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摘要：水泥基渗透结晶材料是当前对混凝土防水处理和修复中的研究热点。本文分析了混凝土结构的渗透性特点和防水材料的工作原理后，以试验方法考察了不同的SJ材料的添加量对混凝土试件的防渗效果，最后以实例检验了该种混凝土修补材料的适用性。
关键词：混凝土裂缝；修补；SJ材料
Abstract: the cement-based capillary crystalline materials is the current water-proof treatment and repair of concrete in the world. This paper analyzes the concrete structure characteristics and the permeability of the working principle of waterproof materials, inspected the different test method of adding amount of material SJ impervious effect of concrete samples, and finally to the test samples on the concrete repair the applicability of the material.
Keywords: concrete crack; Mended; SJ materials
中图分类号：TU56+1.65文献标识码：A文章编号：
1、混凝土结构渗透性特点
造成混凝土渗漏的主要物理成因是混凝土内部的多孔结构和细微裂缝。混凝土结构的渗透性和骨料的性能有直接的关系，使用不同粒径的骨料会在混凝土内部形成不同的孔隙结构。从现有的研究成果来看，混凝土的渗透性和混凝土的孔隙率之间存在着一定的函数关系，随着孔隙率的增加渗透性会快速增加，但这种函数关系仅能针对特定的混凝土结构而言。但从定性的角度看，混凝土结构的渗透性主要取决于孔隙率，混凝土内部的孔隙结构是其形成机理所决定的，无法避免。在混凝土浇筑和完全硬化成型的过程中，容易因浇筑时的水化热造成的混凝土结构产生细微裂缝，这些裂缝在混凝土的防渗中占据重要地位。对混凝土结构进行防水修补时就主要针对这些裂缝来进行。因此混凝土结构的防渗，就是要处理混凝土的内部孔隙和裂缝这两类特定构造的防水问题。但孔隙和裂缝属于混凝土结构的固有缺陷，因此在对混凝土结构进行防渗或修补时必須借助一定防渗措施。
2混凝土防水材料的工作原理
在对混凝土结构进行防渗处理或裂缝修补时，所依据的原理是利用某种特定材料来填补混凝土结构中的孔隙和裂缝，阻止水在混凝土结构中的沿着孔隙和裂缝渗透。从现有的混凝土防水剂的类型来看，主要有减渗性防水剂、憎水性防水剂和复合型防水剂三种类型。其工作原理既有减小混凝土结构孔隙，也有减小混凝土结构毛细作用，但这几类常用的混凝土防水剂只具备对混凝土孔隙和裂缝的初次修补能力。在完成一次混凝土结构的修复后，在后期的使用中如果在此发生结构上的破坏，以前所做的防水修复就不再起作用。因此随着研究的深入，具备多次修补能力的混凝土防水材料就成为研究的重点，在实践中也非常需要这一类型的混凝土防水材料。
在这类具有多次修补能力的混凝土防水材料中，水泥基渗透结晶型的防水材料是研究热点。水泥基渗透结晶型的防水材料由硅酸盐水泥、石英砂或硅砂和活性化学物质配制，属于一类刚性的防水材料。其最大特点是可在涂刷在混凝土结构表面形成永久性的防水涂层，或拌合于水泥砂浆中作为防水剂使用，可在混凝土内部形成枝状的渗透结晶，能有效填补混凝土内部孔隙，并能够随着深入混凝土内部水的流动溶解和再结晶，不断填补混凝土的内部孔隙，逐步形成完整的混凝土结构内部防水体系。因此水泥基渗透结晶型的防水材料具有自我修复功能，能够形成长期的防水体系，并能够提高混凝土的强度，是非常理想的混凝土防水处理和裂缝修补材料。
3、利用水泥基渗透结晶型的防水材料修复混凝土裂缝的试验研究
3.1防水剂材料配方
水泥基渗透结晶型的防水材料中起到决定性作用的是其中的活性材料。通过总结国内外研究成果，选择JS络合剂作为活性材料，为多元羟基有机物JS。其他成分主要为：活性硅助剂、无机防水助剂、有机硅防水助剂、减水剂和硅粉。水泥选用型号为PO42.5R，砂为标准砂，各配料的物理化学性能从略。
3.2试验材料配合比
为了便于比较不同的SJ材料参入量对防渗性能的影响，共选取了5组不同的配合比。其中一组为不参入SJ材料，作为对比模型，○1配合比1 水：水泥：砂：石子=190：350：780：1100：0；。其他四组的配合比分别为：○2配合比2 水：水泥：砂：石子=190：348：780：1100：1.75；○3配合比○3 水：水泥：砂：石子=190：346：780：1100：3.5；○4配合比4 水：水泥：砂：石子=190：345：780：1100：5.25；○5配合比5水：水泥：砂：石子=190：343：780：1100：7。以上各配合比以PHB*来代替。5个试件均制作成为150mm立方体，按照GB/T50081相关要求进行强度试验。
3.3结果分析
试验结果如图1所示
图1 SJ材料对试件抗渗性能的影响
由图1试验结果可见，随着SJ材料的用量增加，试件的抗渗压力能力提升非常明显，表明SJ材料的加入让混凝土具备了更好的抗渗能力。且随着SJ材料的加入量增大，混凝土试件的密实度也有明显的提升。但SJ材料的加入量达到一定程度后抗渗能力的增幅变缓，因此存在一个最优的SJ材料的参入量。
从试件抗渗能力的角度分析，试件的二次抗渗压力值相对于第一次抗渗压力能力都有不同幅度的降低，说明SJ材料在28d内对混凝土裂缝自修复还未能达到同龄期对未曾破坏混凝土的修复效果，但可以看出PHB2～PHB5的二次抗渗压力值均大于PHB1的一次抗渗压力值，这表明混凝土损伤裂缝经SJ材料自修复之后，所达到的抗渗效果已超过基准混凝土的自身抗渗能力。一次抗渗压体现了SJ材料对混凝土本身固有毛细孔及微裂缝的修复能力，而二次抗渗压则反映了SJ材料赋予混凝土损伤裂缝自修复能力的大小。故通过一次和二次抗渗压可以表征SJ材料对混凝土基体修复和损伤自修复能力的效果。
在试件的力学性能方面的差异如图2所示。PHB2～PHB5强度值均高于PHB1，并随SJ材料掺量的增加而提高。表明SJ材料对混凝土自身初始缺陷的修复起到了一定的作用，在混凝土成形中，密实了混凝土基体，提高了混凝土的强度。
图2SJ材料对混凝土抗压强度的影响
4、实例应用
通过以上试验表明，在混凝土中加入适量的SJ材料能够有效的提高混凝土抗渗能力和抗压强度。从实际应用的角度，本节中探讨在工程应用时在混凝土中加入SJ材料的可行性。
4.1施工工艺和基本原则
是否使用SJ材料应根据混凝土结构的具体环境来决定，一般用于混凝土结构的迎水面，且厚度应不低于10mm，在必要时还应结合其他防水措施共同完成混凝土结构的防水任务。施工工艺流程为：
（1）灰浆的调配
现场按SJ材料和水的重量比1：0.3调配搅拌均匀，待灰浆呈现出半凝固状后使用。
（2）施工流程：○1清除混凝土表面的油污、尘土等，并情理混凝土基层的凸起部分，或用打磨机打磨出粗糙面，并做表面清洗；○2基层阴阳角处用水泥砂浆做成圆弧形，用水充分湿润基层；○3将裂缝部位处理成U型槽，U型槽的宽度和深度依据裂缝的宽度而定；○4用水泥基渗透结晶防水砂浆或防水细石混凝土填补并捣固密实。
（3）后期养护
在裂缝修补后72小时内避免淋雨或暴晒。为了避免损坏修补层，在养护时宜采用喷雾方式进行，每天的喷水次数一般在3次以上，必要时可增加的喷水次数。在实际运用中由于施工期在秋天，因此每天的喷水次数为5次左右。
4.2修复效果
试验用的裂缝修补用于某楼层的顶楼混凝土楼板。在采用上述方式进行裂缝修补后，在将近1年的时间内为发生渗漏现象，结果表明采用添加SJ材料后起到了良好的裂缝修补效果。
参考文献
【1】吴明.防水材料工程[M]北京：中国建筑工业出版社，2010.
【2】付向阳.水泥基渗透结晶型防水涂料施工技术[J].山西建筑，2010(14):142-143.
【3】M.R.Kessler,N.R.Sottos,S.R.White.[J].Part A:applied science and manufacturing,2003,34(8)：743-753.
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：混凝土裂缝；修补；SJ材料
Abstract: the cement-based capillary crystalline materials is the current water-proof treatment and repair of concrete in the world. This paper analyzes the concrete structure characteristics and the permeability of the working principle of waterproof materials, inspected the different test method of adding amount of material SJ impervious effect of concrete samples, and finally to the test samples on the concrete repair the applicability of the material.
Keywords: concrete crack; Mended; SJ materials
中图分类号：TU56+1.65文献标识码：A文章编号：
1、混凝土结构渗透性特点
造成混凝土渗漏的主要物理成因是混凝土内部的多孔结构和细微裂缝。混凝土结构的渗透性和骨料的性能有直接的关系，使用不同粒径的骨料会在混凝土内部形成不同的孔隙结构。从现有的研究成果来看，混凝土的渗透性和混凝土的孔隙率之间存在着一定的函数关系，随着孔隙率的增加渗透性会快速增加，但这种函数关系仅能针对特定的混凝土结构而言。但从定性的角度看，混凝土结构的渗透性主要取决于孔隙率，混凝土内部的孔隙结构是其形成机理所决定的，无法避免。在混凝土浇筑和完全硬化成型的过程中，容易因浇筑时的水化热造成的混凝土结构产生细微裂缝，这些裂缝在混凝土的防渗中占据重要地位。对混凝土结构进行防水修补时就主要针对这些裂缝来进行。因此混凝土结构的防渗，就是要处理混凝土的内部孔隙和裂缝这两类特定构造的防水问题。但孔隙和裂缝属于混凝土结构的固有缺陷，因此在对混凝土结构进行防渗或修补时必須借助一定防渗措施。
2混凝土防水材料的工作原理
在对混凝土结构进行防渗处理或裂缝修补时，所依据的原理是利用某种特定材料来填补混凝土结构中的孔隙和裂缝，阻止水在混凝土结构中的沿着孔隙和裂缝渗透。从现有的混凝土防水剂的类型来看，主要有减渗性防水剂、憎水性防水剂和复合型防水剂三种类型。其工作原理既有减小混凝土结构孔隙，也有减小混凝土结构毛细作用，但这几类常用的混凝土防水剂只具备对混凝土孔隙和裂缝的初次修补能力。在完成一次混凝土结构的修复后，在后期的使用中如果在此发生结构上的破坏，以前所做的防水修复就不再起作用。因此随着研究的深入，具备多次修补能力的混凝土防水材料就成为研究的重点，在实践中也非常需要这一类型的混凝土防水材料。
在这类具有多次修补能力的混凝土防水材料中，水泥基渗透结晶型的防水材料是研究热点。水泥基渗透结晶型的防水材料由硅酸盐水泥、石英砂或硅砂和活性化学物质配制，属于一类刚性的防水材料。其最大特点是可在涂刷在混凝土结构表面形成永久性的防水涂层，或拌合于水泥砂浆中作为防水剂使用，可在混凝土内部形成枝状的渗透结晶，能有效填补混凝土内部孔隙，并能够随着深入混凝土内部水的流动溶解和再结晶，不断填补混凝土的内部孔隙，逐步形成完整的混凝土结构内部防水体系。因此水泥基渗透结晶型的防水材料具有自我修复功能，能够形成长期的防水体系，并能够提高混凝土的强度，是非常理想的混凝土防水处理和裂缝修补材料。
3、利用水泥基渗透结晶型的防水材料修复混凝土裂缝的试验研究
3.1防水剂材料配方
水泥基渗透结晶型的防水材料中起到决定性作用的是其中的活性材料。通过总结国内外研究成果，选择JS络合剂作为活性材料，为多元羟基有机物JS。其他成分主要为：活性硅助剂、无机防水助剂、有机硅防水助剂、减水剂和硅粉。水泥选用型号为PO42.5R，砂为标准砂，各配料的物理化学性能从略。
3.2试验材料配合比
为了便于比较不同的SJ材料参入量对防渗性能的影响，共选取了5组不同的配合比。其中一组为不参入SJ材料，作为对比模型，○1配合比1 水：水泥：砂：石子=190：350：780：1100：0；。其他四组的配合比分别为：○2配合比2 水：水泥：砂：石子=190：348：780：1100：1.75；○3配合比○3 水：水泥：砂：石子=190：346：780：1100：3.5；○4配合比4 水：水泥：砂：石子=190：345：780：1100：5.25；○5配合比5水：水泥：砂：石子=190：343：780：1100：7。以上各配合比以PHB*来代替。5个试件均制作成为150mm立方体，按照GB/T50081相关要求进行强度试验。
3.3结果分析
试验结果如图1所示
图1 SJ材料对试件抗渗性能的影响
由图1试验结果可见，随着SJ材料的用量增加，试件的抗渗压力能力提升非常明显，表明SJ材料的加入让混凝土具备了更好的抗渗能力。且随着SJ材料的加入量增大，混凝土试件的密实度也有明显的提升。但SJ材料的加入量达到一定程度后抗渗能力的增幅变缓，因此存在一个最优的SJ材料的参入量。
从试件抗渗能力的角度分析，试件的二次抗渗压力值相对于第一次抗渗压力能力都有不同幅度的降低，说明SJ材料在28d内对混凝土裂缝自修复还未能达到同龄期对未曾破坏混凝土的修复效果，但可以看出PHB2～PHB5的二次抗渗压力值均大于PHB1的一次抗渗压力值，这表明混凝土损伤裂缝经SJ材料自修复之后，所达到的抗渗效果已超过基准混凝土的自身抗渗能力。一次抗渗压体现了SJ材料对混凝土本身固有毛细孔及微裂缝的修复能力，而二次抗渗压则反映了SJ材料赋予混凝土损伤裂缝自修复能力的大小。故通过一次和二次抗渗压可以表征SJ材料对混凝土基体修复和损伤自修复能力的效果。
在试件的力学性能方面的差异如图2所示。PHB2～PHB5强度值均高于PHB1，并随SJ材料掺量的增加而提高。表明SJ材料对混凝土自身初始缺陷的修复起到了一定的作用，在混凝土成形中，密实了混凝土基体，提高了混凝土的强度。
图2SJ材料对混凝土抗压强度的影响
4、实例应用
通过以上试验表明，在混凝土中加入适量的SJ材料能够有效的提高混凝土抗渗能力和抗压强度。从实际应用的角度，本节中探讨在工程应用时在混凝土中加入SJ材料的可行性。
4.1施工工艺和基本原则
是否使用SJ材料应根据混凝土结构的具体环境来决定，一般用于混凝土结构的迎水面，且厚度应不低于10mm，在必要时还应结合其他防水措施共同完成混凝土结构的防水任务。施工工艺流程为：
（1）灰浆的调配
现场按SJ材料和水的重量比1：0.3调配搅拌均匀，待灰浆呈现出半凝固状后使用。
（2）施工流程：○1清除混凝土表面的油污、尘土等，并情理混凝土基层的凸起部分，或用打磨机打磨出粗糙面，并做表面清洗；○2基层阴阳角处用水泥砂浆做成圆弧形，用水充分湿润基层；○3将裂缝部位处理成U型槽，U型槽的宽度和深度依据裂缝的宽度而定；○4用水泥基渗透结晶防水砂浆或防水细石混凝土填补并捣固密实。
（3）后期养护
在裂缝修补后72小时内避免淋雨或暴晒。为了避免损坏修补层，在养护时宜采用喷雾方式进行，每天的喷水次数一般在3次以上，必要时可增加的喷水次数。在实际运用中由于施工期在秋天，因此每天的喷水次数为5次左右。
4.2修复效果
试验用的裂缝修补用于某楼层的顶楼混凝土楼板。在采用上述方式进行裂缝修补后，在将近1年的时间内为发生渗漏现象，结果表明采用添加SJ材料后起到了良好的裂缝修补效果。
参考文献
【1】吴明.防水材料工程[M]北京：中国建筑工业出版社，2010.
【2】付向阳.水泥基渗透结晶型防水涂料施工技术[J].山西建筑，2010(14):142-143.
【3】M.R.Kessler,N.R.Sottos,S.R.White.[J].Part A:applied science and manufacturing,2003,34(8)：743-753.
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。