渗透结晶型混凝土防水材料的性能和应用.pdf

浙江建筑 ， 第 3 3卷 ， 第 7期 ， 2 0 1 6年 7月 Z h e j i a n g Co n s t r u c t i o n，Vo 1 3 3，No 7，J u 1 2 01 6 渗 透结 晶型混凝 土防水材 料 的性 能和应 用 P e r f o r ma n c e a n d Ap p l i c a t i o n o f t h e Co n c r e t e W a t e r p r o o f Ma t e r i a l s i n t h e Os mo t i c Cr y s t a l i z a t i o n Mo d e l 董 泽 ， 岑如军 ， 李 杰 ， 张国永 ， 李伟 国。 DO NC Z e ，C E N R u j n ，L I e ，Z HA NG G u o y o n g ，L 1 We i g u o ( 1 浙江省建 筑科学设 计研究 院有限公司 ， 浙江 杭 州 3 1 0 0 1 2； 2 浙江中久 节能科技有限公司 ， 浙江 舟山 3 1 6 0 0 0 ) 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 中图分类号 ： T U 5 2 8 3 2 文献标 志码： A 文章编号 ： 1 0 0 8 3 7 0 7 ( 2 0 1 6 ) 0 70 0 5 2一o 3 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 。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 。 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 。 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 。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 收 稿 日期 ： 2 0 1 60 42 0 基 金项 目 ： 浙江省科 技厅科 研院所专项 ( 2 0 1 6 F 5 0 0 6 5 ) 作 者简 介 ： 董泽 ( 1 9 8 5 一 ) ， 男 ， 山东泰安人 ， 工程师 ， 从事建筑材料研发工作 。 第 7期 董泽等： 渗透结晶型混凝土防水材料的性能和应用 5 3 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 ( G B 1 8 4 4 5 -2 0 1 2 ) 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 5 6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 MP a后即为第 2次抗渗压力 。孙学志等人 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 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 f0 ， 将 出现 裂 缝 的试 件 重 新 置人养护室养护 2 8 d后 ， 在试验机上进行第 2次试 验 ， 并计算出其相应的强度f1 。f1与f0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 9 1 。 1 3应 用现 状 水 泥基 渗透 结 晶型 防水 材 料诞 生 于 2 0世 纪 4 0 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 2 0世 纪 8 0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。 2 0 0 1年 ， 我 国发布了国家标 准 水泥基渗透结 晶型 防水材料( G B 1 8 4 4 5 -2 0 0 1 ) ， 并于 2 0 1 2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 。它可 以直接 喷涂于混凝 土 表面， 渗入混凝土或砂浆 内部 ， 封闭毛细孑 L 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 C a 发生 化学 反 应 ， 基 本 的 反应 式 如下 ： N a 2 S i O 3 +C a ( O H) 2 =C a S i O 3 l+ 2 N a O H 在催化剂存在的情况下 ， 催化剂会先 与 c a “发 生反应 生成 钙离 子 络合物 。所 生成 的钙离子 络合 物 并不稳定 ， 有 S i O ： 一存在 时， 又会发生分解 ， 生成更 加 稳定 的 水 化 硅 酸钙 沉 淀 。 随 着 钙 离 子 的 不 断 络 合 、 解 离及 水化 硅酸 钙 的生成 ， 晶体 不 断长大 。在整 个反应过程 中， 催化剂只是加快了反应的进行， 所生 成 的产 物 主 要 是 水 化 硅 酸 钙 晶体 。随 着 反 应 的 进 行 ， 晶体不断成长 ， 当所生成 的晶体将毛 细孔 堵塞 时 ， 混凝 土不 再 渗 水 。 当混凝 土处 于完 全 干 燥 的 状 态 时 ， 由于缺 乏渗 入 和反 应 的 介 质 ， 反 应停 止 ； 当混 凝 土再 次受 到破 坏 出 现微 裂 纹 等 缺 陷 时 ， 催 化 剂 和 活性 物 质随水 分 的进 入继 续 扩散 ， 与 C a 重 新 开 始 反应 ， 生成 不溶物堵 塞裂缝 ， 产 生 “自修 复” 效果 。 由于络合 沉淀结晶反应生 成的晶体与水 泥水 化形 成 的结 晶体相 近 。 它们 之 间不 存 在 相 容性 的 问题 ， 最终 与基 体融 为 一体 ， 封 闭毛细 管道 ， 增加 混凝 土 的 密实 度 ， 提高混 凝 土 的抗 渗 性 。 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 5 4 浙江建筑 2 0 1 6年第 3 3卷 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 。 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 p H 值一 般都 大 于 1 2 ， 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 2 0世纪 9 0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 。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 1 MP a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。2 0 0 6年 ， 住 建部发布了 水性渗透型无机防水剂 ( J C T 1 0 1 8 2 0 0 6 ) 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 1 5 以上 。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 ， 2 0 1 3 ( 3 ) ： 2 2 6 2 2 8 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 ， 2 0 0 4 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 ， 2 0 0 5 ( 1 0) ： 1 01 3 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 ， 2 0 0 9 ( 8 ) ： 6 8 7 1 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 GB 1 8 4 4 2 0 l 2水 泥基 渗透 结 晶型 防水材 料 s 北 京 ： 中国标准出版社 ， 2 0 1 3 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 ， 2 0 0 8 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 ， 2 0 0 8 ( 2) ： 61 0 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 ， 2 0 1 0 ( 1 6 ) 3 5 3 8 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 ， 2 0 0 6 ( 1 2 ) ： 3 3 3 5 1 0 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 ， 2 0 1 3 ( 1 2 ) ： 5 15 4 1 1 袁 大伟 渗 透结 晶 型防 水剂 剖 析 J 中 国建筑 防水 ， 2 0 0 1 ( 6) ： 1 31 5 1 2 邬原心 ， 章庆祥 ， 裴金荣 水性 水泥密封 防水材料在 地下室 工 程 中的应用 J 浙江建筑 ， 2 0 0 7 ( 7 )： 6 86 9 1 3 王元曦 水基渗透 型无机 防水剂 的应用 现状与前 景 J 安徽 建筑 ， 2 0 1 3 ( 4 ) ： 1 9 51 9 6