及重量损失指 标 比 0 8 k g m 2 的 略好 。分 析有 以下 两种 可能 ： 一是 用量为 0 8 k g m 的试块 ， 其涂层所含的活性物质足 够 用来 满 足 内部 混 凝 土 水 化 、 结 晶 、 增 生 的需 要 ； 二 是试 块 从 涂 抹 X Y P E X 到 开 始 快 冻试 验 之前 的 这段 时问 还不 能满 足 外 部 X Y P E X 向内渗 透 的需 要 ， 部分活性物质 尚处于表层或浅层 ， 没有足够的 时间用来实现向内部的渗透 。 4 结论 试验表明。 X Y P E X可显著提高混凝土的抗冻 性能。不同涂层用量的混凝土间的抗冻标号也存 在显著差异。本文根据试验统计数据 ， 分析研究了 XY P E X对 混 凝 土 抗 冻 性 能 的 影 响 ，并 对 X X 增 强混凝土抗冻性能的机理进行 了初步分析 。 由 于 X Y P E X提高混凝 土抗 渗性能的作用机理十分 复杂 ， 受研究条件的限制 ， 对 于一些试验结果只能 从直观上进行分析 。真正 的作用机理有待在今后 的研 究 中进 一步 探索 。 口 参考文献： f l 】孔 祥 勤 ，高风艳 。 浅谈 提 高 混凝 土抗 冻 性 能 的技 术措 施 。 吉林水利)2 0 0 3年第 6期