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渗透结晶原理
渗透结晶工作原理
水泥基渗透结晶是由特殊的催化剂、波特兰水泥和硅砂等组成的无机质粉状物;以水为载体,在砼微孔及毛细管中渗透、充盈,催化砼的微粒及未完全水化的水泥成分再次水化,形成不溶于水的枝蔓状结晶,对出现的0.4~1mm裂缝有自我修复的能力。
如砼再次出现裂缝,遇水后又可反复多次产生结晶体封堵裂缝,达到永久防水作用,并有保护钢筋、增加砼密实度、提高强度的效果。
日本土木学会曾做过试验,在自然条件下12个月的渗透深度达到300mm。
这己满足大多数砼墙板的厚度。
耐水压为1.5MPa,膨胀系数与砼基本一致。
这是一种与砼同质同寿命的无机材料,没有有机防水材料出现的老化、环保等问题。
由于是在砼内渗透,增生新的水泥结晶封堵裂缝,是真正意义的“内防水”,并使施工变得更为简便,而且不怕穿刺、磕碰,无搭接要求和无须做找平层、保护层。
这种先进的技术设计与防水特性,引起了有关技术人员的极大兴趣。
该材料的核心技术是内含一种活性极强的化学催化剂。
渗透结晶防水材料机理主要成分表
催化剂引发水泥结晶的增生机制图
工作原理
如图所示,在获得Ca²?
的错体离子扩散在砼空隙的水分中,在反应型硅SiO?
²¯存在的地方,因溶解度的格差得到Ca,错体的Ca转变为CaSiO?
沉淀在砼的空隙中;分解出Ca的错体离子再次进行扩散,在存有Ca(OH)?
:
等物质、Ca²?
浓度高的地方再次和Ca²?
发生反应,转换成钙错体在砼内部扩散开来。
这个反应在砼中不断反复进行,产生新的水泥结晶,就是其基本机理。
水泥基渗透结晶型防水涂料
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大-中-小tiand 发表于08-07-2311:
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(1)
其主要成分硅酸盐水泥、精选石英砂、特种活性化学物质等,为灰色粉末状材料。
其防水机理在于以水为载体,通过水的引导,借助强有力的渗透性,在混凝土微孔及毛细管中进行传输、充盈,发生物化反应,形成不溶于水的枝蔓状结晶体。
结晶体与混凝土结构结合成封闭的防水层整体,堵截来自任何方向的水流及其它液体侵蚀。
达到永久性防水、耐化学腐蚀的目的,同时起到保护钢筋,增强混凝土结构强度的作用。
一、特点
1、在混凝土界面涂刷两层该材料,即可承受1.2MPa以上的水压力。
2、在混凝土界面涂刷该材料所产生的物化反应渗透到混凝土内部,渗透深度可达100mm以上。
3、在混凝土界面涂刷该材料的形成的不溶于水的枝蔓状结晶体,将缝隙密实,堵塞渗透水路,小于0.4mm的混凝土裂缝都可填补与自我修复。
4、可确保在PH值3.0~11.0,温度-30℃~120℃的情况下保持超强的防水效果,并能保护钢筋及提高混凝土强度。
5、与其它材料兼容性好,其防水层表面可随意涂刷水泥砂浆、白灰膏、油漆、树脂涂料等材料。
6、施工方法简便,省工省力。
对混凝土界面不需做找平层,涂刷后无需做保护层。
二、适用范围
地下铁道、地下室、水库、冷却塔、水坝、隧道、屋顶广场、停车平台、电梯坑、游泳池、食品贮藏库、污水池、桥梁结构、水族馆、粮仓、高速公路、机场、停机坪、油池、运动场、混凝土路面、卫生间等。
水泥基渗透结晶型防水材料是一种含有特殊活性物质的灰色粉状材料,将其涂刷在混凝土表面后,当有水存在时,活性物质渗透到混凝土内部,并在孔隙和裂缝中生成不溶于水的针状结晶体,堵塞渗水通道,提高混凝土的抗渗性。
当混凝土失水干燥时,活性物质处于休眠状态,一旦有水渗入,活性物质继续反应,生成新的结晶。
涂刷过渗透结晶型防水材料的混凝土具有自我修复功能,其防水能力长期存在。
针状结晶体 致密的结构
在系列防水产品中,浓缩剂是化学活性最强的一种。
这种浅灰色粉末加水调合之后,可以用做地上或地下的混凝土的浆状涂料,也可以用作双涂层中的第一层涂料。
主要用于防渗、防潮、可以将此产品调成半干状的料团,用于结构连接处堵漏,修补裂口、结构连接处的缺陷和蜂窝麻面状的结构。
应用指南
不能在雨中或环境温度低于4℃时使用。
由于涂料在混凝土中结晶形成过程的前提条件需要湿润。
所以无论新浇筑的,还是旧有的混凝土,都要用水浸透,但不能有明水。
新浇的混凝土表面在浇筑20小时后方可使用。
混凝土浇筑后的24-72小时为使用涂料的最佳时段,因为新浇的混凝土仍然潮湿,所以基面仅需少量的预喷水。
混凝土基面应当粗糙、干净,以提供充分开放的毛细管系统以利于渗透。
所以对于使用钢模或表面有反碱、尘土、各种涂料、薄膜、油漆及油污或者其它外来物都必须进行处理,要用凿击、喷砂、酸洗(盐酸)、钢丝刷刷洗、高压水冲等。
(如使用盐酸腐蚀法,必须先用水打湿。
酸处理后表面应用水彻底冲净)。
结构表面如有缺陷、裂缝、蜂窝麻面均应修凿、清理。
将与干净的水调合(水内要求无盐和无有害成分)。
混合时可用手电钻装上有叶片的搅拌棒或戴上胶皮手套用手及抹子来搅和。
混料时要掌握好料、水的比例,一次不宜调多,要在30分钟内用完,混合物变稠时要频繁搅动,中间不能加水。
刷涂时按体积用5份料、2份水调和,一般刷一层是0.65-0.8kg/m2。
喷涂时按体积用5份料、3份水调和,一般喷一层是0.8-1kg/m2。
在养护过程中必须用净水,必须在初凝后使用喷雾式,一定要避免涂层被破坏。
一般每天需喷水3次,连续2-3天,在热天或干燥天气要多喷几次,防止涂层过早干燥。
在养护过程中,必须在施工后48小时内防避雨淋、霜冻、日晒、风吹、污水及2℃以下的低温。
在空气流通很差的情况下,需用风扇或鼓风机帮助养护(如封闭的水池或湿井)。
露天施工用湿草袋覆盖较好,如果使用塑料膜作为保护层,必须注意架开,以保证涂层的"呼吸"及通风对盛装液体的混凝土结构(如游泳场、水库、蓄水槽等)必须3天的养护之后,再放置12天才能灌进液体。
对盛装特别热或腐蚀性液体的混凝土结构,需放18天才能灌盛。
在养护过程中必须用净水,必须在初凝后使用喷雾式,一定要避免涂层被破坏。
一般每天需喷水3次,连续2-3天,在热天或干燥天气要多喷几次,防止涂层过早干燥。
在养护过程中,必须在施工后48小时内防避雨淋、霜冻、日晒、风吹、污水及2℃以下的低温。
在空气流通很差的情况下,需用风扇或鼓风机帮助养护(如封闭的水池或湿井)。
露天施工用湿草袋覆盖较好,如果使用塑料膜作为保护层,必须注意架开,以保证涂层的"呼吸"及通风。
对盛装液体的混凝土结构(如游泳场、水库、蓄水槽等)必须3天的养护之后,再放置12天才能灌进液体。
对盛装特别热或腐蚀性液体的混凝土结构,需放18天才能灌盛。
水泥基渗透结晶型防水涂料(C)
水泥基渗透结晶型防水剂(A)
表1匀质性指标
序号
试验项目
指标
1
含水量
应在生产厂控制值相对量的5%之内
2
总碱量(Na2O+0.65K2O)
3
氯离子含量
4
细度(0.315mm筛)
应在生产厂控制相对量的10%之内
注:
生产厂控制值应在产品说明书中告知用户。
表2受检涂料的物理力学性能
序号
试验项目
性能指标
I
II
1
安定性
合格
2
凝结时间
初凝时间,min
20
终凝时间,h
24
3
抗折强度,MPa≥
7d
2.80
28d
3.50
4
抗压强度,Mpa≥
7d
12.0
28d
18.0
5
湿基面粘结强度,Mpa≥
1.0
6
抗渗压力(28d),MPa≥
0.8
1.2
7
第二次抗渗压力(56d),MPa≥
0.6
0.8
8
渗透压力比(28d),%
200
300
表3掺防水剂混凝土的物理力学性能
序号
试验项目
性能指标
1
减水率,%≥
10
2
泌水率比,%≤
70
3
抗压强度比
7d,%≥
120
28d,%≥
120
4
含气量,%
4.0
5
凝结时间差
初凝,min
>-90
终凝,min
6
收缩率比(28d),%≤
125
7
渗透压力比(28d),%≥
200
8
第二次抗渗压力(56d),MPa≥
0.6
9
对钢筋的锈蚀作用
对钢筋无锈蚀危害
执行标准:
GB18445—2001
以硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥、石英砂等为基材,掺入活性化学物质制成的水泥基渗透结晶型防水材料。
水泥基渗透结晶型防水材料是一种刚性防水材料。
与水作用后,材料中含有的活性化学物质通过载体向混凝土内部渗透,在混凝土中形成不溶于水的结晶体,填塞毛细孔道,从而使混凝土致密、防水。
水泥基渗透结晶型防水涂料是一种粉状材料,经与水拌合可调配成刷涂或喷涂在水泥混凝土表面的浆料;亦可将其以干粉撒覆并压入未完全凝固的水泥混凝土表面。
一、刮涂施工法
1、刮涂施工法的灰浆调配:
调配好灰浆是保证防水施工质量的关键,本材料对灰浆的调配要求很严格。
首先,要求在拌料时边拌边用,拌好的浆料要求20min内用完;一般一次性拌料不能超过2㎏,以免来不及用完造成浪费。
如果暂时用不完快要发硬时可少许加些水搅拌后赶快用掉,已经发硬的灰浆不能再用。
其次,要求严格掌握好水灰比,本材料一般用3份重量料加入1份重量水搅拌至黏糊状。
拌料时应慢慢地加水,至料能拌开为止,拌好的灰浆刮在抹灰铁板上要粘在一起不掉下来,如果稀稀落落掉下来说明水加多了,拌料时应注意搅拌均匀,灰浆中不能有没拌开的干料球。
2、对基面的处理要求:
新的结构在养护期结束后马上就可以进行防水施工,老的结构在做防止施工前要把原有的防水涂层清除掉,不能有浮灰、油污,凹凸、破损不平的要进行找平及修补。
3、施工时的注意事项:
施工时,把按要求调配好的浆料均匀涂布在需要防止的基面上。
迎水面防水施工时,因无法预知可能存在的渗水部位,应略增加用量,尽可能提高防水涂层的抗渗能力,并注意蜂窝状基面的处理。
背水施工时,哪怕微小的渗漏都容易发觉,在防水施工前先进行堵漏处理。
常规用量:
每平方米用料1.2~1.5㎏。
涂层厚度:
在1.0~1.2㎜。
施工要求:
一次涂布完成。
要注意涂布基面的清洁和湿润处理(充分湿润,但不要有明水)。
涂布后的防水涂层必须在初凝前用油漆刷蘸水来回拉刷或喷细雾保养,边涂布边保养,这一点非常关键。
暴晒在阳光下的涂层可持续1~2天用清水喷洒养护。
二、干撒施工法
1、在混凝土浇注并振捣密实碾压平整后(混凝土未完全凝结前),进行施工。
按规定用量均匀地撒在混凝土表面,及时压实抹光。
终凝后检查是否有不良施工处并及时修补;若处在暴晒下,应洒水保养一天(根据工程情况做具体施工方案)。
注意:
喷撒均匀,不可偷工减料。
2、常规用量:
每平方米用料≥1.0㎏。
3、涂层厚度:
在0.8~1.0㎜。
[应用实例一]
CCCW涂层防水施工
1、特点
(1)防水性能独特。
CCCW涂料与混凝土合为一个整体,能从结构内部抵抗较高的静水压力,晶体结构多年后还能重新激活,密封或再密封后来形成的裂缝。
(2)增强混凝土耐久性,延缓混凝土碳化和腐蚀过程,防止钢筋锈蚀。
(3)施工工艺简便。
不需对基层找平、干燥,不需要底油,在回填土、绑钢筋等交叉作业时不需保护。
(4)施工时无明火作业,无刺激性气味。
(5)无毒,可以应用于盛水及食品的混凝土结构上。
(6)允许混凝土“呼吸”,CCCW晶体间缝隙可让空气和水蒸气通过,可以避免潮湿蒸汽的积蓄。
2、适用范围
(1)地下结构刚性防水,如建筑物地下室、隧道、游泳池、水坝等。
也可以应用在迎水面或背水面。
(2)对地下构筑物存在的相对位移,用柔性材料填充的沉降缝、变形缝,CCCW不适应。
(3)4℃以下,该材料不宜施工。
(4)CCCW只适应混凝土结构。
3、工作原理
CCCW结晶防水产品由硅酸盐水泥、经过处理的极细硅砂及多种性质活泼的化学物质组成,是一种青灰色的干粉状混合物。
CCCW以适当的比例与水混合后,以灰浆的形式涂刷到混凝土基层表面,与混凝土的成分在结构内部发生反应,生成不溶的树枝状纤维晶体结构,分布在混凝土的微孔和毛细管道中,且在施工后乃至很长的一段时间里,在有水条件下,仍能沿着混凝土基层的微细小裂缝和毛细孔管道中的渗透水向内层反应发展,生成枝蔓状结晶体,填塞细小的渗漏水通道,从而提高混凝土强度和堵水防水的效果。
4、工艺流程
基层处理→特殊部位加强→涂刷或喷CCCW浓缩剂涂层→养护。
(1)基层处理
用钢丝刷、打磨机或5%的盐酸溶液清洗基层表面的浮浆、返碱、尘土、油污以及表面涂层等杂物,并使光滑的混凝土表面变成粗糙面,然后用清水冲洗至中性。
在使用CCCW前,混凝土表面必须再次用干净水冲洗,使混凝土表面具有完全湿润的粗糙面。
(2)特殊部位处理
1)对穿墙孔、结构裂缝(缝宽大于0.4㎜)、施工缝等缺陷应凿成U形槽,槽宽20㎜、深度25㎜。
用水冲刷干净并除去表面的积水,再涂刷CCCW浓缩剂灰浆到U形槽内,让灰浆达到初步固化(施工后1~2h之间),然后用锤子将CCCW“浓缩剂”的半干燥剂填满空穴并捣实。
2)对蜂窝结构及疏松结构均应凿除,将所有松动的杂物用水冲刷掉,直至见到坚硬的混凝土基层,并在潮湿的基层上涂刷一层CCCW浓缩剂,随后用防水砂浆或防水细石混凝土填补并捣固密实。
3)特殊部位加强作法见图1~3。
图1外墙后浇带防水处理构造示意
图2底板后浇带防水构造示意
图3管道防水节点作法示意注:
U形槽在浇筑混凝土时预留;在U形槽中刷CCCW涂料;在U形槽中填满CCCW半干燥剂并捣实。
(3)配料
1)用于涂刷施工时,重量配合比为CCCW:
水:
1:
0.4,按计量过的粉和水倒人搅拌机内搅拌均匀,无搅拌设备时也可人工搅拌,但必须拌合均匀。
2)用于喷洒施工时,重量配合比为1:
0.6,拌合方法同上条。
3)用于填实孔洞、U形槽的半干燥剂重量配合比:
CCCW浓缩剂:
水=6:
1,拌合10~15s,待混合物中出现固体块后使用。
4)CCCW涂料应在搅拌后60min内用完,CCCW半干燥剂应在混合后15min内用完。
(4)涂刷
1)施工应采用半硬性的鬃毛刷用力往返涂刷或用专门喷洒机具喷涂。
CCCW涂料用量控制在0.8~1kg/m2。
涂层厚度应控制在1.2㎜。
2)当设计需要使用第二层改良性CCCW涂料时,可在第一层涂料达到初步固化,即在施工后1~2h之间使用。
当发现第一层涂料干燥太快时,应稍浇水湿润(但无明水),再刷第二层涂料。
(5)防水层处理
1)CCCW防水层一般无需保护层。
2)当经过CCCW处理的混凝土结构面外还要加一层混凝土或有砂浆、涂料等作法时,应在防水涂料完全固化,即8~48h之间施工,此外宜采取界面剂刷于防水层上,以增加粘结力。
3)当经CCCW处理的混凝土面外涂刷漆、环氧树脂或类似涂料时,应在CCCW防水层21d养护后进行。
使用涂料前宜用15%的盐酸按1:
4(体积比)用水稀释后清洗表面,然后再用清水清洗混凝土表面。
(6)养护
1)当CCCW涂层固化到不会被喷洒水损害时(约2h)开始养护,养护时间不少于72h,每天喷洒水至少3次(天气炎热时,应增加喷水次数)或用潮湿的粗麻布覆盖。
由于CCCW涂层在养护期需要与空气直接接触来确保养护成功,故严禁采用不透气的塑料薄膜等材料直接覆盖在涂层上。
2)养护过程中,CCCW涂层必须避免雨水、大风、日晒、霜冻和泥浆的侵蚀。
3)对于要用于存放液体的结构,如水池,应保持3d的养护,在12~18d的完全固化期之后方能投入使用。
4)如果空气流通条件差,如沉箱或小的封闭的沉井,宜使用风扇或鼓风设备,以保证涂料接触足够的空气。
5)涂刷CCCW涂料36h后才能进行回填。
如果涂刷后7d内回填,回填土必须湿润,以避免回填土从CCCW涂料中吸收水分。
5、材料及施工机具
(1)浓缩型CCCW:
用于混凝土面层单层涂料或在需双层涂料时做第一层防水,或作为干料填补混凝土裂缝、施工缝、孔洞。
(2)改良型CCCW:
能产生较硬面层,保护下层涂料,也可作为外部防潮材料。
(3)CCCW的技术指标:
CCCW的适用条件如表1所示。
表1CCCW适用条件
pH值范围
3.0~11.0持续接触;2.0~12.0间歇性接触
温度范围
-32℃~+13℃持续性;-185℃~+153℃间歇性
湿度
无影响
紫外线
无影响
含氧量(氧化)
无影响
目前国内对该产品的检验依据为:
《无机防水堵漏材料(抗渗防潮型)技术规程》(BJ/RZ05)。
(4)施工机具:
搅拌机具,用于拌合水和CCCW;有弹性的鬃毛笤帚、大小刷子,用于涂刷CCCW涂层;喷涂机具,喷涂施工时采用;台秤,用于计量。
6、质量标准
(1)混合料配合比及涂层施工操作应符合工艺规定要求。
(2)CCCW涂膜层厚薄均匀,不允许漏涂和露底,不符合要求的应修整重刷。
(3)CCCW涂膜层用量应符合规定要求,涂层应保证0.8~1㎏/m2,并在规定的时间内用完。
(4)CCCW涂膜层在施工养护期间不得损坏,否则需进行修补。
(5)混凝土表面不应过于光滑,否则应进行酸洗或砂磨,使之粗糙。
(6)进场材料应有准用证、合格证和检测报告,经现场复验合格后方能使用。
(7)CCCW产品必须密封存放在干燥场所,且不能受冻(存于7℃以上的环境),通常情况下存放期为1年,不得使用过期变质产品。
7、劳动组织及安全措施
(1)劳动组织
1)在施工面积不大和用料不多时,可单人操作,即一人完成CCCW配料、运输和涂刷全过程。
2)施工面积较大时,可设一人配料运输,5~8人涂刷,每班日施工面积可达100~200m2,根据工程量及进度要求安排作业班数。
(2)安全措施
1)采用机械施工时,搅拌及喷洒机具应严格按操作规程作业。
2)需搭设脚手架时,应按方案搭设和使用。
8、效益分析
目前进口产品为60元/kg,合资企业产品约40元/kg。
所以每平方米造价(材料费)在40~60元之间(按每平方米用量1kg计算)。
但由于该产品具有施工简便、性能优越、适应性强、适用范围广等特点,具有明显的技术和经济综合优势,值得重视和推广。
9、工程实例
北京民族文化宫大修工程文物库及书库地下室外墙为混凝土结构,防水采用混凝土面层刷CCCW一道,外加防水砂浆20㎜厚,防水砂浆与经CCCW处理过的混凝土面层用302界面剂处理。
采用本工法施工,施工面积2400m2,施工后检查砂浆与混凝土面粘结牢固,无空鼓,外墙无渗水现象,防水效果很好。
[应用实例2]
水泥基渗透结晶型防水材料的应用
1、CCCW对裂缝的修复作用
CCCW的防水作用主要是对水泥基材料裂缝和孔隙的修复作用,这种修复作用是在有水的前提下通过毛细孔的渗透结晶和裂缝自愈合作用达到的。
目前,所提出的水泥基材料裂缝自愈合机理主要包括:
结晶沉淀机理、渗透结晶机理等,但目前普遍运用渗透结晶机理来解释。
(1)渗透结晶愈合机理
渗透结晶机理认为,利用在水泥基材料内部掺入活性外加剂或在外部涂挂一层含有活性外加剂涂层,在一定的养护条件下,以水为载体,通过渗透作用,这些特殊的多种活性化学物质(表1)在水泥基材料的微孔及毛细孔中传输,填充并催化水泥基材料中未完全水化的水泥颗粒继续发生水化作用,形成不溶性的晶体(图1)。
其主要化学反应方程可表述为:
C3S+H2O→C-S-H+Ca(OH)2
(1)
R-SiO2+Ca(OH)2+H2O→C-S-H
(2)
表1活性化学物质的化学成分
原料组成
SiO2
CaO
MgO
Na2O
K2O
Fe2O3
Al2O3
催化剂
配合比
37±5
33±5
5±1
5±1
2±1
2±1
6±1
2±1
当水泥基材料环境干燥时,该活性化学物质处于休眠状态;当水泥基材料开裂,有水渗入时,该物质继续水化生成新的结晶,对裂缝进行自动填实,实现自愈合作用。
水化反应生成的结晶体,通常可以增长到0.4mm,即高于混凝土毛细管径的最大尺寸(也即能够适用的裂缝最大宽度),从而使混凝土致密、防水。
还有一种观点认为,CCCW中的渗透扩散主要通过其组成中埃米级的催化剂,这种催化剂是一种钙的络合物,它可同水一起在细微的空间内自发地向混凝土体内扩散,并且可在较低的质量分数(1×10-8)下起催化作用,促使水泥结晶不断产生。
钙的络合物扩散在混凝土空隙的水中,因溶解度的差异,与反应型SiO32-反应,SiO32-与络合物中的钙离子结合生成硅酸钙沉淀到混凝土的孔隙中。
置换出的络合物不断与水泥混合系统中的钙离子形成新的钙络合物,再与反应型SiO32-发生结合,产生新的结晶物。
图1渗透结晶图示
(2)自愈合机理
有研究认为,物理、热学与力学过程对水泥基材料在水流或水介质作用下微细裂缝的自愈合有一定的影响,但CaCO3晶体在裂缝中化学结晶沉淀是主要自愈合机理。
水泥水化产物中,Ca(OH)2晶体约占25%左右,但它与周围空气和水分中的CO2发生反应。
通过对晶体生长机理进行深入研究认为,在CaCO3-CO2-H2O组成的物质体系中,根据以下方程:
Ca2++CO32-
CaCO3(7.5<pH<8)(3)
Ca2++HCO3-
CaCO3+H+(7.5<pH<8)(4)
不溶于水的CaCO3的形成依赖于混凝土中的Ca2+和水中的HCO3-或CO32-。
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- 渗透 结晶 原理