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1、外加剂事业部防水剂,概述,1、防水剂概念：混凝土防水剂是指掺入混凝土中，能够减少混凝土内部孔隙和堵塞毛细通道，从而降低混凝土在静水压作用下透水性的外加剂。2、我国20世纪50年代出防水混凝土集料级配要求：要求卵石级配依据德国工业标准DIN-1045碎石级配依据DIN-4163，沙律要求高达50%-60%并要求砂中含有相当比例的粒径小于0.15mm的细粉料,概述,3、20世纪60年代出我国提出了富砂浆防水混凝土技术，它将沙石混合连续级配简化为普通混凝土集料级配，而以控制水灰比、适当增加沙律和水泥用量来提高混凝土密实性和抗渗性。（1）水灰比0.6以下（2）水泥用量不小于300kg/m3（3）沙律为
2、35%左右，灰砂比不小于1：2,目 录,一、防水剂分类二、防水剂的作用机理三、防水剂对混凝土的性能影响四、防水剂的工程应用特点,一、防水剂分类,1、引气型防水剂2、减水型防水剂3、三乙醇胺密实型防水剂4氯化铁类防水剂5有机硅憎水防水剂6微膨胀型防水剂7聚合物乳液型防水剂8渗透结晶型防水剂9复合型防水剂,引气型防水剂,引气型防水剂作用机理：1、引气型防水剂是国内过去引用较普通的一种防水剂，主要组分是引气剂。掺加引气型防水剂可以在混凝土搅拌时引入大量微小封闭得气泡，从而改善混凝土的和易性、抗渗性、抗冻性和耐久性，且经济效益显著。我国目前在防水剂中最常使用的引气剂为松香热聚物和松香酸钠引气剂。,引气
3、型防水剂,2、掺引气型防水剂能提高混凝土抗渗性的原因如下：引气剂是一种具有憎水作用的表面活性物质，它可以降低混凝土拌合水的表面张力，搅拌时会在混凝土拌合物中产生大量微小、均匀的气泡，使混凝土的和易性显著改善，硬化混凝土的内部结构也得到改善；由于气泡的阻隔，混凝土拌合物中自由水的蒸发路线变的曲折、细小、分散，因而改变了毛细管的数量和特征，减少了混凝土的掺水通道；由于水泥保水能力的提高，泌水大为减少，混凝土内部的掺水通道进一步减少；,引气型防水剂,另外，由于气泡的阻隔作用，减少了由于沉降作用所引起的混凝土内部的不均匀缺陷，也减少了集料周围粘结不良的现象和沉降孔隙。气泡的上述作用，都有利于提高混凝土
4、的抗渗性。此外，引气剂还使水泥颗粒憎水化，从而使混凝土中的毛细管壁憎水，阻碍了混凝土的吸水作用和憎水作用，这也有利于提高混凝土的抗渗性能。,减水型防水剂,减水型防水剂作用机理：以减水剂为主要组分的防水剂称为减水剂防水剂。减水剂按有无引气作用分为引气型和非引气型两类。防水混凝土工程中通常使用的减水剂，如木钙减水剂、AF和MF等均属于引气型减水剂，用它们配制的防水混凝土抗渗性能较好。掺减水型防水剂混凝土的配制，可遵循普通防水混凝土的一般规则，只按工程需要调节水灰比即可。减水剂在防水混凝土中的常用掺量，于配制减水剂混凝土相当。,减水型防水剂,混凝土中掺入减水型防水剂能提高抗渗的原因是：（1）混凝土中
5、掺入这类防水剂后，由于减水剂分子对水泥颗粒的吸附-分散润滑和润湿作用，减少拌合水用量，提高新拌混凝土的保水性和抗离析性，尤其是当掺入引气型减水剂后，有如掺入引气剂，在混凝土中产生分闭、均匀分散的小气泡，增加和易性，降低泌水率，从而减少了混凝土中泌水通道的产生，防止内分成现象的发生。,减水型防水剂,（2）由于在保持相同和易性情况下，掺加减水剂能减少混凝土拌合用水量，使得混凝土中超过水泥水化所需的水量减少，这部分自由水蒸发后留下的毛细孔体积就相应减少，提高了混凝土的密实性。（3）如果使用引气型减水剂，可以在混凝土中引入一定量独立；分散的小气泡，由于这种气泡的阻隔作用，改变了毛细管的数量和特征。,三
6、乙醇胺密实型防水剂,三乙醇胺密实型防水剂作用机理：1、三乙醇本来一直用作早强剂，20世纪70年代开始用来配制防水混凝土，用微量（占水泥质量的0.05%）三乙醇配制的防水混凝土称为三乙醇防水混凝土。三乙醇防水混凝土不仅具有良好的抗渗性，而且具有早强和增强作用，适用于需要早强的防水工程。2、在混凝土中加入微量三乙醇能提高抗渗性的基本原理为：三乙醇胺能加速水泥的水化作用，促使水泥水化早期就生成较多的含水结晶产物，相应地减少了游离水，也就减少了由于游离水蒸发而遗留下来的毛细孔，从而提高了混凝土的抗渗性。,三乙醇胺密实型防水剂,3、工程上配制三乙醇胺密实型防水剂，还常常复合掺加氯化钠和亚硝酸钠，用这种发
7、法配的的混凝土，其抗渗性和抗压强度都比三乙醇胺单掺的效果好。通常三种组分的掺量为：三乙醇胺0.05%，氯化钠0.5%，亚硝酸钠1%。当三乙醇胺和氯化钠、亚硝酸钠复合掺加时，在水泥浆体中，三乙醇胺不但能促进水泥本身的水化，而且还能促进无机盐与水泥成分的反应，促使低硫型硫铝酸钙和六方板状固溶体提前生成，并能增加生产量，由于氯化钠和亚硝酸钠等无机盐在水泥水化过程中能分别生成氯铝酸盐和亚硝酸铝酸盐等络合物，生成过程中发生体积膨胀，填充了混凝土内部孔隙和堵塞了毛细管通道，因而增加了混凝土的密实型，提高了强度和抗渗性，早强效果也非常明显。,三乙醇胺密实型防水剂,4、由于掺三乙醇胺密实性防水剂的混凝土具有早
8、强和增强效果，有利于加速模版周转速度，提高劳动生产率，能获得良好的经济效益。,氯化铁类防水剂,氯化铁类防水剂作用机理：氯化铁类防水剂一直是一种常用的防水剂，在混凝土中加入少量氯化铁防水剂配制成的具有高抗渗性、高密实的混凝土。氯化铁类防水剂的作用机理如下:(1)氯化铁类防水剂的主要成分氯化铁、氯化亚铁、硫酸铝等，它们能与水泥石中C3S和C2S水化释放出的Ca（OH）2(注：氢氧化钙)发生反应，生成氢氧化铁、氢氧化亚铁和氢氧化铝等不溶于水的胶体，反应式如下：,氯化铁类防水剂,2Fecl3+3Ca(OH)2 2Fe(OH)3+3CaCl2 FeCl2+Ca(OH)2 Fe(OH)2+CaCl2Al2
9、(SO4)+3Ca(OH)2+mH2O 2Al(OH)3+CaSO4.mH2O这些胶体填充了混凝土内的孔隙，堵塞毛细管渗水通道，增加了混凝土的密实性。,（2）降低了泌水率。混凝土中掺加氯化铁类防水剂后，由于浆体中生成了氢氧化铁、氢氧化亚铁和氢氧化铝等胶状物，混凝土的泌水率降低了，减少了因此而引起的缺陷。（3）氯化铁类防水剂与Ca(OH)2作用生成氯化钙，不但能起填充作用，而且这种新生态的氯化钙能激发水泥熟料矿物，加水其水化速度，并与硅酸二钙、铝酸三钙和水反应生成氯硅酸钙和氯铝酸钙晶体，提高了混凝土的密实性，因而抗渗性提高。,氯化铁类防水剂作用机理,微膨胀型防水剂,微膨胀型防水剂作用机理：在有约
10、束的防水混凝土工程中，采用膨胀混凝土浇筑，由于膨胀混凝土的膨胀和补偿收缩作用，可以减少裂缝的产生，同时增强混凝土的密实性，水泥浆体中膨胀产物还能能够隔断毛细孔渗水通道，因而提高混凝土抗渗性能，并且这种防水工程的伸缩缝间距也可以增大，在修补防水工程中，碰上混凝土更是具有独特的功效。,微膨胀型防水剂,1、掺加膨胀型防水剂（主要成分微膨胀剂）的混凝土，在凝结硬化过程中产生一定的体积膨胀，补偿由于干燥失水和温度梯度等原因引起的体积收缩，防止或减少收缩裂缝的产生，增强密实性，从而满足防水工程需要的混凝土。2、混凝土表面和内部的裂缝对其抗渗性具有很大的危害性。消除混凝土结构的裂缝，最主要的技术路线就是设法
11、减少混凝土的体积的变形。对于普通混凝土就是要减少收缩变形。工程实践表面，在配制混凝土时，掺入一定量的膨胀剂，能使混凝土在硬化过程中产生适量膨胀，补偿后期的收缩，减少裂缝的产生，从而提高混凝土结构的抗渗性能。,微膨胀型防水剂,3目前我国已研制出包括UEA、EA、EA-L、FN-M和脂膜石灰膨胀剂等在内十几个膨胀剂品种。UEA是由硫铝酸钙熟料（C4A3S）、天然明矾石KAL3(SO4)2(OH)6和石膏按一定比例混合共同磨细而成。掺有UEA的普通水泥浆体，在水化工程中，由于水泥成分中的C3S和C2S水化释放出Ca(OH)2,C4A3S在有充足Ca(OH)2存在的条件下，按下列方程反应：C4A3S+
12、6Ca(OH)2+8CaSO4+90H2O 3(C3A.3CaSO4.32H2O),微膨胀型防水剂,明矾石在碱和硫酸盐激发下，按下式反应：KAL3(SO4)2(OH)6+13Ca(OH)2+5CaSO4+78H2O 3(C3A.3CaSO4.32H2O)+2KOH 由于C4A 3S活性高，主要在早期形成Aft，而水化较慢的明矾石多在水化中期7-28d形成Aft，这样，形成Aft的过程与C 3S、C2S水化过程互相制约、相互促进、使得水泥石强度和膨胀发展比较协调。,微膨胀型防水剂,掺有UEA的水泥石中大量形成Aft，构成膨胀源，能使混凝土产生体积膨胀，而且Aft具有填充、堵塞毛细孔的作用，使水泥
13、石的孔隙率降低，孔结构得到改善。随UEA掺量的增加，混凝土膨胀率逐渐增大，当掺量为8%-14%时，限制膨胀率为0.02%-0.06%，相应建立的自应值为0.2-0.8Map。,多功能复合型防水剂,多功能复合型防水剂作用机理：（1）改善混凝土结构：混凝土加水拌合前其胶凝材料具有良好的连续级配，孔隙率大为降低，水化硬化后打的毛细孔减少，这是因为水化过程中不同粒径的胶凝材料颗粒互相填充，减少了颗粒间的空隙，从而进一步减少了复合胶凝材料体系凝结硬化后的总孔隙率，有利于大幅度降低混凝土的渗透性。（2）减水效应：主要是减少用水量增加混凝土结构更加密实，由于水分蒸发引起的毛细孔将大大减少，这对减少水分的渗透
14、性非常有效。此外可以大幅改善混凝土的保水性和抗离析性，减少泌水通道，提高混凝土表面质量，也减少了混凝土表面的毛细管从而降低了混凝土的吸水率。,多功能复合型防水剂,（3）自膨胀补偿后期收缩作用：混凝土在潮湿养护条件下早期产生一定膨胀（0.01%-0.02%）补偿后期由于失水干燥引起的部分收缩，从而提高结构物抗裂性、体积稳定性和耐久性。（4）憎水作用：一般来说，水泥石是亲水的，也即水泥石与水的接触角小于90o,当混凝土接触水后，即使没有外界压力作用情况下，水也将沿着水泥石毛细管壁上升，这种作用将增加混凝土的吸水性和渗透性。憎水组分被吸附在毛细孔壁上，使得水泥石毛细孔壁具有一定疏水性，这样有助于减小
15、混凝土的吸水性和提高混凝土的抗渗性。,防水剂对混凝土性能的影响,1各种防水剂对混凝土性能的影响：（1）防水剂品种多，组分复杂，所以对混凝土性能的改善是多方面的。掺加引气型防水剂的混凝土，可以改善新拌混凝土的和易性，提高混凝土抗渗性、抗冻融循环能力，但却对混凝土强度有一定程度的不利影响。为了弥补引气对混凝土强度的负面影响，通常将引气组分与减水组分复合来配制混凝土防水剂。（2）微膨胀剂组分虽然可以使混凝土具有微膨胀和抗裂防水效果，但不具备减水效应，所以通常也与减水组分复配使用，以取得更好的增强和抗渗效果。,防水剂对混凝土性能的影响,下图是萘系高效减水剂SN-（取常用掺量0.75%），膨胀剂EA（掺
16、量分别取2%、4%、6%、8%、10%和12%），憎水型OS（掺量分别取0.1%、0.2%、0.3%、0.4%和0.5%）时，对砂浆抗渗性能和吸水量的影响。,防水剂对混凝土性能的影响,防水剂对混凝土性能的影响,防水剂对混凝土性能的影响,掺与不掺复合外加剂的混凝土的抗压强度、抗渗性、和吸水量比：,防水剂对混凝土性能的影响,掺入不同外加剂的混凝土的耐久性性能指标：,防水剂的工程应用要点,一、引气型防水剂的使用要点：（1）掺量：引气型防水剂的掺量应以3%-5%的含气量为宜。（松香酸钠的掺量约为水泥用量的0.01%-0.03%，松香热聚合物的掺量约为0.01%）。（2）水灰比:引气组分的极限掺量为：水
17、灰比为0.50时，引气剂为0.01%-0.05%；水灰比为0.55时，掺量为0.005%-0.03%；水灰比为0.60时，掺量为0005%-0.01%,防水剂的工程应用要点,（3）水泥和砂：水泥和砂的比例影响混凝土的粘滞性。水泥占的比例越大，混凝土的粘滞性越大，含气量越小，要获得一定的含气量就得增加引气剂掺量，反之减少引气剂用量。砂子的粒径主要影响气泡的大小，砂子越细气泡尺寸越小，砂子越粗气泡尺寸越大。若采用细沙，要增加混凝土配比中的水泥用量和用水量，收缩比将增大。因此工程中可因地制宜，采用中砂。,防水剂的工程应用要点,（4）搅拌时间：一般含气量是搅拌时间的增加而增加搅拌2-3min是含气量达
18、到最大值，如继续搅拌含气量开始下降。原因是氢氧化钙不断与引气剂钠皂反应生成难溶的钙皂，使继续形成气泡变得困难。同时随着含气量的增加混凝土变得更加粘稠，生成气泡也越加困难，而最初形成的气泡在继续搅拌时不断被破坏，消失的气泡多于增加的气泡，因而含气量降低。,防水剂的工程应用要点,（5）振捣密实：各种振捣皆会降低含气量，用震动平台和平板振捣器振捣比用插入式振动器含气量下降幅度小。所以振捣时间不宜过长，用插入式振动气时一般不宜超过20s。（6）养护：,防水剂的工程应用要点,二、减水型防水剂的使用要点：使用减水型防水剂配制防水混凝土，最重要的是选择减水剂的品种和确定合适的掺量，坚决避免混凝土出现离析、泌
19、水现象。有条件的话可以采用粉煤灰、矿渣粉和硅灰等活性掺和料替代部分水泥、以达到最佳的防水效果。,防水剂的工程应用要点,防水剂的工程应用要点,三、氯化铁类防水剂的使用要点：（1）选用质量合乎标准的氯化铁类防水剂，不能直接使用市场上出售的氯化铁化学试剂。（2）氯化铁类防水剂要先稀释才能使用。（3）氯化铁掺量3%为宜，少了起不到防水效果；太多则会加速钢筋锈蚀，并且使干缩增大。（4）配料要求准确，机械搅拌大于2min方可出料。（5）加强养护，自然养护7-14d要充分润湿。,防水剂的工程应用要点,四、微膨胀剂型防水剂要点：我国自20世纪70年代以来，微膨胀剂在防水和混凝土工程中发挥了重要作用下面简要举几
20、个例子：（1）1997年，江苏省建科把矾土水泥与二水石膏粉按比例混合成膨胀剂，以内掺15%-20%的用量加入到普通水泥中，在现场制成微膨胀混凝土，用这种混凝土制作刚性防水屋面在江苏已推广近200万m2，效果良好。（2）1979年，在安徽嘉山、合肥等地用明矾膨胀剂（掺量15%-20%）作防水屋面，共约1万m2，不渗不漏，取得较好的防水效果。,防水剂的工程应用要点,（3）中建一局四公司单身宿舍上人屋面设计用钢纤维素补偿收缩混凝土刚性防水，总防水面积240m2。混凝土设计强度为C33，水灰比0.50钢纤维用量80kg/m3，UEA用量为51kg/m3,M17用量3kg/m3。现场制作的抗渗试块按标准
21、方法加压，压力增加到1MPa时，没有渗水，劈开检查，平均渗透高度只有0.8-1.0cm。这种刚性防水层和结构之间不设隔离层，简化了施工工序，节约了隔离层费用。该工程于1991年10月底施工，至今使用情况良好，无渗漏现象。,防水剂的工程应用要点,掺UEA补偿收缩混凝土配合比：,防水剂的工程应用要点,膨胀混凝土防开裂注意事项：（1）在进行配合比设计和原材料选择时，要符合普通防水混凝土的技术要求，即水泥用量不应太低，严格控制W/C，适当提高沙律，采用较小粒径的粗集料等。（2）应对膨胀混凝土的自由膨胀采取限制措施，这是特别应该注意的问题。因为在自由膨胀条件下，膨胀对混凝土性能的影响较为明显，随膨胀剂掺
22、量的增加，混凝土自由膨胀率相应增大，但抗压、抗折等各种强度随之降低，只有在限制条件下，膨胀才能产生各种所需的功能，起到有力的作用，一般的限制措施未配制钢筋和复合纤维（如钢纤维）等。,防水剂的工程应用要点,（3）在拌合掺膨胀剂的混凝土时，应该采用机械搅拌，必须搅拌均匀，搅拌时间不得少于3min,并应比不掺者延长30s。（4）浇筑时宜采用机械振捣，并必须振捣密实。加强表面抹光，最好是在混凝土初凝前再收光一次，这样可以消除表面塑性收缩裂缝。（5）夏季高温天气，最好复合一些缓凝剂，如1%蜜糖；冬季施工，最好复合一些早强剂，如三乙醇胺（0.05%）等，以避免温度对工程质量的影响（6）由于膨胀剂性能的发挥离不开水，因此，对膨胀防水混凝土工程要注意加强养护，一般需要两周潮湿养护。,
