摘要：混凝土材料已被广泛用于各种建筑之中，并且取得了显著成绩，但工程施工中混凝土结构产生各种开裂渗漏现象，如地铁、大坝等渗漏问题。本文在此基础上设计了纳米级混凝土防护与修复材料。纳米级混凝土防护与修复材料是一项低成本且施工效率高、耐久性好的新材料。纳米级混凝土防护与修复材料在室内试验和实际工程中有很好的效果，可以推广应用于各类混凝土修复工程中。
关键词：纳米级；混凝土防护；修复材料
1纳米级混凝土防护与修复材料简介
纳米级混凝土防护与修复材料是一项低成本且施工效率高、耐久性好的新材料。采用最新的纳米科技（微细化技术）发展出来的纳米等级硅酸盐材料，在各种使用环境下都可以充分发挥出纳米科技基本原理之“渗透到混凝土内部→充填到空隙→形成混凝土固化体”的作用。因此能有效地密实混凝土、提高抗渗等级和强度、抑制裂纹产生、自动修复细微裂纹、防止钢筋腐蚀，还能防止混凝土发生中性化、冻融破坏、碱骨料反应等，具有半永久性的效果，减少了后续的维修成本。纳米级混凝土防护与修复材料的主要成分是硅酸钠，通过微细化技术使其尺寸为1-2nm，与传统的材料为50um硅酸钠胶体相比，粒径更小导致渗透速率更快，且更容易发生反应，与混凝土中钙离子发生下列反应：
反应之后生成的物质为水化硅酸钙晶体（C-S-H结晶体），从而堵住混凝土中孔隙，从而阻止水分和其他有害物质的渗透。
2纳米级混凝土防护与修复材料作用原理
2.1防水防护原理
纳米级混凝土防护与修复材料主要是通过纳米级硅酸钠与混凝土中钙离子反应生成的（C-S-H结晶体）堵塞混凝土内部孔隙，从而是混凝土致密。在反应之后的2-12周内慢慢形成固化体（网状无机聚合体）形成刚性防水，并具有持续增长的特性。
2.2裂纹自修复原理
如果混凝土基体产生二次裂纹，一旦接触水分，裂纹周围混凝土中的残留纳米级混凝土防护与修复材料和钙离子就会溶出进入裂纹中，在裂纹处反应生成凝胶体进而慢慢形成新的固化体堵塞裂纹。
2.3增强养护原理
混凝土由于水化热，多余的水分蒸发会使混凝土形成空洞化的空隙，与外界压力失去平衡时会拉伸成为裂隙。纳米级混凝土防护与修复材料能渗透到混凝土内部，通过硅酸盐与水分，钙离子发生反应填充空隙，使混凝土内的应力下降，从而防止混凝土收缩长生的裂缝。纳米级混凝土防护与修复材料可以封闭混凝土表层封细微孔隙，形成致密的密实层，阻止水分过多蒸发，使混凝土的含水率保持在较高水平，保证水泥充分水化，使各骨料之间的粘结大大增强，提高混凝土的强度，对混凝土的钢筋的锈蚀也有明显的效果。
3纳米级混凝土防护与修复材料的优势
（1）渗透能力强。由于材料的硅酸盐为纳米级材料，更容易渗透进入混凝土内部，也更容易发生反应，因此抗渗性能更好。（2）表面和内部双重防水。材料可以在内部与钙离子形成结晶体堵塞孔隙，阻止水分进入，同时在混凝土结构表面形成一层致密的密实层阻止水分的进入。（3）整体增强。可以增强混凝土的强度及硬度，也可以阻止涂料的剥落。（4）耐久性。纳米级混凝土防护与修复材料反应后生成的产物是混凝土自身的组成成分，可以大大提高混凝土的耐久性。（5）环保。纳米级混凝土防护与修复材料成分主要为无机物，不污染环境，可以在任何水泥基质的地方使用，是一种安全环保，无色无味的新型材料。（6）自我修复作用。纳米级混凝土防护与修复材料中的残留硅酸钠在混凝土中进入水分时继续发生反应，生成C-S-H结晶体堵塞孔隙，修复混凝土。
4纳米级混凝土修复材料对混凝土抗渗性的影响
4.1试验原材料与混凝土配合比设计
泥采用普通硅酸盐42.5级水泥，粗集料采用5-31.5mm连续级配碎石，细集料采用河沙，细度模数为2.6。根据不同配合比制作的混凝土，其内部孔隙结构及强度均有所不同，遭受外界介质破坏的程度也有差异，为研究纳米级混凝土修复材料对不同强度等级混凝土防护作用的大小，本文选择了3种强度等级的混凝土配合比。
4.2试件制作及养护
按照CBT50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中规定成型混凝土试件：采用顶面直径为175mm，底面直径为185mm，高度为150mm的圆台体普通水泥混凝土试件，6个试件为一组。本次试验采用三种强度的混凝土，每种强度混凝土试件各1组，3个作为试验组，3个作为基准组。将已成型的混凝土试件按规定送至温度(20±2)℃、相对湿度95%以上的标准养护室养护，放置1d后脱模，脱模后用钢丝刷将试件底面刷毛、清除油污和浮浆，清洗干净并除去浮水，基准组重新放入养护室继续养生，试验组在其迎水面喷涂1遍，用量为250mL/m2，底面朝上，均匀涂刷底面直至底面达到饱和状态，待再次面干后，养护。
4.3试验步骤
（1）将石蜡放入金属浅盘内，在电炉上融化后，将浅盘放置在地面上，将试件侧面在浅盘内滚两圈，然后底面朝上放置。（2）烘箱内预热试模，烘箱温度可稍高，试模的温度要足以使石蜡融化但不能过高，以免试件上石蜡过量流出，试件松动。（3）将试件放入试模内，在压力机上将试件压入试模，并保持压力一段时间，直到试模基本冷却。（4）在试件边缘沿试模封一薄圈融化的石蜡，以密封两者间的空隙。（5）将试模装在渗透机以上进行试验。如在试验过程中，水从试件周边渗出，说明密封不好，可以重新密封。（6）试验时，控制恒定至一定水压，同时开始记录时间，24h时后停止试验，在压力机上利用垫块取出试件。（7）将试件放在压力机上，用钢筋将试件沿纵断面劈成两半，待看清水痕后，用油性笔描出水痕，即为渗水轮廓，笔迹不宜太粗。（8）将梯形玻璃板放在试件劈裂面上，用尺量十条线的渗水高度（精确至1mm）。（9）以10个测点处渗水高度的算术平均值作为该试件的渗水高度；然后再分别计算3个涂刷试件和3个未涂刷试件渗水高度的算术平均值，作为平均渗水高度。根据试验所得涂刷试件和未涂刷试件的渗水高度大小，相对比较两者试验面的抗水渗透性及密实度。
4.4抗渗试验结果分析
（1）试验结果
试验结果如表1和图1所示。
表1 各试件抗渗试验结果
（2）试验结果分析
如图1为涂刷纳米级混凝土修复材料对混凝土渗水高度影响所示，涂刷纳米级混凝土修复材料后，混凝土试件的抗水渗透能力均明显提高，在同等水压力下，渗水高度明显低于未浸涂试件。纳米级混凝土修复材料以水为载体渗入混凝土结构内部，与水泥水化产物反应形成不溶于水的枝蔓状纤维结晶物，填充结构中的毛细孔隙，提高了混凝土结构的密实性，故其抵抗水渗透的能力得以提高。强度等级较低的混凝土，孔隙较多，对纳米级混凝土修复材料的需求量就大，对不同强度等级的混凝土而言，涂刷相同量的纳米级混凝土修复材料产生的效果也有差异，因为强度较低的混凝土结构内部孔隙较多，纳米级混凝土修复材料对其的改善效果更为明显。
图1 涂刷纳米级混凝土修复材料对混凝土渗水高度影响
5结束语
研究混凝土在涂刷纳米混凝土材料后强度与抗渗性能变化，研究发现：涂刷纳米混凝土材料后，混凝土的渗透性能得到了加强。涂刷纳米混凝土材料后，随着时间的推移混凝土内部孔隙被填充，大大增加了混凝土的密实性，混凝土的强度得到了提高。研究纳米级混凝土修复材料对已有裂缝的混凝土修复效果表明在一定的裂缝宽度内（0.20mm以内）该材料对混凝土的修复效果是非常明显。裂缝修复试验表明不同宽度裂缝混凝土经过纳米级混凝土防护与修复材料在不同的处理方式，并且在不同的养护环境下其渗透时间增加1-7倍。并且喷涂2次纳米混凝土修复材料较喷涂1次纳米混凝土修复材料，渗透时间减少50%。
参考文献
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[2]肖力光,蒋大伟.多孔混凝土力学破坏机理及其改性研究[J].混凝土.2018(04):22-25.
论文作者:李洪飞,乔洵,赵帅,白玉荣,梁文豪
论文发表刊物:《电力设备》2019年第16期
论文发表时间:2019/12/9
标签：混凝土论文; 材料论文; 纳米级论文; 防护论文; 孔隙论文; 强度论文; 裂纹论文; 《电力设备》2019年第16期论文;