新型防潮材料:水泥基渗透结晶型涂料在房屋建筑中的应用研究

常文婧　倪娜　王思琦　段博文　祝诗怡

【摘 要】随着经济发展，地下防水工程量增大，防潮材料对建筑工程产生非常大的影响。文章以新型防潮材料——水泥基渗透结晶型涂料为重点研究对象，在详细阐述材料基本内涵以及其防潮机理的基础上，充分介绍新型防潮材料的各项特性，深入剖析当下防潮材料的实际应用情况，并从不同方面提出未来新型防潮材料的发展路径，为我国改善防潮材料生产技术与应用技术奠定基础。

【关键词】防潮材料; 水泥基渗透结晶型涂料; 防潮机理

【中图分类号】TU761.1+1【文献标志码】B

1 防潮材料的发展

受潮损害是建筑物中最普遍而难以消除的常见病患之一。建筑受潮在施工过程中发展，使用后缓慢发生。造成建筑物潮湿的机会很多，如环境空气潮湿，给排水管道破损滴漏，地下水毛细上升引起墙体泛潮，墙体两侧存在温差或存在水蒸气浓度差使墙体受潮。

建筑受潮成为影响建筑使用寿命和耐久性的关键性问题，也是工程施工质量控制的关键点之一。国内外学者相继提出防潮新方法：英国提出，先在建筑物的墙壁上钻孔，然后嵌进特制的多孔性陶瓷管子。这种管子是由特殊的多孔砂浆嵌进孔内，并且在管子的外端加上一层蒸发覆盖层。墙壁经钻孔后，在毛细管作用下，墙的砖块和砂浆层里的湿气被“引入”管子。这种方法理念新颖，但在施工过程中，在墙壁上钻孔引发墙体开裂引起建筑二次受潮，使用陶瓷管子增加工程造价，并没有广泛应用。随着我国建筑现代化进程的加速，关注到建筑使用的材料一般都含有水分，展开了新型防潮材料的研究。

目前市面上采用的防潮材料有防水卷材和防水涂料，在耐水性、温度变化的稳定性、机械强度、延展性、抗断裂性等方面具有不同性能。以SBS改性沥青防水卷材、聚氨酯防水涂料、聚合物水泥基防水涂料为代表分析传统材料的优缺点（表1）。

当前传统防潮材料按添加的化学成分不同具备不同的性能特点，普遍具有良好的耐候性和耐久性，但因产品成本、施工性能等因素的影响仍存在诸多不足。改性沥青防水卷材由于沥青本身高温易流淌、低温变脆易断裂的性能，经常出现防水层鼓泡、开裂的情况;但橡胶或塑料的防水材料因其不含沥青，成本昂贵，一般只在防水等级要求较高的工程和重点工程中使用，普通住宅屋面少有应用;普通沥青防水涂料因施工性和环保性能的缺点，已逐步被淘汰。而水乳型橡胶改性沥青防水涂料、溶剂型橡胶改性沥青防水涂料及高分子防水涂料中的聚氨酯防水涂料等，在当前的住宅屋面防水中均有一定应用。

随着建筑工程施工技术的完善，达到优良防潮效果应该采用密实性较好、质量达标的材料来进行防潮层的施工和建设，本文以新型防潮材料——水泥基渗透结晶型涂料为重点研究对象，在介绍其基本组成和防潮机理的基础上，总结概括新型防潮材料的各项特性，结合实际工程进行效益分析，并从不同方面提出未来新型防潮材料的发展方向，为改善建筑受潮的现状提供新思路。

2 水泥基渗透结晶型涂料的防潮机理及性能特点

2.1 水泥基渗透结晶型涂料的基本组成

水泥基渗透结晶型涂料主要由水泥、精细石英砂、添加剂等材料组成。水泥一般采用通用硅酸盐水泥和铝酸盐水泥两种，因为通用硅酸盐水泥和铝酸盐水泥凝结硬化快，早期强度高，耐冻性好。石英砂性能稳定，耐磨，在水泥基渗透结晶型涂料中作为填料使用。水泥基渗透结晶型涂料所采用的添加剂主要有催化剂、减水剂、缓凝剂、速凝剂、早强剂等，其中，催化剂是水泥基渗透结晶型涂料的核心材料，主要作用是与混凝土中的游离氧化钙反应生成不溶于水的结晶物。

2.2 水泥基渗透结晶型涂料的防水机理

我国现行新型建筑防水材料一般分为五类，即：防水卷材、防水涂料、密封材料、刚性防水材料和堵漏止水材料。水泥基渗透结晶型涂料归属于防水涂料，把水泥基渗透结晶型涂料刷涂在水泥混凝土表面，其能均匀涂覆并且能牢固地附着在混凝土等材料表面，形成防水涂層。绝大多数防水材料只适宜做迎水面防水施工，而水泥基渗透结晶涂料通过混凝土的毛细管来密实混凝土结构达到防水抗渗的效果，是混凝土结构背水面防水处理的理想材料，具有独特性。

水泥基渗透结晶型涂料是一种水泥基加入无机骨料，混配而成的淡灰色无机粉末状材料，以水为介质的水化反应生成物与混凝土成分相似。水泥基渗透结晶型涂料中含有的活性化学物质在水的作用下，通过表层水对结构内部的侵蚀，被带入结构表层内部孔缝中，与混凝土中的游离氧化钙交互反应生成不溶于水的硫铝酸钙渗透结晶物。结晶物在结构孔缝中吸水膨大，由疏致密，使混凝土结构表层向纵深逐渐形成一个致密的抗渗区域，大大提高了结构整体的抗渗能力（图1）。

游离氧化钙和湿气是水泥基渗透结晶型涂料形成结晶的两个重要因素。鉴于游离氧化钙遍布在混凝土中，可见这个要素极易具备，而任何混凝土结构只要渗漏水就有湿气，若湿气不存在，化学反应中止，活化了的结晶体潜伏在混凝土的毛细管中，一旦渗漏水再次侵入混凝土，则活化了的结晶体会恢复结晶体增长的化学反应过程，不断填充混凝土中的毛细孔，从而使混凝土致密，增强了抗渗性能。

2.3 水泥基渗透结晶型涂料的作用条件

水泥基渗透结晶型涂料的渗透是有条件的。它的渗透深度不仅取决于产品本身的质量，还取决于混凝土（水泥建材）的吸收等级（毛细孔数量分布、孔缝结构）和水泥基渗透结晶型涂料的用量、使用方法及施工环境。

水泥基渗透结晶型涂料要向混凝土结构内部渗透，首先必须湿润基面。根据专家验证，水泥基渗透结晶型涂料在混凝土表面形成的湿润角越小则越容易在结构基面上扩展，也就越容易向结构内部渗透。质量优良的水泥基渗透结晶型涂料具有较小的表面张力，表面张力越小，向结构内部渗透的性能越好。

混凝土结构的渗透性与毛细孔含量密切相关。一般而言，当混凝土的毛细孔率小于20 %时，渗透系数较小，能达到不透水的效果。但要控制如此小的毛细孔率，需采取严格的措施（如水灰比、砂石的级配及掺量、添加剂、振捣养护等）。从理论上讲，保证水泥水化所需的水只需占水泥质量的23 %左右，但水量少会导致拌合物的和易性差，即使振捣再均匀也难以保证浇灌质量。因此，为了使拌合物具有足够的流动性以便于施工，往往需要多加一些水（占水泥质量的40 %～60 %）。当水泥硬化后，这些多余的水就会在混凝土结构中形成孔隙和毛细管通道，它们的数量、分布、结构形式直接影响混凝土的抗渗性。毛细孔率越大，抗渗性越差，水泥基渗透结晶型涂料就越容易渗透。随着渗透结晶所起的作用，混凝土的密实度提高，渗透也就越来越缓慢。

水泥基渗透结晶型涂料与水泥矿物的反应只有在溶液中才能进行，因此，水的存在是渗透结晶的必要条件。缺少水，混凝土结构处于干燥环境，水泥矿物、水化物和水泥基渗透结晶型涂料都是固态存在，也就无所谓渗透，它们在常温下也不可能反应产生新的物质，水泥基渗透结晶型涂料的这种状态被称为“休眠”。一旦混凝土结构出现细裂缝，水的渗入使水泥矿物、水化物及水泥基渗透结晶型涂料重新呈离子状态，恢复活性，发生反应并生成结晶体，这一现象随着渗入的水沿毛细孔向混凝土结构内部发展，从而形成了渗透结晶涂料的渗透。所以说，潮湿环境是水泥基渗透结晶型涂料进行渗透的必要条件之一。

2.4 水泥基渗透结晶型涂料的性能特点

水泥基渗透结晶型涂料的主要特征是渗透结晶，一般的表面防水材料在经过一段时间的老化作用后，可能逐渐丧失防水功效，而水泥基渗透结晶型涂料在水的引导下，以水为载体，借助强有力的渗透性，在混凝土微孔的毛细管中进行传输充盈，发生物化作用，形成不溶于水的结晶体，与混凝土结构结合成为封闭式的防水层整体，堵截来自任何方向的水流及其他液体侵蚀，既达到长久性防水、耐腐蚀的作用，又起到保护钢筋、增强混凝土结构强度的作用。

2.4.1 双重防水性

水泥基渗透结晶型涂料所产生的渗透结晶能深入到混凝土结构内部堵塞结构孔缝，无论其渗透深度有多少，都可以在结构层内部起到防水作用;同时，作用在混凝土结构基面的涂层由于其微膨胀的性能，起补偿收缩的作用，使施工后的结构基面同样具有很好的抗裂抗渗作用。

2.4.2 耐水压能力极强

水泥基渗透结晶型涂料能长期承受强水压，产品的测试结果表明：在厚50 mm、抗压强度为13.8 MPa的混凝土试件上，涂刷两层水泥基渗透结晶型涂料，至少可承受1.2 MPa的水头压力。

2.4.3 独特的自我修复能力

水泥基渗透结晶型涂料是无机防水材料，所形成的结晶体不会产生老化，晶体结构许多年以后遇水仍能激活水泥，产生新的晶体将继续密实，完成自我修复的过程。

2.4.4 防腐、耐老化、保护钢筋

混凝土的化学侵蚀和钢筋锈蚀与水分和氯离子渗入分不开。水泥基渗透结晶型涂料的渗透结晶和自我修复能力使混凝土结构密实，从而最大程度地降低了化学物质、离子和水分的侵入，保护钢筋混凝土免受侵蚀。

水泥基渗透结晶型涂料产生的不溶于水的晶体不影响混凝土呼吸的能力，能保持混凝土结构内部的正常透气、排潮、干爽，在保持混凝土内部钢筋不受侵蚀的基础上延长了建筑物的使用寿命。同时，用水泥基渗透结晶型涂料处理过的混凝土结构还有效地防止了因冻融而造成的剥落、风化等损害。

2.4.5 对混凝土结构的补强作用

用水泥基渗透结晶型涂料施工后的结构，由于它不是晶体结构重新激活，而是未水化水泥被激活，增加了密实度，对结构起到了加强作用，一般能提高20 %～30 %的混凝土强度。

2.4.6 长久性的防水效果

水泥基渗透结晶型涂料所产生的渗透结晶不会被损坏，而且性能稳定不易分解，防水涂层即使被磨损或被刮掉，也不会影响防水效果，因为水泥基渗透结晶型涂料的有效成分已深入渗透到混凝土结构内部，因此防水作用是长久性的。

2.4.7 环保标准，无毒、无公害

水泥基渗透结晶型涂料是一种无毒、无味、无害、无污染的环保型产品，可按环保（绿色）建材的通用标准进行检测。

2.4.8 施工方法简单、省工省时

水泥基渗透结晶型涂料施工时对基面要求简单，对混凝土基面不需要做找平层，施工完成后也不需要做保护层。只要涂层完全固化后就不怕磕、砸、撞、剥落及磨损。对渗水、泛潮的基面可随时施工，对新建或正在施工的混凝土基面，在养护期间（水分未完全挥发时）即可同时使用。

3 水泥基渗透结晶型涂料的工程应用

3.1 水泥基渗透结晶型涂料的防潮设计

3.1.1 地下室侧墙防潮构造

地下室侧墙外防潮构造参见图2（a），地下室侧墙内防潮构造参见图2（b）。水泥基渗透结晶型涂料涂层厚度应不小于1.0 mm;刮涂施工一遍成形，刷涂施工二遍成形。

3.1.2 室内防潮工程构造

卫生间底板防潮构造参见图3。水泥基渗透结晶型涂料涂层厚度应不小于1.0mm;刮涂施工一遍成形，刷涂施工二遍成形，待涂层终凝后，再做装饰层。

3.2 施工方法

水泥基渗透结晶型涂料在防潮工程中常用的施工方法主要有两种：刮涂施工法、刷涂施工法。各种施工方法的工艺流程见图4。

3.3 工程实例分析

3.3.1 工程概况

扬子江国际会议中心位于滨江大道与广西埂大街交接处，规划建设一座集会议、展览、办公及配套酒店等功能的国际会议中心，总建筑面积约17.7×104 m2。扬子江国际会议中心将成为长江之滨的新地标建筑，承接国际会议、高端商务论坛等大型活动。该项目的建成，有助于提升南京的区域竞争力和首位度，完善国际化功能与城市功能品质，成为争创国家中心城市的重点突破方向。

3.3.2 涂料设置

作为新地标建筑，扬子江国际会议中心工程质量尤为重要，在防水、防潮方面，更需采用性能优良，效率高的防水防潮材料。主要通过扬子江国际会议中心地下室顶板的防水，对水泥基渗透结晶型防水材料的运用及效果进行分析。

地下室顶板施工工艺流程：施工顶板混凝土结构层—涂刷1 mm厚水泥基渗透结晶型防水材料—铺设1.5 mm厚耐根穿刺高分子防水卷材—设置隔离层—浇筑50 mm厚C20细石混凝土保护层。扬子江国际会议中心地下室顶板的构造如图5所示。

涂刷水泥基渗透结晶型涂料时，水泥基渗透结晶防水材料按照粉末∶水=3∶1（質量比）的比例配制，施工前先进行基面处理。采用专用的尼龙刷或喷枪分两次施工，首次涂刷初凝后涂刷第二层，涂层要均匀、不漏底，总厚度不小于1 mm;待涂层到达足够硬度后喷水养护，保证涂层润湿，正常每天2～3次，连续2～3 d。

3.4 效益分析

3.4.1 经济效益分析

具体费用对比分析（与双层卷材防水施工对比）见表2。

与双层卷材防水施工对比，采用水泥基渗透结晶型涂料施工每1 m2可以节省费用19.5元。产生了很大的经济效益，主要表现在以下几个方面：

（1）实现了板面零注浆无渗漏的防潮保护，从而有效避免了注浆所带来的材料成本、人工成本以及时间成本。

（2）水泥基渗透结晶型涂料自身的自愈合、防渗漏、抗疲劳、耐老化、无应力等突出应用性能，最大程度减少了防水保修期间的维修及保养、结构裂缝带来的漏水隐患，从而大幅降低了后期防水维修费用。

3.4.2 施工效益分析

（1）水泥基渗透结晶型涂料不仅可用于第一次防潮施工，而且可用于受损防潮层的修复;不仅可用于常见部位的防潮，而且可用于变形缝等特殊部位的施工，同时对于本文介绍的其他防水材料，其在特殊部位或细部节点的应用效果更具独特优势，减少后期返工。

（2）水泥基渗透结晶型涂料施工前，混凝土基面无须做找平层;涂层完全固化后不怕磨损，故施工完成后无须做保护层。与传统防水材料相比，可缩短工期。

（3）水泥基渗透结晶型涂料在施工时，无须辅助材料，且可与新建或在建的混凝土基面同步施工，缩短工期，提高施工效益。

3.4.3 社会效益分析

通过本文案例分析，在地下室顶板工程防水施工中，水泥基渗透结晶型涂料的使用效果和成本节约远远优于SBS改性沥青防水卷材，同时产生了巨大的社会效益，主要表现在以下几方面：

（1）解决了卷材耐久性不足、检修困难、无法长期有效设防、施工环境影响大，施工保护难度大等问题，为城镇化建设中工程防水给出了很好的解决方案。

（2）固体含量高，几乎无挥发物，且材料本身无毒、无味、无污染，施工过程中易控制，不易破坏周边环境。

（3）涂层质量高，渗漏风险低，得到业主方认可，提高业主满意度。为证明水泥基渗透结晶型涂料的可靠性和实用性，将其与传统防水卷材进行了一组对比实验：将两种材料应用于同一建筑的相同部位，实现对该建筑室内湿度环境参数的实时监控。监测时间为8 h，每小时采集1次室内温湿度数值。图6为两种材料的实验结果。实验结果表明：水泥基渗透结晶型涂料防潮效率高于传统防水卷材。

4 拓展运用

4.1 建筑物结构方面

水泥基渗透结晶型涂料的防水防潮概念旨在混凝土结构，其适合于堵水和堵塞混凝土结构裂缝，并能起到混凝土结构的加强作用。例如，水泥可渗透结晶型防水涂层不仅可以渗透到混凝土，也堵塞气孔和裂纹。

4.2 施工工艺方面

混凝土基体的涂层和基础结构须牢固地连接，也可以压缩水泥渗透结晶型涂料，以使其不可渗透。如果在结构上没有操作空间，水泥基渗透结晶型涂料可用于背水面施工。例如，多层住宅的天花板，因楼上防水不良，导致漏水渗水。解决这个问题可以使用有较强粘接性和强渗透性的水泥渗透结晶型涂料，因为背水面施工如果单单在表面成膜，无法起到防水根本，渗透成膜可以在混凝土里面结晶，从而隔绝水分子通道。

4.3 施工机械化

在明确产品研发方向后，应加强技术攻关，革新以往的刷涂、刮涂技术，采用自动化喷涂技术，由人工喷涂向自动化喷涂技术转变。在科学技术支撑下，喷涂技术的发展将极大降低企业所耗费的人工成本，且机械化喷涂大大提高喷涂效率。同时，在信息系统准确设置下可以实现均匀喷涂，避免人工操作失误带来的经济损失。在新形势下，企业发展更需要具备一定技术优势，才能在同行业竞争中取得一席之地。因此，相关企业可加大对自动化喷涂技术的深入研究，针对水泥基渗透结晶型涂料积极研制喷涂的机器设备，以此提高施工效率。

5 结束语

防水、防潮工程是建设工程的重要组成部分，其性能优劣直接影响建筑物使用寿命和功能。与传统防水、防潮材料相比，水泥基渗透结晶型涂料在节约经济上、施工工法上以及社会效益上具有优势，并且在堵塞气孔和裂纹方面、背水面施工工法上以及施工机械上具有广泛应用。新型防水、防潮材料防潮性能好、粘结性能强及自愈功能强、工程施工安全可靠、环保无污染，节约防水防潮工程的经济成本，满足现代建筑物对耐久性的要求，但目前未在我国大范围应用，需要建设者勇于创新应用，回馈的将是高质量放心工程。

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[定稿日期]2021-01-28

[作者简介]常文婧（2000～），女，在读本科，研究方向为工程造价。

[通信作者]倪娜（1990～），女，博士，讲师，研究方向为市政工程造价、施工以及道路勘测设计等。