0 引 言
为了提高混凝土耐久性能，延长混凝土使用寿命，实现混凝土行业的可持续发展，年08月13日住房城乡建设部与工业和信息化部联合发文《关于推广应用高性能混凝土的若干意见》（建标[]号）。如何大幅提升高性能混凝土的耐久性能已成为行业研究热点和重点。现有研究表明，表面裂缝是影响混凝土耐久性的主要因素之一。当混凝土表面产生裂缝时，有害介质通过裂缝侵入混凝土内部，与混凝土和钢筋直接发生物理化学反应，影响其耐久性能。当裂缝扩展并发展到一定程度时，进一步影响到结构可靠性，给建筑使用带来潜在的安全隐患，甚至会导致整个结构垮塌。因此，提高混凝土的抗裂性能对于保证混凝土工程的耐久性和安全性具有重要意义。国内外的研究成果和应用案例表明，混凝土掺用各类纤维均有利于提高混凝土抗裂性能，降低早期混凝土开裂风险，是提高耐久性的有效技术手段。
抗渗性能也是影响混凝土耐久性的主要因素之一。混凝土基体致密性、孔隙率和孔径分布是决定抗渗性能的关键因素。当混凝土抗渗性能较低时，不仅周围水等液体物质更易渗入内部，而且当遇有负温或环境水中含有侵蚀性介质时，混凝土易遭受冰冻或侵蚀作用而破坏，钢筋混凝土还可能引起钢筋锈蚀、保护层开裂与剥落等现象。因此，提高混凝土抗渗性对于地下桩台、桥墩、水池、港工、海洋工程的耐久性和安全性同样具有重要意义。当前，掺加膨胀剂、降低水灰比、掺引气型外加剂和改进振捣方式等方法均可改善混凝土抗渗性能，特别是掺加膨胀剂已成为提升混凝土抗渗性能的常规技术手段。然而，上述方法均具有一定局限性，例如中国建筑科学研究院的研究资料表明，掺用膨胀剂在高强混凝土、高温环境和早期养护等方面存在局限性。
防裂抗渗复合材料是指同时具有防裂性能和抗渗性能的一类复合材料，通常由纤维材料和粉体材料组成。其主要作用机理为通过纤维材料的桥接作用提升混凝土抗裂性能，通过粉体材料的物理填充或化学反应提升混凝土基体的致密性进而大幅提升混凝土抗渗性能，通过优化2种组份比例提高混凝土综合性能。因此，研究新型防裂抗渗复合材料，对于推广高性能混凝土工程在建设领域的广泛应用具有积极意义。近年来，以中国建筑科学研究院、建研建材和南通不二为代表的单位，相继成功研究了用于混凝土中的防裂抗渗复合材料，该类产品同时具有早期抗裂和抗渗功能。部分上述材料采取沸石粉、石粉、硅灰等矿物掺合料为载体，通过复合掺加纤维材料、功能型及纳米级粉体材料，在不降低混凝土水胶比的情况下，可大幅提升混凝土早期抗裂性能和抗渗性能，明显改善混凝土耐久性能，其中南通不二生产的防裂抗渗复合材料可有效降低80%以上的早期收缩裂缝面积，满足JGJ/T－《混凝土耐久性检验评定标准》的四级以上要求，特别适用于高性能混凝土制备。防裂抗渗复合材料已在南京火车站、长江隧道等重要工程得到广泛应用，取得了良好的经济效益、社会效益，并积累了十余年的丰富工程经验。
本文将以DW－n混凝土匀质复合耐久防水核材为主要研究对象，重点研究其防裂抗渗性能，并与国内其他具有防裂抗渗功能的产品进行性能对比，研究防裂抗渗产品的特点以及应用于混凝土中对其拌合物性能、力学性能和耐久性能的影响规律。
1 试验用原材料
原材料包括基准水泥、普通硅酸盐水泥、标准砂、碎石、河砂、粉煤灰、机制砂、聚羧酸高效减水剂（ZH－1、GQ－1）。各种原材料性能指标参数如下。
1.1 基准水泥
选用GB－《混凝土外加剂》附录A规定用水泥。
1.2 普通硅酸盐水泥
选用北京金隅P.O42.5水泥，依据GB－《通用硅酸盐水泥标准》进行试验，试验结果符合要求（见表1）。
1.3 标准砂
选用满足GB/T－《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》要求的砂子。
1.4 河砂
选用河北产河砂，并依据JGJ52－《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》进行试验，试验结果如表2所示。
1.5 碎石
选用北京生产5～20mm连续级配碎石，依据JGJ52－《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》进行试验，试验结果如表3所示。
1.6ZH－1聚羧酸高效减水剂
所选用ZH－1聚羧酸减水剂，依据GB－《混凝土外加剂》对其进行试验，试验结果均满足标准要求见表4。
2 配合比
2.1 水泥胶砂试验
根据GB/T－《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》相关规定，确定DW－n防裂抗渗材料胶砂试验的配合比为水泥：标准砂：水=1∶3∶0.5，并适当调整DW－n防裂抗渗材料掺量以及粉体与纤维的比例（以下简称“粉纤比”），胶砂配合比如表5所示。
胶砂配合比遵循如下原则：
1）所用水泥为基准水泥，砂子为标准砂；
2）双掺粉体与纤维时，掺量≤2kg/m3，且纤维单方用量≥0.6kg/m3；
3）单掺粉体时，掺量应与双掺时粉体掺量相同。
2.2 混凝土性能试验
参照GB－《混凝土外加剂》相关规定，设定混凝土配合比如表6所示。
混凝土配合比遵循如下原则：
1）选取掺量1kg/m3，粉纤比2∶3的DW－n防裂抗渗材料进行混凝土性能试验；
2）所用水泥为基准水泥，单方用量为kg；砂子为细度模数2.6；河砂、石子为5～20mm连续级配，砂率为40%；
3）混凝土拌合物坍落度控制在（80±10）mm；
4）选用2种具有防裂抗渗功能的材料HEA、JX－1与DW－n进行混凝土对比试验。
3 结果分析
3.1 水泥胶砂试验
分别测定掺入不同掺量、粉体与纤维不同比例的DW－n防裂抗渗材料胶砂稠度和3、7、14、28d抗压强度和抗折强度数据。胶砂稠度和力学性能试验结果如表7和图1所示。
根据图1和表7可知：单掺粉体材料的BE－4～BE－6胶砂试件稠度分别较基准胶砂试件增加5、11、8%，该粉体具可改善拌合物状态，掺量增加则效果更明显；复掺粉体材料与纤维的BE－1～BE3胶砂试件稠度比单掺粉体材料砂浆稠度分别对应降低6、8、11%，复掺纤维对拌合物性能有影响；分析胶砂试件28d抗压强度，单掺粉体材料可改善胶砂试件抗压强度，且掺量增加效果越显著；若采用双掺，随着纤维用量增加，试件强度随之降低。
3.2 混凝土性能试验
3.2.1 拌合物性能
根据GB/T－《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》相关规定，测定混凝土塌落度、凝结时间和泌水率，混凝土拌合物性能试验结果如表8所示。
根据表8可知：掺入DW－n混凝土的初、终凝时间较基准混凝土分别晚35min和55min，凝结时间差满足GB－《混凝土外加剂》要求，且其初凝、终凝时间均晚于HEA、JX混凝土；掺入DW－n混凝土的泌水率较其他3组混凝土变低，泌水率满足GB－《混凝土外加剂》要求；掺入DW－n混凝土
坍落度较基准混凝土略小。3.2.2 力学性能
根据GB/T－《普通混凝土力学性能试验方法标准》相关规定，测定混凝土3、7和28d抗压强度值，各个龄期混凝土抗压强度试验结果如表9所示。
根据表9可知：掺加DW－n和HEA混凝土强度均＜同龄期基准混凝土，各个龄期混凝土抗压强度均＞基准混凝土90%；编号JX－1混凝土各个龄期抗压强度均＜同龄期基准混凝土90%。
3.2.3 耐久性能
1）早期抗裂试验
根据GB/T－《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》相关规定，测定混凝土单位面积上的总开裂面积，混凝土早期抗裂试验结果如表10所示。
根据表10可知：掺加防裂抗渗材料的混凝土单位面积上的总开裂面积均＜基准混凝土；编号HEA和JX－1混凝土较基准混凝土开裂面积分别减少23%、12%；编号DW混凝土与基准混凝土相比，开裂面积降低了91%；DW－n防裂抗渗材料可有效降低混凝土开裂，且较其他两种材料降低开裂效果明显。
2）抗水渗透试验（渗透高度法）
根据GB/T－《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》相关规定，采用渗透高度法（恒压调整为0.6MPa）检验该批混凝土抗渗性能，混凝土渗透高度试验结果如表11所示。
根据表11可知：掺加防裂抗渗材料的混凝土渗透高度较基准混凝土降低明显；编号DW混凝土渗透高度较基准、编号HEA混凝土渗透高度分别减少22%和5%，但较编号JX－1混凝土渗透高度高10%；掺加DW－n抗裂防渗材料可改善混凝土抗水渗透性能。
3）接触式收缩试验
根据GB/T－《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》相关规定，测定混凝土28d收缩值，各个龄期混凝土收缩率试验结果如表12所示。
根据表12可知：掺加防裂抗渗材料的混凝土28d龄期收缩率与基准混凝土接近；编号DW混凝土3d、7d收缩率均＜其他3组混凝土；掺加DW－n抗裂防渗材料对混凝土抗收缩性能无显著影响。
4）抗冻性能试验（快冻法）
根据GB/T－《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》相关规定，测定该批混凝土抗冻等级，混凝土抗冻性能试验结果如表13所示。
根据表13可知：与基准混凝土抗冻等级相比，编号JX－1混凝土抗冻等级相同，编号HEA混凝土抗冻等级降低25%，编号DW混凝土抗冻等级提升50%；掺入DW－n防裂抗渗材料后有效改善混凝土抗冻性能，且改善效果均优于其他两种防裂抗渗材料。
4 结 论
1）DW－n防裂抗渗材料所含有的粉体材料对胶砂试件拌合物和抗压强度具有一定的改善作用，且随着掺量增加，效果越显著；
2）DW－n防裂抗渗材料所含有的纤维对胶砂拌合物性能和强度存在一定影响，且随着纤维用量增加，负面影响显现；
3）与具有防裂抗渗功能的HEA、JX－1相比，DW－n抗裂防渗材料对混凝土拌合物坍落度有一定负面影响，对混凝土凝结时间、泌水率无影响；
4）掺加DW－n抗裂防渗材料可改善混凝土抗冻性能、早期抗裂性能以及抗水渗透性能；
5）具有防裂抗渗功能的HEA可提高混凝土早期抗裂性能以及抗水渗透性能；
6）具有防裂抗渗功能的JX－1仅对混凝土抗水渗透性改善明显，且抗压强度＜基准混凝土90%，其他掺加两种材料的混凝土强度均高于基准混凝土90%。