水泥基渗透结晶防水材料渗透机理及母料成分分析.doc

水泥基渗透结晶型防水材料渗透机理及母料成分分析
（北京建海中建国际防水材料有限公司）
水泥基渗透结晶型防水材料（Cementitious Capillary Crystalline Waterproofing Materials，简称CCCW）是以硅酸盐水泥、石英砂等为基材，掺入活性化学物质组成的一种新型刚性防水材料，可以通过涂层或直接作为防水剂掺入混凝土中的方式，增强混凝土的抗渗性能。
1、水泥基渗透结晶防水材料的渗透结晶机理
1）沉淀反应机理
混凝土结构中含有大量的Ca(0H)，并且Ca(0H)：是影响混凝土结构耐久性的原因之一。若能把部分Ca(OH)转化为对混凝土结构有利的物质，填充混凝土毛细孔及微裂纹，这样不仅能减少c0侵入，防止混凝土pH值下降，保护钢筋，提
高混凝土的强度和抗渗能力，还能提高混凝土结构的耐久性。沉淀反应原理正是基于上述思考。水泥基渗透结晶型防水涂料中的活性物质在涂料涂刷初期，由于浓度差的原因向低浓度区的混凝土内部渗透，与毛细孔及微裂缝中的Ca(0H)
发生化学反应生成不溶于水的结晶体，堵塞毛细孔及微裂缝，以达到防水的效果。

图1 沉淀反应示意图
2）络合-沉淀反应机理
水泥基渗透结晶型防水涂料的活性物质通过毛细孔及微裂缝进入混凝土内部与游离Cd~生成溶于水的络合物，当这种络合物遇到未水化的水泥颗粒、水泥凝胶等，活性化学物质被硅酸根取代，生成结晶，从而堵塞毛细孔及微裂缝，活性化学物质继续向混凝土内部渗透罔。

图2 络合-沉淀反应示意图（A2-代表活性基团，Ca2+=A2-代表不稳定络合物）
3、水泥基渗透结晶防水材料成分剖析
由渗透结晶机理可知，能够在混凝土内生产晶体的活性物质为以下2种情况：
（1）能够与钙离子反应生成不溶晶体的物质
SiO32-是一种能够与钙离子反应结晶的离子，而且本身具有良好的渗透性，在混凝土毛细孔中会发生如下反应：
Ca2+ +SiO32- +nH2O → CaSiO3·nH2O

可见生成的物质与混凝土中的物质基本一致，因此不必担心兼容性和膨胀性的问题，因而可溶性的偏硅酸盐、硅酸盐都可以作为活性物质来考虑。CO32-以及HCO3-离子也能与钙离子反应生成不溶于水的碳酸钙沉淀，因此也可以作为活性物质。此外SO42-也能够与混凝土中等物质发生反应形成不溶的、针状钙矾石晶体，但是由于钙矾石晶体具有一定的膨胀性，过量使用会破坏混凝土结构。
（2）能够与钙离子形成络合物的物质
此类物质以有机物居多，它们中的一部分能够与混凝土中的钙离子发生螯合作用，形成络合物，当遇到混凝土中残留的能够与钙离子形成不溶物的SiO32-时，钙离子便会被夺取，而有机物又会重新形成新的自由基，随水溶液在混凝土内游动，当游动到钙离子浓度较高的区域时，又会与钙离子发生络合作用，如此周而复始，可以很好的解决前述的活性物质总量不足、无法产生再次修补的缺陷。
通过对某品牌水泥基渗透结晶防水材料进行微量元素测试分析，测试结果见表1。
表1 某品牌水泥基渗透结晶防水材料测试分析结果
序号
化合物名称
质量百分比，%
备注
1
2
氧化镁
羧酸盐
1.2~3.1
2.5~5.0
可能来自水泥
可能来自减水剂
3
氢氧化钙
30.5~35.0
可能来自水泥和石灰
4
碳酸钠
10.0~15.5
﹨
5
硫铝酸钙
15.0~17.5
可能来自水泥
6
硅酸二钙
9.0~12.0
可能来自水泥
7
铁铝酸钙
2.0~3.5
可能来自水泥
8
硫酸钙
2.5~5.0
可能来自水泥
9
二氧化硅
4.5~7.0
可能来自石英砂和硅灰
由于水泥基渗透结晶型防水材料混有水泥、石英砂等多种材料，单纯从测试结果很难得出其具体成分，只能估计其主要活性物质类别为：可溶性碳酸盐（碳酸钠）、有机酸（络合剂）、钙离子补偿剂（氢氧化钙）、减水剂，可能还有可溶性的硅酸盐类物质。
4. 水泥基渗透结晶型防水材料母料成分分析
（1）市面上所售母料或活性材料总之归之三类： A纯有机物类母料；B有机和无机混合类母料；C纯无机物类母料。从结晶体被放大小来看，A结晶体较大，结晶速度较快B结晶体一般，结晶速度较快或一般；C结晶体较小，结晶速度较慢；不能看出三者在结晶体方面还是有比较大的区别。
渗透结晶体放大扫描图片:

（2）在水泥基渗透结晶型防水材料中母料参与常规反应，就是酸性或中性与水泥中的碱性钙发生反应，那就可判定母料中一定含有酸性或中性材料，而且绝大多数要参与反应并且溶于水。这种材料肯定与碱性钙不能发生剧烈反应，而是一般性的缓合结晶，肯定在水泥水化反应之后。一个反应道理：如果结晶速度很快，那么水泥基渗透结晶型防水材料涂层立刻或者凝固后1-2天防水，那这种材料肯定有理论问题，涂层自体防水如何向基层渗透，因为水分子无法通过，怎么能把活性材料带进基层。所以说有些理论是自相矛盾，针对新国标GB 18445-2012， 28天后去除涂层做抗渗，通过测试要求很高。
（3）母料组分也可为单一材料，也可为多组分材料。从理论分析的角度应多组分，从化学定性分析市面上多个品牌后，绝大多数产品都含有钙离子补偿剂（氢氧化钙）、减水剂类产品（减少水灰比增加材料强度）、纤维素（提高材料施工性和保水性）、酸性或中性的反应剂（结晶反应的基础材料多为混合体）、络合剂（将反应未完的钙离子循环络合）、催化剂（在一定时期内催化反应）、结晶水（几乎所有的晶体内都能找到含有晶体水的物质）、交换吸附剂（在一定条件下辅助结晶反应），除此之外也有个别一些特殊材料，或者是来自石英砂、水泥、活性硅、火山灰、聚乙烯醇、胶粉等物质。

4