水泥基渗透结晶型防水材料的作用机理及性能评价综述

樊韬

（南京市水利建筑工程检测中心有限公司，南京 210000）

1 前言

建筑中常用的混凝土材料，一般优势主要集中在耐久性强、施工便捷度高且强度突出等方面，因此在进行道路、桥梁以及地下工程施工时会普遍应用到此类施工材料。但是，随着混凝土结构在长期运行之后，往往会在荷载以及环境因素的影响下，而出现渗水或是返潮类问题，影响了建筑中混凝土结构的耐久性，对于使用寿命也会形成不良影响。

面对上述问题，建筑工程施工人员会在施工中采用各类防水材料用于保障混凝土结构不会受到渗水的病害的影响出现质量问题。目前，在建筑材料市场中，防水材料的类型主要以两种为主，分别是柔性和刚性两类，前者主要以有机聚合物涂层、沥青或是防水卷材为主，运作原理是在混凝土表层之上形成一类憎水层，目的在于提升防水效果，不足之处体现在耐高温能力差、成本高等方面。与前者相比，后者的基料主要以砂石和水泥为主，会添加一定量的外加剂、少量功能组分材料、高分子聚合物的水泥砂浆混凝土类防水材料，防水原理是利用密实混凝土空隙的形式提升防水效果，不足之处体现在变形性不高、脆性高且容易开裂等方面。

2 CCCW分析

CCCW属于刚性防水材料中的一种，针对其应用优势进行分析时可以发现，主要集中在具有双重防水性、无毒无害乃至永久防水性等方面。在外国，CCCW类型的防水材料在应用范围上，主要集中在防水方面以及抗渗方面。例如，比较典型的就是位于我国首都的中国银行工程建设中，这是我国首次应用了CCCW所完成的施工工程，在建筑投用十余年来，从未出现过渗水问题。通过具体的工程应用实况进行分析可以明确发现，CCCW在建筑工程防水处理方面，应用成效比较良好，具有比较广阔的发展前景和应用价值。

3 CCCW的作用机理及性能评价综述

3.1 CCCW的作用机理综述

3.1.1 沉淀结晶

分析沉淀结晶机理时，主要集中在对于活性母料的沉淀处理，其可凭借深入混凝土内部的优势，在内部生成有效沉淀从而达成防水的效果。在沉淀结晶的作用机理运行过程中，先将活性母料与水相互融合，并向混凝土试件内部渗透，促使融合料与钙离子之间发生反应，形成难溶性沉淀产物。此类产物生成之后，会导致混凝土之中的空隙以及微裂缝随之被堵塞，严重限制了混凝土试件的耐久性能以及防水性能的增长空间，最终达成防水的施工效果[1]。其中，水的添加，主要作用体现在水泥基渗透结晶型防水材料应用时的防水效果提升等一类关键性条件应用上。当混凝土试件内部出现了干燥度过高的情况，就会导致试件之内出现过多以固体形式存在的固体母料，致使混凝土无法正常生成沉淀结晶类反应，随即进入到休眠状态，严重影响混凝土的反应现状[2]。此外，当混凝土内再次出现了水渗入类问题，也会导致混凝土之中的活性母料被激活的情况出现，继而诱发更多造成防水效果下降的影响因素出现。具体而言，CCCW的沉淀结晶原理图如图1所示：

图1 CCCW的沉淀结晶原理示意图

3.1.2 络合沉淀结晶

络合沉淀结晶的生成机理，主要是在前述沉淀结晶机理的基础上所生成，同时，还会综合去考量CCCW本身所携带的多频次防水的优势，以此提出一种全新的防水作用机理[3]。络合沉淀结晶作用机理运行过程中，首先需要钙离子与存在于活性母料之中的阴离子两者之间开始发生反应，此时会生成十分利于与水相融合的钙络合物。此种物质生成后，在随后的程序运作下，会受到浓度梯度作用的影响，在混凝土内部融入钙离子，一旦混凝土试件之内的阴离子基团开始与钙络合物相融合之后，就会在短时间内出现混凝土内部空隙以及微裂缝被堵塞的情况，提升建筑混凝土防水能力。此外，上述反应生成后，所析出的活性阴离子，并不会停止运行，其还会继续按照前文中提到的络合、运输、置换过程运作，最终达成CCCW多次防水的基础目标。对络合沉淀结晶运行机理进行分析后可发现，其比较完美地将CCCW所携带的多次防水优势呈现出来。络合沉淀结晶的形成机理如图2所示：

图2 络合沉淀结晶形成机理示意图

3.2 CCCW的组成成分综述

3.2.1 活性母料

进行CCCW的母料分析时，首先需要分析其沉淀组成成分，发现其包括了可溶硅酸盐、硫酸盐等，该类物质可以在钙离子的反应下生成难溶性沉淀物，对此，有学者使用此类物质去制备CCCW。

在研究中，利用了正交试验的方法，完成了活性母料成分添加量变化对于混凝土防水性能影响的试验，并结合研究结果得出，防水性能比较良好的CCCW配比方案应该为：硫酸钠（42%）；碳酸镁钙（13%）；活性物（7%）；硅酸钠（3%）；其他助剂（10%）。

3.2.2 外加剂

在CCCW研制中，结合其作用机理可发现，在现有的研制原料中添加一定量的外加剂，比较有利于对活性母料的分散性加以改善，促使液体的表面张力得以就此改善和优化，同时也可将CCCW之中各个组分的溶解和传输效率加以提升，使得CCCW的抗渗效果以及防水能力得以提升[4]。具体而言，在CCCW之中添加外加剂时，可以添加以下几种类型的外加剂：其一，表面活性剂。其作用机理主要体现在，将CCCW应用施工中，将可能会出现的气泡消除掉，降低混凝土内部含气量，避免影响活性母料的反应效果；其二，减水剂。其作用机理主要体现在，应用在CCCW中后，可以快速在水泥的表面吸附，高度降低水泥制备的需水量，还可进一步对水泥颗粒分散性的提升起到促进效用。

3.2.3 基质材料

CCCW的基质材料构成上，目前主要包括三种，分别是胶凝材料水泥、活性和非活性混合材料三种。其中第一种材料携带钙离子和硅酸根离子，为混凝土试验提供沉淀反应生成条件，同时在应用优势上，可以在短时间内成膜，并起到一定的密封作用[5]。与活性混合材料相比，非活性混合材料的活性明显更低，参与到沉淀、水化反应中的概率极低；功能体现上，主要以填充或是骨架材料功用为主。目前，建筑混凝土防水施工中，常用的非活性混合材料主要有两种，分别是石灰石粉以及磨细石英砂，后者属于CCCW中的重要构成部分，可以作为骨料和填充重要原料，促使CCCW的耐磨性能以及强度得以显著提升。与非活性材料相比，活性混合材料的构成主要有粉煤灰、粒化高炉矿渣以及火山灰质材料等，上述三种活性材料，均能够在激发反应下，快速生成水化铝酸钙或是水化硅酸钙等沉淀物，以此快速将建筑混凝土之中所出现的空隙封堵起来，促使CCCW工程的整体防水性能随之得以上升。

3.3 CCCW的性能测试试验

3.3.1 抗渗性能试验

进行CCCW的防水性能分析时，重点围绕抗渗性能进行分析，能够得出更加直观的结果和信息。根据我国GB18445-2012管理规定中所推行的各项要求及标准可以发现，进行CCCW的抗渗能力分析期间，必须针对其砂浆试件以及混凝土试件充分做好试验工作。试验过程中，对砂浆试件进行抗渗试验处理时，必须重点参考JC474-2008《砂浆、混凝土防水剂》中的相关规定，同时在进行混凝土试件的抗渗试验分析时，则应该充分参考GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能实验方法标准》中相关的标准去执行，还应着重辅助混凝土抗渗仪完成试验工作。在进行CCCW的抗渗性能试验分析时，共计分为两次，去针对试件的抗渗压力值进行了评价处理：

第一次评价中，主要是针对CCCW本身对于混凝土试件的抗渗能力加以分析，尤其是对于抗渗性能改善效果比较突出，但是第一次评价中，需要对混凝土试件做好养护工作，养护试件控制在28天。

第二次评价中，主要是针对CCCW应用于施工后，对于混凝土试件的渗透通道修复能力的评价。本次进行混凝土试件的养护时，需要养护至少56天。

此外，为了进一步强化对于试验周期的处理，缩短试验时长，提升试验效果，有相关学者在研究中进行抗渗压力试验分析时，分别从砂浆、混凝土两类试件展开试验。经过试验后对得出的结果进行分析后可发现，对混凝土涂层上所覆盖的一次抗渗压力统计时，能够很好地反馈出CCCW的抗渗和修复这两种性能，无需在后续的试验中去分别开展两次抗渗压力试验程序，显著表明了CCCW具有比较突出的防渗效果。

3.3.2 力学性能试验

从CCCW的本质上来讲，其应用于建筑混凝土中，会反应生成一类胶凝性水化产物，且具有一定的强度，当其被应用到混凝土内部，就必须转换生成胶凝性水化产物。因此，在使用CCCW去提升建筑混凝土防水能力时，必须保障混凝土试件的力学性能符合建筑工程相关标准。一般会采用抗折、抗压两项强度的参数值，作为对CCCW的力学性能评价的标准，该方法下，需要具备易于操作和效果力学性能效果更为直观的优势。本次研究中，进行抗折以及抗压两种强度的对比参考标准数值选择时，应该严格按照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法（TSO法）》来完成对应的试验及测试工作。具体的计算公式如下①、②所示：

在上述公式①与公式②中，Ff主要指代的是混凝土试件折断之时的棱柱中部荷载，单位为N；L指代的是用于支撑试验的两个圆柱之间的实际距离，单位为mm；Rr指代的是混凝土试件抗折强度，单位为MPa；b指代的是棱柱正方体截面的实际边长参数，单位为mm；A指代的是混凝土试件在试验期间的具体受压面积，单位为mm2；Fc指代的是混凝土试件被破坏之时的最大荷载，单位为N；Rc指代的是混凝土试件的抗压强度，单位为MPa。

4 结论

综合全文来讲，整个建筑领域之内对于CCCW的作用机理仍旧停留于不够明确的研究状态下，尤其是在对CCCW的单一作用机理进行试验分析时，无法精准将CCCW中的活性母料中具体反应情况呈现出来。因此，目前国内外对于CCCW的作用机理，一般集中在对于沉淀结晶、络合沉淀结晶两种结晶融合方面，但仍旧存在疑问，即沉淀结晶机理下，不可用于支持CCCW的多次防水特性发挥。此外，在进行CCCW各类性能评价时，仍旧缺乏更为精准的评价指标，包括对应的评价方法也有待完善，希望经过本次综述探讨下，能够为后续的研究中不断对此加以充实和丰富提供思路。