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简析水性渗透结晶防水材料对路桥的防护作用

【摘  要】高速公路、高速铁路作为关系国计民生的大型基础建设项目,一般其对工程质量和长期运行能力以及减少后期维修保养有很高要求。文中针对其桥面混凝土结构的常见病害提出在桥面防水材料选择上应满足抗渗、抗氯离子、抗压、耐高温、粘结性五点要求,以满足混凝土的使用寿命和耐久性,并阐述了采用水性渗透结晶型防水材料应用在桥面防水的依据及客观效果,为今后路桥的防水防护提供较为优化的选择。

【关键词】桥面防水;抗渗;抗氯离子;抗压;耐高温;粘结性

【Abstract】The article overviews a kind of water-base,penetrating and crystalization waterproof material that are applicated on bridges and overpasses of high way and high railway to enhance concrete impermeability and compress strength, improve heat resistance, cl_  resistance and sticking strength for concrete usage life and duribility.

【Key words】waterproof of bridge floor, impermeability,compress strength,heat resistance, cl_  resistance and sticking strength

1  路桥工程常见病害

    在高速公路、高铁建设如火如荼开展的今天,其桥面防水越来越受到业主单位的高度重视,多年来在很多的桥面防水工程中采用的传统防水材料存在着很多不可忽视的弊病,造成了高昂的维修费用和结构的破坏。而路桥工程钢筋混凝土结构常见病害有裂缝、剥离、剥落、蜂窝、漏水、钢筋外露、钢筋锈蚀、承载力不足等,造成这些病害的根本原因是材料耐久性不足,即材料的性能劣化。

    钢筋混凝土结构是以水泥的水化产物作为胶结料并结合一定级配的骨料或其它惰性材料和钢筋制成的一种复合材料。在这一复合结构中,钢筋提供了结构的抗拉强度,而混凝土则提供了结构抗压强度和对钢筋的保护作用。所以钢筋混凝土的材料性能劣化也包括混凝土的性能劣化和混凝土中钢筋的锈蚀两个方面。混凝土的性能劣化指混凝土在使用过程中,受周围环境的物理、化学、生物作用,使混凝土内的某些成分发生反应变性、溶解析出、结晶膨胀及基体开裂等,从而造成混凝土性能的下降。混凝土的劣化主要包括混凝土的碳化(中性化)、溶出性腐蚀、碱--骨料反应(AAR)、侵蚀性介质腐蚀、冻融破坏、混凝土裂缝等。混凝土的劣化不仅直接降低混凝土的性能,更主要的是它会加速混凝土中钢筋的锈蚀。

2  路桥工程对防水材料的要求

    防水保护作为路桥建设其中的一个环节,虽然所占投资比例很小,用工用量也不是很多,但它对桥梁的整体性维护,最大限度的保护桥梁结构不受损害,却能起到不可缺少的作用。因此在防水、防腐工程施工中,材料的选择、施工的工艺、质量的保证等方面都应加以重视,如此才能确保桥面使用的耐久性。选择一种合适的防水材料显得十分重要,一种合适应用于路桥的防水材料应满足路桥须长期暴露于风雨交加、高温暴晒的恶劣自然环境和施工的特殊性要求。

2.1  抗渗性能

    这是由混凝土本身的结构与自然环境的恶劣所决定的。混凝土结构内部的孔隙会导致水、酸、碱性污染物渗入混凝土结构内部,造成钢筋锈蚀和混凝土开裂等现象的产生,为阻止污染物的侵蚀破坏,防水材料应该具有良好的防水抗渗功能。

2.2  抗氯离子

    氯盐的腐蚀是破坏混凝土的重要因素,环境中游离的CL-(包括海水、海风、化冰盐、保温车盐水滴漏等)一旦渗入,会生成易溶的CaCl2和带大量结晶水、体积增大好几倍的固相化合物,加速钢筋的腐蚀,造成混凝土基体的膨胀开裂。所以,适合应用在路桥的防水材料应该有良好的抗氯离子效果。

2.3  抗压强度

    路面要直接承受摊铺沥青、车辆在其上面行驶传递的运动荷载,温差与外应力的破坏,所以应用的材料应体现能增强其表面抗压强度与提高对混凝土使用的稳定性、耐久性。

2.4  耐高温性

    路桥施工、摊铺沥青、最高可达150℃。并且车辆运行摩擦、刮擦、夏季高温暴晒、地表温度都很高,为保证防水材料使用效果的持久性,它应该具有良好的耐高温性能。

2.5  粘结性能

    由于桥面结构由多层构成,其中防水层要起到承接的作用,并且其粘结性要满足层与层之间的完美结合,使上部荷载能均匀传递,确保桥面结构的整体抗荷载能力不会因防水层的加入而有所降低,也才能保证混凝土结构层和沥青摊铺层的结合不会出现“两张皮”现象。

3  水性渗透结晶型防水材料的基本特性

    同时兼具良好的抗渗型、耐高温性、粘结性性能又能抗氯离子、还能提高混凝土表面抗压强度的防水材料在目前国内外传统市场上并不多见,一般的防水材料都具有良好的抗渗性能,但在提高表面抗压强度、粘结性这方面就有所欠缺。传统的防水材料因为其自身分子结构、材质多数由有机材料构成,无法深入混凝土内部空隙与混凝土结合成整体,起不到增强混凝土表面密实度的作用,在施工过程中还要再做一层保护层,这样会影响到沥青摊铺与混凝土的粘结性,同时也极易出现分层扭曲降低抗荷载能力的现象。

    适用《水性渗透结晶型无机防水剂》JC/T1018-2006行业标准的水性渗透结晶型防水材料则在路桥防水防腐保护方面都表现出良好的性能,下面通过相关技术指标分析来说明水性渗透结晶防水材料在这些方面表现出来的优越性。

3.1  抗渗性能可靠

    水性渗透结晶型材料具有良好的亲水性,喷涂即可渗透到混凝土中20mm,常规混凝土内部所含的碱量至少是表面区域的361倍,水性渗透结晶型材料能够渗入到混凝土内部并与碱在有水条件下发生化学反应生成硅凝胶,覆盖毛细孔道。这层硅凝胶经水化变成坚固、透气、玻璃针状结构的物质充满混凝土表面下的所有毛细孔隙,其生成物成为混凝土永远的一部分,它的渗入能减少混凝土中的含碱量,防止外来有害物质的侵入。只要有水存在的条件下,该过程就会不断重复,直到混凝土完全被密封。它可以永久防水防潮、抗渗,且密封过的混凝土仍然能够“呼吸”。此技术指标参照JC/T1018-2006标准检测得出的数据如表1:

表1  水性渗透结晶型无机防水剂抗渗性试验报告

序号

项目

标准规定

检测结果

7

抗渗性/抗渗高度,mm

≤35

31

 

3.2  抗氯离子效果明显

    水性渗透结晶型材料通过水为载体渗入到混凝土内部并与游离碱发生化学反应生成硅凝胶,密闭了混凝土的毛细孔道和微细裂缝,形成有效的屏障。硅晶体具有很好的化学稳定性,一般不与任何物质发生反应,所以即使是大自然中最为活跃的氯离子随着水渗入,也不会与之发生任何反应,从而能很好的阻止氯离子的侵蚀和酸碱的破坏。此技术指标参照JTJ275-2000、JC/T1018-2006、JC/T907-2002等相关标准检测得出的数据如表2:

表2  水性渗透结晶型无机防水剂抗氯离子渗透性试验报告

检测项目

性能指标

检测结果

抗氯离子渗透性,C

≤1000

405

3.3  增强混凝土表面强度

    由于水性渗透结晶型材料与混凝土中的碱性物质反应形成硅晶体,牢牢嵌入混凝土结构的孔隙中,形成不可分割的屏蔽层,增强了混凝土表面的密实度,且硅晶体本身质地坚硬,对混凝土结构起到加强作用,一般能增强混凝土表层强度为20%~30%。所以,使用水性渗透结晶型材料对提高混凝土表面强度有很好的促进作用。此技术指标参照ASTM标准检测得出的数据如表3:

表3  水性渗透结晶型无机防水剂表面抗压强度试验报告

        试体处理情况

试样编号

未处理组

(Mpa)

处理组

(Mpa)

提高率

(%)

20

36.00

42.50

18.06

21

31.00

42.00

35.48

平均值

33.50

42.25

26.12

3.4  良好的耐高温性能

    水性渗透结晶型材料的主要成份中含有无机矿物质,它在混凝土内部孔隙与游离碱反应后产生结晶成为混凝土结构的一部分,此类反应属于缩合反应,而不属于可逆反应,且由于含有天然矿物质成分,通常在高温800℃的热力下都不会产生任何变化。所以它能承受沥青混凝土摊铺时的高温,也不受夏季高温暴晒的影响,所形成的防水层也不会受到破坏。更由于它不是表面成膜的防水层,摊铺沥青时的施工机具对混凝土表面的碰撞均无法造成对防水的影响。此技术指标参照DBJ-01-54-2001标准试验结果如表4:

表4  水性渗透结晶型无机防水剂耐高温性能试验报告

序号

项目

标准规定

检测结果

6

耐热性

80℃,72h,表明无粉化、裂纹

表明无粉化、裂纹

3.5  粘结性好

    由于水性渗透结晶型材料的主要成份为无机矿物质,其分子结构远小于混凝土孔隙,它的防水机理是渗入到混凝土内部形成硅凝胶,封闭混凝土的毛细孔道和微细裂缝,具有与混凝土良好的兼容性,能与之形成不可分割的整体;同时它能降低混凝土表明的沙化和粉化,使混凝土表层更清洁、干爽,从而提升了混凝土与沥青的粘结性,所以沥青在摊铺时能直接与混凝土表面接合,不会产生剥离现象。此技术指标参照CNS1232、ASTM C39、BS 6319:PART4-84等相关标准规定检测得出的数据如表5:

表5  水性渗透结晶型无机防水剂粘结性试验报告

        试体处理情况

试样编号

粗糙面处理组

(kgf/cm2

处理组

(kgf/cm2

提高率

(%)

1

439

544

23.92

2

442

562

27.15

3

407

503

23.59

平均值

429

536

24.89

4  水性渗透结晶型防水材料的施工特点

4.1  施工简便

    采用水性渗透结晶防水材料进行施工所需要的机具要求不高,对于小型或精细作业工程,可用手持压缩式喷雾器。对于较大作业面的混凝土面,可采用背负式喷雾器。其他辅助工具有开刀、凿子、钢丝刷、锤子、抹布、扫把等。

    水性渗透结晶防水材料属于环保型材料,对人体环境无害,施工现场不受限制,施工区环境温度在 5℃ -32℃ 之间即可,其适用范围广,能施工到桥梁的各种部位和节点。它对表面状况无特别要求,适应于各种几何形状,不存在边缘、收口问题;对基层表面要求不严,只需无积水、清除粉尘、油污即可,可以在潮湿基面施工,迎水面、背水面均可使用。

4.2  高效快捷

    使用水性渗透结晶型防水材料前不需稀释、搅拌,也无需配料,无须做找平层。原液可以直接使用刷、涂、喷等任何一种方法施工于新、旧混凝土表面,一次完成。人均施工效率可达1000㎡/天以上,且施工完成后无须再做保护层。

4.3  养护简单

    水性渗透结晶型防水材料正常的渗透时间为1-2h,终凝时间一般小于400min,所以喷完水基渗透结晶防水材料后30分钟可允许轻度触碰;3h后表面干燥时地面便可行走;喷涂24h后可以进行其他作业。即使在喷涂2h后遭遇大雨,也不会影响其防水效果。        

5  结论

    综上所述,我们不难发现,在解决高速公路、高速铁路桥梁混凝土结构性能劣化问题上,水性渗透结晶型防水材料具有理论技术和应用功能上的诸多优点,它不仅能显著提高桥面的防水抗渗功能,还能很好的防止混凝土老化、粉化、风化及中性化;且在实际操作过程中其优点也极其明显,它可以带湿操作、直接喷涂,不受客观环境的制约,施工简便、在涂装前后都无须做找平层、保护层,造价适中,值得被广泛应用在以后的路桥防水工程中,希望能引起相关业主和施工单位的重视。

6  参考文献

1  袁大伟.渗透结晶型防水剂剖析.中国建筑防水.2001(6)

2  孙建平、陈苏.永凝液对混凝土耐久性的防护效果.中国建材报.2006.4.3

3  孙建平.略述美国永凝液防水材料在桥梁的防护作用.福建建材.2007(2)

4  陈苏、唐雪.简明比较水泥基与水基渗透结晶型防水材料.中国建材报.2008.05.19