水泥基渗透结晶型防水材料试验方法

摘要：主要讨论水泥基渗透结晶型防水材料的试验方法，包括材料本身的匀质性试验、物理力学性能试验、抗渗试验、渗透深度测试的方法。材料性能的测试方法很多，要寻求能反映水泥基渗透结晶型防水材料特点的试验方法，以便为标准的修订提供帮助。
　　前言
　　水泥基渗透结晶型防水材料国家标准自2002年3月正式实施以来，该产品的应用已经越来越广泛，尤其在地下、桥梁、大坝、水池等防水工程中用量日益增大。随着这几年该类产品的大量发展，产品的检测任务越来越多，各生产、使用、研究单位对材料的试验工作日益增多，原标准中的一些试验方法周期较长、基准材料不易控制等问题，也逐步得到反映。另外，也出现其他种类防水材料套用该标准，取得合格报告后假冒该材料进入工程的情况，严重扰乱了市场。当务之急，是寻求更好的试验方法来准确反映水泥基渗透结晶型材料的特点，以使其与其它种类的防水材料明确区别开来。本文将针对大家对标准中反映较多的试验方法，作一些介绍，并提出一些新的试验方法供大家参考
　　1、匀质性试验
　　产品匀质性指标的设立主要是为了生产单位控制产品的质量，在国外的外加剂产品标准中主要在FPC（工厂生产控制）中有要求。这部分的试验项目设立和试验方法主要参考了GB8077－2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》。由于水泥基渗透结晶型防水材料产品的特殊性，每个生产厂产品的原料、配方、生产工艺的差异对匀质性指标的某些性能都会造成很大的波动，要确定一个绝对值非常困难。我们需要对某些有害成分确定一个限值，而一些生产控制的指标如细度应该设立一个波动范围。
　　水泥基渗透结晶型防水材料均是粉状材料，含水量和细度的测试在出厂检验中是必须的。在目前的国家或行业相关标准中，含水量的测定一般都采用105℃烘箱烘至恒重，通过测定前后两次材料的质量来确定。在外加剂标准中，含水量指标也是规定了一个波动范围（生产厂控制值的5％之内）。当产品的含水量较小时，5％的波动范围就非常小，可能会小于检测的精度，建议可以对该项指标确定一个上限，而不要采用上下波动范围的形式。细度的试验方法有很多，比较简便的方法还是采用试验筛，对于筛子的孔径大小，还需要根据产品的不同进行调整。目前的产品中，各个厂的细度是有较大差异的，很难说明细度的大小对产品质量的影响，设立此项检验的目的，主要是对同一厂家的同一类型产品，规定其细度应该在一定的范围内波动，不能因为原材料的波动而影响产品的质量。对于不同的生产厂家，可以选择不同的筛子孔径，来控制筛余物含量。
　　氯离子含量和总碱量对于掺入混凝土中的防水剂来说，是需要严格控制的，其测试方法目前还是参照混凝土外加剂标准。根据*新的资料显示，GB8077的修订将主要参照EN934－2：2001《混凝土、砂浆和水泥净浆外加剂的定义、要求、匀质性、特性、标记》。对其指标的确立需要大量的试验验证，如果采用原来的控制波动范围的方法，对于一些含量较低的产品，可能无法达到，或者此波动范围小于检测精度，可操作性不强。对于涂料产品来说，是否需要控制这两项指标以及指标的高低，也需要进行验证。
　　2、物理力学性能
　　对于水泥基渗透结晶型防水涂料产品来说，其产品本身是一种砂浆类材料，有一定的强度，施工时要考虑可操作时间，涂抹后要考虑粘结性能。根据这些要求，在标准中设定了凝结时间、抗折强度、抗压强度、湿基面粘结强度等试验项目，考虑到此类产品添加的砂一般较细，所以采用的试验方法主要参照水泥的方法。这几年，国内干混砂浆产品发展很快，各种特种干混砂浆产品的标准陆续颁布，有许多新的试验方法。从产品类型来说，水泥基渗透结晶型防水材料也是一种干混砂浆产品，很多试验方法可以参照其它产品的方法进行。下面介绍几种试验方法供修订标准时参考。
　　2.1粘结强度试验
　　目前的标准规定的方法是8字模拉伸试验方法，在8字模中放入一半的基准砂浆，另一半用水泥基渗透结晶型材料。其界面面积只有500mm2，试验误差较大，而且8字模试验国内已较少采用。对于水泥基渗透结晶型防水涂料产品来说，一般的涂层厚度较小，大概在1～2mm.推荐采用水泥基自流平砂浆的粘结强度测试方法，比较简便，也符合涂料产品的特点。
　　1）拉伸粘结强度测试仪器
　　拉伸粘结强度使用的测试仪器应有足够的灵敏度及量程，应能通过适宜的连接方式并不产生任何弯曲应力，加荷速度250±50N／s，仪器精度1％，破坏荷载在其量程的20％～80％。
　　2）拉伸粘结强度成型框
　　拉伸粘结强度成型框由硅橡胶或硅酮密封材料制成（如图1），表面平整光滑，并保证砂浆不从成型框与混凝土板之间流出。孔尺寸精确至±0.2mm，孔径50mm×50mm；厚度3Mm.
　　3）拉拔接头
　　尺寸为（50±1）mm×（50±1）mm，并有足够强度的正方形钢板，*小厚度10mm，有与测试仪器相连接的部件。
　　4）试件制备
　　将成型框放在混凝土板成型面上，将按标准规定制备好的试样倒入成型框中，抹平，放置24h后出模，10个试件为一组（如图2）。脱模后的试件在标准试验条件下放置到27d龄期后，用砂纸打磨掉表面的浮浆，然后用适宜的高强粘结剂将拉拔接头粘结在试样成型面上，在标准试验条件下继续放置24h后试验。
　　5）粘结强度计算按公式（1）：
　　P＝F／S（1）式中：P—拉伸粘结强度，单位MPa；F*大破坏荷载，单位为N；5—粘结面积，单位2500mm2.试验结果计算精确至0.1MPa.
　　该方法采用标准混凝土板，混凝土板由专业工厂生产，能保证质量的稳定。砂浆产品的厚度只有3Mm，比较接近实际工程的情况。
　　2.2可操作时间
　　规定凝结时间的目的主要是为了实际工程施工的需要。目前的标准参照了水泥净浆凝结时间测定的方法。根据这几年的试验，由于此类材料具有触变特性，测试初凝时间时，会造成一定的误差。另外部分产品终凝时间较长，国内测试单位一般采用人工测试，很少用全自动测试仪，这样就会带来很大的不便，测试人员要经常晚上加班。建议标准修订时，引入可操作时间的测试，具体怎样测试，可以通过验证试验确定。笔者认为有几种方法可以采用：一是通过流动度损失来确定，规定初时流动度，一定时间后流动度损失不超过规定的要求。二是采用刷涂性试验，初始时在混凝土板上刷涂—遍，间隔一定时间后，再次刷涂一遍，如能顺利刷涂，则可判断操作时间合格。
　　2.3强度检验
　　材料本体的强度试验，目前比较成熟的方法还是参照水泥胶砂强度试验，即三联模的强度试验。不过建议标准修订时取消对抗折强度的要求，因为实际意义不大。
　　3、抗渗试验
　　目前采用的试验方法主要参考GBJ82－85《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》的标准，将混凝土做成圆台型试件，每六个为一组，放置在专用的抗渗仪上，以一定的时间周期加水压进行试验。当时的试验方法主要针对自拌混凝土，是在强度等级也不是很高的情况下出台的。经过20年的发展，目前有抗渗要求的混凝土大多是C30以上的泵送混凝土，混凝土的配比也发生了很大的变化，一般都使用了混凝土外加剂和矿物掺合料，混凝土的密实性能大大提高，通过这种方法检验混凝土抗渗性能，一般都能超过1.2MPa，而设计要求一般仅要求0.6～0.8MPa，所以这几年建工部门的意见是取消混凝土抗渗性试验。另外造成现场结构自防水混凝土渗水的主要原因也不是混凝土内部的孔结构分布，而是由于温差、收缩或者荷载造成的裂缝，各种原因造成的混凝土裂缝甚至是微小裂缝会引起比较严重的渗漏现象。实验室的抗渗试验是通过高压水贯穿混凝土内部的微细孔道，不能真实反映混凝土的裂缝情况。水泥基渗透结晶型防水涂料的作用是通过活性物质的渗透进入混凝土内部的微细裂缝，通过化学反应生成结晶物质，修补裂缝，它和一般的憎水性材料改变毛细孔的表面张力、阻止水分进入从而达到防水作用是完全不一样的。水泥基渗透结晶性防水材料能通过化学反应堵塞毛细孔道，更重要的是能修补一定宽度的裂缝。我们的试验方法如何反应材料的这种特性，很值得大家探讨。笔者设想可以制作一些切割了一定缝宽的砂浆抗渗试件进行涂层试验，通过一定时间的养护，试验其抗渗性能的恢复能力。也可以采用氯离子渗透试验来检验，氯离子的渗透能力比水要大得多，比较容易区分渗透结晶型材料对混凝土密实性的提高。
　　4、渗透深度
　　对于渗透结晶型材料，大家讨论比较多的问题就是渗透深度。目前还没有一种非常简便有效的方法来检验活性物质的渗透深度。一方面，到底是哪种活性物质起主要作用，我们还不知道；另一方面，该种物质是通过混凝土发生作用的，其产生的结晶物质，混凝土本身也有，很难区分是由谁生成的。下面介绍几种测试渗透深度的方法。
　　4.1墨水显示法
　　在混凝土立方体试件四个侧面涂刷防水材料，一定时间后，剖开试件，用蓝色墨水浸泡断面，防水材料渗透的部位不会被墨水玷污，通过测量墨水与试件边缘的距离，就可以测定防水材料的渗透深度。一般适合于憎水性防水材料。
　　4.2X射线光电子能谱
　　采用Ⅹ射线光电子能谱仪测定特征物质的浓度变化来判断活性物质的渗透深度。
　　4.3用扫描电镜观察形貌方法
　　通过观察不同深度的混凝土形貌，判断结晶物质的多少，来计算渗透深度。
　　4.4荧光指示剂
　　在防水材料拌和物中，加入荧光指示剂，养护一定时间后剖开试件，根据荧光指示剂的位置，来测量渗透深度。
　　5、结语
　　水泥基渗透结晶型防水材料是一种非常有特色的刚性防水材料。GB18445-2001国家标准对产品的性能提出了要求，GB50108-2001、GB50208-2002对验收这种材料也作了规定。这些标准的颁布，极大推动了此类材料在国内防水工程上的应用。经过几年的发展，也出现了很多其它种类的防水材料和渗透结晶型材料混淆的情况，所以需要对原来的产品标准进行适当的修改，寻找一些更为有效合适的试验方法，来准确反映这种材料的特点，以更好地推动水泥基渗透结晶型防水材料的健康发展，为国内的防水工程作出贡献。