滲透結(jié)晶型混凝土防水材料的性能和應(yīng)用

董　澤，岑如軍，李　杰，張國永，李偉國

(1.浙江省建筑科學(xué)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 310012；2.浙江中久節(jié)能科技有限公司，浙江 舟山 316000)

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滲透結(jié)晶型混凝土防水材料的性能和應(yīng)用

董澤1，岑如軍1，李杰1，張國永1，李偉國2

(1.浙江省建筑科學(xué)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 310012；2.浙江中久節(jié)能科技有限公司，浙江 舟山 316000)

摘要：滲透結(jié)晶型防水材料是近年來發(fā)展較快、應(yīng)用較廣的一種新型剛性防水材料，它能滲入混凝土內(nèi)部，堵塞毛細(xì)管和微裂紋，提高混凝土的防水抗?jié)B性能。在此，主要對滲透結(jié)晶型防水材料的分類、防水機(jī)理、性能評價(jià)方法和應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述。

關(guān)鍵詞：滲透結(jié)晶；混凝土防水；機(jī)理；應(yīng)用現(xiàn)狀

混凝土是一種非勻質(zhì)的多孔材料，內(nèi)部的孔隙和裂縫在實(shí)際應(yīng)用中很難避免，這就導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)滲漏，給建筑業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。目前經(jīng)常使用的建筑防水材料主要分為柔性防水材料和剛性防水材料兩大類[1]。其中，柔性防水材料的發(fā)展歷史最為悠久，常用的有瀝青涂料、改性瀝青防水卷材、高分子防水卷材和防水涂料等。這類材料可以完全隔絕混凝土與水的接觸，起到良好的防水效果，但存在適應(yīng)主體結(jié)構(gòu)變形能力差、易老化、耐久性不好、施工操作復(fù)雜、對混凝土基面要求較嚴(yán)格等缺點(diǎn)。而剛性防水是依靠結(jié)構(gòu)、自身的密實(shí)性或采用剛性材料作防水層達(dá)到建筑物防水目的，具有耐沖擊性、耐磨性好，防水抗?jié)B性好，易于修復(fù)，成本低，在防水領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛[2]。

滲透結(jié)晶型防水材料是近年來發(fā)展較快、應(yīng)用較廣的一種新型剛性防水材料，主要分為水泥基滲透結(jié)晶型防水材料和水性無機(jī)滲透型防水材料。本文主要介紹滲透型防水材料的分類、防水機(jī)理及其發(fā)展?fàn)顩r。

1水泥基滲透結(jié)晶型防水材料

水泥基滲透結(jié)晶型防水材料是由硅酸鹽水泥、石英砂或硅砂和活性化學(xué)物質(zhì)配制而成的剛性防水材料，外觀呈粉狀，與水?dāng)嚢杩烧{(diào)配成涂刷在建筑物表面的漿料，形成防水涂層；或是直接作為防水劑摻入水泥砂漿或混凝土中使用[3]。

1.1防水機(jī)理

有關(guān)水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料作用機(jī)理尚未達(dá)成統(tǒng)一認(rèn)識，目前比較常見的解釋主要有兩種：絡(luò)合沉淀機(jī)理和滲透結(jié)晶機(jī)理[4]。這兩種解釋都認(rèn)為水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料的活性物質(zhì)能與混凝土中的鈣離子發(fā)生反應(yīng)。絡(luò)合沉淀機(jī)理認(rèn)為，活性物質(zhì)在濃度差和壓力差的作用下滲透到混凝土內(nèi)部后，與鈣離子絡(luò)合，形成易溶于水的、不穩(wěn)定的絡(luò)合物，絡(luò)合物隨水在混凝土中擴(kuò)散，會被更穩(wěn)定的硅酸根、鋁酸根等取代，發(fā)生結(jié)晶、沉淀反應(yīng)，生成具有一定強(qiáng)度的結(jié)晶物質(zhì)，填充于混凝土中的裂縫和毛細(xì)孔隙中，而活性物質(zhì)則繼續(xù)隨水向內(nèi)部遷移。當(dāng)沒有水存在時(shí)，活性物質(zhì)停止?jié)B入；當(dāng)有水存在時(shí)，活性物質(zhì)將繼續(xù)隨水的遷移滲入，發(fā)生新的結(jié)晶反應(yīng)，使該防水材料呈現(xiàn)出“自修復(fù)”性能。

滲透結(jié)晶機(jī)理認(rèn)為，當(dāng)涂料涂覆于混凝土表面時(shí)，物理、熱學(xué)與力學(xué)過程對混凝土微細(xì)裂縫的愈合有一定的影響，但基體裂縫中的化學(xué)結(jié)晶沉淀是其主要作用機(jī)理。由于涂料中含有活性化學(xué)物質(zhì)，在濃度差和壓力差的共同作用下，活性化學(xué)物質(zhì)會隨著水滲透到混凝土內(nèi)部，與毛細(xì)孔中的游離鈣離子和氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成不溶于水的結(jié)晶體，密封混凝土中的毛細(xì)管道和微裂縫，起到防水的作用。當(dāng)混凝土產(chǎn)生微裂紋等缺陷時(shí)，水便會再次沿著裂紋進(jìn)入混凝土，活性物質(zhì)也就再次隨水向混凝土內(nèi)部滲透并發(fā)生作用，直至裂紋被不斷長大的晶體完全封閉為止。

1.2性能評價(jià)方法

隨著水泥基滲透結(jié)晶型防水材料越來越廣泛的應(yīng)用，其滲透結(jié)晶性能的檢測方法也引起人們的關(guān)注，特別是其自修復(fù)性能的表征。采用怎樣的測試方法可以方便、快捷地評價(jià)其性能，研究人員進(jìn)行了大量的探索。

國家標(biāo)準(zhǔn)《水泥基滲透結(jié)晶型防水材料(GB 18445—2012)》中規(guī)定對該防水材料的第2次抗?jié)B壓力檢測:第1次抗?jié)B試驗(yàn)6個(gè)試件全部透水后，置于水中繼續(xù)養(yǎng)護(hù)至第56天，再進(jìn)行第2次抗?jié)B試驗(yàn)，至第3個(gè)試件透水時(shí)為止，記錄此時(shí)壓力，減去0.1 MPa 后即為第2次抗?jié)B壓力[5]。孫學(xué)志等人[6]采用吸水率評價(jià)滲透結(jié)晶型防水材料的防水性能。他們研究了涂刷了防水材料混凝土試件的吸水率變化，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究水灰比、涂刷遍數(shù)、涂料齡期變化時(shí)的吸水率變化情況?？飦喆ǖ热薣7]為了直觀表征水泥基滲透結(jié)晶型防水材料的“自修復(fù)”性能，提出了抗壓強(qiáng)度回復(fù)率及劈拉強(qiáng)度回復(fù)率的指標(biāo)，回復(fù)率為第2次強(qiáng)度與第1次強(qiáng)度的比值，又稱為修復(fù)能力。對試件進(jìn)行抗壓或劈拉試驗(yàn)，直到試件表面上出現(xiàn)第1條可見裂縫后即停止，計(jì)算出此時(shí)的強(qiáng)度f 0，將出現(xiàn)裂縫的試件重新置入養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)28d后，在試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行第2次試驗(yàn)，并計(jì)算出其相應(yīng)的強(qiáng)度f 1。f 1與f 0的比值即為強(qiáng)度回復(fù)率。研究表明，防水劑摻量為2%時(shí)，混凝土抗壓強(qiáng)度回復(fù)率為91%。

1.3應(yīng)用現(xiàn)狀

水泥基滲透結(jié)晶型防水材料誕生于20世紀(jì)40年代的德國，后來隨著歐洲以及日本的經(jīng)濟(jì)快速增長，這一材料得到不斷發(fā)展和應(yīng)用，產(chǎn)品的種類也逐漸豐富[8]。20世紀(jì)80年代初，我國在上海的地鐵建設(shè)中成功應(yīng)用了水泥基滲透結(jié)晶型防水材料。2001年，我國發(fā)布了國家標(biāo)準(zhǔn)《水泥基滲透結(jié)晶型防水材料(GB18445—2001)》，并于2012年進(jìn)行了修訂，促進(jìn)了該類材料的生產(chǎn)與應(yīng)用。近年來，水泥基滲透結(jié)晶型防水材料在地下工程、水利工程、地鐵、橋梁等領(lǐng)域的應(yīng)用范圍越來越廣，如三峽、國家大劇院等重點(diǎn)工程都使用了該材料，取得了顯著的防水效果。

2水性無機(jī)滲透型防水材料

水性無機(jī)滲透型防水材料是以堿金屬硅酸鹽溶液為基料，加入適量催化劑、添加劑、稀釋劑，經(jīng)混合、攪拌、反應(yīng)而成[9]。它可以直接噴涂于混凝土表面，滲入混凝土或砂漿內(nèi)部，封閉毛細(xì)孔通道和微裂紋，借以提高混凝土的防水抗?jié)B性能。

2.1防水機(jī)理

水性無機(jī)滲透型防水材料中的堿金屬硅酸鹽能與混凝土中游離的Ca2+發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，基本的反應(yīng)式如下[10]：

Na2SiO3+Ca(OH)2=CaSiO3↓+2NaOH

2.2性能評價(jià)方法

對于水性無機(jī)滲透型防水材料，其關(guān)鍵指標(biāo)是“滲透深度”。市場上很多產(chǎn)品提供了滲透深度的數(shù)據(jù)，但很少給出滲透深度的測試方法，目前還沒有一種非常簡便有效的方法來檢驗(yàn)活性物質(zhì)的滲透深度，但是下述文獻(xiàn)介紹了幾種測試滲透深度的方法[11]。

2.2.1墨水顯示法

混凝土試件涂刷水性無機(jī)滲透型防水材料，養(yǎng)護(hù)一定時(shí)間后，剖開試件，用藍(lán)色墨水浸泡斷面，水性無機(jī)滲透型防水材料滲透的部位不會被墨水玷污，通過測量墨水與試件邊緣的距離，就可以測定滲透深度。這種方法對于憎水性防水材料的測試是有效的，但是實(shí)際上水性無機(jī)滲透型防水材料涂刷后依然呈現(xiàn)親水性。

2.2.2染色劑法

用石蠟封閉試件側(cè)面，留相對的兩個(gè)面，將摻有染色劑的水性無機(jī)滲透型防水材料涂刷在試件的一面，養(yǎng)護(hù)至規(guī)定時(shí)間后，剖開試件，觀察滲透情況，測量平均滲透深度。然而，混凝土和防水材料的pH值一般都大于12，在強(qiáng)堿性條件下，幾乎所有的染色劑都會被分解，很難深入混凝土內(nèi)部顯色。

2.3應(yīng)用現(xiàn)狀

水性無機(jī)滲透型防水材料最早于20世紀(jì)90年代進(jìn)入國內(nèi)，自引進(jìn)以來，在我國的建筑物防水方面，特別是混凝土類構(gòu)筑物防水上得到了廣泛應(yīng)用[12]。如基礎(chǔ)地坪、地下室、人防坑道、機(jī)場跑道、公路、橋墩橋面、水塔、隧道涵洞等防水工程的內(nèi)部或外部，進(jìn)行的密封防水和抗?jié)B漏、抗風(fēng)化處理時(shí)，經(jīng)表面噴涂水性無機(jī)滲透型防水材料后建筑物可以承受1MPa以上的抗?jié)B水壓。在水泥砂漿抹灰層防水上，水性無機(jī)滲透型防水材料也有很多應(yīng)用，如磚(石)砌體、預(yù)制混凝土構(gòu)件(板)、屋面等水泥砂漿抹灰剛性防水層的密封防水和抗?jié)B漏。2006年，住建部發(fā)布了《水性滲透型無機(jī)防水劑(JC/T1018—2006)》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，大大促進(jìn)了該產(chǎn)品的生產(chǎn)和應(yīng)用。在廣東、浙江、福建、江蘇、上海、湖北、北京等地，該產(chǎn)品得到了廣泛的應(yīng)用，市場年增長率保持在15%以上[13]。最近幾年，該類材料在一些高等級公路、路橋工程、城市高架路也得到了大量應(yīng)用。

3結(jié)語

混凝土是一種脆性多孔材料，實(shí)際應(yīng)用中由于各種因素的影響，將不可避免地出現(xiàn)孔隙和裂縫等缺陷，導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。滲透結(jié)晶型防水材料能滲入混凝土內(nèi)部，堵塞毛細(xì)管和微裂紋，進(jìn)而大大提高了混凝土的防水抗?jié)B性能。但是，對于這種材料在混凝土中的滲透深度尚沒有一種簡便有效的測試方法。除此之外，滲透結(jié)晶型防水材料具有獨(dú)特的“自修復(fù)”性能，當(dāng)混凝土受到破壞出現(xiàn)微裂紋等缺陷時(shí)，防水材料中的活性物質(zhì)隨水分繼續(xù)擴(kuò)散，生成不溶物堵塞裂縫，產(chǎn)生“自修復(fù)”效果。滲透結(jié)晶型防水材料施工簡單，防水效果顯著，在各類工程中的應(yīng)用將會越來越廣泛。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]葉琳昌.我國建筑防水技術(shù)發(fā)展歷史回顧與展望[J].建筑技術(shù)，2013(3):226-228.

[2]沈春林，蘇立榮，李芳，等．剛性防水及堵漏材料[M]．北京:化學(xué)出版社，2004．

[3]蔣正武．正確認(rèn)識水泥基滲透結(jié)晶型防水材料[J].中國建筑防水，2005(10):10-13.

[4]陳光耀，吳笑梅，樊粵明．水泥基滲透結(jié)晶型防水材料的作用機(jī)理分析[J].新型建筑材料，2009(8):68-71．

[5]國家建筑材料工業(yè)局標(biāo)準(zhǔn)化研究所，同濟(jì)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院.GB1844—2012水泥基滲透結(jié)晶型防水材料[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2013.

[6]孫學(xué)志.滲透結(jié)晶型涂料對混凝土保護(hù)層性能影響的研究[D].南京:南京林業(yè)大學(xué)，2008.

[7]匡亞川，歐進(jìn)萍.混凝土的滲透結(jié)晶自修復(fù)試驗(yàn)與研究[J].鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2008(2)：6-10.

[8]崔鞏，劉建忠，高秀利，等.水泥基滲透結(jié)晶型防水材料滲透結(jié)晶性能評測方法研究現(xiàn)狀[J].中國建筑防水，2010(16):35-38.

[9]沈春林,褚建軍.《水性滲透型無機(jī)防水劑》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)介紹[J].中國建筑防水，2006(12):33-35.

[10]王宗余，黃洪勝，劉保全.水性滲透型無機(jī)防水劑微觀分析和作用機(jī)理研究[J].重慶建筑，2013(12):51-54.

[11]袁大偉.滲透結(jié)晶型防水劑剖析[J].中國建筑防水，2001(6):13-15.

[12]鄔原心,章慶祥,裴金榮.水性水泥密封防水材料在地下室工程中的應(yīng)用[J].浙江建筑，2007(7):68-69.

[13]王元曦.水基滲透型無機(jī)防水劑的應(yīng)用現(xiàn)狀與前景[J].安徽建筑，2013(4):195-196.

收稿日期：2016-04-20

基金項(xiàng)目：浙江省科技廳科研院所專項(xiàng)(2016F50065)

作者簡介：董澤(1985—)，男，山東泰安人，工程師，從事建筑材料研發(fā)工作。

中圖分類號：TU528.32

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1008-3707(2016)07-0052-03

Performance and Application of the Concrete WaterproofMaterials in the Osmotic Crystalization Model

DONG Ze1, CEN Rujun1, LI Jie1, ZHANG Guoyong1, LI Weiguo2