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水泥基渗透结晶型防水材料

摘要：水泥基渗透结晶型防水材料是无机环保型防水材料，其应用范围越来越广，已逐渐成为地下混凝土结构防水工程的主要新型防水材料。本文概述了水泥基渗透结晶型防水材料的研究现状、组成与作用、防水机理及其产生防水效果的条件，并探讨了水泥基渗透结晶型防水材料的性能特点及应用与发展前景。

关键词：防水材料；水泥基；渗透结晶型；性能

0. 引言

随着我国建筑事业的不断发展和人们环境保护意识的逐步提高，人们对建筑物的防水和地下工程的防潮、防腐材料提出了越来越高的要求。建筑防水材料就成为建筑工程的重要组成部分，因此无机环保型防水材料应用范围越来越广，但其性能优劣程度直接影响建筑物的使用寿命和使用功能。而水泥基渗透结晶型防水材料因其防水性能优越、施工简便、工程综合价格合理、环保无毒等原因已逐渐成为混凝土结构防水工程的主要新型防水材料。

1. 水泥基渗透结晶型防水材料的研究现状

1.1 国外研究现状

二战期间，德国化学家Lauritz Jensen在解决水泥船渗漏水的实践中发明了水泥基渗透结晶型材料并促进其发展。二战后，欧洲和日本经济的快速增长，使这一材料的应用不断扩大，产品也从早期的德国的VANDEX(稳挡水)品牌延伸发展出加拿大的XYPEX(赛帕斯)、新加坡的FORMDEX(防挡水)、美国的PENETRON(膨内传)、法国的DIPSEC、日本的PANDEX等数十个品牌。水泥基渗透结晶型材料在开拓工程应用的过程中，最初是提倡用于全地下混凝土结构的外表面防水，后来发现它在背水面(结构内表面防水)有它的特殊效果，特别是在污水处理池和地面生活用水贮水池等类似工程的应用中颇为理想。从60年代以来，CCCW作为混凝土结构背水面防水处理(内防水法)的一种有效方法，逐步扩大品种，不断进人建筑施工应用的新领域。

1.2 国内研究现状

我国20世纪80年代初引进水泥基渗透结晶型防水材料，90年代中期开始进口国外母料，利用国内辅料实现了此类产品的半国产化，国内学者对母料这一核心

技术也进行了研究，并取得了一定的成果。2001年9月我国制定了国家标准GB 18445—2001《水泥基渗透结晶型防水材料》，促进了该类材料的生产与应用。特别是近年来，CCCW在国内地下工程、水利工程、地铁、桥梁等领域应用范围越来越广，但到目前为止，我国对水泥基渗透结晶型防水材料的研究开发工作还远远落后于工程应用，未能实现真正意义上的产业化。

2. 水泥基渗透结晶型防水材料概述

2.1 水泥基渗透结晶型防水材料定义

水泥基渗透结晶型防水材料是一种新型防水材料(以下简称CCCW，英文Cementitions Capillary Crystal—line Waterproofing materials)，是以硅酸盐水泥(即国外通称的波特兰水泥)或普通硅酸盐水泥(简称普通水泥)、精细石英砂(或硅砂)等为基材，掺入活性化学物质(催化剂)组成的一种新型刚性防水材料。国内学者，通过对水泥基渗透结晶结晶型防水材料性能分析认为，活性化学物质由多种成分构成，在多种成分中，可分为两大类：(1)复合型混凝土外加剂；(2)活性阴离子催化剂。其中复合型混凝土外加剂包含防水剂、引气剂、早强剂、减水剂、膨胀剂、火山灰、表面活性剂等，外观呈粉状，经与水拌和可调配成刷涂在水泥混凝土表面的浆料，组成防水涂层，亦可将其以干粉撒覆并压入未安全凝固的水泥混凝土表面，或者直接作防水剂掺入混凝土中以增强其抗渗性能。

2.2 CCCW的防水机理

不同类型CCCW的活性物质组成不同，其作用机理不同，结晶产物种类自然也不同，因此没有一个完全准确的理论基础。但从该类型材料的实际防水效果看，在材料产生防水作用的过程中，必然存在着溶解、渗透及结晶3个过程。因此其防水机理可以理解如下：

CCCW的防水机理主要是利用砼结构的多孔性，在水的作用下，防水涂料中含有的活性化学物质以水为载体，被带入砼结构内部孔缝中，随着水对砼结构毛孔(通常不大于0．01mm)的渗透与混凝土中的游离子交互反应生成不溶于水的枝蔓状结晶物，结晶物在砼结构孔缝中吸水膨胀(可膨胀至0．3mm，大于毛细管直径)，由疏至密，使混凝土结构表层向纵深处逐渐形成一个致密的整体抗渗区域，大大提高了结构整体的抗渗能力。且由于活性物质多年以后还能被水激活，在混凝土因为温度、不均匀沉降等原因产生的二次裂缝渗水处能生长出新的结晶物，结晶体膨胀后封闭裂缝，切断水源，治愈渗漏。因此水泥基渗透结晶型防水材料具有多次自愈修复、提高抗渗的能力，形成整体防水、永久防水，防水作用持续

长久的功效。

2.3 CCCW的组成与作用

由于多年来，水泥基渗透结晶型防水材料的供应商对该材料的组成和作用机理描述不够清楚，使我们不能从理论上指导该材料的应用，因此，有必要探讨该材料的组成和组分的作用。希望通过对组成做必要说明可以有指导作用。

2.3.1 复合土混凝主外加剂的作用

复合型混凝土外加剂在水泥基渗透结晶型防水材料水化初期，就参与化学反应，生成致密的水泥基渗透结晶型防水材料涂层(外涂型和干撒型)，或提高混凝土本身的致密性(内掺型)，其作用机理随复合型外加剂的组成不同而异，并在水泥水化初期，被大量消耗掉。

2.3.2活性阴离子催化剂的作用

水泥水化产生Ca(OH)2，在水中电离产生Ca2+水泥中未水化的水泥颗粒及水泥基渗透结晶型防水材料中含有活性SiO32-；活性阴离子是一种催化剂它发挥如下作用：(1) 加速Ca2+和SiO32-反应生成CaSiO3.nH2O的反应速度；(2)它能使水泥中的Ca2+和SiO32-在极低的浓度下(1x10-8)发生化学反应，生成水合硅酸钙CaSiO3.nH2O的反应更加彻底、更加完善，生成的晶体也更多，使防水涂层或防水混凝土更加致密；(3)它在水中具有较高的溶解度和渗透性，能渗透到混凝土的细微孔隙中，从而在混凝土深层产生结晶体。

随着水合硅酸钙的不断生成，结晶体逐步长大，从而堵塞混凝土中的毛细孔和细微裂纹，反应前后，活性阴离子作为催化剂，质量不发生变化，始终存在于混凝土中。

活性阴离子的这种特性，赋予混凝土具有二次自我修复能力，也就是具有二次渗透能力。水泥基渗透结晶型防水材料凝固后，随着拌合水的减少，活性阴离子催化剂、Ca2+和SiO32-从溶液中析出形成固体，Ca2+和SiO32-的反应停止。当混凝土开裂，水分再次渗入混凝土时，活性阴离子、Ca2+和SiO32--的再次溶解到水中，形成水溶液，开始新一轮的反应，再次生成结晶堵塞混凝土裂纹。由于活性阴离子始终存在于混凝土中，且混凝土中Ca2+和SiO32-含量丰富，因此，从理论上讲，二次自愈能力具有永久性。

2.3.3水的作用

在水泥混基渗透结晶型防水材料的应用过程中，水发挥了3种作用：(1)溶剂，所有的反应都是在水溶液中进行的，水是反应的介质；(2)固化剂，水不仅是水