程福星，周月霞，鄧小旭，張兆楠，王雨禾

（武漢源錦建材科技有限公司，湖北 武漢 430083）

0 引言

砂漿是建筑行業(yè)中常見的一種材料，具有廣泛的用途，可用于墻面或地面找平層、防水層、填充層、結(jié)構(gòu)層等，同時(shí)，其作為一種便捷、廉價(jià)、無毒無害的防水材料，起到較好的修補(bǔ)作用。但疏松多孔、非勻質(zhì)是砂漿材料的固有特性，在高水壓作用下，其防水效果并不理想，為了進(jìn)一步降低砂漿的滲透速率，提高其抗?jié)B性能，需在砂漿中摻入一定的防水劑[1-3]。

目前，砂漿防水劑主要可分為4 類：氯化物金屬鹽類、硅酸鈉類、有機(jī)硅類和有機(jī)-無機(jī)復(fù)合材料類，其中氯化物金屬鹽類含有較多的氯離子，易造成鋼筋銹蝕，目前已很少使用；硅酸鈉反應(yīng)速度快，制備的砂漿常用于短期、快速防堵水，但在長期水壓作用下，會喪失防水功能；有機(jī)硅類防水劑價(jià)格昂貴，對砂漿工作性有一定影響，且防水效果并不顯著[4-7]。有機(jī)-無機(jī)復(fù)合型砂漿防水劑具有無機(jī)材料和有機(jī)材料防水性能的疊加效果，不僅可填充砂漿密實(shí)度，還能激發(fā)膠凝材料生成更多的膠凝體來堵塞毛細(xì)孔，同時(shí)，其憎水組分可降低靜壓下水的滲透速率，是一種新型砂漿防水材料[8]。

基于此，本文以自主研發(fā)的有機(jī)-無機(jī)復(fù)合型防水劑為原材料，研究其對基準(zhǔn)砂漿和抹灰砂漿防水性能和力學(xué)性能的影響，并探究其作用機(jī)理，為新型防水劑的應(yīng)用提供參考。

1 試 驗(yàn)

1.1 原材料

基準(zhǔn)水泥：中國聯(lián)合水泥集團(tuán)有限公司提供；P·O42.5 水泥：華新水泥股份有限公司產(chǎn)，其主要化學(xué)成分見表1；機(jī)制砂、石灰石粉：武漢三源特種建材責(zé)任有限公司產(chǎn)；砂漿外加劑：復(fù)合型粉體材料，起增粘、保水等作用，武漢奧特龍建筑材料有限公司提供；有機(jī)-無機(jī)復(fù)合型防水劑（CWA）：武漢源錦建材科技有限公司自制，主要由保水組分、活性組分、激發(fā)組分、憎水組分、增塑組分等復(fù)配而成，其化學(xué)成分見表1，經(jīng)檢測，該防水劑符合JC/T 474—2008《砂漿、混凝土防水劑》中一等品技術(shù)指標(biāo)要求。

表1 原材料的主要化學(xué)成分 %

1.2 試驗(yàn)方案

基準(zhǔn)砂漿參照J(rèn)C/T 474—2008 進(jìn)行制備，其中防水劑外摻，摻量分別占基準(zhǔn)水泥的0、1%、2%、3%、4%和5%，分別標(biāo)記為JZ、CWA-1、CWA-2、CWA-3、CWA-4、CWA-5。不同強(qiáng)度等級的抹灰砂漿的試驗(yàn)配比及編號見表2，其中防水劑摻量按除機(jī)制砂外粉料質(zhì)量的5%摻入。

表2 抹灰砂漿的配合比及稠度

1.3 試驗(yàn)方法

（1）砂漿透水壓力和吸水量比均參照J(rèn)C 474—2008 進(jìn)行測試，抗?jié)B試驗(yàn)砂漿初始流動度控制在（240±10）mm，采用JSJ 型砂漿抗?jié)B儀測試砂漿透水壓力，采用全自動壓力試驗(yàn)機(jī)測試抗壓強(qiáng)度。

（2）防水劑機(jī)理研究試件成型按防水劑摻量為水泥用量的5%，記作CMA，按水膠比為0.4 制成水泥凈漿，采用20 mm 立方體試模成型，試件在標(biāo)準(zhǔn)條件下水中養(yǎng)護(hù)28 d，將試塊破碎，用無水乙醇終止水化、真空烘干，制樣測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 防水劑摻量對基準(zhǔn)砂漿抗?jié)B性能的影響（見表3）

表3 防水劑摻量對基準(zhǔn)砂漿抗?jié)B性能的影響

由表3 可見，防水劑摻量與砂漿抗?jié)B性能成正相關(guān)，當(dāng)其摻量分別為0、1%、2%、3%、4%、5%時(shí)，砂漿試件的透水壓力分別為0.4、0.6、0.9、1.1、1.3、1.3 MPa，表明防水劑摻量對砂漿抗?jié)B性能的影響較為顯著，當(dāng)其摻量為4%時(shí)，透水壓力為1.3 MPa，透水壓力比為325%，當(dāng)摻量進(jìn)一步提高至5%時(shí)，透水壓力并未增大。

2.2 防水劑摻量對基準(zhǔn)砂漿吸水量比的影響

砂漿試件的吸水量比可間接反應(yīng)砂漿內(nèi)部的密實(shí)程度，對砂漿防水性能的影響至關(guān)重要，表4 為防水劑摻量對基準(zhǔn)砂漿吸水量比的影響。

由表4 可見，當(dāng)防水劑摻量為1%、2%、3%、4%、5%時(shí)，砂漿試件的吸水量比分別為81%、69%、61%、52%、49%，說明防水劑可改善砂漿的密實(shí)性，不僅改善了砂漿在靜壓水作用下的滲透速率，還能提高其透水壓力，與表3 的規(guī)律一致，且可清晰發(fā)現(xiàn)，隨防水劑摻量的增加，吸水量比逐步減小，當(dāng)防水劑摻量為5%時(shí)表現(xiàn)最優(yōu)。

2.3 防水劑對不同強(qiáng)度等級抹灰砂漿力學(xué)性能和抗?jié)B性能的影響

選擇不同強(qiáng)度等級的抹灰砂漿為研究對象，結(jié)合前述防水劑5%的最優(yōu)摻量，考察了5%摻量下防水劑對不同強(qiáng)度等級抹灰砂漿力學(xué)性能和抗?jié)B性能的影響，結(jié)果分別見圖1、圖2。

由圖1 可見，摻防水劑后抹灰砂漿7、28 d 抗壓強(qiáng)度均有一定程度的提高，強(qiáng)度等級為M5、M7.5、M10、M15、M20 時(shí)，砂漿的7 d 抗壓強(qiáng)度比分別為154%、135%、133%、121%、108%。表明防水劑對抹灰砂漿早期抗壓強(qiáng)度有顯著提高效果，且強(qiáng)度等級越低，抗壓強(qiáng)度提高效果越明顯。與此同時(shí)，砂漿的28 d 抗壓強(qiáng)度比分別為133%、127%、110%、109%、107%，說明摻防水劑后，砂漿力學(xué)性能會持續(xù)提高，不同強(qiáng)度等級的抹灰砂漿強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律與7 d 結(jié)果類似。從防水劑對抹灰砂漿抗壓強(qiáng)度的影響來看，間接反應(yīng)出防水劑可改善砂漿內(nèi)部的密實(shí)度，降低內(nèi)部空隙，進(jìn)而改善砂漿的防水性能。

由圖2 可見，未摻防水劑時(shí)，強(qiáng)度等級為M5、M7.5、M10、M15、M20 抹灰砂漿的透水壓力分別為0.3、0.5、0.7、0.8、0.9 MPa，表現(xiàn)出隨強(qiáng)度等級提升透水壓力逐步升高，其原因是隨強(qiáng)度等級提升，水泥用量增大，砂漿內(nèi)部有更多的水化產(chǎn)物，使得內(nèi)部更密實(shí)，膠材與骨料之間的粘結(jié)力增強(qiáng)所致。而摻入防水劑后，強(qiáng)度等級為M5、M7.5、M10、M15、M20 砂漿的透水壓力分別為0.5、0.8、1.0、1.1、1.3 MPa，相較于未摻防水劑的抹灰砂漿分別提高了0.2、0.3、0.3、0.3、0.4 MPa，表明摻防水劑有助于提高抹灰砂漿的防水性能，且抗?jié)B等級至少可提高2 級。

3 防水劑的作用機(jī)理分析

結(jié)合不同摻量防水劑對砂漿力學(xué)性能和抗?jié)B性能的影響研究，選擇防水劑最優(yōu)摻量為5%作為機(jī)理研究對象，探討防水劑對砂漿性能改善的作用機(jī)理。

3.1 孔徑分布

圖3 為摻防水劑試件和基準(zhǔn)試件水泥凈漿的壓汞法孔徑分布測試結(jié)果。

由圖3 可見，基準(zhǔn)試件的孔徑分布主要集中在5～100 nm，其中在5～60 nm 的分布較為均勻，而摻防水劑后，孔徑分布在進(jìn)一步窄化為5～50 nm，其中處在20 nm 左右的孔徑居多，較為集中，說明該防水劑可優(yōu)化水泥基材料的孔結(jié)構(gòu)，使得孔徑分布進(jìn)一步細(xì)化，有利提高密實(shí)度，其原因是摻防水劑后可加速水化，生成了更多的膠凝體和Ca（OH）2，填充了膠凝孔和毛細(xì)孔，使得孔結(jié)構(gòu)細(xì)化，內(nèi)部密實(shí)度提高，進(jìn)而改善砂漿的防水性能和力學(xué)性能。

3.2 掃描電鏡分析

為了進(jìn)一步探究防水劑對水泥漿體水化產(chǎn)物的影響，對摻防水劑前后水泥硬化漿體進(jìn)行掃描電鏡分析，結(jié)果如圖4所示。

從圖4 可以清晰看到，基準(zhǔn)凈漿試件內(nèi)部松散多孔，密實(shí)度較差，同時(shí)膠凝材料之間的粘結(jié)度也較差，出現(xiàn)了明顯的縫隙，而摻防水劑的內(nèi)部密實(shí)度非常好，原因是新生成的水化硅酸鈣膠凝體和Ca（OH）2晶體很好地填充了毛細(xì)孔和膠凝孔，使得孔結(jié)構(gòu)細(xì)化，內(nèi)部密實(shí)度提高，進(jìn)而改善砂漿的抗?jié)B性能和力學(xué)性能。

4 結(jié)論

（1）有機(jī)-無機(jī)復(fù)合型防水劑的最優(yōu)摻量為5%，在該摻量下，基準(zhǔn)砂漿的吸水量比為49%、透水壓力比為325%，抹灰砂漿的抗?jié)B性能至少可提高2 個(gè)等級。

（2）有機(jī)-無機(jī)復(fù)合型防水劑可提高砂漿的抗?jié)B性能和力學(xué)性能，對改善抹灰砂漿的防水性能有利。

（3）摻防水劑可促進(jìn)膠材體系中水化硅酸鈣膠凝體和Ca（OH）2的生成，堵塞膠凝孔和毛細(xì)孔，提高水泥基材料的密實(shí)度，窄化孔結(jié)構(gòu)，從而顯著提高砂漿的防水性能。