CCCW渗透结晶机理及在装配式建筑中的应用探索.pdf
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1、 建 筑 技 术 Architecture Technology第 54 卷第 21 期 2023 年 11 月Vol.54 No.21 Nov.20232662装配式建筑是一项新兴的绿色环保节能型建筑结构体系,其绿色建筑特点顺应建筑可持续发展的原则。然而受施工工艺影响,装配式构件存在大量的拼装接缝,而接缝处通常是装配式建筑的防水薄弱部位,因此预制装配式建筑在防水问题上存在先天缺陷,甚至影响居住与用户体验。预制装配式建筑为抵抗地震力的影响,其外墙板常需考虑一定的活动空间,墙板活动空间增加了接缝防水难度,因此寻求快捷高效装配式建筑防水材料显得尤为重要。水泥基渗透结晶型防水材料(CCCW)是一种新
2、型防水材料1,其中的活性物质可以渗透进混凝土内部,反应生成不溶性结晶物质填充在混凝土缝隙处,起到密实混凝土的作用,并在后续长效反应,整体改善混凝土构件耐久性能(尤其抗渗性),已有效应用于桥梁、建筑工程等领域。基于 CCCW 渗透结晶机理及 ALC 板淋水试验探讨其应用于预制装配式建筑的适用性。1 CCCW 渗透结晶机理探讨1.1 渗透结晶作用机理国内外比较认可的 CCCW 的渗透结晶机理有 2种:沉淀反应机理和络合沉淀反应机理26。1.1.1 沉淀反应机理沉淀反应机理主要基于活性化学物质可渗透到混凝土内部而提出。主要反应过程:活性化学物质与混凝土内部的钙离子(Ca2+)反应生成不溶于水的结晶(
3、图 1),填充混凝土内部缝隙,进而提高混凝土耐久性能。鉴于水在反应过程中所起到的作用,当混凝土内部干燥时,活性化学物质便进入“休眠”状态,待有水再次渗入时,可再次激活。沉淀反应机理如CCCW 渗透结晶机理及在装配式建筑中的 应用探索强 锋1,方召欣2,尚晓华1,邵凯华1(1.山东鲁能亘富开发有限公司,250000,济南;2.烟台大学土木工程学院,264005,山东烟台)摘要:为了探讨水泥基渗透结晶型防水材料(CCCW)应用于装配式建筑的适用性,总结 CCCW 渗透结晶机理,结合试验研究渗透结晶深度,在项目现场 ALC 板局部墙体上应用,并通过淋水试验测试有无渗漏,最后分析其综合效益。研究结果表
4、明:CCCW 理论层面可应用于装配式构件防水,为 CCCW 的应用推广奠定基础。关键词:水泥基渗透结晶型防水材料;渗透结晶;渗透结晶深度;装配式建筑中图分类号:TU 758.1 文献标志码:B 文章编号:10004726(2023)21266205mechanism of cccw infiltration crystallization anD its application in prefabricateD builDings QIaNG Feng1,FaNG Zhao-xin2,ShaNG Xiao-hua1,ShaO Kai-hua1(1.Shandong Luneng Genfu D
5、evelopment Co.Ltd,250000,Jinan,China;2.School of civil engineering of Yantai University,264005,Yantai,Shandong,China)abstract:In order to discuss the applicability of CCCW in prefabricated buildings,the mechanism of CCCW percolation crystallization is summarized,and the depth of percolation crystall
6、ization is studied through experiments.Then,it is applied to the local wall of ALC plate on the project site,and no leakage has been found through the water pouring test.Finally,its comprehensive benefits are analyzed.The results show that the theory of CCCW can be applied to the waterproof of fabri
7、cated components,which lays a foundation for the application of CCCW.Keywords:cementitious capillary crystalline waterproofing materials;osmotic crystallization;osmotic crystallization depth;prefabricated building收稿日期:20230925基金项目:山东省自然科学基金项目(ZR2013EEQ018)作者简介:强锋(1968),男,山东临沂人,高级工程师,硕士,e-mail:.2663强
8、锋,等:CCCW 渗透结晶机理及在装配式建筑中的应用探索混凝土XYPEX 活性物质结晶体水渗透通道水图 1 不溶性结晶体图2所示。活性物质渗透钙离子等结晶反应不溶性结晶体密实混凝土活性化学物质处于休眠状态产生新裂缝水的再次渗入再激活图 2 沉淀反应机理1.1.2 络合沉淀反应机理络合 沉淀反应机理是在沉淀反应机理的基础上,考虑 CCCW 长效防水机制提出的。主要过程:活性化学物质在浓度梯度的作用下,以水为载体向混凝土内部渗透,在此过程中与 Ca2+发生络合反应形成不稳定的络合物,络合物以水为载体并在络合 分解过程中向混凝土内部渗透,当到达未水化水泥或水泥凝胶体密集区域(即硅酸根离子等阴离子高浓
9、度区),络合物中的 Ca2+便与阴离子形成难溶性沉淀物,填充在混凝土的裂缝当中,而活性化学物质会循环渗透、络合、置换等过程,因此活性化学物质的量不会减少,进而实现 CCCW 的长效防水机制。络合 沉淀反应机理如图 3 所示。Ca2+=A2+Ca2+=A2+SiO32(未水化水泥、水泥凝胶体)CaSiO3nH2OCa2+A2+Ca2+=A2+(Ca2+高浓度区)封闭孔隙、修复裂缝扩散渗透图 3 络合 沉淀反应机理1.2 渗透结晶作用机理的探讨两种渗透结晶作用机理均在一定程度上对CCCW 的作用机理做出解释,但缺乏试验验证。沉淀反应机理虽能解释 CCCW 的渗透结晶过程,却难以解释其长效性。络合沉
10、淀反应机理的突破点在于活性物质是作为中间转换物质存在的,其数量并没有减少,对CCCW 的长效性做出了合理解释,但该机理仍未解答:(1)为何 Ca2+借助于中间转换物质络合剂,却不直接参与反应;(2)混凝土中阴离子数目 较少7,能否形成足够的不溶物质填充裂缝。蒋正武8在对渗透结晶作用机理的探讨中,指出 CCCW 中的活性化学物质存在两种类型,一种直接参与到反应当中生成不溶性结晶物质,另一种起到催化作用,进而推断出 CCCW 在混凝土中生成的不溶性结晶物质同样包括两种类型。综上所述,从反应机理推断,将 CCCW 涂覆于外墙表面,并将墙板缝填充,不仅能够通过结晶作用密实表面,而且随时间推移将逐渐向墙
11、板内部渗透结晶,有望起到长效防水效果,弥补装配式构件拼缝多及墙体缺陷造成的渗漏隐患。2 CCCW 渗透结晶深度研究渗透结晶深度作为 CCCW 抗渗性能的重要指标,通常可用渗透深度表征 CCCW 的修复范围。2.1 渗透结晶深度的影响因素蒋正武等8认为氢氧化钙(Ca(OH)2)与水的存在是 CCCW 进行渗透结晶的必备条件。章宗友9指出,水是决定活性物质渗透结晶深度的重要因素,水的回流深度决定了活性物质渗透结晶的深度。但需注意的是,混凝土自身情况以及周围环境也会对渗透结晶深度造成影响,比如水灰比、掺合料等对混凝土毛细孔分布结构等造成直接影响;而外部周围环境,如温度与湿度等也会对渗透结晶深度造成影
12、响。因此,渗透结晶深度的确定要综合考虑多方面因素。2.2 试验研究尚晓华等10通过扫描电镜及能谱分析测试 C25试件在涂抹 XYPEX(水泥基渗透结晶型防水材料的一种)后 60 d 的渗透结晶深度。当养护至规定龄期(60 d)时,用扫描电镜进行观察,依次取距离试样表面 0 mm、10 mm、20 mm处局部点观察微观结构形貌,同时用能谱仪测定其特征元素的含量。(1)如图 4 所示,通过对比与观察各位置处的微观形貌图发现:白色结晶物质的量与深度成反比,其中 0 mm 处白色结晶物质结成一片,而 20 mm 处就显得相对零散。由此可推断:XYPEX 浓缩剂能够渗透进入试件内部反应生成不溶性结晶体,
13、且渗入的量与深度成反比。建 筑 技 术第 54 卷第 21 期2664(a)(b)(c)图 4 微观结构形貌(a)0 mm;(b)10 mm;(c)20 mm(2)CCCW 中主要的化学元素有碳、氧、钙、硅、镁、钠(C、O、Ca、Si、Mg、Na)等,刘腾飞等11曾对 XYPEX 中主要元素的含量比与其在砂浆中的含量比进行对照,参见表 1。表 1 XYPEX 与砂浆主要元素含量元素原子百分比/%重量百分比/%XYPEX砂浆XYPEX砂浆Na9.501.1410.531.27Mg2.573.873.025.03Ca15.2513.5829.4626.22Si4.149.975.6113.49C7
14、.645.604.423.42O60.8965.8546.9650.76由表 1 可见,砂浆中 Ca 与 Si 的元素含量相对较高,即使 XYPEX 中的元素渗透进入,用能谱仪也不能明显检测出来;而 Na 元素两者差别相对更悬殊。本次试验基于此,以 Na 元素为特征元素来表征 XYPEX 浓缩剂的渗透深度。能谱仪的测试区域为距离涂层 0 mm、5 mm、10 mm、15 mm 及 20 mm 深度处,Na 元素含量扫描结果见表 2。表 2 不同深度处 Na 元素含量扫描结果深度/mmC25重量百分比/%原子百分比/%01.822.0750.80.69100.690.59150.620.5220
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