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美国CO-MA-SEAL 永凝液DPS(混凝土保护剂)对混凝土耐久性的防水与长效保护

2020-07-09 08:55:21来源:建材网点击数:107

美国CO-MA-SEAL 永凝液DPS(混凝土保护剂)对混凝土耐久性的防水与长效保护

关键词:美国CO-MA-SEAL 永凝液 DPS 防水 耐久性 混凝土 CTI科密斯
  [Abstract]: the article is mainly about concrete durability and discusses the factors which can strength the durability of concrete。 According to the mechanism of DPS, it strongly recommends using it for concrete durability。 Also it introduces the way of using it。
  [Key words] DPS waterproofing durability concrete

前言


  国内现行规范对建筑设计提出的要求是适用,经济,安全,美观,但对经济性的评估往往只是注重考虑建设成本,而对于后期的养护,维修及耐久等的长期综合成本缺乏考虑。而结构在整个生命周期中重要的却恰恰是使用时的性能表现;重视结构的建造而不重视结构的维护,对于建筑物的寿命及后期的正常使用影响很大,这样的例子在我国乃至世界各国屡见不鲜。
  美国:据美国一项调查显示,美国的混凝土基础设施工程总价值约为6万亿美元,每年所需维修费或重建费约为3千亿美元。美国50万座公路桥梁中20万座已有损坏,平均每年有150-200座桥梁部分或完全坍塌,寿命不足20年!
  英国:根据1988年资料,英国全部建筑和土木工程维修费为150亿英镑,其中混凝土工程维修费为5亿英镑,约相当于人民币60~70亿。
  秘鲁:据我国驻秘鲁记者报道,许多海湾国家沿海地区大批城市建筑,桥梁等迅速破坏,原因是这些地区高温,潮湿,昼夜温差大和海风带来的高含量硫酸盐和氯化钠等,导致混凝土耐久性降低,导致损坏。
  中国:我国区域辽阔,地跨温热二带,根据南京水利科学研究院资料,华南,华东海港码头和浙东沿海水闸的钢筋混凝土结构,由于钢筋过早锈蚀,发生顺筋开裂,剥落,问题相当严重,相当普遍。
  近年来对北京地区的集料的考查证实了北京地区集料具有碱活性,在北京立交桥和京秦线,兖石线等铁路桥梁均遭受明显破坏。
  当前不少科学家均主张力求延长混凝土工程寿命,Gexwick主张主要的桥梁使用寿命应按100~125年来设计,但实际情况却远远低于这些要求。我国建设部于80年代的一项调查表明,国内大多数工业建筑物在使用25~30年后即需大修,处于严酷环境下的建筑物使用寿命仅15~20年。民用建筑和公共建筑的使用环境相对较好,一般可维持50年以上。桥梁,港口等基础设施工程的耐久性问题则更为严重,由于混凝土保护层不均匀且密实性差,许多工程尤其是露天工程,建成后几年就出现钢筋锈蚀,混凝土开裂。因此做好混凝土耐久性的防护工作已刻不容缓。有专家估计,我国"大干"基础设施工程建设的高潮还可延续20年,如果忽视耐久性,迎接我们的将是"大修"20年的高潮,其耗费将倍增于当初这些工程施工建设时的投资!

一、影响混凝土建筑物耐久性的因素


  造成混凝土结构耐久性的原因主要有以下几个方面:
  a 混凝土的冻融破坏
  在负温条件下,混凝土内部毛细孔中的水在结冰时就会产生9%左右的体积膨胀,在混凝土内部产生膨胀应力,当这种膨胀应力超过混凝土的抗拉强度时,就可能产生微细裂纹,导致水,潮气渗入,并在反复冻融作用下,混凝土内部的微细裂缝逐渐增多和扩大,结果导致混凝土表面(待别是棱角处)产生酥松剥落,直至完全破坏。右图为混凝土在冻融作用下,气泡壁裂缝的电子显微镜下的图片。
  b混凝土碳化破坏
  混凝土碳化破坏是由于混凝土内水化产物Ca(OH)2与空气中的CO2在一定湿度条件下发生化学反应,产生CaCO3和水的过程。碳化作用一方面使混凝土的收缩增大,导致混凝土表面产生拉应力而开裂,从而降低混凝土的抗拉强度和抗折强度。另一方面碳化作用使混凝土的碱度降低,失去混凝土强碱环境对钢筋锈蚀的保护作用,导致钢筋锈蚀膨胀,严重时, 使混凝土保护层沿钢筋纵向开裂,进一步加速碳化和腐蚀,严重影响钢筋混凝土结构的力学性能和耐久性能。右上图为日本23国道上的Hokutoh高架桥混凝土由于碳化所造成的明显的裂缝,宽度为0。1到0。2mm,并且漏水。
  c混凝土碱骨料反应破坏
  碱-骨料反应是指混凝土原材料中的水泥,外加剂,掺和料中所含的碱与骨料中的活性SiO2发生化学反应,在骨料表面形成碱-硅酸凝胶,凝胶吸水后将产生3倍以上的体积膨胀,这种膨胀反应的发生是在混凝土浇筑成型后若干年(数年至数十年)才开始的,将导致混凝土膨胀开裂而破坏。而且碱骨料反应引起的破坏一旦发生后很难修复,有人形象地将其成为混凝土的"癌症"。右图就是一幅通化铁路分局鸭园线五道江桥混凝土碱骨料反应破坏图片。该桥始建于1985年,是一座钢筋混凝土简支桥,T型梁,主桥九孔,桥长为216米;钢筋混凝土T型梁均出现大量裂缝,裂缝的宽度为0。3mm左右。
  d混凝土水泥石被侵蚀破坏
  硅酸盐水泥硬化后,在某些侵蚀性液体或气体介质中,水泥石结构会逐渐受到破坏,强度降低,甚至引起整个工程结构破坏,几种常见的侵蚀作用有:(1)溶出性侵蚀(软水侵蚀)(2)硫酸盐侵蚀(3)镁盐侵蚀(4)碳酸侵蚀(5)除冰盐的侵蚀等,这些侵蚀发生的主要原因都与混凝土当中的碱性物质和混凝土的孔隙率有关,因此长期处于这些介质当中的混凝土桥梁极易受到损坏。右上图为混凝土路面由于冬季长期受除冰盐或融雪剂的侵蚀出现剥蚀的后果。
  e混凝土的磨损性破坏
  由于混凝土桥梁承受着繁重的交通枢纽任务,因此长期下来,混凝土路面表层的水泥砂浆层首先被磨损掉,进而砂石骨料暴露于环境之外,缺少了水泥层的保护,混凝土表层的开口孔隙增加,因此很容易被外界侵蚀性介质或冰雪冻融造成破坏。因此耐磨性是桥梁,路面混凝土的重要性能指标之一。作为高级路面的水泥混凝土,必须具有较高的耐磨性能。
  f混凝土的变形裂缝
  裂缝对于混凝土耐久性的影响是严重的,但是作为一种非匀质性材料,除外界因素(如荷载)的作用外,其自身的构造特点和性能又不可避免地会出现裂缝,如我国著名的三峡大坝,也出现过裂缝。这是因为混凝土在凝结硬化过程和凝结硬化以后,均将产生一定量的体积变形,主要包括化学收缩,干湿变形,温度变形等。这些变形特性使混凝土结构产生变形裂缝,进而影响混凝土的耐久性。右图为混凝土路面的干缩裂缝。


 二、提高混凝土耐久性的技术途径
  通过影响混凝土耐久性的分析,发现无论是混凝土冻融,碳化,侵蚀,碱骨料反应还是裂缝破坏等耐久性问题的发生,均与三个因素有着密切关系:
  混凝土的孔隙率;
  混凝土中碱含量;
  有水介质的存在。
  因此如何减少混凝土的孔隙率,碱含量以及做好混凝土的防水已经成为保证混凝土耐久性的关键问题,通常采取以下措施:
  加入亚纳米材料;
  加入水溶性聚合物;
  加入有机纤维;
  采用高效减水剂,降低水灰比,提高混凝土的致密度;
  使用加气剂提高抗冻性;
  使用特种水泥和混合材;
  对碱集料反应重点在于预防,采用低碱水泥和混合水泥等,控制混凝土中含碱量。
  采用先进的施工工艺,以及提高施工质量,在一定程度上可以提高了混凝土的耐久性,但是仅局限于混凝土配比设计方案阶段,即这些措施适用于混凝土浇筑之前或正在浇筑的特定阶段,对于已经浇筑的,固化成型后的混凝土则没有涉及。如本文前面所描述的情况,对于目前已建成的桥梁混凝土构筑物耐久性的保护已成为刻不容缓的事情,但遗憾的是目前国内并没有重视,并采取有效办法加以解决。通常的做法是在混凝土出现严重破损时,用有机高分子材料进行加固修补。但这种方法不能从根本上(混凝土孔隙率,混凝土中碱含量,混凝土遇水时情况)彻底根除隐患。因为有机高分子材料只能对混凝土的表面加以保护,而对于影响混凝土耐久性的两个关键因素,孔隙率和碱含量没有丝毫改变。高分子材料另外一个致命缺陷在于其老化,一旦材料老化,就容易出现脆裂和粘结强度下降等问题,进而影响混凝土的保护效果,只能是"新三年,旧三年,修修补补又三年"的无奈局面。其维修费用之巨大,人力,物力之消耗是十分巨大的。
  因此如何解决混凝土(建筑物,桥梁,构筑物)的耐久性问题,是世界各国专家学者们潜心研究的问题,近些年来也被国内材料界的专家广泛研究讨论。如美国广泛采用渗透结晶型混凝土保护液DPS(Deep Penetrating Sealer)诸如牌美国CO-MA-SEAL 永凝液等,已从根本上解决了混凝土耐久性问题,并在大量的工程实践中得到应用推广。


三、美国混凝土美国CO-MA-SEAL 永凝液DPS简介
  美国CO-MA-SEAL 永凝液是由美国涂料科技国际有限公司专门研制生产,始于1918年。迄今已在全世界5000多个地区与城市广泛应用。
  混凝土美国CO-MA-SEAL 永凝液DPS于1995年进入亚洲地区。香港特区的国际展览中心,上海的东方大厦及海底隧道,中国人民银行云南分行大楼的地下室,清华大学综合体育馆等,均为应用美国CO-MA-SEAL 永凝液防水工程的成功典例。在北京地区应用美国CO-MA-SEAL 永凝液的建筑有国家电力总公司电力调度中心大楼,总后医学研究院蓄水池,西三旗新康小区,国家大剧院,安园综合服务楼,前门钓鱼台宾馆,肿瘤医院,中关村科贸大厦等数十个国家重点防水工程的保护使用中,防渗效果十分理想,经历了近年来北京地区特大暴雨的考验,防屋建筑均无任何渗漏现象。
 

四、DPS的反应机理以及对混凝土耐久性的保护作用
  美国CO-MA-SEAL 永凝液DPS为碱激活的化学渗透液,属无机材料。根据美国检测报告,混凝土内部所含的碱量至少是表面区域的361倍,美国CO-MA-SEAL 永凝液DPS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,覆盖毛隙孔道。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而不仅仅是表面的涂层。因此只要有水和碱存在的条件下,该过程就会不断重复,直到混凝土完全被密封。因此它可以长期有效的防水防潮,抗冻,抗渗,并缓解混凝土碱骨料反应,密封过的混凝土仍然能够"呼吸"。
  从美国CO-MA-SEAL 永凝液DPS的反应机理中发现,它解决了一直困扰混凝土耐久性的三个主要问题:混凝土中的孔隙率,混凝土当中的碱含量以及混凝土在有水条件下的耐久性问题。具有十分重要的使用价值。右图为美国CO-MA-SEAL 永凝液DPS固化后的结晶物,下表为美国CO-MA-SEAL 永凝液DPS的物理性能表。


  混凝土美国CO-MA-SEAL 永凝液DPS物理性能(渗透型)

检测依据:JC/T1018-2006《水性渗透无机防水材料》II型 DPS

DBJ01-54-2001《界面渗透型风扇涂料质量检验》渗透型
PH值:11±1;

密度:1。07±0。05;

凝胶化时间:≤400分钟;没有初凝;

渗透深度:3厘米左右(强度C25的混凝土);

抗渗等级:≥ P11级;

抗压强度:≥ 100%;

48小时吸水率:≤ 65%;

抗透水压力比:≥200%;

抗冻性:20°~ - 20°,15次表面无粉化,裂纹;

耐热性:80°,72小时,表面无粉化,裂纹;

耐碱性:饱和氢氧化钙溶液浸泡168小时,表面无粉化,裂纹;

耐酸性:1%盐酸溶液浸泡168小时,表面无粉化,裂纹;

钢筋腐蚀:无腐蚀;

抗氯离子渗透性:≤1000 C;

保质期:大于5年;

环保性:满足 GB 18582-2001 《室内装修材料有害物质限量》标准。

五、 美国CO-MA-SEAL 永凝液DPS的性能特点
  混凝土美国CO-MA-SEAL 永凝液DPS为无色透明液体,无味,无毒,不燃烧,贮存时期不限,易于运输,无保存环境温度限制。它先后通过了美国匹斯堡(Pittsburgh)检测中心及瑞典,加拿大研究室等检验,由美国农业部和内政部批准。1960年起,美国CO-MA-SEAL 永凝液DPS可以使用在全联邦(美)内的食品加工区域。产品进入北京地区后已通过北京市建筑材料监督检验站的检验和认可。
  (1)水为美国CO-MA-SEAL 永凝液DPS反应的重要载体
  美国CO-MA-SEAL 永凝液DPS可以在潮湿基层进行施工,而普通防护材料都要求混凝土界面干燥。这一特性不仅降低了施工难度,而且混凝土的含水反而会为其耐久性的提高带来一定程度的好处。
  (2)环保性
  美国CO-MA-SEAL 永凝液DPS属环保产品,对人体及环境无害,因而使用范围很广,美国CO-MA-SEAL 永凝液对环境无害,因而施工现场不受限制。可以在无通风条件下的室内安全使用,没有任何污染,该产品的美国美国CO-MA-SEAL 永凝液公司总裁马亚士在北京市人民大会堂多功能厅进行产品演示时,当众喝过美国CO-MA-SEAL 永凝液DPS!
  (3)施工便捷,简化工序
  溶液不必稀释,无需配料。原液可直接使用刷,滚,涂,喷等任何一种方法施于新,旧混凝土或水泥砂浆面层,即可一次完成。特别适用于部位构造复杂的情况。并且不受潮湿基层影响,迎水面,背水面均可施用。而且不改变原建筑外观及颜色。施用美国CO-MA-SEAL 永凝液DPS的混凝土表面,还可以为油漆或其它装饰层提供优良的结合条件,可以大大延长使用寿命。
  (4)质量可靠,防水寿命长
  混凝土美国CO-MA-SEAL 永凝液DPS有极良好的渗透性。美国CO-MA-SEAL 永凝液DPS还能起到养护混凝土的作用,防止养护混凝土过程中出现裂缝。对于已固化后的混凝土裂缝,亦能起到修补作用。另外,该防水层形成后不易受损,表面无需特殊保护。
  (5)优良混凝土保护剂
  混凝土美国CO-MA-SEAL 永凝液DPS的渗入能减少混凝土中的含碱量,减缓水泥中的碱和集料中的碱活性矿物成份发生化学反应,并在渗透过程中挤出混凝土中的多余水和其他杂质,防止外来的有害物的侵入。因而缓解混凝土的碳化过程,减轻了混凝土的盐碱破坏和腐蚀,因此说,美国CO-MA-SEAL 永凝液DPS是混凝土的优良保护剂,其应用领域远不限于防水工程范围。尤其在混凝土路面,桥梁等工程中使用DPS后可,显著增强混凝土的抗污染能力,易于容易清除冰雪,可以解决寒冷地区,处理桥面积雪喷洒大量盐水等问题。


 六、美国CO-MA-SEAL 永凝液DPS的使用范围
  美国CO-MA-SEAL 永凝液DPS产品适用于工业,民用新,旧建筑等各类混凝土墙体,地下室,厕浴间的防水及游泳池,运动场,道路,桥梁,机场,水坝等防水,修补渗漏等工程项目,以及混凝土保护,混凝土构件养护等。


七、美国CO-MA-SEAL 永凝液DPS使用工具
  小型或精细作业工程,可用手持型压缩式喷雾器。较大作业面的混凝土地面,台座,墙体等可采用背负式喷雾器。机动喷雾器适用于宽大作业现场,如隧道,运动场,道路,机场等。
  其他辅助工具有开刀,钎子,钢丝刷,锤子,抹布,扫把等。


八、结束语
  由于美国CO-MA-SEAL 永凝液DPS有渗透结晶的特性,为混凝土耐久性的保护和刚性防水提供了一条新的途径,它从根本上解决了影响混凝土耐久性的诸多不利因素,对延长钢筋混凝土结构的寿命,起到了重要作用,具有显著的经济效益和社会效果,尤其是其简便易行的施工方法,不但便于操作,易于保证质量,而且可以降低施工成本,对环境不造成污染,是一种真正绿色建材。如此具有诸多卓越性能的建材产品,相信在今后的工程使用中势必会发挥更大的作用。

附:李纪创建的,百度百科:

“美国CO-MA-SEAL 永凝液”,“美国美国CO-MA-SEAL 永凝液DPS”“水性渗透结晶型无机防水材料””混凝土保护剂”等。

李纪编辑并上传的,百度文库:

《怎么判断美国美国CO-MA-SEAL 永凝液DPS防水材料的质量》,《美国美国CO-MA-SEAL 永凝液DPS防水材料质量的判断》,《美国美国CO-MA-SEAL 永凝液DPS防水材料的详细介绍》,《美国美国CO-MA-SEAL 永凝液DPS防水材料的施工方案》,《美国美国CO-MA-SEAL 永凝液DPS防水材料对混凝土的保护》,《简明比较美国美国CO-MA-SEAL 永凝液DPS和其他防水材料》等等。

参考文献
  1。《预防混凝土工程碱集料反应技术管理规定(试行)》 1999。9
  2。《水泥基复合材料科学与技术》 阎培渝 姚燕 中国建材工业出版社1999。10
  3。《混凝土材料科学概论》 徐定华 徐敏 中国标准出版社 2002。7
  4。《建筑材料》 霍洪媛 等 中央广播电视大学出版社2002。3
  5《建筑材料》 钱晓倩 詹树林 金南国 浙江科学技术出版社 2001。9
  6" 美国CO-MA-SEAL 永凝液DPS" 王泽溶 梁龙 《第八届防水技术专业委员会学术年会论文集》2004。4
  7《混凝土美国CO-MA-SEAL 永凝液防水工程技术规程》

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