渗透结晶型混凝土防水材料的性能和应用

2016-08-09岑如军张国永李伟国

浙江建筑 2016年7期

关键词：应用现状机理

董　泽，岑如军，李　杰，张国永，李伟国

(1.浙江省建筑科学设计研究院有限公司，浙江杭州 310012；2.浙江中久节能科技有限公司，浙江舟山 316000)

渗透结晶型混凝土防水材料的性能和应用

董泽1，岑如军1，李杰1，张国永1，李伟国2

(1.浙江省建筑科学设计研究院有限公司，浙江杭州 310012；2.浙江中久节能科技有限公司，浙江舟山 316000)

摘要：渗透结晶型防水材料是近年来发展较快、应用较广的一种新型刚性防水材料，它能渗入混凝土内部，堵塞毛细管和微裂纹，提高混凝土的防水抗渗性能。在此，主要对渗透结晶型防水材料的分类、防水机理、性能评价方法和应用现状进行了综述。

关键词：渗透结晶；混凝土防水；机理；应用现状

混凝土是一种非匀质的多孔材料，内部的孔隙和裂缝在实际应用中很难避免，这就导致混凝土出现渗漏，给建筑业带来巨大的经济损失。目前经常使用的建筑防水材料主要分为柔性防水材料和刚性防水材料两大类[1]。其中，柔性防水材料的发展历史最为悠久，常用的有沥青涂料、改性沥青防水卷材、高分子防水卷材和防水涂料等。这类材料可以完全隔绝混凝土与水的接触，起到良好的防水效果，但存在适应主体结构变形能力差、易老化、耐久性不好、施工操作复杂、对混凝土基面要求较严格等缺点。而刚性防水是依靠结构、自身的密实性或采用刚性材料作防水层达到建筑物防水目的，具有耐冲击性、耐磨性好，防水抗渗性好，易于修复，成本低，在防水领域中的应用越来越广泛[2]。

渗透结晶型防水材料是近年来发展较快、应用较广的一种新型刚性防水材料，主要分为水泥基渗透结晶型防水材料和水性无机渗透型防水材料。本文主要介绍渗透型防水材料的分类、防水机理及其发展状况。

1水泥基渗透结晶型防水材料

水泥基渗透结晶型防水材料是由硅酸盐水泥、石英砂或硅砂和活性化学物质配制而成的刚性防水材料，外观呈粉状，与水搅拌可调配成涂刷在建筑物表面的浆料，形成防水涂层；或是直接作为防水剂掺入水泥砂浆或混凝土中使用[3]。

1.1防水机理

有关水泥基渗透结晶型防水涂料作用机理尚未达成统一认识，目前比较常见的解释主要有两种：络合沉淀机理和渗透结晶机理[4]。这两种解释都认为水泥基渗透结晶型防水涂料的活性物质能与混凝土中的钙离子发生反应。络合沉淀机理认为，活性物质在浓度差和压力差的作用下渗透到混凝土内部后，与钙离子络合，形成易溶于水的、不稳定的络合物，络合物随水在混凝土中扩散，会被更稳定的硅酸根、铝酸根等取代，发生结晶、沉淀反应，生成具有一定强度的结晶物质，填充于混凝土中的裂缝和毛细孔隙中，而活性物质则继续随水向内部迁移。当没有水存在时，活性物质停止渗入；当有水存在时，活性物质将继续随水的迁移渗入，发生新的结晶反应，使该防水材料呈现出“自修复”性能。

渗透结晶机理认为，当涂料涂覆于混凝土表面时，物理、热学与力学过程对混凝土微细裂缝的愈合有一定的影响，但基体裂缝中的化学结晶沉淀是其主要作用机理。由于涂料中含有活性化学物质，在浓度差和压力差的共同作用下，活性化学物质会随着水渗透到混凝土内部，与毛细孔中的游离钙离子和氧化物发生化学反应，生成不溶于水的结晶体，密封混凝土中的毛细管道和微裂缝，起到防水的作用。当混凝土产生微裂纹等缺陷时，水便会再次沿着裂纹进入混凝土，活性物质也就再次随水向混凝土内部渗透并发生作用，直至裂纹被不断长大的晶体完全封闭为止。

1.2性能评价方法

随着水泥基渗透结晶型防水材料越来越广泛的应用，其渗透结晶性能的检测方法也引起人们的关注，特别是其自修复性能的表征。采用怎样的测试方法可以方便、快捷地评价其性能，研究人员进行了大量的探索。

国家标准《水泥基渗透结晶型防水材料(GB 18445—2012)》中规定对该防水材料的第2次抗渗压力检测:第1次抗渗试验6个试件全部透水后，置于水中继续养护至第56天，再进行第2次抗渗试验，至第3个试件透水时为止，记录此时压力，减去0.1 MPa 后即为第2次抗渗压力[5]。孙学志等人[6]采用吸水率评价渗透结晶型防水材料的防水性能。他们研究了涂刷了防水材料混凝土试件的吸水率变化，然后在此基础上进一步研究水灰比、涂刷遍数、涂料龄期变化时的吸水率变化情况。匡亚川等人[7]为了直观表征水泥基渗透结晶型防水材料的“自修复”性能，提出了抗压强度回复率及劈拉强度回复率的指标，回复率为第2次强度与第1次强度的比值，又称为修复能力。对试件进行抗压或劈拉试验，直到试件表面上出现第1条可见裂缝后即停止，计算出此时的强度f 0，将出现裂缝的试件重新置入养护室养护28d后，在试验机上进行第2次试验，并计算出其相应的强度f 1。f 1与f 0的比值即为强度回复率。研究表明，防水剂掺量为2%时，混凝土抗压强度回复率为91%。

1.3应用现状

水泥基渗透结晶型防水材料诞生于20世纪40年代的德国，后来随着欧洲以及日本的经济快速增长，这一材料得到不断发展和应用，产品的种类也逐渐丰富[8]。20世纪80年代初，我国在上海的地铁建设中成功应用了水泥基渗透结晶型防水材料。2001年，我国发布了国家标准《水泥基渗透结晶型防水材料(GB18445—2001)》，并于2012年进行了修订，促进了该类材料的生产与应用。近年来，水泥基渗透结晶型防水材料在地下工程、水利工程、地铁、桥梁等领域的应用范围越来越广，如三峡、国家大剧院等重点工程都使用了该材料，取得了显著的防水效果。

2水性无机渗透型防水材料

水性无机渗透型防水材料是以碱金属硅酸盐溶液为基料，加入适量催化剂、添加剂、稀释剂，经混合、搅拌、反应而成[9]。它可以直接喷涂于混凝土表面，渗入混凝土或砂浆内部，封闭毛细孔通道和微裂纹，借以提高混凝土的防水抗渗性能。

2.1防水机理

水性无机渗透型防水材料中的碱金属硅酸盐能与混凝土中游离的Ca2+发生化学反应，基本的反应式如下[10]：

Na2SiO3+Ca(OH)2=CaSiO3↓+2NaOH

2.2性能评价方法

对于水性无机渗透型防水材料，其关键指标是“渗透深度”。市场上很多产品提供了渗透深度的数据，但很少给出渗透深度的测试方法，目前还没有一种非常简便有效的方法来检验活性物质的渗透深度，但是下述文献介绍了几种测试渗透深度的方法[11]。

2.2.1墨水显示法

混凝土试件涂刷水性无机渗透型防水材料，养护一定时间后，剖开试件，用蓝色墨水浸泡断面，水性无机渗透型防水材料渗透的部位不会被墨水玷污，通过测量墨水与试件边缘的距离，就可以测定渗透深度。这种方法对于憎水性防水材料的测试是有效的，但是实际上水性无机渗透型防水材料涂刷后依然呈现亲水性。

2.2.2染色剂法

用石蜡封闭试件侧面，留相对的两个面，将掺有染色剂的水性无机渗透型防水材料涂刷在试件的一面，养护至规定时间后，剖开试件，观察渗透情况，测量平均渗透深度。然而，混凝土和防水材料的pH值一般都大于12，在强碱性条件下，几乎所有的染色剂都会被分解，很难深入混凝土内部显色。

2.3应用现状

水性无机渗透型防水材料最早于20世纪90年代进入国内，自引进以来，在我国的建筑物防水方面，特别是混凝土类构筑物防水上得到了广泛应用[12]。如基础地坪、地下室、人防坑道、机场跑道、公路、桥墩桥面、水塔、隧道涵洞等防水工程的内部或外部，进行的密封防水和抗渗漏、抗风化处理时，经表面喷涂水性无机渗透型防水材料后建筑物可以承受1MPa以上的抗渗水压。在水泥砂浆抹灰层防水上，水性无机渗透型防水材料也有很多应用，如砖(石)砌体、预制混凝土构件(板)、屋面等水泥砂浆抹灰刚性防水层的密封防水和抗渗漏。2006年，住建部发布了《水性渗透型无机防水剂(JC/T1018—2006)》行业标准，大大促进了该产品的生产和应用。在广东、浙江、福建、江苏、上海、湖北、北京等地，该产品得到了广泛的应用，市场年增长率保持在15%以上[13]。最近几年，该类材料在一些高等级公路、路桥工程、城市高架路也得到了大量应用。

3结语

混凝土是一种脆性多孔材料，实际应用中由于各种因素的影响，将不可避免地出现孔隙和裂缝等缺陷，导致混凝土出现渗漏现象。渗透结晶型防水材料能渗入混凝土内部，堵塞毛细管和微裂纹，进而大大提高了混凝土的防水抗渗性能。但是，对于这种材料在混凝土中的渗透深度尚没有一种简便有效的测试方法。除此之外，渗透结晶型防水材料具有独特的“自修复”性能，当混凝土受到破坏出现微裂纹等缺陷时，防水材料中的活性物质随水分继续扩散，生成不溶物堵塞裂缝，产生“自修复”效果。渗透结晶型防水材料施工简单，防水效果显著，在各类工程中的应用将会越来越广泛。

参考文献

[1]叶琳昌.我国建筑防水技术发展历史回顾与展望[J].建筑技术，2013(3):226-228.

[2]沈春林，苏立荣，李芳，等．刚性防水及堵漏材料[M]．北京:化学出版社，2004．

[3]蒋正武．正确认识水泥基渗透结晶型防水材料[J].中国建筑防水，2005(10):10-13.

[4]陈光耀，吴笑梅，樊粤明．水泥基渗透结晶型防水材料的作用机理分析[J].新型建筑材料，2009(8):68-71．

[5]国家建筑材料工业局标准化研究所，同济大学材料科学与工程学院.GB1844—2012水泥基渗透结晶型防水材料[S].北京：中国标准出版社,2013.

[6]孙学志.渗透结晶型涂料对混凝土保护层性能影响的研究[D].南京:南京林业大学，2008.

[7]匡亚川，欧进萍.混凝土的渗透结晶自修复试验与研究[J].铁道科学与工程学报，2008(2)：6-10.

[8]崔巩，刘建忠，高秀利，等.水泥基渗透结晶型防水材料渗透结晶性能评测方法研究现状[J].中国建筑防水，2010(16):35-38.

[9]沈春林,褚建军.《水性渗透型无机防水剂》行业标准介绍[J].中国建筑防水，2006(12):33-35.

[10]王宗余，黄洪胜，刘保全.水性渗透型无机防水剂微观分析和作用机理研究[J].重庆建筑，2013(12):51-54.

[11]袁大伟.渗透结晶型防水剂剖析[J].中国建筑防水，2001(6):13-15.