新型防水防腐混凝土材料的制作方法

专利名称：新型防水防腐混凝土材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种建筑用材料，尤其涉及一种防水防腐混凝土材料及其生产方法。
背景技术：
建筑物渗漏是工程界一大难题，被称为建筑顽症。据有关部门近年来统计，我国新建建筑物约30％竣工当年就已发生不同程度的渗漏，竣工三年后渗漏率约为50～80％，全国防水工程平均寿命仅为2～3年，国家每年用于维修的费用高达20亿元以上，浪费了大量人力、物力和财力，给人们的工作和生活带来诸多不便。造成建筑物渗漏的原因很多，涉及到材料、设计、施工、使用等各个方面。其中，防水材料性能不佳、施工不当是导致渗漏最主要的原因。多年来，我国防水材料，尤其是防水卷材是以纸胎石油沥青卷材为主，材质不佳，但由于价格便宜，因而长久不衰。防水材料是保证防水工程质量的基础，为综合治理建筑物的渗漏，应当大力研究和发展新型建筑防水材料。
目前，国内外经常使用的防水材料主要分为两大类，即柔性防水材料和刚性防水材料。柔性防水材料又分为卷材和防水涂料两类。常用的卷材有沥青质和高聚物改性沥青质卷材、三元乙丙橡胶类卷材、聚氯乙烯类等，其中，以沥青质卷材应用最多，它原料来源丰富，价格低廉，但易老化，高温易流淌，低温易脆裂，热施工污染环境，在形状复杂部位不宜施工，操作困难。新发展的一些防水卷材，如三元乙丙橡胶类卷材，材料自身的防水不成问题，但用于粘贴的胶粘剂耐水性、耐久性不佳，若基面比较潮湿，卷材就会与建筑物基体脱开(即空鼓)，而施工时接缝又很多，一个工程下来，很难做到万无一失，只要有一处进水，由于卷材下部空鼓，水路连通，往往会造成大面积渗漏，而且不易找到漏源，很难修复。
而防水涂料目前我国以低档的沥青质涂料为主，使用较多的有聚氨酯煤焦油涂料、氯丁胶沥青防水涂料、再生胶沥青防水涂料等。防水涂料虽适用于复杂形状部位施工，但很多产品质量不稳定，耐久性差，在低温下不易施工。而且很多产品都有毒性，施工过程中散发出难闻的气味，污染环境，危害人们身体健康，因而在应用上也受到一定程度的限制。
以上柔性防水(如沥青卷材或煤焦油、聚氨酯防水涂料等)通常则寿命较短，通常柔性防水层寿命往往不超过十年，这样就存在外防水寿命和结构寿命不同步的问题。在外防水失效后，混凝土结构本身能不能防水才是决定性的因素。因此，混凝土结构自防水(即刚性防水)是根本。近年来，刚性防水技术得到了较快发展。刚性防水材料无毒无味，有利于环境保护，施工操作也比较简便。刚性防水的主要技术措施是在水泥混凝土中掺入各种外加剂，如防水剂、减水剂、膨胀剂等。防水剂往往是一些憎水性的材料(如脂肪酸盐，如硬脂酸钠、油酸钾等)，可使混凝土中毛细孔憎水或生成凝胶类产物堵塞毛细孔，因而可以改善混凝土的抗渗性和吸水性，从而达到防水之目的。但这类憎水性材料往往会引起气泡增加，导致混凝土强度下降，因此，其发展受到一定的限制。而利用膨胀剂，在水化过程中产生大量的钙矾石或氢氧化钙等产物，产生一定的膨胀，来配制补偿收缩混凝土，防止混凝土开裂，减少并细化毛细孔，达到抗渗防漏之目的。近年来，在工程中得到了大量应用，其优越性已逐步显示出来。但膨胀剂的应用也是有局限的，大多是用在地下工程，而用在地上或屋面防水工程就比较少，这主要是因为地下工程温度变化小、湿度大，混凝土干燥收缩和热胀冷缩小，因此防水效果比较好，而用于地上则效果就不甚理想。
另外，随着混凝土使用环境日益多样化，工业污染的日益加剧，混凝土结构受环境的侵蚀也日益突出。混凝土在各种物理、化学及它们的综合作用下，会发生碳化和劣化，导致混凝土强度降低，钢筋锈蚀，从而缩短建筑物的使用寿命。我国地域辽阔，自然环境及地质情况复杂，常常遇到地表水、地下水和土壤中含有大量的侵蚀物质。海水及盐渍地区地下水对混凝土的侵蚀，使混凝土的使用年限大大缩短。沿海各港口建成使用后，由于海水的侵蚀，海工混凝土都不同程度遭到破坏，不得不进行大修；一些盐渍地区的地下混凝土管道、铁路轨枕等，侵蚀更为严重，使用数年便侵蚀崩溃，由此造成的经济损失十分巨大，我国因腐蚀而造成的经济损失每年约有200亿元之巨。北方广大地区冬季除雪，由于普遍采用喷洒盐水，公路、桥梁、机场等均受到盐的侵蚀，寿命大减。在沿海及内陆盐碱地区的许多国家及省市重点工程中，均遇到上述的混凝土防腐蚀问题。因而，混凝土防腐蚀日益受到重视，也是当前急需解决的技术问题。
综上所述，研究和发展新型建筑用防水防腐材料，解决建筑物防渗漏、防腐蚀是目前急需解决的问题，具有重大的社会经济效益。目前兼有防渗漏、防腐蚀功能的建筑用新材料甚少。

发明内容
本发明目的在于提供一种兼有防渗漏、防腐蚀功能的建筑用新材料。
为实现本发明目的，本发明以提高混凝土防水性、防腐性为方向，技术方案如下选用石蜡作为添加剂，在拌和混凝土时将石蜡与水泥、砂、石、水一起搅拌，做成混凝土制品。石蜡添加量为混凝土总重量的1％-3％，具体配比为水泥∶砂∶石∶水∶蜡粒＝1∶2.26∶3.69∶0.6∶0.01～0.03。所述石蜡为直径2mm以下的粒状石蜡。因石蜡粒径对混凝土抗压强度有一定影响。为此，对石蜡粒径对混凝土抗压强度的影响进行了初步探讨。
首先将所购买的蜡粒进行筛分，分别用孔径为1mm、2mm、3mm的筛子(方空筛)筛分蜡粒，收取筛下的部分得到三种不同粒径的蜡粒。试验结果如下表表1


由试验结果可见，掺入蜡粒，对混凝土强度会有一定影响，但强度下降幅度并不大。粒径越大，强度下降稍大一些。考虑到小粒径石蜡工业化生产工艺和成本，本项目试验选用最大粒径2mm的蜡粒。
另外，掺入石蜡会对混凝土的强度产生一定影响，对蜡粒掺量对混凝土抗压强度的影响进行了探讨，试验结果如下表表2

试验结果表明随着蜡粒掺量的增加，混凝土抗压强度会有一定程度的下降，但强度下降幅度不大，不超过5％。掺入蜡粒造成强度下降的原因是，石蜡自身的强度以及它与水泥的粘结强度显然不如砂石的强度以及砂石与水泥的粘结强度，蜡粒与水泥的结合部是遭受荷载时的薄弱环节，受力破坏面往往出现在其界面处。
因石蜡无嗅、无味，有滑腻感，不溶于水，熔程50-65℃，石蜡密度随熔点上升而增加。混凝土搅拌均匀后制作混凝土制件，通常预制件要进行蒸气养护，以缩短出厂时间、提高生产效率。蒸养温度一般都高于石蜡熔点(约60℃左右)，此时蜡粒熔化，使得混凝土孔洞或毛细孔憎水，由于水或含腐蚀介质的水溶液难以浸入混凝土内部，从而可以大大提高混凝土的防水性、防腐性、抗冻性、耐久性，减低钢筋锈蚀危害，提高混凝土结构的安全性，大幅度延长混凝土构筑物的耐用年限。
掺蜡粒水泥制品蒸养后在技术上有如下优点1、可大大提高混凝土、砂浆的防水性能，有良好的抗渗、防潮作用，适用于有防水要求的混凝土工程。而且采用这种方法混凝土由内到外都防水，优于涂层法(涂层法表面破损后将失去防水防腐效果)。
2、能显著改善混凝土制品的防腐性、抗冻性、耐久性，提高建筑的使用寿命。
3、由于水分难以进入混凝土内部，也就保护了混凝土中钢筋免受锈蚀危害，提高了建筑物的安全度和耐久性。掺蜡粒混凝土生产工艺简单，便于组织生产，其原材料来源较为广泛，成本低廉；因此，本项目定会有广阔的应用前景。
本发明在以下几方面推广应用1、屋顶混凝土预制板等。采用这种方法，可以提高建筑的抗渗性，降低吸水率，提高防水性，从而使混凝土结构自防水。如果在这种预制板之间的接缝处再添入柔型嵌缝材料，则可以形成刚性板块与柔性接头的防水体系(解决热胀冷缩问题)，取代传统的沥青油毡防水层。
2、公路桥大梁。在寒冷的冬季，为了消除公路积雪或结冰，往往喷洒除冰盐(化学成分为氯化钠或氯化钙)或其溶液，盐水渗入混凝土大梁，将会引起梁中钢筋锈蚀，锈蚀导致混凝土胀裂，进一步加速锈蚀破坏过程，进而影响大桥的安全和使用寿命。而采用本项目技术成果制造的大梁，则可以大大改善这种状况。
3、海工混凝土。海水中含有大量危害混凝土的化学成分(Cl-、SO42-、Mg+等)会对混凝土产生腐蚀危害。海水中盐的化学作用以及干湿循环下盐的结晶破坏、冷冻破坏、钢筋锈蚀，使得海中混凝土构筑物的寿命大大缩短，重新修建费用昂贵。采用本方法可提高其寿命。
4、盐湖水、高浓卤水以及盐渍土壤(盐碱地)、盐湖地区(含有大量的Cl-、Na+、Mg+)混凝土构筑物，如铁路轨枕、混凝土管道等极易遭受腐蚀而破坏。应用本法可显著降低破坏程度，减少混凝土水管崩裂造成的停水事故和对城市交通的影响，社会效益巨大。
5、污水混凝土管，污水中含有大量的腐蚀介质，腐蚀混凝土。应用本方法可降低腐蚀、提高其寿命。
具体实施例方式
为对本发明进行详细说明，举实施例如下选用粒状石蜡型号CC-60，粒径≤3mm，北京嘉德鸿盛生物化学科技有限公司出品；水泥P.O 42.5R普通硅酸盐水泥，河南省同力水泥有限公司出品河砂中砂，细度模数2.7石子5-20mm碎卵石，其中5～10mm占40％，10～20mm占60％水洁净自来水采用强制式搅拌机拌和混凝土，按水泥∶砂∶石∶水∶蜡粒＝1∶2.26∶3.69∶0.6∶0.01～0.03比例投入石子、水泥、中砂和2mm的石蜡颗粒，将干物料拌匀，再加水拌至均匀，制做混凝土制件。混凝土制件在20℃成型后静停2小时，放入水泥蒸养箱，对预制件于60℃下进行蒸汽养护。然后慢慢升温4.5小时升温至90℃，于90℃下恒温8.5小时，最后降温，6小时后拆模。为了验证效果，进行砂浆及混凝土试件的抗渗性、吸水率、抗冻性以及在盐溶液中的防腐蚀试验、钢筋锈蚀试验，并实际制做混凝土水槽盛水，观察防水效果。
抗压强度和吸水率的砂浆试件尺寸为70.7mm×70.7mm×70.7mm，混凝土试件尺寸为100mm×100mm×100mm，采用符合标准的振动台振实，振动时间15秒。
试验结果与分析
(一)防水试验1抗渗性抗渗性是衡量防水材料的重要性能指标，为说明蜡粒对混凝土及砂浆抗渗性的提高作用，我们分别进行了混凝土和砂浆的抗渗试验。试验按照JC474-1999《砂浆、混凝土防水剂标准》进行。
(1)混凝土抗渗试验步骤参照GBJ82规定的方法进行抗渗试验。用上口直径175mm，下口直径185mm，高150mm的截头圆锥带底金属试模成型基准和受检试件，蒸养后脱模放入标准养护室，至28天后，取出待表面干燥后，用密封材料密封装入渗透仪中进行抗渗试验。水压从0.2Mpa开始，恒压2小时，增至0.3Mpa，以后每隔1小时增加水压0.1Mpa。当6个试件中有3个端面出现渗水现象时，即可停止试验。若加压至1.2Mpa，恒压1小时还未透水，则停压，将试件劈开，在底边均匀地取10点，测量平均渗透高度。
抗渗结果为了说明蜡粒提高混凝土防水性的效果，选用了三种掺量进行混凝土抗渗试验，并与掺木钙减水剂、UEA-H膨胀剂、HZ-7防水剂进行抗渗对比试验，结果如表3和表4。
表3(第一次试验结果)

注1.UEA-H膨胀剂--北京中岩特种工程材料公司出品、木钙减水剂--吉林开山屯化纤厂出品、HZ-7防水剂--北京汇豪集团出品；2.内掺是指等量取代水泥，即配合比为(水泥+UEA-H)∶砂∶石∶水＝(0.9+0.1)∶2.31∶3.77∶0.6表4(第二次试验结果)

试验结果表明掺入蜡粒，可显著改善混凝土的抗渗性，掺量越大，抗渗性提高越明显。在掺量1％时，掺蜡粒的抗渗效果略强于掺木钙减水剂；在掺量2％、3％时，掺蜡粒的抗渗效果优于掺UEA-H膨胀剂、HZ-7防水剂。
(2)砂浆抗渗试验步骤用上口直径70mm，下口直径80mm，高30mm的截头圆锥带底金属试模成型基准和受检试件，蒸养后脱模放入20℃水中养护至7天，取出待表面干燥后，用密封材料密封装入渗透仪中进行抗渗试验。水压从0.2Mpa开始，恒压2小时，增至0.3Mpa，以后每隔1小时增加水压0.1Mpa。当6个试件中有3个端面出现渗水现象时，即可停止试验。若加压至1.5Mpa，恒压1小时还未透水，则停压，将试件劈开测量渗透高度。
表5(第一次试验结果)


表6(第二次试验结果)

砂浆抗渗结果第一次试验(逐级)升压到1.0MPa，基准试件全部透水；第二次试验升压到1.2MPa，基准试件全部透水；试验试件继续升压到1.5MPa恒压1小时，掺蜡粒和外加剂的砂浆试件均未透水，将试件劈开测量渗透高度，数据见上表。结论与混凝土试验结果相似在掺量1％时，掺蜡粒的抗渗效果略强于掺木钙减水剂；在掺量2％、3％时，掺蜡粒的抗渗效果优于掺UEA-H膨胀剂、HZ-7防水剂。这一试验结果充分说明，掺入蜡粒可赋予水泥砂浆以良好的防水抗渗性能。
2、吸水率试验步骤按抗压强度试件的成型和养护方法，成型砂浆和混凝土试件，蒸养后放入20℃标养室养护至28天，取出在75-80℃温度下烘干48小时，称量后(干重)将试件放入水槽。放时成型面朝下，下部用两根φ10mm的钢筋垫起，砂浆试件浸入水中高度为35mm，混凝土试件浸入水中高度为50mm，要经常加水，并在水槽要求的水面高度开溢水孔，以保持水面恒定。水槽应加盖，放入20℃恒温室中，至规定时间用拧干的湿毛巾擦去表面水，称量并记录(湿重)。
试验结果在无压力作用情况下的吸水率，是防水混凝土、砂浆的另一项重要指标。混凝土、砂浆吸水性的大小直接影响其防潮效果。吸水率计算方法如下吸水率＝(湿重-干重)÷干重×100％吸水率之比＝受检试件吸水率÷基准试件吸水率×100％表5、6、7分别为混凝土、砂浆的吸水率/吸水率之比试验结果。
表7混凝土的吸水率(第一次试验结果)

表8混凝土的吸水率(第二次试验结果)

表9砂浆的吸水率(第一次试验结果)

表10砂浆的吸水率(第二次重复试验结果)

结果表明掺蜡粒可使混凝土、砂浆的吸水性显著降低，在掺量1％时，掺蜡粒的砂浆和混凝土试件吸水率低于掺木钙减水剂。在掺量2％以上时，掺蜡粒的砂浆和混凝土试件吸水率低于掺UEA-H膨胀剂、HZ-7防水剂。这说明蜡粒具有优异的防水作用。混凝土、砂浆的吸水性降低，就能提高混凝土的抗冻性、防腐性和耐久性，并降低钢筋锈蚀危害。
(二)掺蜡粒混凝土的抗冻性上述试验结果表明掺蜡粒可使混凝土、砂浆的吸水性显著降低，由于水分难于进入水泥混凝土内部，也就减低了负温混凝土的冻害，提高了混凝土构筑物的使用年限。本试验采用普通水泥，混凝土的冻融试验结果见表11。
表11

经100次冻融循环后，掺蜡粒的混凝土的强度损失与重量损失大大低于基准混凝土，说明掺蜡粒可以显著改善混凝土的抗冻性和耐久性。这是由于蜡粒使混凝土憎水，水分难于进入混凝土内部，也就减少了混凝土的冻害。
(三)防腐试验防腐试验步骤成型掺与不掺蜡粒的混凝土试件，蒸养出池后，采用盐溶液干湿循环快速试验方法，即利用干湿循环介质的结晶和溶解而引起的体积变化来加速试件破坏。试件先低温烘干(50℃)6小时，冷却后在饱和硫酸钠溶液中浸泡18小时左右，24小时为一循环，龄期分50次和100次循环两种，到达龄期后观察试件的重量、强度和外观变化。
防腐试验结果快速循环试验50次后，不掺蜡粒的试件强度明显下降，局部缺棱掉角，而掺蜡粒2％的强度下降不明显，外观完好；100次后不掺蜡粒的试件强度已接近于零，手捏即松散崩溃，而掺蜡粒的还依然完好。
表12


(四)钢筋锈蚀试验钢筋锈蚀试验步骤按抗压强度试件的成型和养护方法，同时成型掺与不掺蜡粒的混凝土试件，其中埋入抛光的钢筋，平行进行钢筋锈蚀试验。混凝土试件蒸养脱模后养护至28天，取出在75-80℃温度下烘干48小时，称量后(干重)将试件放入饱和氯化钠溶液水槽。放时成型面朝下，下部用两根φ10mm的钢筋垫起，混凝土试件浸入盐水(氯化钠溶液)中高度为50mm，要经常加盐水，并在水槽要求的水面高度开溢水孔，以保持水面恒定。
钢筋锈蚀试验结果一个月后，将混凝土试块压碎，观察埋入的钢筋锈蚀情况。不掺蜡粒的钢筋锈迹斑斑，而埋在蜡粒混凝土中的钢筋依然光亮如初。
实际制做--实验水槽试验如下制作掺与不掺蜡粒的两种混凝土水槽，外部尺寸150×150×150mm，内部尺寸100×100×90mm，壁厚25mm，底厚60mm，底板中间水平方向埋入抛光的钢筋，蒸养后进行盛水试验，不掺蜡粒的水槽明显阴湿、慢渗，而掺蜡粒3％的一个月不漏水，外部也干爽。底部埋入的钢筋锈蚀情况不掺蜡粒的钢筋明显有锈斑，而埋在蜡粒混凝土中的钢筋光亮如初。
上述试验表明该混凝土材料具有较好的防漏、防腐蚀性能。应用于混凝土建筑物如桥梁、海港码头工程砼、混凝土大坝、电厂冷却塔、混凝土水池、污水管等进行防腐，可延长其使用寿命和减少维修费用，具有较好的应用前景。
权利要求
1.新型防水防腐混凝土材料，其特征在于，选用石蜡作为添加剂，在混凝土中加入石蜡，石蜡添加量为混凝土总重量的1％-3％。
2.如权利要求1所述的防水防腐混凝土材料，其特征在于，具体配比为水泥∶砂∶石∶水∶蜡粒＝1∶2.26∶3.69∶0.6∶0.01～0.03。
3.如权利要求1或2所述的防水防腐混凝土材料，其特征在于，所述石蜡为直径2mm的粒状石蜡。
全文摘要
本发明公开了一种新型防水防腐混凝土材料，其选用石蜡作为添加剂，在混凝土中加入石蜡，石蜡添加量为混凝土总重量的1％－3％，具体配比为水泥∶砂∶石∶水∶蜡粒＝1∶2.26∶3.69∶0.6∶0.01～0.03。该混凝土材料应用于混凝土建筑物如桥梁、海港码头工程砼、混凝土大坝、电厂冷却塔、混凝土水池、污水管等进行防漏、防腐，具有较好的防漏、防腐蚀性能，能延长其使用寿命和减少维修费用，具有较好的推广应用前景。
文档编号C04B24/00GK1844019SQ200610017669
公开日2006年10月11日 申请日期2006年4月20日 优先权日2006年4月20日
发明者邵姗姗, 于跃洋, 冯骜骜 申请人:邵姗姗, 于跃洋, 冯骜骜