TWI655250B - 乾撒式滲透結晶型複合防水材料 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種乾撒式滲透結晶型複合防水材料，其包含有：一重量百分比5~15%的結晶劑；一重量百分比35~65%的骨材；以及一重量百分比14~30%的乾撒機理材料。本發明提供的乾撒式滲透結晶型複合防水材料係以滲透結晶型防水塗料作為主要提供防水之材料，結合乾撒機理材料，其能使滲透結晶型防水塗料以乾撒施工的方式使用，本發明提供的乾撒式滲透結晶型複合防水材料具有低透水量、良好的表面硬度、良好的表面耐磨性能以及能滲透結晶以達到封堵裂縫之效果，是一種能提升混凝土表層防水性能之材料。

Description

乾撒式滲透結晶型複合防水材料

本發明涉及一種防水材料，特別是一種有關乾撒式滲透結晶型複合防水材料。

台灣屬於季風氣候區，夏季吹拂潮濕溫暖的西南季風，冬天亦有帶來海洋水氣的東北季風，兩者皆帶來豐沛的雨量，而地理位置處在環太平洋地震帶，建築物易因地震破壞，產生較多的裂縫，再遇上濕度較高的空氣或雨水，使建築物因水分的入侵，進而造成破壞，危害到使用者的安全。

防堵水分入侵方法，主要可分為三種，分別是表面塗封、防水添加劑以及乾撒法。其中表面塗封為於混凝土本身澆鑄完工硬固後，於表面進行封塗處理，如坊間常見防水材料EPOXY化學樹脂、橡化瀝青、PU材質等，然而使用表面塗封方式雖然適用於新、舊混凝土，塗刷後擴散至混凝土內，即使塗料表面受到損壞，亦不影響防水性能，但其存在有塗層與混凝土層間易有空氣，較易剝落，以及塗刷後須較長時間擴散入混凝土基底的問題。

另外，在防水添加劑的部分，其需先與混凝土進行配比混合，藉由配比內的特殊材料，以增加混凝土本身緻密程度，或降低其孔隙 率進而達到防水效果，然而其卻也存在著防水內摻劑可能影響混凝土性質的問題。

乾撒施工法是於新澆置混凝土表面，將乾粉均勻撒上後鏝入表層，使材料成為混凝土的一部分，不同於表面封塗與基底有分層，也不同於防水添加劑混合於整個混凝土內部，其具有以下之優點：1.將材料鏝入表層，化學成分可立即滲入，2.新置混凝土水分較豐富，可加速化學反應和晶體生長。

有鑒於此，便有需要提供一種乾撒式滲透結晶型複合防水材料，藉以解決上述問題。

本發明所欲解決的問題，係提供一種防水材料，特別是一種有關乾撒式滲透結晶型複合防水材料。其主要係透過乾撒式施工法，於新澆置混凝土的表面初凝後，將其撒上並鏝平，其中該防水材料中的結晶材料會進入基底表層而成為混凝土的一部分，其能加速化學反應使防水結晶成分快速生成使之緻密，於完工後即達防水效果。

為達成上述的目的，本發明公開了一種乾撒式滲透結晶型複合防水材料，其包含有：一重量百分比5~15%的結晶劑；一重量百分比35~65%的骨材；以及一重量百分比14~30%的乾撒機理材料。

本發明的功效主要體現在於：1.本發明提供的乾撒式滲透結晶型複合防水材料具有低透水量，2.其能使表層混凝土達到自癒效果，3.本發明提供的乾撒式滲透結晶型複合防水材料能生成結晶達到封堵裂縫之效果，4.其能提升混凝土表面耐磨性能。

圖1為實施例1的SEM微觀觀察滲透結晶分析圖；圖2-1為實施例2的對照組無結晶圖；圖2-2為實施例2施作面下0.5cm結晶圖；圖2-3為實施例2施作面下1cm結晶圖；圖2-4為實施例2施作面下2cm結晶圖；以及圖2-5為實施例2施作面下3cm結晶圖。

本發明提供的一種乾撒式滲透結晶型複合防水材料，其特徵在於：必須含有一重量百分比5~15%的結晶劑；一重量百分比35~65%的骨材；以及一重量百分比14~30%的乾撒機理材料。以下進一步針對本發明的特徵說明。

關於結晶劑：

本發明提供的乾撒式滲透結晶型複合防水材料，是以滲透結晶水泥防水材料為出發點，開發出可使用乾撒施工法進行之滲透結晶水泥防水材料，其中滲透結晶水泥防水材料為一結晶劑，而該結晶劑的組成包括有一無機螯合物T、一結晶沉澱劑SN、一絡合助劑TN及一助劑。

如上所述，其中該結晶劑的重量百分比占乾撒式滲透結晶型複合防水材料總量的5~15%之間，進一步的占總量的10~15%之間。其中該結晶劑中的結晶沉澱劑SN更進一步為尺寸50~100目。

關於骨材：

在乾撒式滲透結晶型複合防水材料中，骨材佔有較大的比例，其重量百分比主要占乾撒式滲透結晶型複合防水材料總量的35~65%之間，進一步的占總量的50~65%之間，而作為乾撒材料中的骨材，建議以石英砂較為合適，且石英砂的級配對於各項性能有所提升，故本發明進一步選用三種不同細度的石英砂進行級配試驗。

如上所述，本發明選用的三種不同細度的石英砂組成成分，包括有一20目以下的石英砂、一20~40目的石英砂以及一40目以上的石英砂。其中該20目以下的石英砂的重量百分比占該石英砂總量的24.7~62.9%之間，該20~40目的石英砂的重量百分比占該石英砂總量的18.5~37.6%之間，該40目以上的石英砂的重量百分比占該石英砂總量的18.5~37.6%之間。

關於乾撒機理材料：

本發明所述之乾撒式滲透結晶型複合防水材料中，乾撒機理材料的重量百分比占防水材料總量的14~30%之間，進一步的可占總量的20~25%之間，而組成乾撒機理材料的成分包括有一水泥、一矽灰、一可再分散性乳膠粉VAE及一羥丙基甲基纖維素醚(HPMC)，其中各自的性能包含於表面成膜、提供矽酸根離子、填補孔隙與保水等性能，使得材料施作能與完整基底結合，不於硬固表面產生裂縫等問題。

進一步地，所述之水泥的重量百分比占防水材料總量的11~19.4%之間、所述之矽灰的重量百分比占防水材料總量的1.2~9.6%之間、所述之可再分散性乳膠粉VAE的重量百分比占防水材料總量的1.2~9.6%之間及所述之羥丙基甲基纖維素醚(HPMC)的重量百分比占防水材料總量的0.1~8.5%之間。

本發明提供的乾撒式滲透結晶型複合防水材料，其為乾撒式施工法，所述之防水材料的撒佈時間須於一混凝土澆置後表面已無泌水，且表面無積水方可施作。

再者，本發明提供的乾撒式滲透結晶型複合防水材料，其施作的乾撒量為0.8~2.2kg/m²。

實施例

以下為本發明實施例中使用的試驗方法與步驟說明：乾撒施工法步驟：1.基底混凝土澆置過程按CNS1230步驟進行，澆置後試體於通風環境等待混凝土達到初凝，表面無積水時即可施作，此即為可撒佈材料之時機；2.當基底達乾撒時機，先使用鏝刀初步鏝平混凝土表面，使表面能與乾粉材料充分接觸，再將乾粉材料依照使用量，均勻撒佈在混凝土表面，等待材料吸收基底水分變色後，使可開始進行鏝平(註：材料乾撒均勻與否，依基底混凝土與材料色差做為判斷基準)；3.當材料充分吸收水分後，使用金屬鏝刀進行表面鏝平作業，至少經過兩次的鏝平抹飾；4.終抹，於基底混凝土表面終凝前，以金屬鏝刀人工進行壓鏝及鏝飾處理，確保表面無缺陷，保持表面平整。另試驗中所製作之對照組，做為比較混凝土進行乾撒材料與否之成果比較，其製作方式皆與上述步驟相同，差異僅於第二步驟中不乾撒材料。

表面乾燥試驗

材料乾燥時間指的是材料從流體變成固體的這段時間，而又可分為表面乾燥時間及實際乾燥時間；前者指的是在限定的環境條件與具有厚度的材料，表面由液態變固態，所需要的時間；後者指的是在限定的 條件下，混凝土整體完全乾燥所需要的時間。本研究為乾撒施工法，於乾撒材料撒佈鏝平後，須待其施作表面完全硬固時，再進行一次硬鏝飾，使表面較為平整，為此使用CNS10756塗料一般檢驗法中第六小節之乾燥時間，試體須水平放置於通風，且沒有塵埃之位置，在此規範中，判定標準分為：(一)指觸乾燥：塗面於中央處，以指尖輕觸時，指尖不為沾汙的程度，即為指觸乾燥。(二)半堅結乾燥：塗面於中央處，以指尖輕擦時，塗面無擦痕的狀態，即為半堅結乾燥。(三)堅結乾燥：塗面於中央處，以拇指與食指強力按壓塗面上時，無指紋引起之凹處及未感覺塗膜有移動，又塗面之中央以指尖急速往返輕擦時，塗面也無擦痕之狀態。

表面硬度試驗

表面處理為乾撒式施工法之主軸，由市售產品得知經過適當的施工後，混凝土表面可呈現較高的反彈值，故本研究使用CNS10732硬化混凝土反彈數試驗值，其試驗原理為使用彈簧驅動之鋼錘，撞擊硬化混凝土表面，以測定其反彈值，所測定之反彈值可用來評估混凝土之均勻性，其試驗步驟如下：1.依所選擇之混凝土配比進行材料秤量後，依拌合程序進行拌製，灌製試體為150mm×150mm×150mm，於排定時間進行表面乾撒鏝平處理，經24小時後拆模進行濕布養護7、28天，進行表面硬度試驗。2.持試錘於試驗位置，垂直試驗表面緩緩增加壓力，直至撞頭撞擊混凝土表面，撞擊後記錄其反彈值。3.每次試驗面積，採取10次試驗讀數，任何兩個撞擊點均應相距25mm以上，撞擊後檢視撞痕，若有破碎現象則作廢不記錄該讀數。4.計算須剔除10次讀數平均數相差7以上之讀數，再由剩下之讀數取平均數。若有2個以上讀數被剔除，則全組讀數作廢。

透水試驗

本研究為乾撒式滲透結晶水泥防水材料，防水性能為本研究之重點，而因國內並無專屬於乾撒式材料防水規範，故依乾撒施作法之特性，其材料層與混凝土基底融為一體，故使用CNS 3763水泥防水劑之透水試驗，試驗試體拌製參照CNS1230，為測定各組配比之混凝土透水量試驗步驟如下：1.依所選擇之混凝土配比進行材料秤量後，依拌合程序進行拌製，灌製試體為150mm×150mm×150mm，於排定時間進行表面乾撒鏝平處理。2.透水試體為將灌製試體使用混凝土切割機切割為150mm×150mm×40mm，每組試驗有3個試體。3.濕布養護表面28天後進行透水試驗，將透水試體放置烘箱內，以溫度80℃烘乾24小時，秤其質量為試體烘乾重，並紀錄。4.將透水試體置於透水模具中，並固定使之不漏水移動後，施加294.0kPa(3kgf/cm2)水壓1小時進行透水試驗，試驗後秤其重量，並紀錄之。5.比較經透水試驗後之試體重量，即為透水試體試驗之透水量。

耐磨耗試驗

本研究是針對混凝土表面進行處理，欲使材料施作後，產生耐磨性能，故根據ASTM D4060進行混凝土耐磨耗試驗，其試驗步驟如下：1.依所選擇之混凝土配比進行材料秤量後，依拌合程序進行拌製，灌製試體為150mm×150mm×150mm，於排定時間進行表面乾撒鏝平處理。2.濕布養護表面28天後，將依乾撒材料施作後之試體，使用混凝土切割機切出經處理之表面100mm×100mm×5mm之試片。3.將耐磨試片以溫度105℃烘乾24小時，秤其重量為試體烘乾重，並紀錄。4，再將耐磨試片放置混凝土磨耗試驗機上，選擇H-22磨耗論荷重500g，進行轉數1000轉後停止。5.清除表面殘留 粉末進行秤重，試驗前後重量差即為耐磨試驗之磨耗量。

實施例1

請參考表1-1，表1-1為本發明乾撒式滲透結晶型複合防水材料試驗配比。其中結晶劑佔有總重量的14%；石英砂部分固定為總重量的64%，而為了達到骨材連續級配，故事先將石英砂進行一級配最適化試驗；而乾撒機理材料佔有22%，其功能目的是為了使材料能成功進行乾撒施作，並提升表面硬度與工作性等，針對此部分的乾撒機理材料，也須先將組成該乾撒機理材料的水泥、矽灰、可再分散性乳膠粉VAE以及羥丙基甲基纖維素醚HPMC進行一級配最適化試驗。

如上所述，其中該級配最適化試驗，本發明係選用單形格子 點法做為本發明配比最適化之實驗設計法。

石英砂級配最適化試驗

透過單型格子點法進行的石英砂配比最適化試驗(如表1-2)，較佳建議20目以上48%、20~40目19%及40目以下33%，以作為本發明防水材料之骨材使用。

乾撒機理材料組成最適化試驗配比表

本發明所提供的乾撒式滲透結晶型複合防水材料中，乾撒機理材料所包含的可再分散性乳膠粉(VAE)及羥丙基甲基纖維素醚(HPMC)能解決上述滲透結晶水泥防水材料於乾撒施作後產生的明顯裂縫之問題，而矽灰則是提供矽酸根離子參與結晶反應，並提升表面材料耐磨性能，於此將上述三項與水泥列為乾撒機理材料，其作用為使材料能於乾撒後無明顯缺陷。

接著請參考表1-3，表1-3為乾撒機理材料初步試驗驗證結果，將上述材料成分投入單形格子點法得出之最適配比進行驗證試驗，試驗方法包含兩項，表面乾燥時間其為乾撒材料後鏝平至最後硬鏝飾這段時間，使用之規範為CNS 10756塗料一般檢驗法中指觸乾燥，目標值依市售產品分析後，設定為130分鐘；而另一項為七天表面硬度，使用CNS 10732硬 化混凝土反彈數試驗值，目標值是反彈值望大(反彈值越大越理想)。發現本發明乾撒式滲透結晶水泥防水材料最適配比其驗證指觸乾燥時間為125分鐘，僅略低於目標值130分鐘，而表面硬度24.63，其高於未經乾撒材料處理之對照組17.7及一般市售的防水材料21.0，並接近於一般市售耐磨地坪材料的硬度25.3，說明此配比能有效提升表面硬度且有較適之指觸乾燥時間。

接著進一步透過微觀分析與防水試驗，以觀察此最適配比之防水性能，請參閱圖1，圖1為實施例1的SEM微觀觀察滲透結晶分析圖，發現將最適配比材料依正常乾撒法施作後，在經過28天齡期養護可明顯看出結晶成功反應生成，並且透過EDS成分分析，請參閱表1-4，表1-4為實施例1的微觀滲透結晶EDS成分分析表，得知結晶成分多由Ca、O、Si等所組成，說明最適配比材料透過乾撒法，且調整材料成分的配比，依舊能保有其滲透結晶的效果。

表1-4、實施例1的微觀滲透結晶EDS成分分析表

另一方面，於防水試驗的部分，係選擇CNS 3763及DIN 1048兩項規範進行驗證，其驗證結果如表1-5所示，其先分別製作了由最適配比材料乾撒施作後之試驗組與表面無處理之普通混凝土對照組，經過7天及28天的養護齡期分析，看出於DIN 1048試驗組優於對照組0.5公分；而於CNS 3763試驗組遠差於對照組，而於28天養護齡期中可看出，HPMC已無保水效果，試驗組數據優於對照組，由此可判斷出，本發明之最適配比，能於施作後產生防水性能。

綜合上述幾項驗證試驗後，本發明之乾撒式滲透結晶水泥防水材料，於表面乾燥時間是接近目標值，而表面硬度能遠高於對照組，是可以初步達到可乾撒之材料，而於防水性能方面，在微觀分析中，材料能成功滲透入混凝土內部並結晶達到封堵孔隙的效果，而於防水試驗中，其 也展現出優於對照組的防水性能。因此，根據此最適配比，以下將進一步調整防水材料的成分配比，並進行後續之實驗設計，以從中獲得更優化的乾撒式滲透結晶水泥防水材料配比。

實施例2-透水量試驗

請參閱表2-1，表2-1為透水量試驗最適配比組合試驗結果，得知於本發明提供的乾撒式滲透結晶水泥防水材料中，將該防水材料的成分調整為結晶劑5%、乾撒量0.8kg/m2、乾撒機理材料30%、乾撒時間190分鐘、石英砂50%，其透水量驗證值為17.9g，低於期望值25.3g，其中該期望值的設定為優於一般市售的滲透結晶防水產品，其透水量為25.3g。

進一步地，由於本發明的防水性能為滲透結晶生成，其能於孔隙、裂縫處封堵，以達到混凝土緻密性的提升，使得防水性能相應提升；而為證明材料活性物質能滲透入混凝土內部，並與水泥等成分生成結晶達到裂縫自癒效果，故將上述之防水材料進行二次透水試驗，試驗方法為由前項一次透水後，混凝土經水壓破壞產生裂縫後，將試體再進行28天濕布養護後，再進行二次透水試驗，其結果如表2-2所示，可發現此組配比二次透水量，不僅優於期望值，更進一步優於一次透水量，由此可證明於一次透水試驗產生之裂縫達到自癒效果。

再者，也更進一步的將上述調整過後的防水材料進行微觀分析，其是將上述之防水材料配比，即結晶劑5%、乾撒量0.8kg/m2、乾撒機理材料30%、乾撒時間190分鐘、石英砂50%，依乾撒施工法進行施作，並進行28天濕布養護施作面，再依序取距離表面以下0.5cm、1cm、2cm及3cm之試體塊，藉此了解材料滲透入混凝土內部之深度。

請參閱圖2-1~2-2，圖2-1為實施例2的對照組無結晶圖，圖2-2為實施例2施作面下0.5cm結晶圖，可看出未施作本材料之混凝土內部，並無明顯針狀結晶，且深度加深也無法找到結晶，故無進一步拍出混凝土內部圖像，而於施作本發明之乾撒式滲透結晶水泥防水材料，微觀觀察距施作面下0.5cm處，可發現明顯針狀結晶生成，且其分布狀況如圖2-2所示，可輕易的於此深度找到廣布的針狀結晶產生。

此外，請參閱圖2-3~2-5，圖2-3為實施例2施作面下1cm結晶 圖，圖2-4為實施例2施作面下2cm結晶圖，圖2-5為實施例2施作面下3cm結晶圖，可觀察出活性物質成功的滲透入混凝土內部，並與內部物質產生反應生成針狀結晶，其深度可由1cm~3cm皆可發現，且微觀分析時可輕易於該試片上找到類似之結晶結構，由此可判斷防水性能的提升，是藉由活性物質滲入後，產生針狀結晶封堵孔隙、裂縫，使得表層混凝土更加緻密。

根據上述試驗結果得知，當本發明乾撒式滲透結晶水泥防水材料的組成為結晶劑5%、乾撒量0.8kg/m2、乾撒機理材料30%、乾撒時間190分鐘、石英砂50%時，其能獲得較佳的防水性能。然而在表面硬度及耐磨耗性能的部分，則另有其最適配比，以下將進一步說明之。

實施例3-表面硬度試驗與耐磨耗試驗

請參閱表3-1，表3-1為表面硬度試驗最適配比組合試驗結果，得知於本發明提供的乾撒式滲透結晶水泥防水材料中，將該防水材料的成分調整為結晶劑5%、乾撒量0.8kg/m2、乾撒機理材料14%、乾撒時間160分鐘、石英砂50%，其表面硬度驗證值為27.3，高於目標值25.3，其中目標值的設定為優於一般市售的耐磨地坪材料，其表面硬度為25.3。

根據市售產品分析發現，乾撒施工法之材料對於混凝土表面耐磨性能有所提升，根據規範ASTM D4060試驗方式，目標磨耗量要低於0.5g。進行本磨耗試驗之防水材料配比為乾撒量0.8kg/m2、乾撒時間160分鐘、結晶劑5%、石英砂35%、乾撒機理材料14%，此配比為表面硬度最佳之組合，由於表面硬度的提升，對於耐磨性能也有所影響，故選擇之，其磨耗數據如表3-2所示，驗證值為0.3g，低於目標值，其中目標值的設定是依照ASTM D4060進行試驗，使用磨耗輪H-22以載重500g進行1000轉，目標磨耗量低於0.5g。

結論

經過前述試驗可得知1.最適配比一次透水量為17.9g，而表面硬度為27.3，皆優於目標值；2.而本發明乾撒式滲透結晶型複合防水材料中之活性物質，應能使混凝土產生滲透結晶自癒效果，透過二次透水試驗，其透水量低於一次透水試驗之透水量，證明其具有使表層混凝土達到自癒效果；3.透過微觀分析可發現，經過本發明之最適配比進行表面乾撒處理，可於表面以下之混凝土發現針狀不溶於水結晶，利用不同深度之試體，皆有發現目標結晶，故本發明之最適配比能使材料滲透入混凝土內部，並生成結晶達封堵裂縫之效；4.由於市售乾撒施作產品，皆標榜材料能提升混凝 土表面之耐磨性能，故以本發明最適配比進行耐磨試驗，其磨耗量結果低於目標值，證明本發明乾撒式滲透結晶型複合防水材料施作後，能提升混凝土表面耐磨性能。

綜上所述，乃僅記載本發明為呈現解決問題所採用的技術手段之實施方式或實施例而已，並非用來限定本發明專利實施之範圍。即凡與本發明專利申請範圍文義相符，或依本發明專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。

Claims (8)

1. 一種乾撒式滲透結晶型複合防水材料，其包含有：一重量百分比5~15%的結晶劑；一重量百分比35~65%的骨材，其中該骨材為一石英砂，而該石英砂的組成包括有一20目以下的石英砂、一20~40目的石英砂及一40目以上的石英砂；以及一重量百分比14~30%的乾撒機理材料。
2. 如申請專利範圍第1項所述之乾撒式滲透結晶型複合防水材料，其中該結晶劑的組成包括有一無機螯合物、一結晶沉澱劑SN、一絡合助劑及一助劑。
3. 如申請專利範圍第2項所述之乾撒式滲透結晶型複合防水材料，其中該結晶沉澱劑SN的尺寸為50~100目。
4. 如申請專利範圍第1項所述之乾撒式滲透結晶型複合防水材料，其中該20目以下的石英砂的重量百分比占該石英砂總量的24.7~62.9%之間，該20~40目的石英砂的重量百分比占該石英砂總量的18.5~37.6%之間，該40目以上的石英砂的重量百分比占該石英砂總量的18.5~37.6%之間。
5. 如申請專利範圍第1項所述之乾撒式滲透結晶型複合防水材料，其中該乾撒機理材料的組成包括有一水泥、一矽灰、一可再分散性乳膠粉VAE及一羥丙基甲基纖維素醚(HPMC)。
6. 如申請專利範圍第5項所述之乾撒式滲透結晶型複合防水材料，其中該水泥的重量百分比占防水材料總量的11~19.4%之間、該矽灰的重量百分比占防水材料總量的1.2~9.6%之間、該可再分散性乳膠粉VAE的重量百分 比占防水材料總量的1.2~9.6%之間及該羥丙基甲基纖維素醚(HPMC)的重量百分比占防水材料總量的0.1~8.5%之間。
7. 如申請專利範圍第1項所述之乾撒式滲透結晶型複合防水材料，其施作時機為一混凝土澆置後表面無出現泌水或積水的現象。
8. 如申請專利範圍第1項所述之乾撒式滲透結晶型複合防水材料，其施作的乾撒量為0.8~2.2kg/m²。