新型防水材料的設(shè)計理念和應(yīng)用效果

【摘 要】聚合物水泥防水涂料和水泥基滲透結(jié)晶型防水材料等，新型防水材料在工程設(shè)計和應(yīng)用的實踐，本文以全新的角度對原有的柔性和剛性防水體系的設(shè)計理念、技術(shù)特性和優(yōu)缺點進行分析和研討，使防水的設(shè)計和應(yīng)用效果更科學規(guī)范。

【關(guān)鍵詞】聚合物防水涂料；滲透結(jié)晶型防水材料；柔性和剛性防水體系

【Abstract】Polymer cement waterproof coatings and cement-based penetrating crystalline waterproof materials， new waterproof materials in the engineering design and application of the practice， this article from a new perspective of the original flexible and rigid waterproof system design philosophy， technical characteristics and advantages and disadvantages Analyze and discuss to make the waterproof design and application more scientific and standardized.

【Key words】Polymer waterproof coating；Pnetrating crystalline waterproof material；Fexible and rigid waterproof system

近年來，隨著新型防水材料品質(zhì)的提升和推廣應(yīng)用范圍的擴大，尤其是通過對聚合物水泥防水涂料和水泥基滲透結(jié)晶型防水材料等新型材料在工程設(shè)計和應(yīng)用的實踐，促使業(yè)界以全新的角度對原有的柔性和剛性防水體系的設(shè)計理念、技術(shù)特性和優(yōu)缺點進行了總體分析和研究，指出了傳統(tǒng)防水體系設(shè)計方面存在的一些誤區(qū)和缺陷，并提出了“以剛性為主、柔性為輔”的防水結(jié)構(gòu)體系優(yōu)化設(shè)計的新理念。

1. 新型防水材料的發(fā)展與應(yīng)用

1.1 防水材料的機理及適用范圍及條件： 防水結(jié)構(gòu)體系根據(jù)其設(shè)計方案和所用材料的不同，一般可分為柔性和剛性兩大防水結(jié)構(gòu)體系。

新型防水材料的共性都是無毒、無公害、環(huán)保和節(jié)約型的，其防水性能優(yōu)越，特別適用于在混凝土和水泥砂漿基面上使用。 它們在施工或使用過程中都能向基層混凝土或水泥砂漿內(nèi)部滲透，堵塞毛細孔和孔隙結(jié)構(gòu)，并能與基層共同工作，從而使混凝土和水泥砂漿表面或內(nèi)部變得更加致密、防水；施工時都能直接在潮濕的基面上作業(yè)，施工工藝簡單方便，且后續(xù)使用、維護方法簡單、費用低廉；防水年限基本與混凝土結(jié)構(gòu)同壽命，并且還具有保護和增加混凝土強度和耐久性、延緩混凝土腐蝕和碳化過程、防止鋼筋銹蝕等綜合作用。各類新型防水材料由于其防水機理各不相同，且適用條件范圍又不太一致，因此，須針對新型材料各自及每個工程現(xiàn)場的實際情況，科學合理地設(shè)計、施工和使用。

1.2 柔性防水體系：是指以防水膜材料在建筑物表面所形成的一層或多層防水層， 并有一定的變形能力的高分子或合成高分子材料。 柔性防水體系通過在建筑物表面所形成的防水隔膜來阻擋水的滲透。施工時，防水隔膜可與建筑物表面粘貼在一起 （如滿鋪防水卷材），也可不與建筑物表面粘結(jié)（如空鋪防水卷材）。防水卷材空鋪時不怕任何結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生。 滿鋪時防水卷材的延伸率對基層產(chǎn)生的微裂縫稍有調(diào)整作用，但對在約束條件（如有保護層時）下的柔性防水卷材， 由結(jié)構(gòu)變形所引起的基層宏觀裂縫則基本無法調(diào)整。缺點是：

（1）無論防水卷材是空鋪還是滿鋪，一旦某一處損壞，則整個防水體系就被破壞；

（2）防水層內(nèi)外的結(jié)構(gòu)構(gòu)造不連續(xù)，會影響房屋結(jié)構(gòu)的整體性，還易產(chǎn)生層間結(jié)構(gòu)的隱患。另外：大部分有機防水材料（改性瀝青、聚氨酯和橡塑材料等）使用壽命較短，易老化；而部分滿鋪的柔性防水卷材對施工條件要求苛刻；一些防水卷材與基層的粘結(jié)力極弱，一旦發(fā)生透水，會引起整個防水層與基層分離，并導(dǎo)致層間躥水現(xiàn)象，修復(fù)工作也較困難；同時，柔性防水材料的所謂柔性是十分有限的，防水的實際效果與剛性防水結(jié)構(gòu)體系基本相當。

1.3 剛性防水體系：

（1）剛性防水材料是指將防水材料摻入混凝土和水泥砂漿中，或?qū)⑵渑涑蓾{料涂刷（抹）或滲透于混凝土或水泥砂漿表面， 與其共同組成剛性自防水結(jié)構(gòu)體系的材料。 剛性防水體系主要是通過封閉混凝土和水泥砂漿基層內(nèi)部的毛細孔和缺陷等連通的孔隙結(jié)構(gòu)，來達到防水的目的。其優(yōu)點是在混凝土或水泥砂漿內(nèi)部形成了自身整體的防水能力，從微觀結(jié)構(gòu)上看，處處都形成可靠的防水屏障。 缺點是不能適應(yīng)因應(yīng)力變形所引起的混凝土或水泥砂漿裂縫的發(fā)生。

（2）但該體系發(fā)生裂縫引起滲漏時，修復(fù)非常簡單，且費用較低。對該體系通常采取綜合堵漏的處理方法，作為出現(xiàn)滲漏的補充防范手段。

1.4 柔性防水體系在設(shè)計上的誤區(qū)和缺陷： 多年來傳統(tǒng)防水設(shè)計方案失敗率較高 （尤其是地下防水和屋面防水工程）和維修困難的問題，一直困擾著設(shè)計和施工技術(shù)人員。 具體情況和原因是：

（1）部分設(shè)計人員錯誤地認為：柔性防水卷材通過其所具有的延伸特性， 有調(diào)整混凝土或水泥砂漿基層開裂的能力。實踐證明：柔性防水卷材在有約束力（如保護層）的作用下，基本不具備調(diào)整基層宏觀開裂的能力。此時，柔性防水卷材在裂縫處將承受較大的拉應(yīng)力， 膜層會被削弱或拉斷。 此時若有壓力水侵入，卷材與混凝土基層的粘結(jié)面則立即被削弱，并發(fā)生層間躥水現(xiàn)象，從而導(dǎo)致整個體系防水功能的失效；

（2）一些部分設(shè)計人員采用混凝土膨脹劑而非防水劑來配制自防水混凝土，并錯誤地認為膨脹劑可提高混凝土的密實度，從而達到防水的目的。實踐證明：膨脹劑與水泥反應(yīng)生成的膨脹組分是鈣礬石晶體，它只有在氫氧化鈣飽和溶液的弱堿性條件下才是穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。根據(jù)水泥的凝結(jié)硬化理論，鈣礬石屬粗大型結(jié)晶礦物，是一種初級水化產(chǎn)物，在自然狀態(tài)下，隨著水泥石的水化硬化，尤其是在混凝土碳化失水和中性化的過程中（包括軟水侵蝕條件），鈣釩石還會繼續(xù)轉(zhuǎn)化為最終產(chǎn)物：3CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O。 此時，由于鈣礬石失去一部分結(jié)晶水，新生成的結(jié)晶產(chǎn)物體積會收縮，致使混凝土內(nèi)部的孔隙率提高，強度會下降，耐久性大大降低；

（3）屋面保溫系統(tǒng)設(shè)計采用高吸水性保溫材料。實踐證明：高吸水性材料是不適宜做屋面保溫層的。 屋面防水體系一旦破壞，保溫層就吸飽了水分，且很難排出，屋面保溫功能喪失。由于屋面熱導(dǎo)率在常溫或負溫下幾十倍的增加，使得屋面混凝土結(jié)構(gòu)伸縮變形劇烈，再加上夏季產(chǎn)生的水蒸氣壓力和冬季的凍脹壓力，使得防水層處于極其惡劣的周期性破壞環(huán)境之中。 因此，要徹底解決滲漏問題，只有徹底清除原有防水和保溫體系；

（4）傳統(tǒng)防水結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計不盡科學和合理。實踐證明：把柔性防水卷材設(shè)計在結(jié)構(gòu)變形較大的位置是極不明智的，如大型公共建筑的地下室及其平屋面的表層等。這些部位因施工或使用過程中屬于變形較大或不穩(wěn)定區(qū)域，因此極易導(dǎo)致柔性防水膜層的破壞，使得其防水功能失效。

1.5 剛性防水結(jié)構(gòu)體系設(shè)計的新理念： 目前國內(nèi)防水結(jié)構(gòu)設(shè)計理論已逐漸轉(zhuǎn)換為 “以剛為主、以柔為輔”的新理念。 剛性防水體系的特點是著重于結(jié)構(gòu)本身的、整體性的、基礎(chǔ)的、甚至是微觀結(jié)構(gòu)部分的防水理念，并用堵漏技術(shù)作為配套手段，來完善其防水體系。

以剛性防水體系為主的設(shè)計新理念的建立， 是以近年來的工程實踐作為依據(jù)的。與柔性防水體系相比，剛性防水體系具有結(jié)構(gòu)體系設(shè)計簡潔、 使用材料綠色環(huán)保、施工操作簡單方便、防水功能穩(wěn)定可靠、后續(xù)維護費用低廉的絕對優(yōu)勢。只要適用條件符合要求，該防水體系應(yīng)為設(shè)計人員的首選體系。

2. 對防水和保溫材料的選用

2.1 防水和保溫材料選用的考慮：首先，新的防水結(jié)構(gòu)體系設(shè)計理論在選用防水材料時，只要條件允許，首先考慮選擇剛性或剛?cè)嵝苑浪桨讣捌洳牧?。其?yōu)點是這些材料由于具有滲透性，因此與基層結(jié)合力好，不會引起層間躥水問題，因此會大大降低防水層滲漏的風險；

其次，剛性或剛?cè)嵝苑浪牧现兴嗷鶟B透結(jié)晶型：防水材料、 聚合物水泥防水涂料和聚合物水泥防水砂漿等，由于其具有的可滲透到混凝土基層并與其共同工作的特性，在防水設(shè)計時可基本不考慮防水層的保護和老化問題，尤其用于背水面防水時，因為它們與結(jié)構(gòu)基層混凝土或水泥砂漿的使用壽命基本相同；對屋面保溫層設(shè)計時材料選擇的基本原則是：不吸水或憎水、表觀密度和熱導(dǎo)率低、比熱容高、耐久性好的材料。傳統(tǒng)的高吸水性保溫材料應(yīng)堅決淘汰；目前可選擇的主要防水結(jié)構(gòu)體系的保溫材料有：聚乙烯發(fā)泡擠塑板、聚苯乙烯發(fā)泡模塑板、輕質(zhì)加氣混凝土板、發(fā)泡聚氨酯板材等，或現(xiàn)場發(fā)泡硬泡聚氨酯和發(fā)泡水泥、泡沫混凝土、陶?；炷恋取Ｆ渲鞋F(xiàn)場發(fā)泡硬泡聚氨酯保溫層具有保溫和防水的雙重功能。

2.2 對自防水混凝土所用外加劑的考慮：首先在設(shè)計自防水混凝土時，應(yīng)優(yōu)先考慮使用混凝土防水劑而非膨脹劑。 因為防水劑在混凝土中產(chǎn)生的是凝膠體，其防水效果持久可靠。而膨脹劑產(chǎn)生的結(jié)晶體是相對不穩(wěn)定的，尤其在混凝土的耐久性方面十分不利；若設(shè)計時須考慮控制混凝土的硬化收縮問題（如后澆帶），最好的辦法是采用復(fù)合防水劑的方案。通常是將混凝土防水劑與一些新型低堿高效膨脹劑復(fù)合使用，或是用高分子聚合物、水泥基滲透結(jié)晶型防水材料與低堿高效膨脹劑復(fù)合使用， 使其能發(fā)揮各自的優(yōu)勢，避免單獨使用混凝土膨脹劑易造成的缺陷；對于自防水混凝土工程的附加外防水層設(shè)計，應(yīng)打破傳統(tǒng)“一剛一柔”的防水設(shè)計理念，大膽選用與混凝土粘結(jié)力好、不會引起結(jié)合層躥水的剛性或剛?cè)嵝裕ㄈ缢嗷鶟B透結(jié)晶型防水材料、聚合物水泥防水涂料和聚合物水泥防水砂漿等）防水材料。

3. 具備自閉性功能的防水材料

3.1 特點和應(yīng)用：

（1） 聚合物水泥防水涂料屬于滲透型防水涂料： 這是一種通過涂刷于混凝土或水泥砂漿表面，利用水性高分子聚合物的浸透和填充作用，滲透到混凝土和砂漿表層內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)中， 并在表面形成防水涂膜的涂料。 它可通過直接封閉混凝土和砂漿中的透水通道，達到與基層共同防水的效果。使用該材料的防水結(jié)構(gòu)體系設(shè)計簡捷可靠，施工技術(shù)簡便，可直接在潮濕基面上施工；所形成的防水涂層能滲透到基層混凝土或砂漿中約1～2 mm，與基層粘結(jié)強度高，可共同形成可靠的防水層，并適宜用于背水面防水；涂層成膜后還具有單向透氣功能；該防水涂膜耐久性好， 有保護層時基本上與混凝土基層的壽命相同；防水涂層使用維修簡便，后續(xù)的維護費用低廉。其中新品種PARATEX自閉樹脂還具有修復(fù)基層混凝土微裂縫的功能；

（2） 水泥基滲透結(jié)晶型防水材料： 其防水機理是通過涂刷于基層混凝土或水泥砂漿表面涂層中的活性化學物質(zhì)，以水為載體滲透到基層的水泥石中，利用其激發(fā)作用與未水化的水泥顆粒加速反應(yīng)，形成大量的不溶于水的水化硅酸鈣凝膠，并作用于其內(nèi)部，形成微結(jié)晶體填塞毛細孔，封閉透水通道，從而使基層混凝土或水泥砂漿致密、防水。 因此對混凝土中寬度小0.4 mm的微裂縫具有自我修復(fù)的能力。

3.2 應(yīng)用時應(yīng)重視的問題：

（1）無論是聚合物水泥防水涂料還是水泥基滲透結(jié)晶型防水材料，在施工時對于與涂層接觸的基層混凝土或砂漿所使用的水泥，宜選用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，以防基層表面因水泥的碳化粉化使表面強度過低，影響涂層和涂膜的粘結(jié)強度和自閉作用；

（2）要使如PARATEX系列自閉樹脂充分發(fā)揮其作用，就應(yīng)特別關(guān)注其與基層混凝土的相互作用和影響，設(shè)計時須使其作用在混凝土基層面上。因此，在屋面設(shè)計時多采用倒置方案，在保溫層與基層之間，以避免設(shè)計和使用不當產(chǎn)生的問題。施工必須根據(jù)配方和工法不同可采用刷涂、滾涂、刮涂和抹涂等多種施工方法，對于變形較大和需加強的部位，可加鋪一層無紡布或無堿玻璃纖維網(wǎng)格布，以增強涂膜的拉伸性能；

（3）水泥基滲透結(jié)晶型防水材料是一種新型防水材料。按照使用方法該材料可分為：防水涂料（濃縮劑）和防水劑（摻合劑）及其配套的堵漏劑。濃縮劑用于涂覆在混凝土表面；摻合劑是摻入混凝土或防水砂漿中使用；堵漏劑是上述兩種材料使用時，配合整個剛性防水體系進行堵漏處理時用的配套材料。目前水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料的施工方法主要有刮涂法、刷涂法、噴涂法和干撒法等幾種。施工時混凝土基層須清理干凈并進行濕潤，也可直接撒布在現(xiàn)澆混凝土墊層或未硬化的混凝土表面，防水效果相同。

參考文獻

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[2] 游寶坤等.大體積補償收縮混凝土的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性問題[J].混凝土，2011（5）.

[文章編號]1619-2737（2018）04-18-787

[作者簡介] 丁午育（1968.10-），男，職稱：高級工程師，工作單位：新疆北方建設(shè)集團有限公司