复合型渗透结晶防水涂料的开发研究

水泥基渗透结晶型防水涂料使用时与水拌和调配成适宜涮涂或喷涂的浆料，或以干粉撒覆在水泥混凝土表面，通过表面处理修复渗漏构筑物，止水堵漏；或应用于特殊要求的施工过程，以满足抗渗性能的特殊要求。其主要防水机理是不仅在需要防水的混凝土表面形成有效的防水涂层，而且其含有的活性化学复合物可向混凝土内部渗透，与混凝土中的水分、游离的活性物质发生化学反应，形成不溶的结晶体复合物，进而靠结晶体增长填塞毛细通道。这些结晶体，通常可以增长到0.4 mm，即高于混凝土毛细管的最大尺寸，从而使混凝土致密、防水。由于是借助化学反应，改善了整体的防水性能，不仅使得防水性能容易长期保持，同时也提高了基体混凝土的强度和密实性。可见，水泥基渗透结晶型防水涂料相对于其它的防水材料，性能优越，是一种非常有发展前途的防水材料。
     本研究的目的是通过分析组成水泥基渗透结晶防水涂料的各组成比例对涂料性能的影响，选择出最合理的配方，试配出一种具有较强渗透结晶效果，性能达到国内同类产品水平的渗透结晶防水涂料。

1 原材料
     陕西秦岭低碱度P·O42.5R 水泥；磨细石英砂；硅灰；熟石灰[Ca（OH）2]；化学添加剂：速溶硅酸钠，硬脂酸铝；减水剂UNF 和糖钙缓凝剂；中砂：细度模数为2.73。

2 试验方案
     设定防水涂料的基本配比（见表1）[1]。按照表1 的配比配制涂料500 g，用水量为200 g（水灰比0.4）。依据GB 18445—2001 规定的试验方法进行性能试验。依据单因素分析方法，对防水涂料的单组分进行优化试验，确定组分的最佳掺量。在此基础上进行正交试验，分析各组分掺量对涂料性能的影响，确定涂料各组分的最佳配比。

3 辅助组分掺量的确定
3.1. 缓凝剂掺量的确定
     以表1 中的涂料组成基本掺量为基础，改变缓凝剂的掺量（0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%），研究缓凝剂掺量对防水涂料凝结时间和净浆强度的影响，确定出缓凝剂的最佳掺量。试验结果见图1、图2。

    从图1 可知，随着缓凝剂掺量的增加，涂料的初凝时间和终凝时间成近似线性变化，当缓凝剂掺量为涂料用量的0.3%时，初凝时间已超过50 min，终凝时间大于200 min。在图2 中可以看出，随着缓凝剂掺量的增加，涂料的3 d 和7 d 净浆强度出现先增后降的现象，而28 d 的强度却一直随着缓凝剂用量的递增而递增。原因在于涂料中加入一定量的缓凝剂后，降低了水泥水化的速度，抑制了水泥初期的水化，故影响了涂料的早期强度，而后期强度（28 d）由于掺加缓凝剂，降低了水泥的水化速度，水泥水化产物分布更均匀，水泥颗粒水化更充分，故后期强度得到提高。

    综合图1、图2 曲线变化的趋势，考虑凝结时间对强度的影响，依据“外加剂要在掺量少的情况下，能够获得显著的效果”的掺量原则，从而确定糖钙缓凝剂的最佳掺量为涂料用量的0.2%。此时涂料水灰比为0.4 时，满足初凝时间大于30min，终凝时间小于24 h。

3.2 减水剂掺量的确定
    通过改变减水剂UNF 的掺量来获得涂料所需要的流动度。以现有同类型的产品XYPEX（赛柏斯）的流动度（大于320 mm）作参照。试验结果见图3。

    由图3 可知，涂料的流动度随减水剂掺量的增加而增大。根据实际需要及外加剂的掺量原则，最后确定UNF 减水剂的
掺量为涂料用量的1%。
4 主要组分掺量的确定
4.1 主要组分对防水涂料性能的影响试验
     以砂浆试件作为主要研究对象。基体砂浆灰砂比为1∶3，水灰比为0.70（目的是让基体的抗渗能力较低）。以速溶硅酸钠、硬脂酸铝、Ca（OH）2、P·O42.5R 水泥为水泥基渗透结晶防水涂料的主要成分。主要研究性能指标：

（1）材料对基体的抗渗性能；

（2）涂层抗压强度。涂料采用4 因素3 水平配比，糖钙缓凝剂0.2%；UNF 减水剂1%；硅灰9%；磨细石英砂25%；水灰比为0.4。设计（L934）正交表[2（] 见表2）。

     试件按GB18445—2001 规定进行制作养护。涂刷试件的涂层厚度为1.2~1.5 mm（相当于0.80~1.2 kg/m2）。抗渗试件涂在背水面。养护龄期定为7 d，分别按照GB/T 17671 和JC 474进行抗压试验和抗渗试验。试验安排及测试结果见表3。

     从表3 可以看出，防水涂料提高了基体的抗渗能力，并且将基体的抗压强度平均提高了17.6%。按照正交试验数据分析方法，将各因素的每个水平所得的指标（涂层抗压强度和抗渗压力）值之和，各个指标值和的平均值k 及极差R 列于表4。

     从表4 中R 值可判断，对于涂层抗压强度指标和抗渗压力指标，各因素掺量对涂料性能的影响程度从大到小均为D>B>A>C。根据方差分析方法[3]可以得出在本次试验中试验性能较好的配比为A2B3C1D1，即速溶硅酸钠3%，硬脂酸铝3%，Ca（OH）25%，水泥55%。

4.2 涂料自身强度的试验
     按照表3 进行配比试验，涂料的净浆强度试件成型方法按GB/T 17671 规定，标养室养护至规定的龄期7 d，进行抗折、抗压试验。其试验结果见图4。

     从图4 可知，涂料自身的7 d 抗折强度差值和抗压强度差值相互差别不大，强度差值在3~9 MPa。总体上保证了涂料强度的稳定性。从图4 还可看出，净浆强度均超过了GB/T 18445—2001 的要求，满足了施工的需要；各组分对净浆试件强度的影响与对涂层强度及抗渗的影响规律相近，可见，组分对性能的影响是一致的。根据试验结果：因素A、B两物质的含量虽较小，但微小变化对涂料的性能影响却很大，为确定涂料的最佳配比，必须作进一步的优化，从而最终确定其含量。

4.3 活性组分优化试验
     活性组分速溶硅酸钠和硬脂酸铝掺量改变试验方案及其试验结果分别见表5 和表6。涂料中的其余组分：P·O42.5R水泥55%；磨细石英砂25%；Ca（OH）2 5%；糖钙缓凝剂0.2%；UNF 减水剂1%；硅灰9%；水灰比为0.4。砂浆试件成型、养护同前所述，养护龄期改为7 d 和28 d。

从表5 可以看出，当A 掺量为3%，在B 的掺量小于3%时涂刷试件的抗压强度随B 掺量的增加而增加，当B 的掺量大于3%时随B 的掺量增加而降低。28 d 的抗渗压力试验结果和强度试验结果与7 d 的一致。故确定B 的掺量为3%。
从表6 可以看出，当B 掺量为3%，在A 的掺量小于2%时涂刷试件的抗压强度随A 掺量的增加而增加，当A 的掺量
大于2%时随A 的掺量增加而降低。28 d 的抗渗压力试验结果和强度试验结果7 d 的一致。故确定A 的掺量为2%。综上所述，通过一系列正交试验及对试验结果的分析，最终确定该涂料的基本组成见表7。

4.4 防水涂料的主要性能测试
按表7 的配比配制涂料，命名为PT 防水涂料。根据GB18445—2001《水泥基渗透结晶型防水材料》对涂料进行物理
性能测试，结果符合国家标准要求（见表8）。

4.5 应用实例
涂料在浙江中天公司承建的西安市建设交易中心地下室防水工程中使用2 年来防水效果明显。

5 结论
（1）利用正交试验方法，所研究开发的防水涂料最合理配比为m（水泥）∶m 磨细石英砂∶m（熟石灰）∶m（速溶硅酸钠）∶m（硬脂酸铝）∶m（硅灰）