环保型裂缝修复材料（共3篇）
环保型裂缝修复材料 篇1
0前言
碱集料反应 (Alkali-Aggregate Reaction, 简称AAR是指混凝土中的碱与具有碱活性的骨料间发生的膨胀性反应。AAR在混凝土成型后若干年逐渐发生, 其结果造成混凝土体积膨胀和开裂, 改变混凝土的微结构, 使混凝土的抗压强度、抗折强度、弹性模量等力学性能明显下降, 严重影响结构的安全使用性, 而且, 反应一旦发生很难阻止, 更不易修补和挽救, 被称为混凝土的“癌症”[1]。
美国1940年发现了首例因碱集料反应导致混凝土工程的事例, 此后, 在加拿大、巴西、波兰、日本等国家发现了碱集料破坏的事例[2]。我国长期采用中低标号的水泥, 碱含量较低, 直到1988年尚未发现严重的碱集料反应破坏的事例, 随着高标号的水泥使用的增多, 我国混凝土结构物发生碱集料反应破坏的危险性大大增加[3]。
发生AAR破坏必须具备三个条件, 即在混凝土中含有过量的碱 (Na2O, K2O等) ;骨料中含有碱活性矿物 (活性二氧化硅、白云质类石灰岩或粘土质页岩等) 和水。现在研究成果较多的是采用化学添加剂来抑制碱集料的发生[4]。这种方法对已经建成的混凝土结构物不能起到防治作用。
混凝土裂缝修复材料 (简称ECRM) 为一种液体材料, 在混凝土结构建成后, 可以通过外部涂抹, 使ECRM渗透扩散进入混凝土内部, 抑制碱集料反应的发生。本文试验研究了ECRM对碱集料反应的抑制效果, 为工程应用提供参考。
1 碱集料反应试验
1.1 试验原材料
水泥:江南小野田水泥有限公司产52.5级硅酸盐水泥;砂:Ⅱ区中砂, 细度模数为2.7;集料:石英玻璃砂;化学试剂:固体片状NaOH;水:普通饮用水。
1.2 试验方法及试件制备
检测碱集料反应的方法很多:岩相法、混凝土柱法和砂浆棒法, 砂浆棒法又分为高温蒸压法, 砂浆棒法和砂浆棒快速法。其中砂浆棒快速法试验时间短, 能有效的检测出具有碱活性的集料。本次试验采用砂浆棒快速法。水泥砂浆配合比为:水泥:水:砂=1.0:0.4:1.0, 试件尺寸为40mm×40mm×160mm的长方体试件, 每组三个试件。试件成型后放入标准养护箱养护1d后拆模, 试件成型后第3d, 用钢丝刷将试件表面的浮浆、脱模剂、油漆等物质刷掉, 然后用粘水的海绵将表面清理干净, 使混凝土表面在润湿的状态下进行ECRM涂抹施工, ECRM为六面涂抹。涂抹完成后将试件放入标准养护箱养护至试验规定的龄期。在涂抹施工后的7d, 每天定时向涂抹试件洒水, 洒至润湿但表面没有明水为止。将所有试件养护7d后, 进行砂浆棒快速试验, 用砂浆伸缩仪测试试件的膨胀率。为研究ECRM用量、活性集料含量、碱掺量等对碱集料反应的影响, 制备了以下试件:
(1) 不同ECRM涂量的试件
制备了ECRM涂量为0.1kg/m2, 0.2kg/m2和0.3kg m2, 试件中集料为10%的石英玻璃砂和90%的普通砂。其中碱掺量为1%。
(2) 不同活性集料掺量的试件
为研究ECRM对不同活性集料掺量试件的碱集料反应影响, 分别制备了石英玻璃掺量为0, 5%和10%的试件。其中碱掺量为1%, ECRM涂量为0.2kg/m2。
(3) 不同碱掺量的试件
为研究ECRM对不同碱掺量试件碱集料反应的影响, 制备了NaOH掺量为0, 1%, 2%的试件。其中活性集料掺量为10%, ECRM涂量为0.2kg/m2。
2 结果与分析
2.1 ECRM用量对碱集料反应的影响
图1为不同ECRM涂量的试件随时间膨胀率变化图。从图中可以看出:ECRM涂抹试件的膨胀率小于未涂抹试件, 且随着涂量的增大其膨胀率减小。由于活性集料及碱的存在, 试件都发生了较大的膨胀, 且膨胀率随着时间的增长而增加。试验中石英玻璃为碱活性集料, 且水泥碱含量较高, 试验中所有试件的膨胀率都大于集料碱活性临界膨胀率0.1%, 试验结果与预期相符。未涂抹试件在80℃碱溶液中养护4d后其膨胀率达到了0.13%, 养护至14d后, 其膨胀率为0.42%。ECRM涂抹试件膨胀率随试件变化规律与基准试件大致相同。但其达到集料碱活性临界膨胀率的时间较基准试件长, 且养护14d后, 膨胀率较基准试件大大减小。增加了ECRM的涂量, 试件的膨胀率减少, 但膨胀率的减少量与ECRM的用量不成线性关系。用量为0.2g/m2和0.3g/m2的试件的膨胀率较为接近, 其膨胀率随时间变化的曲线也相似。从抑制碱集料反应及经济角度出发, ECRM用量为0.2g/m2较为合适。
2.2 ECRM对不同活性集料掺量试件碱集料反应的影响
图2为不同活性集料掺量的ECRM涂抹试件膨胀率随时间的变化图。
从图2可以看出, 不同活性集料掺量试件膨胀率随着活性集料掺量的增加而增大, ECRM对试件的膨胀抑制作用减弱。不掺活性集料的基准试件在80℃的NaOH溶液中养护14d的膨胀率为0.13%, 以膨胀率为0.1%作为快速砂浆棒法中判断集料具有碱活性的标准[5], 说明此次所用河砂具有一定的碱活性。而活性集料掺量为5%和10%的试件, 在80℃的NaOH溶液中养护14d的膨胀率分别为0.20%和0.22%, 说明随着活性集料掺量的增加, 试件的膨胀率增大, 但随着活性集掺量的增大, 膨胀率增长的幅度减小。说明ECRM可有效降低高活性集料掺量试件因碱集料反应发生的膨胀率。ECRM对高活性集料掺量试件的碱集料反应抑制作用显著。
2.3 ECRM对不同碱掺量试件碱集料反应的影响
图3为不同碱掺量的ECRM涂抹试件膨胀率随时间变化图。从图3可以知, 不同碱掺量的ECRM涂抹试件膨胀率, 随着试件含碱量的加大, 试件的膨胀率增大。碱掺量为2%的试件膨胀率约为碱掺量为1%试件的2倍。而碱掺量为1%的试件膨胀率与不掺碱试件的膨胀率大致相同, 变化曲线也较为一致。说明ECRM对碱掺量为1%左右的混凝土抑制作用显著。
2.4 ECRM抑制碱集料反应机理分析
水泥的主要水化产物是水化硅酸钙 (CSH) 和氢氧化钙[Ca (OH) 2], Ca (OH) 2可以与活性集料反应置换出KOH或NaOH, 形成发生碱集料反应的必要条件。同时水泥中的碱通常以Na2O和K2O的形式存在, 在水泥水化过程中, 他们在孔溶液中溶解, 以Na++OH-和K++OH-等离子形势存在。使孔溶液中的p H值大大高于饱和溶液的p H值。如果存在活性集料及水分即会发生碱集料反应。
ECRM中的硅化物能与混凝土中的Ca (OH) 2进行反应生成CSH凝胶, 使水泥水化产物Ca (OH) 2的含量减少, 从而减少了碱集料反应所必须的碱。同时, ECRM能促进混凝土内部未水化的水泥颗粒继续发生水化反应, 形成稳定的水化硅酸钙 (CSH) 胶凝, 堵塞混凝土内部的毛细孔和裂缝, 提高混凝土的密实性和实现混凝土裂缝的自愈合, 增强了混凝土的抗渗性[6], 从而减弱了碱溶液中K+、OH-和H2O进入混凝土内部发生碱集料反应, 保护了混凝土结构的完整性。
ECRM可以减弱碱集料反应的三个条件 (活性集料、碱性溶液和水) 存在的几率, 从而很好的抑制了混凝土碱集料反应对混凝土的破坏。
3 结论
(1) ECRM对试件的碱集料反应具有较好的抑制作用。抑制效果随ECRM用量的增多而增强, 但增强效果不与ECRM用量成线性关系, 0.2kg/m2为最佳工程用量。
(2) ECRM对不同活性集料含量、不同碱含量的试件的碱集料反应都有很强的抑制作用, 对高活性集料含量试件的抑制作用尤为显著。
(3) ECRM抑制碱集料反应主要在于通过化学反应将活性物质生成稳定的CSH晶体, 同时通过催化作用激发未水化的水泥水化生成CSH胶凝堵塞混凝土内部孔隙和裂缝, 减少了碱和水向混凝土内部渗透发生碱集料反应。
参考文献
[1]张誉, 蒋利学, 等.混凝土结构耐久性概论[M].上海:上海科学技术出版社, 2003.
[2]Stanton T H.Expansion of concrete through reaction between cement and aggregate[J].Proceedings of American Society of Civil Engineering, 1940, 66:1781-1811.
[3]吴中伟.必须重视混凝土碱-集料反应的防治和研究[J].混凝土, 1990 (5) :3-7.
[4]莫祥银, 卢都友, 许仲梓.化学外加剂抑制硅酸反应原理及进展[J].南京化工大学学报, 2000, 22 (3) :72-77.
[5]Gratan-Bellew P E.Test methods and criteria for evaluating thepotential reactivity of aggregates[J].Pro of the8th Inter Conf on AAR in Concr;Society of Materials Science of Japan, 1989:279-294.
[6]彭昌宪.环保型混凝土水化反应材料对混凝土构件耐久性影响的实验研究[D].南京:河海大学硕士学位论文, 2009.
环保型裂缝修复材料 篇2
混凝土材料耐久性劣化的表现形式主要有混凝土冻融、混凝土遭受侵蚀性化学物质的腐蚀、混凝土碳化、混凝土中的碱集料反应等[1]。我国地域广阔, 在盐渍土或盐湖区域、海岸工程、海洋工程中的桥梁、房屋、输水设施等混凝土结构, 受到SO42-、Cl-等侵蚀性较强的离子侵蚀;在东北、西北和华北地区处于寒冷地区, 几乎100%的工程局部或大面积地遭受不同程度的冻融破坏, 有的工程在施工过程中或竣工后不久就发现严重的冻害。化学侵蚀和冻融破坏导致混凝土劣化, 严重影响了混凝土的耐久性。如何抑制混凝土遭受化学侵蚀和冻融破坏成了混凝土耐久性研究中的重要内容[2~3]。
环保型裂缝修复材料 (简称ECRM) 是一种激化混凝土中水泥进行水化反应的反应促进剂。ECRM能促进混凝土内部未水化的水泥颗粒继续发生水化反应, 形成稳定的水化硅酸钙 (CSH) 凝胶;同时ECRM中的硅化物能与混凝土中的Ca (OH) 2进行反应生成CSH凝胶。随着CSH不断的生成, 堵塞混凝土内部的毛细孔和裂缝, 提高混凝土的密实性和实现混凝土裂缝的自愈合, 改善混凝土的耐化学侵蚀和抗冻融能力。
本文研究了ECRM改善混凝土耐化学侵蚀和抗冻融性能的能力, 及对混凝土受化学侵蚀和冻融破坏后的修复能力。
1 原材料与试验方法
1.1 试验原材料
ECRM:无色透明液体状, 实验室自备。
水泥:双猴牌32.5级普通硅酸盐水泥。
碎石:粒径5~25。
砂:Ⅱ区中砂, 细度模数2.7。
水:普通饮用水。
稀盐酸溶液:用盐酸加饮用水稀释得到p H=3.0的稀盐酸溶液;
硫酸钠溶液:用固态硫酸钠与饮用水配制成0.5mol/L的溶液。
1.2 试件制备
混凝土配合比采用水泥:细骨料:粗骨料:水=1:3.20:1.66:0.60
混凝土抗化学侵蚀试件为150mm×150mm×150mm试件, 每组试件3个。混凝土抗冻融试件为76mm×102mm×406mm试件, 每组试件3个。混凝土搅拌后倒入试模中成型, 试件成型1d后脱模。
1.3 ECRM涂抹施工
混凝土试件成型后第14d, 用钢丝刷将试件表面的浮浆、脱模剂、油漆等物质刷掉, 然后用粘水的海绵将表面清理干净, 使混凝土表面在润湿的状态下进行ECRM涂抹施工, ECRM为六面涂抹。涂抹完成后将试件放入标准养护室养护至试验规定的龄期。在涂抹施工后的几天, 每天定时向涂抹试件洒水, 洒至润湿混凝土但表面没有明水为止。
化学侵蚀试验:将试件放入已配置好侵蚀溶液中。溶液高出试件2cm, 保证所有试件均匀侵蚀。所有试件分别在浸泡45d、90d后测其外观变化、抗压强度来评定ECRM对混凝土试件耐化学侵蚀的影响。
冻融循环试验:本次试验采用美国材料试验协会推荐的混凝土快速冻融的试验方法ASTM C666-97[4]。采用美国生产的H-3185型快速冻融仪, 试件中心温度应分别控制为-17℃±2℃和8℃±2℃。每冻融循环10次后用E-METER型混凝土动弹模测试仪测试试件的动弹模量。
ECRM修复试验:对硫酸盐侵蚀45d、90d和冻融50次后的试件进行0.2kg/m2的ECRM涂抹修复, 分别测试其抗压强度和动弹模量以评定ECRM的修复效果。
1.4 性能测试
混凝土试件抗压强度按GBJ81-85《普通混凝土力学性能试验方法》[5]进行, 动弹模测试按ASTM C666-97[4]方法进行。
2 结果与分析
2.1 ECRM涂抹处理试件抗酸性能分析
试件在盐酸溶液中侵蚀45d和90d后, 其外观没有什么变化, 在受压时, 基准试件发生竖向的压缩变形和环向的伸长变形, 达到极限荷载时, 试件边角出现贯穿性的裂缝。ECRM涂抹试件与基准破坏形态稍有区别, ECRM涂抹试件破坏时, 没有大片的混凝土从试件上剥落, 裂缝较为细密, 只有片状的混凝土从试件脱落, 如图1所示。
盐酸溶液侵蚀试件抗压强度试验结果见表1。由表1可见, 以标准养护试件作为对比试件, 基准试件经侵蚀后的抗压强度都在降低, 如侵蚀90d后抗压强度降低了8%。而ECRM涂抹试件抗压强度基本都有提高, 如侵蚀90d后涂抹量为0.2kg/m2的试件抗压强度提高了15.7%。试验表明, ECRM能提高盐酸侵蚀后混凝土的抗压强度, 显著增强试件的耐盐酸侵蚀能力。
混凝土抗压强度的提高程度随着ECRM涂抹用量的增加而增大。在盐酸中侵蚀45d和90d后, 试件表面按照0.1kg/m2的用量进行ECRM涂抹施工的混凝土的抗压强度比基准试件分别提高11.9%、9.8%;试件的表面按照0.2kg/m2的用量进行ECRM涂抹施工的混凝土的抗压强度比基准试件分别提高了14.6%、15.6%;试件的表面按照0.3kg/m2的用量进行ECRM涂抹施工的混凝土的抗压强度比基准试件分别提高了16.8%、16.92%。混凝土强度增长与ECRM用量不成正比关系, 涂抹量为0.2kg/m2的试件较涂抹量0.1kg/m2的试件抗压强度增长较大, 而ECRM用量增加为0.3kg/m2, 试件抗压强度增长速率减缓, 对于抗酸侵蚀, 从经济和防护角度考虑, 可取0.2kg/m2。
2.2 ECRM处理试件抗硫酸盐及对侵蚀后试件修复性能分析
试件经硫酸盐侵蚀后抗压现象与硫酸侵蚀一致, 侵蚀试件抗压结果见表2。
从表2可知, 以标准养护试件作为对比试件, 基准试件和侵蚀试件的抗压强度都在降低。侵蚀45d的基准试件较标准试件抗压强度降低了13.05%, 而ECRM涂抹量为0.2kg/m2的试件抗压强度降低了9.25%;侵蚀90d的基准试件较标准试件抗压强度降低了10.38%, 而ECRM涂抹量为0.2kg/m2的试件抗压强度只降低了2.7%。试验结果表明, ECRM能提高硫酸盐侵蚀后混凝土的抗压强度, 显著增强试件的耐硫酸盐侵蚀能力。
从表2的可以看出, 混凝土抗压强度的提高程度随着ECRM涂抹用量的增加而增大。在盐酸中侵蚀45d和90d后, 试件表面按照0.1kg/m2的用量进行ECRM涂抹施工的混凝土的抗压强度比基准试件分别提高9.45%、8.41%;试件的表面按照0.2kg/m2的用量进行ECRM涂抹施工的混凝土的抗压强度比基准试件分别提高了14.24%、14.40%;试件的表面按照0.3kg/m2的用量进行ECRM涂抹施工的混凝土的抗压强度比基准试件分别提高了19.16%、17.83%。
对在硫酸盐溶液中侵蚀45d和90d后的两组试件进行ECRM涂抹, 涂抹量为0.2kg/m2, 养护14d后抗压强度分别为24.16MPa和25.17MPa, 恢复到了基准试件的96.7%和98.6%, 较基准试件分别提高了21.7%和19.4%。因此, ECRM对硫酸盐侵蚀过的混凝土具有很好的修复作用, 修复后的混凝土试件能恢复到与未侵蚀混凝土试件相同的抗压力学性能。
2.3 ECRM涂抹试件抗冻融及对冻融后修复性能分析
试件在冻融过程中, 10次冻融循环后, 试件表层水泥浮浆等开始脱落, 到30次冻融循环后, 基准试件表层大幅脱落, 已有粗骨料露出, 而ECRM涂抹试件仍然保持较好的完整性。各试件在不同冻融次数下的质量损失率、相对动弹模量变化见表3。
注:β为质量损失率, f为相对动弹性模量。
从表3可看出, 50次冻融循环后, 基准试件的质量损失率为2.23%, 而ECRM涂抹量为0.1kg/m2、0.2kg/m2和0.3kg/m2的试件质量损失率分别为1.1%、0.63%和0.55%, 明显小于基准试件。说明ECRM能有效的改善混凝土的抗冻融性能, 保持混凝土在冻融循环下的整体性。
50次冻融循环后, 基准试件相对动弹模量为92.31%, 而ECRM涂抹量为0.1kg/m2、0.2kg/m2和0.3kg/m2的试件冻融50次后其相对动弹模量分别为93.30%、97.08%和100.67%, ECRM涂抹量为0.2kg/m2的试件50次冻融后动弹模量损失仅为基准试件的1/3左右。材料的动弹模量与其自身的结构密切相关, 它不仅现出试件整个体积的弹性模量平均值, 同时还能反映出局部破损[5]。ECRM涂抹试件冻融时动弹模量损失远小于基准试件, 说明ECRM能有效阻止冻融循环对混凝土结构的破坏, 提高了混凝土的抗冻融破坏性。
对一组试件在冻融循环50次后进行ECRM涂抹修复、涂抹量为0.2kg/m2, 同时将表3中第3组和第5组试件作为对比试件与修复后的试件同时养护, 作为对比试件。表4为养护3d、7d、14d的相对动弹模量值。
从表4看出, 5#试件经过冻融破坏后如果不经过ECRM处理而直接进行养护进行自修复, 其动弹模量基本上没有变化, 试件在冻融过程将表层混凝土剥离, 内部形成了较大的孔隙和裂缝, 试件难以通过养护实现自修复。3#试件在冻融前进行过0.2kg/m2的ECRM涂抹, 在冻融过程中, 试件表面有水泥浆脱落, 但冻融完成后, 渗透进试件内部的ECRM继续激发未水化的水泥水化, 添堵冻融产生的部分孔隙和裂缝, 在养护14d后, 其相对动弹模量达到101.25%。1#试件在冻融后进行ECRM涂抹, 涂抹后再养护14d, 其相对动弹模量达到105.55%, 动弹模量恢复至冻融前的92.5%, ECRM能修复冻融50次后的试件产生的部分孔隙和裂缝。上述试验结果说明, ECRM对试件修复作用具有长期性, 在试件冻融后仍具有一定的修复能力;经过冻融后的试件经ECRM修复后, 其性能恢复程度很大, 具有很高的工程应用价值。
3 结论
(1) ECRM可有效的改善混凝土的抗化学侵蚀能力, 抗侵蚀能力的提高随着ECRM用量的增加而增大, 0.2kg/m2为ECRM的最佳涂抹用量。
(2) ECRM可有效修复经硫酸盐侵蚀过的混凝土, 经ECRM修复后的混凝土试件能达到与未侵蚀混凝土试件相同的抗压力学性能。
(3) ECRM能激发水泥水化作用从而提高了混凝土的抗冻融性能, 冻融性能的提高随着ECRM用量的增加而增大, 经50次冻融循环后, ECRM涂抹量0.2kg m2的试件冻融50次后其动弹模量损失3%, 仅为基准试件的1/3左右, 冻融50次后修复试件在养护14d后动弹模量恢复至冻融前92.5%。
摘要：在严寒或沿海地区, 混凝土结构往往因受到酸、盐等化学侵蚀和冻融循环的作用而破坏, 环保型裂缝修复材料 (简称ECRM) 能促使混凝土中未水化水泥水化, 提高混凝土致密性, 增强混凝土的耐化学侵蚀和抗冻融破坏的能力。本文进行了经ECRM处理的混凝土试件耐化学侵蚀和抗冻融性能试验, 试验结果表明:经ECRM处理的混凝土试件, 在盐酸中和硫酸钠溶液中侵蚀45d和90d后, 试件抗压强度较基准试件都有大幅提高, 且提高的程度随着ECRM用量的增加而增大;ECRM处理试件冻融50次后其动弹模量损失3%, 为基准试件的1/3左右, 试件冻融50次后进行ECRM修复, 其动弹模量可恢复至冻融前的90%以上。
关键词：环保型混凝土水化反应材料,化学侵蚀,冻融循环
参考文献
[1]张誉, 蒋利学, 张伟平, 等.混凝土结构的耐久性概论[M].上海:上海科学技术出版社, 2003.
[2]王冲, 浦心诚, 严吴南, 等.高性能混凝土的耐化学侵蚀性能研究[J].重庆建筑大学学报, 1992, 21 (1) :28-31.
[3]商怀帅, 宋玉普, 覃丽坤.普通混凝土冻融循环后性能的试验研究[J].混凝土与水泥制品, 2005 (2) :9-11.
[4]ASTM C666-97.Standard Test Method for Resistance of Concrete to Rapid Freeze and Thawing[S].
[5]普通混凝土力学性能试验方法标准[S].北京:中国建筑工业出版社, 2003.
环保型裂缝修复材料 篇3
混凝土渗透结晶防水材料中含有的活性化学物质通过载体向混凝土内部渗透, 并在混凝土中形成不溶于水的结晶体, 填塞混凝土中的毛细孔道及宏观微裂缝, 从而使混凝土致密、防水[1~4]。近年来, 混凝土渗透结晶防水材料在地铁、隧道、大坝、地下室等混凝土结构防水工程中应用越来越广泛[5~7], 并取得了较显著的经济效益及社会效益。尽管工程实践上应用较广泛, 但对混凝土裂缝修复的宽度仍存在不同见解。因此, 采用扫描电子显微镜 (SEM) 研究表征自制的混凝土渗透结晶材料对混凝土裂缝的自修复性能, 具有重要的理论和实际意义。
1 试验
1.1 混凝土渗透结晶防水材料的制备
1.1.1 制备机理
水泥混凝土中一般含有25%左右的未水化水泥和一些具有水化活性的物质, 在一定的条件下, 这些未水化的水泥和活性物质可继续反应, 形成结晶体沉淀。如果能够通过一定的反应机制使这些未水化的水泥和活性物质在孔隙和裂缝中反应, 利用所形成的结晶体堵塞孔隙与裂缝, 则可实现渗透结晶, 达到混凝土裂缝自修复的目的。基于这一思路, 笔者提出了化学转换渗透结晶反应机理。渗透结晶防水机理的具体设想是通过制备一种可与混凝土中存在的钙离子反应形成水溶性不稳定络合物、与硅酸根形成水溶性不稳定络合物但与钙离子不络合、不发生化学反应形成沉淀的化合物, 该化合物具有亲水性, 可随水在混凝土内部孔隙与裂缝中迁移渗透, 遇到未水化水泥和其它可水化物质后, 发生化学转换, 生成硅酸钙结晶体, 该结晶沉淀物可堵塞孔隙与裂缝, 实现裂缝自修复。而活性化合物在反应转换后, 恢复原态, 又可重新参与下一轮的反应。混凝土渗透结晶防水材料制备可用下述机理模型来表达:
催化剂 (1) +Ca2+→催化剂 (1) -Ca2+ (络合物)
催化剂 (2) +Si O32-→催化剂 (2) -Si O32- (络合物)
催化剂 (1) -Ca2++催化剂 (2) -Si O32-→Ca Si O3+催化剂 (1) +催化剂 (2)
1.1.2 混凝土渗透结晶防水材料的制备
按质量百分比将20%的胆碱和23%的柠檬酸钠加水溶解, 配制成溶液, 向溶液中缓慢滴加37%的三异丙醇胺和其它可溶性有机小分子物质, 混合均匀, 静止至溶液透明。
1.2 试验原材料及配合比
硅酸盐水泥:P·Ⅰ42.5级水泥, 山东青州某公司产;细集料:中粗砂, 细度模数2.6, 山东青州产;粗集料:5~31.5mm碎石, 山东青州产。混凝土渗透结晶防水材料:自制。水泥熟料化学成分及矿物组成见表1, 试验所用配合比见表2。
1.3 抗渗试件制备
在成型混凝土抗渗试件中, 在圆台中心由上而下贯穿一条宽40mm, 厚分别为0.5mm、1.0mm的铁片, 在临近终凝前将铁片拔出, 即人工制造一条裂缝, 向裂缝内灌入掺有渗透结晶材料的水泥浆, 1d后拆模, 送标准养护室养护。水泥浆配比按照渗透结晶材料:水:水泥=0.25:4:10的比例配制。
%
kg/m3
1.4 试验方法
抗渗性能测试按照SL352-2006《水工混凝土试验规范》规定进行, 将试件养护到规定的时间取出, 表面风干, 用蜡密封, 每次测试试件为一组六个。试件测试的初始压力为0.1MPa, 加压后保压1h, 如果没有渗水现象发生, 以后每隔1h加0.1MPa的压力, 直至第二个试件的端面出现渗水现象为止, 记录此时的压力值作为该组试件的抗渗压力。等所有试件均被水击穿后, 将试件在原来的养护环境中再养护同样的天数, 然后进行试件的二次抗渗性能测试。一次抗渗性能可以体现内掺渗透结晶防水材料试件的修复裂缝性能, 而二次抗渗性能体现的是内掺渗透结晶防水材料试件被击穿后重新养护其防水抗渗能力的恢复情况, 即二次抗渗性能反映了渗透结晶防水材料赋予混凝土试件的自修复能力大小。通过一次和二次抗渗性能可以表征渗透结晶防水材料对混凝土裂缝修复性能和自修复能力的作用效果。
1.5 试验结果与讨论
养护28d后测试混凝土抗渗性能, 试验结果见表3。
从表3可以看出, 人为制造≤1.0mm的裂缝, 灌入掺有渗透结晶材料的水泥浆后, 混凝土的一次和二次抗渗压力与没有裂缝的相同。裂缝大于1.5mm, 混凝土的一次抗渗压力降低, 表面裂缝为2.0mm, 混凝土的一次抗渗压力仅为0.1MPa, 小于表面没有裂缝的混凝土抗渗压力。因此, 可以看出, 渗透结晶防水材料能够愈合混凝土小于1.0mm的裂缝。
2 微观结构表征
带有裂缝混凝土的抗渗性能取决于修补后水泥浆与界面的结合程度[8~13]。因此, 采用扫描电子显微镜 (SEM) 对混凝土的微观结构进行测试分析, 有利于诠释混凝土的抗渗性能。利用扫描电镜研究混凝土微观形貌并从微观结构层次上揭示材料的性能是研究材料结构的最基本方法。采用SEM对28d龄期、预制不同裂缝宽度后掺加渗透结晶防水材料的水泥浆与混凝土界面进行微观形貌观察, 放大100倍, 结果见图1~图4。
从图1~图4可以看出, 28d龄期, 混凝土表面预制裂缝宽度分别为0.5mm和1.0mm时, 掺加渗透结晶材料的水泥浆与混凝土间的界面结合程度较好, 与表面无裂缝的混凝土界面过渡区处骨料与水泥石之间基本致密程度相差无几。预制裂缝宽度为1.5mm时, 水泥浆与混凝土间的界面结合程度不好, 界面结合处有较大的不规则空隙, 增加了混凝土的贯通能力, 降低了混凝土的抗渗性能。这主要是因为, 混凝土裂缝较小时, 渗透结晶材料中的活性化学物质和混凝土中的Ca (OH) 2能够反应, 消耗掉的Ca (OH) 2转变为具有胶凝性的硅酸钙, 填充了界面处的空隙, 界面结构得到改善。混凝土裂缝大于1.5mm时, 在一定的龄期内, 渗透结晶材料中的活性化学物质和混凝土中Ca (OH) 2的反应物不能够填充满界面的空隙, 水泥浆与混凝土间的界面结构薄弱, 降低了混凝土的抗渗性能。但随着龄期的延长和掺加较多的渗透结晶材料, 可使更多的反应物填充界面处的空隙, 界面结构得以改善, 混凝土的抗渗性能可能会有所提高。
3 结论
(1) 在既定的混凝土和水泥浆配合比下, 在一定龄期内, 渗透结晶材料能够修复一定宽度的混凝土裂缝, 水泥浆与混凝土间的界面结合程度较好。