張軍學(xué)

（東南大學(xué) 建筑學(xué)院，江蘇 南京 210096）

0 前言

水泥基材料開裂產(chǎn)生原因多種多樣，而裂縫的解決最常用的辦法是封堵和修復(fù)，修復(fù)材料包括有機(jī)材料和無機(jī)材料。有機(jī)材料的優(yōu)點(diǎn)是易成型、見效快、能較長時(shí)間起作用，缺點(diǎn)是無法和水泥基材料徹底融合到一起；無機(jī)材料可以很好地與水泥基材料結(jié)合，但是需要較長時(shí)間的準(zhǔn)備以及細(xì)致的施工工藝[1-3]。而有些修復(fù)材料僅僅是封堵裂縫，造成表面上的修復(fù)，實(shí)際上并未達(dá)到預(yù)期效果[4-5]。

本研究基于滲透結(jié)晶型防水材料設(shè)計(jì)原理[6-8]，開發(fā)了一種快凝早強(qiáng)型無機(jī)復(fù)合修復(fù)劑，該修復(fù)劑融合封堵材料和化學(xué)修復(fù)試劑的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)水泥基材料的自修復(fù)功能，即便后期再次出現(xiàn)裂縫，依可在一定程度上修復(fù)，達(dá)到二次修復(fù)的目的[9]。

1 試驗(yàn)

1.1 主要原材料

碳酸鈣：300目；硫鋁酸鹽水泥：Ca-50；普通硅酸鹽水泥：32.5級；氫氧化鈣；活性劑：化學(xué)純；石英砂：300目。所有材均為市購。

1.2 試驗(yàn)方法

按m（水泥）∶m（砂）∶m（水）=1∶3∶0.7的配比成型4 cm×4 cm×4 cm基準(zhǔn)水泥砂漿試件，將所需原材料倒入膠砂攪拌機(jī)中自動(dòng)攪拌240s，攪拌完畢后立即將膠砂分別裝入模具中成型，用手均勻旋轉(zhuǎn)5次，盡量使膠砂與模具邊緣平齊；然后放置1 d后脫模。為在表面涂抹涂層時(shí)容易粘接，脫模時(shí)用鋼刷刷去上表面一層浮漿使其粗糙，編號后立即放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)[溫度（20±2）℃、相對濕度不小于 95%]，28 d后取出試件，自然晾干，清除油污，涂抹無機(jī)復(fù)合修復(fù)劑前先將其放在水中浸泡1 h左右。自配無機(jī)復(fù)合修復(fù)劑按水灰比為0.4涂覆在砂漿試塊上表面，每塊試樣涂抹6 g，涂層厚度約為1 mm。待用手觸摸已干燥時(shí)，再在其上表面灑少量水，放置1 d后進(jìn)行測試。

1.3 正交分析方案篩選

由于本試驗(yàn)涉及到的影響因素較多，有水泥、砂、活性劑以及一些添加料，包括碳酸鈣和氫氧化鈣等，本文對配方進(jìn)了正交分析，力求找到最優(yōu)配比，正交試驗(yàn)因素水平見表1。

表1 正交試驗(yàn)因素水平

1.4 性能測試

試件的制備、養(yǎng)護(hù)、相關(guān)力學(xué)性能及抗?jié)B性能測試均參照GB 18445—2001《水泥基滲透結(jié)晶型防水材料》和JC 474—1999《砂漿、混凝土防水劑》進(jìn)行。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及性能測試結(jié)果見表2。

表2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及性能測試結(jié)果

2.1.1 各因素對復(fù)合修復(fù)劑抗?jié)B性能的影響（見圖1）

圖1 各因素對復(fù)合修復(fù)劑抗?jié)B性能的影響

由圖1可見，在碳酸鈣、硫鋁酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、氫氧化鈣以及活性劑這5個(gè)因素中，對抗?jié)B壓力影響最大的是活性劑摻量，活性劑摻量與抗?jié)B壓力呈正比，活性劑摻量越大，抗?jié)B效果越好。其它4個(gè)因素的影響效果無明顯規(guī)律，碳酸鈣摻量超過4%后，會(huì)降低抗?jié)B壓力；硫鋁酸鹽水泥摻量在40%和45%條件下，抗?jié)B壓力相當(dāng)，再增加摻量，會(huì)導(dǎo)致抗?jié)B效果下降；普通硅酸鹽水泥在4個(gè)水平下的抗?jié)B壓力變化都不大；隨著氫氧化鈣摻量的增加，抗?jié)B壓力逐漸降低。

2.1.2 各因素對復(fù)合修復(fù)劑抗壓強(qiáng)度的影響（見圖2）

圖2 各因素對復(fù)合修復(fù)劑抗壓強(qiáng)度的影響

由圖2可見：活性劑作為摻量最小的組分，同時(shí)也是最重要的構(gòu)成成分，其對抗壓強(qiáng)度的影響尤為明顯，摻量為1.5%時(shí)強(qiáng)度最高；碳酸鈣摻量為4%時(shí)，可以達(dá)到最好的增強(qiáng)效果；普通硅酸鹽水泥作為其中的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成，對整體效果的影響明顯，不同摻量造成的結(jié)果迥異，其中30%摻量時(shí)，7 d和28 d抗壓強(qiáng)度較高，故選取此摻量；氫氧化鈣摻量過高時(shí)，強(qiáng)度反而有所降低，因此其摻量不宜超過3%。

2.1.3 各因素對復(fù)合修復(fù)劑粘結(jié)強(qiáng)度的影響（見圖3）

圖3 各因素對復(fù)合修復(fù)劑粘結(jié)強(qiáng)度的影響

由圖3可見，對粘結(jié)強(qiáng)度影響最大的是碳酸鈣摻量，隨其摻量的增加，粘結(jié)強(qiáng)度先提高后降低，摻量為4%時(shí)，粘結(jié)強(qiáng)度最高；隨活性劑摻量的增加，粘結(jié)強(qiáng)度逐漸提高；氫氧化鈣的粘結(jié)強(qiáng)度有負(fù)面影響，隨其摻量的增加，粘結(jié)強(qiáng)度逐漸降低。

綜合考慮最佳配比為：碳酸鈣4%、硫鋁酸鹽水泥40%、活性劑1.5%、作為基礎(chǔ)材料的普通硅酸鹽水泥摻量為35%，不摻氫氧化鈣，即14#配比，涂覆此無機(jī)復(fù)合修復(fù)劑的試樣，其抗?jié)B壓力可以達(dá)到1.5MPa，7 d抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到45 MPa以上，增強(qiáng)效果明顯。

2.2 微觀結(jié)構(gòu)分析

空白試件以及涂覆按最優(yōu)配比制備的無機(jī)復(fù)合修復(fù)劑的試件SEM照片見圖4。

圖4 空白試件及涂覆無機(jī)復(fù)合修復(fù)劑試件的SEM照片

由圖4可見，空白試件內(nèi)部為多孔隙的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致抗?jié)B性能較差；而空白試件表面涂覆制備的無機(jī)復(fù)合修復(fù)劑后，內(nèi)部孔隙大大減少，這是因?yàn)?，無機(jī)復(fù)合修復(fù)劑水化生成纖維狀的水化硅酸鈣C-S-H結(jié)晶將孔隙堵塞，從而實(shí)現(xiàn)微觀結(jié)構(gòu)的修復(fù)，宏觀表現(xiàn)為防水和增強(qiáng)效果。

3 結(jié)論

（1）通過正交試驗(yàn)，考慮抗?jié)B壓力、抗壓強(qiáng)度和粘結(jié)強(qiáng)度等指標(biāo)，設(shè)計(jì)出一種快凝早強(qiáng)型無機(jī)復(fù)合修復(fù)劑，各因素中起核心抗?jié)B作用的是活性劑，其合適摻量為1.5%，其它因素?fù)搅恳来螢椋禾妓徕}4%、硫鋁酸鹽水泥40%、普通硅酸鹽水泥35%、不摻氫氧化鈣。

（2）涂覆按最優(yōu)配比制備的無機(jī)復(fù)合修復(fù)劑的試樣，其抗?jié)B壓力可以達(dá)到1.5MPa，7 d抗壓強(qiáng)度達(dá)到45 MPa以上，增強(qiáng)效果明顯。

（3）涂覆制備的無機(jī)復(fù)合修復(fù)劑后，無機(jī)復(fù)合修復(fù)劑水化生成纖維狀的水化硅酸鈣C-S-H結(jié)晶，將試件內(nèi)部孔隙堵塞，從而實(shí)現(xiàn)微觀結(jié)構(gòu)的修復(fù)，宏觀表現(xiàn)為防水和增強(qiáng)效果。