納米防水材料在建筑工程防水技術(shù)中的應(yīng)用研究

摘 要：納米防水材料有效解決了傳統(tǒng)防水材料在耐久性、抗紫外線能力及自修復(fù)性能方面的不足，適用于屋頂、外墻、地下結(jié)構(gòu)等多種防水需求。本文基于納米防水材料，系統(tǒng)研究了多種建筑防水技術(shù)，涵蓋納米防水涂膜、納米改性卷材、納米滲透劑防水、納米自粘防水和納米根阻劑防水。納米防水涂膜利用納米材料的超疏水效應(yīng)構(gòu)建表面防水層，增強建筑物的防水和抗污染能力；納米改性卷材利用納米填料的化學(xué)穩(wěn)定性，提升卷材的抗裂性和耐候性；納米滲透劑防水技術(shù)以深層滲透形成防水屏障，適用于地下和高濕度環(huán)境；納米自粘防水材料在不加熱條件下具備強粘附性，方便施工；納米根阻劑防水阻止植物根系侵蝕防水層，適合綠色屋頂和生態(tài)建筑。本文綜合分析了各技術(shù)在不同應(yīng)用環(huán)境中的防水效果與長效性，為納米防水材料在建筑防水工程中的廣泛應(yīng)用提供了理論依據(jù)和技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：納米防水材料；建筑工程；防水技術(shù)

1 引言

建筑物在日常使用中會受到雨水、地下水、生活用水等多種水源的侵蝕，影響建筑結(jié)構(gòu)的強度和耐久性，還會帶來如腐蝕、發(fā)霉、開裂等一系列問題。傳統(tǒng)防水材料如瀝青、聚氯乙烯、聚氨酯等，在一定程度上能夠滿足建筑防水的需求，但其在耐久性、環(huán)保性、施工便捷性等方面存在局限，難以滿足現(xiàn)代建筑復(fù)雜多樣的防水需求。納米防水材料因其獨特的微觀結(jié)構(gòu)和高表面積，可以滲透到建筑物表層微小的孔隙中，形成一層致密的防水膜，阻擋水分的滲透[1]。納米材料具有較強的耐候性和抗老化性能，能夠應(yīng)對外界氣候和溫度變化，延長防水層的使用壽命。納米材料的環(huán)保性能、耐化學(xué)性和自潔性，使其在綠色建筑中有著良好的應(yīng)用前景。本研究將針對納米防水材料在建筑工程防水技術(shù)中的應(yīng)用展開探討，揭示納米材料在提升防水性能、延長建筑壽命等方面的作用，為建筑防水技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展提供理論支持和實踐指導(dǎo)。

2 納米防水材料特性分析

納米材料因其粒徑極小，能夠深入建筑材料的微觀孔隙和裂縫，在基材表面形成納米級的致密防水膜，可以提高接觸角實現(xiàn)超疏水效應(yīng)，使水分子在材料表面不易鋪展、浸潤，從而形成“荷葉效應(yīng)”。納米材料表面具備特殊的活性官能團，能夠與建筑基材發(fā)生化學(xué)結(jié)合，顯著提高防水層的附著力和抗侵蝕能力，使納米防水層即便在極細微的裂縫中也能保持強效防水，避免水分滲透[2]。

在建筑工程領(lǐng)域，納米材料展現(xiàn)出其他防水材料難以企及的優(yōu)勢。納米材料具備高度耐候性，即便在暴露于極端氣候條件下，其防水膜層也不會因溫度、紫外線或濕度變化而劣化，延長了防水層的使用壽命。納米材料自帶光催化自潔功能，在紫外光作用下能夠分解附著的有機污染物，保持建筑外觀的清潔美觀。納米材料具有優(yōu)異的滲透深度，可以對混凝土等多孔基材內(nèi)部實現(xiàn)深度防水，提高地下結(jié)構(gòu)和高濕度環(huán)境下的抗?jié)B效果。

3 基于納米防水材料的建筑防水技術(shù)

3.1 納米防水涂膜

納米防水涂膜是基于納米材料的防水技術(shù)，可以在建筑表面形成致密的超疏水涂層，阻止水分滲透，廣泛應(yīng)用于建筑外墻、屋頂及地下結(jié)構(gòu)的防水工程。其中的納米二氧化硅防水涂膜通過納米二氧化硅顆粒的分散液形成一層超疏水涂層，利用納米二氧化硅的高比表面積和表面能，實現(xiàn)對基材的強附著力和微觀填充效果。

首先將二氧化硅顆粒與有機溶劑和分散劑混合，使用超聲波分散法或機械攪拌使其形成穩(wěn)定的分散液。采用刷涂工藝均勻地施加在建筑基材表面，并在常溫或低溫條件下固化，形成致密的防水涂層。納米二氧化硅涂膜的超疏水效果主要來自表面粗糙度和化學(xué)修飾，通過調(diào)控二氧化硅顆粒的粒徑、形貌及分布，形成具有“荷葉效應(yīng)”的微觀粗糙結(jié)構(gòu)，從而使水滴與涂膜表面形成高接觸角，達到超疏水效果[4]。

納米二氧化硅防水涂膜廣泛應(yīng)用于建筑外墻和高濕度地下結(jié)構(gòu)的防水保護。外墻方面，這種涂膜的超疏水和自潔特性能夠防止雨水滲透，并在大風(fēng)和酸雨等惡劣氣候下保持穩(wěn)定。由于二氧化硅涂膜化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，能夠在紫外線和污染物作用下不發(fā)生降解，從而保證建筑表面長時間保持清潔。對于如地下室和隧道結(jié)構(gòu)等地下工程，二氧化硅納米涂膜可應(yīng)用于混凝土表面，防止潮濕環(huán)境中的水分通過微孔滲入，有效增強混凝土的抗?jié)B性和耐久性。納米二氧化硅的自潔效應(yīng)在光照下可分解有機污染物，對建筑外墻維護起到輔助作用，有效減少清潔頻率和維護成本，適用于高層建筑、玻璃幕墻等難以頻繁清潔的區(qū)域。

3.2 納米改性卷材

納米材料的改性通過物理和化學(xué)方法來實現(xiàn)，以增強其在防水卷材中的性能。物理改性是對納米材料的粒徑、形貌進行調(diào)控，使其更好地填充卷材內(nèi)部的孔隙；化學(xué)改性需要進行表面修飾，使納米顆粒在卷材基體中分散更均勻，提高卷材的防水和附著效果。常用的化學(xué)改性包括表面接枝、聚合物包覆等，使納米材料具有更好的界面親和性和超疏水性。

如表1所示，納米改性卷材在性能方面相較于SBS改性瀝青防水卷材具有顯著優(yōu)勢，特別是在防水性能、耐候性、強度和耐化學(xué)腐蝕性等關(guān)鍵指標上更具優(yōu)勢。納米改性卷材憑借這些性能優(yōu)勢，成為在高耐久性、低維護需求場景下的理想防水材料。

在地下建筑防水中，納米改性卷材常用于地下室外墻、底板防水，能夠有效阻止地下水滲透。在鋪設(shè)卷材之前，需要在基層上先涂刷一道防水底漆，以增強卷材的附著力，然后按標準施工流程鋪設(shè)卷材，形成連續(xù)的防水層。在屋面防水中，納米改性卷材應(yīng)用于平屋頂和坡屋頂?shù)姆浪Ｗo，能夠抵御長期暴露于紫外線下的老化問題。在高層建筑的外墻或玻璃幕墻防水中，納米改性卷材可以使用固定條或龍骨進行機械固定，以便于后期維護，并利用其自潔性能減少表面污染。對于橋梁和隧道等復(fù)雜環(huán)境，卷材應(yīng)在施工時留出一定伸縮余量，以適應(yīng)應(yīng)力變化。

3.3 納米滲透劑防水

納米滲透劑由活性硅酸鹽、納米級二氧化硅、助劑和水基溶液組成，其中活性硅酸鹽和納米二氧化硅作為核心成分?；钚怨杷猁}在與基材中的鈣離子反應(yīng)后會生成穩(wěn)定的硅酸鈣晶體，填充材料孔隙并形成致密的內(nèi)部防水層。納米二氧化硅因其超小粒徑可以深入滲透到材料微孔中，與內(nèi)部結(jié)構(gòu)結(jié)合，從而增加防水層的深度和抗壓性。助劑用于增強滲透效果和材料的穩(wěn)定性，使其能夠長時間發(fā)揮防水作用[5]。

與普通硅質(zhì)滲透劑相比，納米滲透劑具備更高的滲透深度和密封效果，能夠填充孔隙并形成致密的防水屏障，有效阻擋酸堿、氯離子等侵蝕性物質(zhì)的滲入，提高基材的耐腐蝕性。納米滲透劑在材料內(nèi)部生成的晶體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具備一定的自愈能力，會在微小裂縫處填補，形成新的晶體，從而自動修復(fù)細微裂縫，提高抗裂性和耐久性（見圖1）。

納米滲透劑在建筑工程中的應(yīng)用范圍廣泛，納米滲透劑用于地下室外墻和底板防水，能在混凝土內(nèi)部形成不溶的硅酸鈣晶體網(wǎng)絡(luò)，從而阻塞孔隙。在隧道和橋梁中，納米滲透劑能夠深入滲透形成穩(wěn)定的防水層，特別是在反復(fù)受潮和干燥的環(huán)境中能夠保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。由于晶體的形成是滲透劑與水泥基材的化學(xué)反應(yīng)，涂層的耐久性大大增強，不會因表面磨損或小幅形變而失去防護效果。納米滲透劑在海洋和沿海建筑中可作為抗鹽害屏障，在結(jié)構(gòu)內(nèi)生成難溶硅酸鹽結(jié)晶，阻擋海水中的氯離子滲入，從而避免鋼筋銹蝕和混凝土剝落。

3.4 納米自粘防水

納米自粘防水技術(shù)是在自粘卷材中引入納米材料，以顯著提高防水卷材的粘結(jié)性能、耐候性和抗?jié)B性，從而實現(xiàn)高效的建筑防水效果。納米自粘防水材料的核心組成包括自粘聚合物基體、納米二氧化硅或納米氧化鋅等無機納米填料，以及特殊的表面活性劑。納米粒子的高比表面積和活性特性使其能夠均勻分散于聚合物基體中，形成致密且穩(wěn)定的粘結(jié)層。

如表2所示，納米自粘防水卷材的獨特優(yōu)勢在于其無需加熱即可與基材牢固粘接，適用于各類復(fù)雜的施工環(huán)境。納米粒子賦予自粘材料極強的初始粘結(jié)力和持久粘附性能，即使在潮濕或低溫環(huán)境下也能保持優(yōu)異的附著效果，不易脫落或開裂。納米自粘材料展現(xiàn)出優(yōu)異的抗老化和耐紫外線能力，有效抵抗長期暴露于外部環(huán)境中的溫濕度波動和紫外線侵蝕，使其在屋頂、外墻和地下結(jié)構(gòu)的防水保護中表現(xiàn)出色。

3.5 納米根阻劑防水

納米根阻劑防水技術(shù)廣泛應(yīng)用于綠色建筑和屋頂花園，利用納米材料的物理屏障和化學(xué)活性阻止植物根系穿透防水層，從而保障防水層的完整性。納米根阻劑由納米氧化鋅、納米二氧化硅等無機納米材料組成，具有極高的比表面積和優(yōu)異的抗根穿刺性，能夠在防水層表面形成致密的阻根層，與植物根系接觸后，通過物理阻隔和化學(xué)作用有效防止根系侵入防水層，并在基材表面形成耐久的防護膜。這一層納米屏障在植物根系穿透力較強的情況下仍能保持防水功能，從而有效防止水分滲漏，特別適合應(yīng)用于屋頂綠化、種植屋頂及其他生態(tài)化建筑中。

納米根阻劑材料具有優(yōu)異的耐候性和抗紫外線老化性能，可在長期暴露于自然環(huán)境中保持其防水和抗根性，不易受溫濕度變化影響而龜裂。施工中，納米根阻劑材料可采用噴涂或鋪設(shè)的方法均勻施加在防水層表面，確保覆蓋的完整性和有效性。其便捷的施工方式和高度耐用性使其在垂直綠化、墻體綠化等復(fù)雜區(qū)域的應(yīng)用中表現(xiàn)出色，為綠色建筑提供了可靠的保護屏障。

4結(jié)語

基于納米材料的優(yōu)異物理化學(xué)特性，納米防水涂膜、納米改性卷材、納米滲透劑、自粘防水材料以及根阻劑防水等多種應(yīng)用形式，為建筑結(jié)構(gòu)提供了更高效、長效、綠色環(huán)保的防水解決方案。納米防水材料憑借其滲透性、超疏水性、耐候性和自修復(fù)能力，顯著增強了建筑材料的抗水性和抗老化性能，能夠滿足地下結(jié)構(gòu)、屋頂、外墻以及綠色建筑等不同應(yīng)用需求。在未來的建筑防水工程中，納米防水材料有望繼續(xù)推動防水技術(shù)向高效、低維護和長壽命方向發(fā)展，促進建筑物的整體耐久性與使用壽命的提升，提供可持續(xù)的建筑防水保護解決方案。

參考文獻

[1]南永強.防滲漏施工技術(shù)在房屋建筑工程中的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2024，（28）：142-144.

[2]范宗帥，馮西龍，劉航.新型納米防水水泥在改造加固工程中“堵防排結(jié)合”應(yīng)用技術(shù)[J].建筑工人，2024，45（09）：42-45.

[3]姜昊.地下隧道工程襯砌水壓及防水混凝土試驗研究[D].東北電力大學(xué)，2024.

[4]楊淼.梯度結(jié)構(gòu)成型的微納米防水透濕材料的制備及性能[D].東華大學(xué)，2022.

[5]吳婷，鄧躍全，楊威，等.水性微納米石墨丙烯酸酯防水涂料的制備[J].化工礦物與加工，2021，50（08）：17-19+25.

作者簡介：張晨 （1996.08-），男，漢，本科，山東濟南人，研究方向：建設(shè)工程。

張愛明（1986.11-），男，漢，本科，山東省商河縣人，研究方向：建設(shè)工程。