整体防水混凝土抗水冻、盐冻性能研究.pdf

研究与应用 酣 刚性防水和混凝 缩构阗防水卵 系刻报道之十 一 整体 防水 涅凝 土 抗 水 ： 东、 盐 ： 东性 能研 究 马志鸣 ， 赵铁军 ， 陈际洲 ， 管 廷 ( 1 青岛理工大学土木工程学院， 山东 青岛 2 6 6 0 3 3 ； 2 青岛市政集团砼业工程有限公司， 山东 青岛 2 6 6 0 3 3 ) 摘要： 对内掺有机硅防水剂制备的整体防水混凝土进行抗水冻、 盐冻试验， 通过相对动弹模量和质量损失率， 定量分析 其在冻融环境下的耐久性。结果表明， 内 掺有机硅防水剂的混凝土在水冻、 盐冻环境下， 抗冻性较未经整体防水处理的 空白混凝土试件差， 并且随着有机硅防水剂掺量的增加， 混凝土劣化速率加快。 关键词 ： 整体防水混凝土； 有机硅防水剂； 抗冻 li； 质量损失 文章编 号 ： l 0 o 7 - 4 9 7 X ( 2 0 1 3 ) 一 0 8 0 0 1 9 0 4 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 4 2 + 6 文献标识码 ： A S t u d y o n W a t e r Fr e e z e Re s i s t a n c ea n d S a l t Fr e e z e Re s i s t a n c e o f I n t e g r a l W a t e r p r o o fin g Co n c r e t e Ma Z h i mi n g ， Z h a o T i e j u n ， C h e n J i z h o u ， G u a n T i n g ( 1 S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g ， Q i n g d a o T e c h n o l o g i c a l U n i v e r s i t y ， Q i n g d a o ， S h a n d o n g 2 6 6 0 3 3 ， C h i n a ； 2 Q i n g d a o Mu n i c i p a l G r o u p C o n c r e t e I n d u s t r y E n g i n e e r i n g C o ， L t d ， Q i n g d a o ， S h a n d o n g 2 6 6 0 3 3 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： W a t e r f r e e z e r e s i s t a n c e a n d s a l t e e z e r e s i s t a n c e o f i n t e g r a l wa t e r p r o o fi n g c o n c r e t e wi t h o r g a n o s i l i c o n w a t e r p r o o fi n g a g e n t w e r e t e s t e d ，a n d t h e d u r a b i l i t y o f t h e i n t e gra l w a t e rpr o o fi n g c o n c r e t e u n d e r f r e e z e t h a w e n v i r o n me n t wa s q u a n t i t a t i v e a n a l y s e d b y r e l a t i v e d y n a mi c mo d u l u s a n d ma s s l o s s T h e r e s u l t s s h o we d t h a t f r o s t - r e s i s t a n c e o f c o n c r e t e w i t h o r g a n o s i l i c o n wa t e rpr o o fi n g a g e n t w a s we a k e r tha n t h a t o f b l a n k c o n c r e t e s a mp l e u n d e r wa t e r f r e e z e a n d s a l t f r e e z e e n v i r o n me n t ，a n d t h e d e gra d a t i o n a c c e l e r a t e d w i t h t h e i n c r e a s e o f the d o s a g e o f o r g ano s i l i c o n wa t e rpr o o fi n g a g e n t Ke y wo r d s ： i n t e gra l w a t e rp r o o fi n g c o n c r e t e ； o r g a n o s i l i c o n wa t e rp roo fi n g a g e n t ； a n t i - f r e e z e ； ma s s l o s s 耐久性不足是混凝土结构达不到设计使用寿命 的主要原因之一1】 ， 而水分及有害物质的侵人又是混 凝土结构发生劣化的重要条件， 故对混凝土进行防水 收稿日期： 2 0 1 2 1 1 - 2 2 基金项目： 9 7 3项 目， 编号 2 0 0 9 C B 6 2 3 2 0 3 。 作者简介： 马志鸣， 男， 1 9 8 7 年生， 青岛理工大学结构工程在读 硕士研究生 ， 研 究方向为混凝土耐久性。联 系方式 ： 2 6 6 0 3 3山 东省青岛市四方区抚顺路 1 1 号青岛理工大学研 1 0级 1 班。 处理是提高其结构耐久陛、 延长使用寿命的有效可行 手段。 研究表明， 在未受损伤的情况下， 内掺有机硅防 水剂制备的整体防水混凝土， 具有良好的抵抗水分和 氯离子侵入的能力2 - 31 。但是， 目 前还未见对内掺有机 硅防水剂的整体防水混凝土在冻融环境下进行抗冻 性研究的报道。 本研究制备了整体防水混凝土试件， 其中， 有机 硅防水剂的掺量分别为 0 、 2 和4 ( 相对于水泥的 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 一 研 究 与 应 用 鬻 蹦 躐 强 掰 麟瓣 嬲绺t孵 熬糍嬲露 鞲 藕 鞣 鞭 鞲船，豫强蕊 瓣 搿 质量分数 ) ，通过模拟水冻环境下和除冰盐及近海环 境下的冻融试验 ， 从混凝土试件的相对动弹模量和质 量损失率的变化情况， 研究内掺有机硅防水剂的整体 防水混凝土的抗冻性能， 为实际工程中防水混凝土的 应用提供合理的理论支持。 1 实验部分 1 1 原材料与配合 比 防水剂：德国某公司提供的有机硅防水剂P r o t e c t o s i l MH 5 0 ， 主要技术指标和特点见表 1 ； 混凝土 ： 水灰 比为 O 5 ， 有机硅防水剂的掺量分别为 O 、 2 和 4 ( 需加的水量 中要扣除掺加的有机硅 防水剂中的 含水量 ， 以保证 同组对 比试验试件 的水灰比相同) 。 同 时， 为了与内掺有机硅防水剂的 昆 凝土对比， 每组均 配制了未掺任何防水剂的普通混凝土。 试验用配合比 如表 2所示 。 表 1 有机硅防水剂的主要技术指标及特 点 项目 指标 密度 ( g c m ) 0 9 4 黏度 ( m P a 8 ) 1 5 硅烷含量 5 0 状态 乳液 渗透性好， 收缩值小， 不易受气候影响， 特点 当相对湿度高于8 0 时， 吸水量降低 表 2 混凝土配合 比k 混凝土试件编号 名 称 B B2 B 4 水泥 3 2 0 3 2 0 3 2 0 砂 6 5 3 6 5 3 6 5 3 碎石 1 2 6 7 l 2 6 7 1 2 6 7 水 l 6 0 1 5 6 8 1 5 3 6 有机硅防水剂 0 6 4 1 1 1 2 8 注： 1 ) 有机硅防水剂掺量为 2 ； 2 ) 有机硅防水剂掺量为 4 。 1 2 试件制备 根据 G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 普通混凝土长期性能 和耐久性试验方法中的抗冻性试验，制备尺寸为 1 0 0 m mx 1 0 0 m m 4 0 0 mm的试件。为了防止脱模剂 对试件抗冻性产生影响，在浇筑试件时不使用脱模 剂。同时由于有机硅防水剂 的存在 ， 减缓 了水泥的水 化速率 ， 导致试件强度增加缓慢 ， 故在试件成型 4 8 h 后再脱模 ， 然后放入标准养护室中养护f 温度( 2 O 3 ) ， 相对湿度大于 9 0 1 ， 达到养护龄期后 ， 将试件从 养护室中取出， 待试件饱水或饱盐后分别进行抗水冻 试验和抗盐冻试验 。 1 - 3 试验方法 本实验采用 T D R 一 3型全 自动混凝土快速冻融设 备 ，仪器的参数设置满足 G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9的相关 规定 。将达到养护龄期 的混凝土试件从养护室 中取 出 ， 分别放在清水和 3 的 N a C 1 溶液中饱水饱盐 ， 然 后分别按照规范中抗冻试验 的相关规定 ， 进行水冻和 盐冻试验。在冻融循环次数为 0 、 2 5 、 5 0 、 7 5 、 1 0 0次时 取出试件 ， 测量其横 向基频 ， 测量前应先将试件表面 的浮渣清洗干净并擦干表面水分， 检查其外部损伤并 称量试件的质量， 待测试完毕后再放人冻融箱内继续 冻融试验 。 2 结果与分析 2 1 水冻试验结果与分析 2 1 1 内掺有机硅防水剂混凝 土试件的质量损失率 变化 在冻融环境中， 由于膨胀应力的作用， 昆 凝土试 件表面易发生剥落。图 1 为冻融循环 1 0 0 次时， 不同 有机硅防水剂掺量混凝土试件表面的剥落情况， 可以 看出， 随着有机硅防水剂掺量的增加， 混凝土试件表 面剥落变得严重 。 图 1 1 0 0次水冻循环后混凝土试件的表面剥落情况 图 2 为不同冻融循环后? 昆 凝土试件的质量损失 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m O 1 O0 一 O 1 _ 0 - z _ o ， _ 0 4 - 0 5 -0 6 - 07 0 2 0 4 0 6 0 8 0 l o o 循环次数， 次 图 2 不 同水冻循环后混凝土试 件的质量 损失率变化 曲线 率变化 曲线 。当冻融循环次数 为 1 0 0次时 ， B、 B 2和 B 4的质量损失率分别为 0 4 3 、 0 5 2 和 0 6 4 ， 其 中内掺有机硅 防水剂的混凝土试件较未经防水处理 的混凝土试件的质量损失率大， 并且随着有机硅防水 剂掺量 的增加 ， 其质量损失率增大。这是 由于有机硅 防水剂的存在减缓 了水泥水化反应的速率 6 1 ， 水化产 物减少， 导致内掺有机硅防水剂的混凝土试件整体力 学性能下降， 在冻融膨胀应力作用下表面剥落严重。 2 1 2 内掺有机硅防水剂混凝土试件的相对动弹模 量变化 图 3 为不同有机硅防水剂掺量的混凝土试件， 在 不 同水冻融循环后相对动弹模量的变化曲线。 假定 0 次冻融循环混凝土试件 的相对动弹模量为 1 0 0 ， 经过 1 0 0 次冻融循环后， B 、 B 2 , B 4的相对动弹模量分别降 为6 0 4 3 、 4 8 3 3 和 1 2 1 3 。可以看出， 随着冻融循环次 咖1 教 靛 O 2 O 4 0 6 0 8 O 1 o o 循环次数 次 图 3 不同水冻循环 后混凝 土试件 的相对动弹模量变化 曲线 研 究 与 应 用 一 数的增加，混凝土试件的相对动弹模量均呈下降趋 势。同时， 对比不同有机硅防水剂掺量混凝土试件的 相对动弹模量 曲线可知 ， 内掺有机硅防水剂混凝土试 件的抗冻性较空白试件的抗冻性差， 并且随着有机硅 防水剂掺量的增加， 混凝土试件劣化变快， 抗冻性变 差 。 2 2 盐冻试验结果与分析 2 2 1 内掺有机硅防水剂混凝土试件的质量损失率 变化 将不同有机硅防水剂掺量的混凝土试件进行抗 盐冻融循环试验， 在不同冻融循环次数下混凝土试件 的质量损失曲线和表面剥落情况， 见图4和图5 。对 比水冻试验数据可知， 盐冻试验由于盐的存在， 混凝 土试件内部渗透压更大、 饱和度更高、 结冰压更大， 加 剧了受冻破坏程度， 导致其结构损伤更加严重 。 槲 略 循 环次数 次 图 4 不同盐冻循环后混凝土试件的质量 损失率变化 曲线 图 5 1 0 0次盐冻循环后混凝土试件的表面剥落情况 当冻融循环次数为 1 0 0次时， B 、 B 2 和 B 4的质 量损失率分别为 0 4 6 、 0 7 3 和 0 9 2 。可以看出 ， 1 O l 2 3 4 5 6 7 8 9 O 0 0 加 加 m 加 加 m O 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 一 研 究 与 应 用 在盐冻环境中， 随着有机硅防水剂掺量的增加， 混凝 土试件的表面剥落同样会变严重。 2 2 2 内掺有机硅防水剂混凝土试件的相对动弹模 量变 化 图 6为不同有机硅防水剂掺量的混凝土试件 ， 在不同盐冻融循环后的相对动弹模量变化曲线。 假定 0 次冻融循环时，各混凝土试件的相对动弹模量为 1 0 0 ，经过 1 0 0 次冻融循环后， B 、 B 2 和 B 4的相对动 弹模量分别降为 6 4 6 3 、 5 3 2 5 和 3 8 7 2 。由此可知， 在 盐冻环境下， 经有机硅防水剂处理的混凝土试件的抗 冻性能较空白混凝土试件的差， 并且随着有机硅防水 剂掺量的增加， 混凝土试件的相对动弹模量下降幅度 增大。 咖1 散 幅 莨 图 6 不 同盐冻循 环后 混凝土试件的相对动弹模量变化 曲线 2 3 小结 造成内掺有机硅防水剂混凝土试件抗水冻、 抗盐 冻性差的主要原因是， 有机硅防水剂的存在导致水泥 水化速率减缓，混凝土试件的整体力学性能降低 ， 在 水冻和盐冻环境中受冻融膨胀应力的作用， 试件提前 发生冻融损伤破坏。 3 结论 根据本研究的试验结果可得出如下结论 ： 1 ) 在水 冻、 盐冻环境下， 内掺有机硅防水剂制备的整体防水 混凝土的抗冻性较未经防水处理的混凝土试件差， 并 且随着有机硅防水剂掺量的增加， 其相对动弹模量下 降幅度变大； 2 ) 在水冻、 盐冻环境下， 随着冻融循环次 数的增加， 混凝土试件的质量损失率增大； 并且内掺 有机硅防水剂混凝土试件的质量损失率， 较未经防水 处理的混凝土试件的大。这是由于整体防水混凝土 中，有机硅防水剂的存在减缓了水泥的水化反应， 水 泥水化产物减少， 导致混凝土试件的整体力学性能下 降，在冻融膨胀应力的作用下提前发生冻融损伤破 坏。 综上所述， 由于掺加有机硅防水剂制备的整体防 水混凝土的抗冻性较差 ， 在实际工程应用中， 若处于 冻融环境， 对于新建建筑， 应在保证混凝土结构具有 较好防水性的同时， 适当减小其水灰比、 降低有机硅 防水剂的掺人量，使其具有满足工程要求的抗冻性 能； 对于已有的内掺有机硅防水剂制备的整体防水 昆 凝土结构， 应对其进行维护， 防止发生冻融损伤破坏。 参考文献： 【 1 】 牛获涛 混凝土结构耐久性与寿命预测 M】 北京： 科学出版 社 ， 2 0 0 3 【 2 】 赵铁军 混凝土渗透性【 M】 北京： 科学出版社， 2 0 0 6 【 3 】 张鹏， 赵铁军， 戴建国， 等 硅烷改性混凝土防水和抗氯离 子性能试验研究【 J 土木工程学报 ， 2 0 1 1 ， 4 4 ( 3 ) ： 7 2 7 8 4 l 中国建筑科学研 究院 G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9普通混凝土长 期性能和耐久性试验方法 S 】 北京： 中国建筑工业出版社， 2 0 0 9 【 5 】 交通部水运 司J T J 2 7 o _ 一 9 8水运 工程混凝土试验规 程【 S 】 北京 ： 人 民交通 出版社 ， 2 0 0 9 6 1 Wi t t ma n n F H， Z h a n H， Z h a o T C h l o r i d e p e n e t r a t i o n i n t o w a t e r r e p e l l e n t c o n c r e t e e x p o s e d t o s e a wa t e r i n t h e t i d a l z o n e C S i l f w e r b r a n d J Wa t e r r e p e l l e n t t r e a t me n t o f b u i l d i n g ma t e ria l s Ge r ma n y ： Ae d i fi c a t P u b l i s h e r s ， 2 0 0 5： 1 2 5 1 3 2 7 1 覃丽坤， 宋玉普， 陈浩然， 等 冻融循环对混凝土力学性能 的影响【 J J 岩石力学与工程学报 ， 2 0 0 5 ， 2 4 ( 增 1 ) ： 5 0 4 8 5 0 53 ：兮 帅 加 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m