天愚牌JYQ796混凝土高性能无机无碱无氯防水防潮抗裂剂产品说

                                              专利发明人：廖志伟
摘要：分析混凝土外加剂含c1-、na+、k+、ca2+而产生耐久性劣化，研发了新型无c1-、na+、k+、ca2+无机防水抗裂剂，介绍其机理性能和施工工艺。
关健词：无机、无碱、无氯、防水抗裂、机理、性能、工艺
concrete high performance inorganic inalkali inchloride waterproofing damp proofing and cracking resistance agent of jyq796 sort.
liao zhi wei
the high science and technology limited company of wuhan giant hero and surpassing the first, wuhan hubei 430065, china
abstract: this paper analyzes that concrete admixtures consist of cl-、na+、k+、ca2+ ions, they are harmful to concrete durability, inventing a new admixture has not cl-、na+、k+、ca2+ ions, it is inorganic waterproofing and cracking resistance agent, and indicate its mechanism capacity and technology.
key words: inorganic; inalkali; inchloride ion; waterproofing; cracking resistance; mechanism; capacity; technology

 

 

1、该项目是由中国光谷高新技术企业材料学硕士学位廖志伟等人研制发明完成。该产品为液剂，掺入混凝土掺量0.5-0.9%，先后通过国家水泥混凝土制品监督检测中心、广西砼产品质量监督测试中心等多家单位检测，完全符合中华人民共和国混凝土防水剂jc474-99标准上，经湖南省疾病预防控制中心、湖北省疾病预防控制中心检测，完全符合环境污染控制规范gb50325-2001和中华人民共和国生活饮用水相关标准，无毒无污染，环保节能，被国家科技部评为火炬计划、重大科技成果，2002年被国家建设部国家住宅工程中心评为国家重点推广产品；2003年由院士、专家评为首届全国发明创新金智奖受欢迎奖，中国科学院院士、中国科技大学校长朱清时到会祝贺，中央电视台、中国教育电视台、河北、广西、武汉、安徽、北京电视台联盟播出推介，国家一级演员牛群为发明人廖志伟先生颁奖；被湖北省评为2006年湖北省重大科技成果，2003年湖北省建设厅重点推广，2006年中国科学院院士、中国工程院院士、清华大学教授评为全国节能专利成果贰等奖，国家科技部向全国发文重点推广，国家科技部召开了全国推广会，效果优良，国家知识产权局于2006年授权中国发明专利，2007年编入中南六省建筑标准图集书和《混凝土外加剂》及《建筑工程防水手册》多种专业书籍中，向全国公开发行，已在湖南衡阳圣禹防水新材料有限责任公司建成1万吨/年规模生产基地。
2、本产品涉及一种各类建筑工程、水利工程中的水泥砼防水防潮抗裂剂。
     背景技术：实际工程中，许多公路、桥梁、水库、拦洪坝、大坝、渠道、码头、隧道等都达不到设计使用寿命，有的仅投入几年使用受到严重破坏，而进行大规模修复，实践证明c1-是路、桥、大坝、水库等结构耐久性劣化的重要原因，而现在许多防水剂、密实剂、堵漏剂、早强剂、减水剂等水泥砼外加剂均含c1-，掺入水泥砼中加速钢筋锈蚀，导致水泥混凝土开裂破坏。
    c1-对混凝土内部钢筋的腐蚀作用是多方面，包括：（1）破坏钝化膜：水泥水化的高碱性，使钢筋表面产生一层致密的钝化膜，对钢筋有很强的保护能力。然而当ph<11.5时,钝化膜就开始不稳定(临界值),当ph<9.88时，钝化膜生成困难或已经生成的钝化膜逐渐破坏。c1-进入混凝土中 并到达钢筋表面，当它吸附于局部钝化膜时，可使该处的ph值迅速降低到4以下，于是该处的钝化膜就被破坏了。（2）形成“腐蚀电池”：c1-对钢筋表面钝化膜的破坏首先发生在局部，使这些部位露出了铁基体，与尚完好的钝化膜区域之间构成电位差，铁基体作为阳极而受腐蚀，大面积钝化膜区作为阴极。腐蚀电池作用的结果，钢筋表面产生点蚀（抗蚀）。由于大阴极（钝化膜区）对应小阳极（钝化膜破坏点），抗蚀发展十分迅速，这就是c1-对钢筋表面产生“抗蚀”为主的原因所在。（3）c1-的去极化作用：c1-与fe相遇生成fec12，从而加速阳极过程，通常把此过程，称作阳极去极化作用；而fec12是可溶的，在向混凝土扩散时遇到oh-，立即生成fe（oh）2沉淀，又进一步氧化成铁的氧化物（通常的铁锈），而释放出的c1-可继续参与阳极去极化作用，从而周而复始地起破坏作用，这正是氯盐危害的特点之一。（4）c1-的导电作用：电化学腐蚀的要素之一是要有电子通路。混凝土中c1-的存在，强化了离子通路，降低了阴、阳极之间的欧姆电阻，提高了腐蚀电池的效率，从而加速了电化学腐蚀过程。
    根据gb50204-92、gb50119-2003和相关国标及水工混凝土试验规程sl352-2006标准，对于相对湿度大于80%环境中使用的结构、处于水位变化部位的结构、露天结构及经常受水淋、受水流冲刷的结构、大体积混凝土、骨料具有碱活性混凝土结构严禁采用氯盐配制的外加剂；例：大水库、大坝、拦洪坝、公路、桥梁等钢筋混凝土工程中严禁采用氯盐配制的防水抗裂剂、密实剂、抗冻剂、早强剂，否则将会对水库、大坝、拦洪坝等相关工程起着严重的安全隐患问题； nac1（或氯盐）在混凝土内反复潮解和结晶作用产生的体积膨胀，令混凝土不断产生微裂缝而耐久性降低；nac1（或氯盐）使钢筋锈蚀的结果除了降低钢筋强度外，锈皮膨胀使混凝土开裂；在实际工程中，nac1（或氯盐）尽管掺量不大，但在某些部位由于未充分溶解就用拌制混凝土，也可能局部形成较高的浓度而使钢筋锈蚀，导致膨胀开裂，而使混凝土耐久性降低；故在水利工程、大体积混凝土等相关工程严禁采用nac1（或氯盐）作为防水抗裂剂、密实剂、早强剂等外加剂组份，因为水利工程等设计寿命为数十年到上百年，这极其漫长时间里，nac1（或氯盐）危害是随时间而增大的，具有潜在的结构危害性。
    可见c1-对钢筋砼危害极大，加速钢筋锈蚀，导致砼膨胀破坏，因此在外加剂中须无c1-极为重要，这是世界普遍因c1-导致混凝土开裂的科学难题。
    砼、砂浆因裂缝而造成各类建筑工程、水利工程漏水，这是世界建筑普遍存在的难题，主要有以下三种：（1）粘着裂缝，是指集料与水泥石灰的粘接面上的裂纹，主要沿集料周围出现；（2）水泥石裂缝，指水泥浆中的裂缝，出现在集料与集料之间；（3）集料裂缝，是指集料本身裂缝。前两种裂缝纹多，由于微裂缝的存在，对砼的基本性质，如：弹塑性、徐变、各种强度、变形、泊松比、结构刚度、化学反应等产生重要影响；造成裂缝原因较多，但常有自收缩、干燥收缩、温度收缩、塑性收缩、多荷载等等原因造成，针对以上原因，必须研制新型微膨胀补偿收缩防裂无碱无机无氯抗裂防水剂，且应无毒无机无污染、耐老化、对钢筋无透蚀。裂纹问题已是世界性问题，解决此问题，已十分必要。
    砼工程碱骨料反应已成为全球灾害问题，对碱骨料反应高度重视，所谓碱骨料反应就是水泥中的碱与砼骨料中活性sio2发生化学反应，生成碱的硅酸凝胶而产生砼膨胀性的开裂破坏，从而使建筑物破坏，美国、英国、加拿大、西班牙、中国等世界许多国家砼工程由于碱骨料反应而遭受不同破坏，有的甚至很严重，例：公路、机场、大坝、水库、立交桥、桥梁等等，随着外加剂在许多国家普及，例：膨胀剂、速凝剂、防水剂、抗裂剂、减水剂、早强剂、抗冻剂等等很多外加剂材料碱性很高，掺入水泥中后，加速碱骨料反应，一般来说，分3种形式：①碱硅酸反应；②碱硅酸盐反应；①、②两种时间较长，慢达一二十年上；③碱碳酸盐反应，反应快，半年后可能出现膨胀开裂现象；裂缝形状一般为网状和顺筋裂缝，凡含有ca2+、na+、k+强电解质盐（例nacl、na2so4）易导致碱骨料反应，尤其在电解车间、电气化运输设施砼，易发生电化腐蚀，因此应严格控制砼中的总碱量，包括水泥、掺合料、外加剂、水等。除控制水泥、掺合料、水等含碱量外，还应控制外加剂的含碱量，理想应为外加剂无碱，无cl-、ca2+、na+、k+存在，增大砼安全系数。另外盐类结晶侵蚀危害是很大的，其中以na2so4为严重，在温度高于32.3℃时,混凝土孔隙中充满了无水na2so4（由于混凝土表面蒸发掉水分),后来混凝土又在较低温度下被侵蚀,生成稳定的十水结晶水化物,体积比无水时增大3倍,产生很大的膨胀压力,导致混凝土开裂破坏;对混凝土的石子抗冻性，利用na2 so4溶液作快速试验，即使坚硬密实的岩石，在na2 so4干湿反复作用下，也遭到破坏，可见na2 so4破坏的严重性；因此水库、大坝、拦洪坝、面板、公路等相关工程中，严禁来用na2 so4等盐和含na+、k+、ca2+等盐作防水抗裂密实剂等相关外加剂，一些膨胀剂、防水剂、抗裂剂、密实剂、减水剂含ca2+、na+、k+，易产生碱骨料反应，导致混凝土开裂破坏，将对此类工程起着长期安全隐患问题，一旦发生事故，后果不堪设想！
    因此，新型无机无碱无cl-、na+、k+、ca2+防水防潮抗裂剂是抵制砼碱骨料反应、钢筋锈蚀、裂缝的重要技术手段，是保证混凝土优良的耐久性的重要措施的技术方法。
3、（1）天愚牌jyq796高性能无机无碱无氯防水防潮抗裂剂产品简介:
    新型无机无碱无氯防水防潮抗裂剂，在以下外加剂进行组合考虑，具有以下外加剂综合功能：
    无机防水防潮剂、膨胀剂、微膨胀补偿收缩剂、防裂抗裂剂、早强剂、抗冻剂、耐候剂、抗硫酸盐侵蚀剂、抗镁盐侵蚀剂、抗生物侵蚀剂、抗碳化剂、抗c1-渗透剂、耐久剂、黏结剂、抗碱骨料反应剂、抗侵蚀气体剂、抗油类侵蚀剂、阻锈剂等具备的综合高性能，无cl-、ca2+、na+、k+，具有优良的耐久性。该产品为液态，ph值为5.4，比重为1.06，本身原料不含有nacl、na2 so4、钾盐、钙盐等物质，所以制造出的产品无cl-、ca2+、na+、k+，主要是为了防止和阻止钢筋锈蚀、开裂、碱骨料反应等不安定因素，无毒无害无污染，环保节能，施工方便，工艺简单，以确保混凝土优良耐久性，例：水库、水坝、拦洪坝、渠道、公路，地下工程等掺该剂后，效果优良。
（2）天愚牌jyq796高性能无机无碱无氯防水防潮抗裂剂产品微观机理:
    以sem扫描电镜放大扫描和x射线及红外光谱中观察，组合物掺入砼后，与水泥反应，生成al(oh)3(铝胶)、c-s-h、大量钙钒石晶体等系列晶体、胶体物质，铝本身有抗紫外线功能，具有反射作用，按晶体掺杂效应同时掺入，起着无机复合作用，达到联动效应，晶体生长长大，向周围挤压，各向异性，阻止和抵消了水泥砼微裂缝的扩展，破坏了微裂缝，并通过胶体联结一体，胶体进入了毛细孔和微裂缝中，在水泥混凝土中彻底形成坚固防水结构，产品产生微膨胀后，水泥中大量细丝结构已经消失，微小松散颗料已凝结成块，错重叠加，水化产物使由集料的薄弱环节一过渡带得到了根本改善，松散结构已成密实结构，补偿了水泥混凝土的收缩，堵塞了毛细孔，填充了微细孔隙，使水分子无法掺入通过，所以该产品防水抗渗、防裂抗裂防潮高度可靠，因而明显提高了混凝土的耐久性和抗渗性及抗冻性。
    组合物掺入砼后，在水泥中起避水憎水作用，显著提高砼的抗渗性、早强性、和易性，在砼中起抗冻作用。掺入水泥砼中具有卓越的防水抗渗性、防潮性、抗冻性、微膨胀补偿收缩性、防裂性、抗裂性、早强性、抗潮性、耐候性、抗硫酸盐侵蚀性、抗镁盐侵蚀性、抗海水侵蚀性、抗生物侵蚀性、抗碳化性、抗cl-渗透性、抗钢筋锈蚀性、抗酸碱性、耐老化性、黏结性、抗碱骨料反应、抗侵蚀性气体性、抗菌性、抗油类侵蚀性、耐久性等综合性能，从而大大提高水泥混凝土工程使用寿命，解决这个世界性综合难题有重要意义，在全球防水抗裂工程界首次提出这样综合概念。
（3）天愚牌jyq796高性能无机无碱无氯防水防潮抗裂剂产品应用范围：
① 各类公路、遂道、桥梁、码头、涵洞、地铁等混凝土防水抗老化抗裂。
② 各类水利水电工程的水库、堤坝、渠道、大坝、拦洪坝、防洪墙等混凝土防水抗老化抗裂。
③ 地下室及地下工程、屋面、卫生间、厨房等现浇混凝土防水抗老化抗裂。
④ 各类高性能混凝土、商品混凝土防水抗水裂、抗钢筋锈蚀、抗碱骨料反应。
（4）天愚牌jyq796高性能无机无碱无氯防水防潮抗裂剂产品技术指标和试验结果:
①国家水泥混凝土制品质量监督检验中心测试表明：
依照中华人民共和国jc474-99（92）混凝土防水剂标准，混凝土掺入溶液剂后（掺量0.8%），28d的收缩率比为120%，而标准一等品≤125%，合格品为≤135%，可见掺 入溶剂后，抗收缩率比为一等品上标准，说明该产品具有优良的抗裂性能；泌水率比为28.1，远小于一等品50，充分说明了掺入该产品后具有优良保水性，不泌水，不离析，坍落度的损失小，保坍性能好，力学性能和施工性能良好；改善泵送性能，改善拌和料的黏结性能和力学性能，抗渗抗冻性能也明显得到改善；透水压力比为400%，而国家一等品为300%，超过国家一等品，可见该产品具有优良的抗渗性和耐老化耐久性；3d、7d、28d的强度均超过一等品上，说明该产品掺入后，抗压抗拉度大增强，结构致密；另外掺入后具有优良和易性；由于本身原料无c1-组成，故对钢筋无锈蚀，以确保混凝土工程质量；其它指标均符合要求。广西检测也说明了一样的原理。
②经湖南省疾病预防控制中心、湖北省疾病预防控制中心检测明，完全符合环境污染控制规范gb50325-2001和中华人民共和国生活饮用水标准要求，无毒无污染，环保节能。
③经开放试验室：国家非金属材料测试中心作了xrd图、红外光谱图、扫描电镜表明钙钒石、c-s-h等一系列晶体、胶体物质增加，明显提高了混凝土的抗渗抗裂性能和耐久性能，具体机理前面已述清楚。

3、适用范围和性能及造价
液剂，ph值5.4，比重1.06，无c1-、na+、k+、ca2+，无碱骨料反应和对钢筋无锈蚀，适用于各类商品混凝土、高性能混凝土、普通混凝土特级高效防水抗裂。矿渣硅酸盐水泥掺入8#剂后，可以改善水泥的泌水性和粘滞性，显著提高抗渗性，对不同品种水泥适应性强，可应用于靠近高压电源和大型直流电源的防水砼工程，10cm以上厚防水混凝土石子直径可为5～40mm。用于砼约12～30元/m3，低于国际国内的价格40%以上。
二、执行标准
△ 混凝土外加剂 gb8076-1997 △ 水泥化学分析方法gb/t176-1996
△ 混凝土外加剂应用技术规范gb50119-2003 △ 环境污染控制规范gb50325-2001
△ 地下工程防水技术规范 gb50108-2001 △ 地下防水工程质量验收规范gb50208-2002
△ 屋面工程质量验收规范 gb50207-2002 △ 普通混凝土配合比设计规程jgj55-2000
△ 普通混凝土力学性能试验方法标准gb/t50081-2002 △ 水工混凝土试验规程sl352-2006
△ 中华人民共和国建材行业标准混凝土防水剂jc474-99
△ 混凝土外加剂匀质性能试验方法gb/t8077-87
△ 普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法gbj82-85
具体施工要求按现行国家施工规范操作。
三、参考文献:
(1)冯乃谦，实用混凝土大全。北京：科学出版社，2001。
(2)熊大玉等，混凝土外加剂。北京：化学工业出版社，2002 。
(3)冯浩等，混凝土外加剂工程应用手册。北京：中国建筑工业出版社，2001。
(4)廖志伟，jyq796型高效无机防水防潮剂的研制和应用硕土学位论文，武汉理工大学，2001。
(5)国家水泥混凝土制品