其解为
即
………………………………………………………………ⅷ
其中,Co为积分函数,为t=0时CCCW中“R”的初始浓度。
用表Ⅰ中数据对ⅷ式做回归分析可求出k和Co;
用最小二乘法可求出D=2.37( mm²/周)。将D代入ⅵ式求出Cxt(x=2,4,6,8,10, t=1,2,3,4) 做出c~t曲线(表Ⅰ、图1~4)。
由图1~4可以看出,由理论计算拟合的曲线与实测数据相近,说明:“R”在水泥石中的扩散符合Fick第二定律的基本假设成立(相关的计算图、表见附录)。
3.3.2 “R”在水泥石界面的作用机理
由表Ⅱ、图5可见,空白试样(曲线Ⅰ,下同)中的结晶水含量随着存放期的延长呈上升趋势;涂层试样(曲线Ⅱ,下同)随着存放期延长,结晶水含量增加缓慢且渐趋平缓,但均高于空白试样,但增量随着存放期的延长呈下降趋势。
由表Ⅲ、图6看出,空白试样中的Ca(OH)2含量随存放期的延长而增加,涂层试样的值则明显低于空白试 样的值。
空白试样的结晶水含量和Ca(OH)2含量的变化规律可以证实,随着存放期延长,水泥的水化反应缓慢进行,由表面逐渐深入内层。
如反应1~4所示。由于水化硅酸钙和水化铝酸钙的生成量增加,游离水分不断消耗,转化为化学结合水;同时,反应产物之一的Ca(OH)2的析出量也随之增加。
涂层试样与空白试样的分析值的差异显然是由于涂刷CCCW所致,与活性物质R的渗入直接相关。“R”以其特有的活性激活水泥中的SiO2、Al2O3、水(或者由CCCW涂层迎面渗入的水)和水泥的水化产物Ca(OH)2,使其进一步反应,再次生成C-S-H凝胶,从而使化学结合水量增加、Ca(OH)2含量降低。
反应过程可用以下反应式表达:
xCa(OH)2+SiO2+mH2O→xCaO∙SiO2∙nH2O ………………………… 5
xCa(OH)2+Al2O3+mH2O→xCaO∙ Al2O3∙nH2O ……………………… 6
3Ca(OH)2+Al2O3+2SiO2+mH2O→3CaO∙Al2O3∙2SiO2∙nH2O …………7
部分水化铝酸钙与水泥中的石膏作用生成含水硫铝酸钙结晶:
Al2O3+ Ca(OH)2+ CaSO4+H2O→CaO∙Al2O3∙CaSO4∙H2O ……………8
4 结论
4.1 《中核2000》CCCW中类分子筛物质M以水泥和石英砂为分散体,均匀地分布其间,有选择性地吸附具有特殊性状的极性和不饱和分子活性物质R,而后进一步形成原子水平的分散并离子化,使“R”在“M”表面及其孔穴中富集、活化,为“R”通过孔隙在水泥石界面的扩散创造了条件。
4.2 “R”在水泥石界面因浓度梯度产生的扩散为非稳态扩散,符合Fick第二定律,扩散系数D=2.37mm²/周。随着存放期的增长,“R”扩散进入水泥石界面的量增加。经2周的存放,距水泥石基面2mm处“R”含量达0.3%;存放4周后可达0.4%。
4.3 吸附扩散进入水泥石界面的活性物质R,以其特有的性状和结构促进离子的迁移和交换,引发和催化水泥石进一步的水化反应,在水泥石基面表层(0-8mm)处再次生成C-S-H凝胶,从而进一步填充、阻断水泥浆体中有害孔(大孔和连通孔),使水泥石中的孔径变小空隙率降低,结构致密,其强度和抗渗性能明显增强。当混凝土基层因内应力或外力产生微小裂隙时,一旦有水存在(无论是内部存留的还是外部渗入的),“R”即显现其活性,催化新生凝胶反应,沿裂隙生成C-S-H结晶,从而堵塞微小裂缝,实现“自我修复”,恢复其抗渗性能, 有效地达到防水渗漏的目的。 中国长江三峡工程开发总公司试验中心检测《中核2000》CCCW的第二次抗渗压达到2.4MPa就是最好的例证[12]。
由上述可见,水、硅酸盐和水泥石水化产物Ca(OH)2 的存在是生成新的C-S-H凝胶(结晶)的基本条件,而活性物质对生成新C-S-H凝胶,起不可或缺的催化作用。
这里需要指出,由于水泥石基面1~2㎜处“R”的含量较高,因而渗入基体表层中的“R”所引发的化学反应使CCCW涂层与基体紧密结合,对防水效果起了关键作用。
中铁二十五局集团有限公司对本公司CCCW产品的研究测试表明,涂层中Al、S均有明显的渗透,其渗透深度随龄期的增长而延伸,从而进一步证实《中核2000》CCCW的渗透性能和防水作用。现将其原文附后,供参阅。
附录:C(t,x) ~x理论计算
K=0.42 D=2.37
t
Z
X |
1 |
2 |
3 |
4 |
2 |
0.650 |
0.459 |
0.375 |
0.325 |
4 |
1.299 |
0.919 |
0.750 |
0.650 |
6 |
1.949 |
1.378 |
1.125 |
0.974 |
8 |
2.598 |
1.837 |
1.500 |
1.299 |
10 |
3.248 |
2.297 |
1.875 |
1.624 |
X=2 |
erf(Z) |
0.6420 |
0.4837 |
0.4041 |
0.3542 |
C(t,x) |
0.00225 |
0.00324 |
0.00372 |
0.00402 |
X=4 |
erf(Z) |
0.9340 |
0.8090 |
0.7112 |
0.6420 |
C(t,x) |
0.00041 |
0.00120 |
0.00181 |
0.00223 |
X=6 |
erf(Z) |
0.9941 |
0.9501 |
0.8802 |
0.8318 |
C(t,x) |
0.000037 |
0.00031 |
0.00075 |
0.00105 |
X=8 |
erf(Z) |
0.9998 |
0.9905 |
0.9661 |
0.9340 |
C(t,x) |
1ⅹ10-6 |
6.0ⅹ10-5 |
0.00021 |
0.00041 |
X=10 |
erf(Z) |
~1 |
0.9987 |
0.9928 |
0.9763 |
C(t,x) |
~0 |
8.2ⅹ10-6 |
4.5ⅹ10-5 |
0.00015 |
参考资料
1. 袁大伟,《渗透结晶型防水剂剖析》,中国建筑防水,2001(6),13-15;
2. 袁大伟,《再谈渗透结晶型防水剂》,中国建筑防水,2003(5),1-3;
3. 游宝坤,《也谈渗透结晶型防水剂》,中国建筑防水,2003,(7),6-7;
4. 杨斌,《水泥基渗透结晶型防水材料》国家标准的制定,中国建筑防水,2001(6),6-8;
5. 薛绍祖,《国外水泥基渗透结晶型防水材料的研究与发展》,中国建筑防水,2001(6),9-12;
6. 寻民高、单兆铁,《“赛柏斯”渗透结晶型刚性防水材料》,中国建筑防水,2000(5),10-11;
7. 杨南如,《C-S-H凝胶及其研究方法》,硅酸盐通报,2003(3),46-52;
8. 《材料科学与工程》,固体中的扩散;
9. 中核防水材料有限公司, 《水泥水化产物中活性物质R含量测定的ICP光谱研究》; (内部文献)
10. 中核防水材料有限公司,《水泥水化产物中的结晶水和氢氧化钙含量的测定方法研究》; (内部文献)
11. 徐明根,《水泥基渗透结晶性防水材料渗透深度的扫描电镜和能谱分析》;
12. 中国长江三峡工程开发总公司试验中心,《检测报告》。报告编号:WP2003-001。