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摘要：水泥基渗透结晶型防水涂料是一种新型的防水材料，克服了传统防水材料的性能及应用的诸多缺点。详细分析了防水机理及其施工工艺，这对生产性能优异的水泥基渗透结晶型防水涂料及进一步的研究有重要意义。
关键词：水泥基渗透结晶型防水材料；活性物质；防水机理
一、结晶原理
混凝土和水泥石结构内部存在大量的Ca（OH）2和游离Ca2+。水泥基渗透结晶型防水涂料中的活性物质随着水渗透进入混凝土或水泥石内部，与Ca（OH）2和游离Ca2+或游离石灰和氧化物发生化学反应，生成不溶于水的结晶体，封堵混凝土毛细孔及微小裂缝，以达到防水的效果。不同类型的水泥基渗透结晶型防水涂料的活性物质不同，生成结晶体的机理也不同。目前比较流行的2种结晶原理是沉淀反应原理和络合-沉淀原理。
1.1沉淀反应原理
混凝土结构中含有大量的Ca（OH）2，并且Ca（OH）2是影响混凝土结构耐久性的原因之一。若能把部分Ca（OH）2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CO2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（OH）2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。
以上可描述为：水泥基渗透结晶型防水材料中的活性物质随水通过毛细孔渗入混凝土内部，与Ca2+生成CSH凝胶堵塞毛细孔，从而达到防水的目的。水的存在是活性物质渗透的必要条件，当混凝土为干燥状态时，活性化学物质以固态形式存在，活性物质也就不再发生渗透，处于“休眠”状态。当混凝土产生微裂纹等缺陷时，水会再次沿着微裂纹进入混凝土，活性物质遇水被再次激活，随水向混凝土内部渗透并发生化学作用，直至裂纹被堵塞。
1.2络合-沉淀原理
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Ca2+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。
以上可描述为：活性物质的活性化学基团A2-进入混凝土内部与Ca2+结合生成溶于水且不稳定的络合物Ca2+=A2-，当络合物遇到未水化的水泥颗粒及水泥凝胶体时，络合物分解，A2-被SiO32-取代，Ca2+和SiO32-生成硅酸钙结晶，封堵孔隙及微裂缝。活性化学基团A2-则继续向混凝土内部渗透，与Ca2+结合生成络合物Ca2+=A2-，如此反复进行，以达到防水及再修复的目的。
1.3防水结晶机理讨论
沉淀反应原理很好地解释了渗透结晶的反应，但是无法解释水泥基渗透结晶型防水涂料对混凝土结构产生的再修复和永久性防水。沉淀反应原理认为，水泥基渗透结晶型涂料中的活性化学物质直接与混凝土内部的Ca2+生成硅酸钙结晶。然而一般水泥基渗透结晶型涂料涂层厚度在1～2mm，如果活性化学物质单一，那么涂料涂层中活性物质的量就极为有限，相应“休眠”的活性物质就所剩无几，无法保证有足够多的活性物质用于裂缝的再修复。
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络合-沉淀原理很好地弥补了沉淀反应原理在解释水泥基渗透结晶型防水涂料再修复方面的缺陷。络合—沉淀原理认为，封堵毛细孔生成的结晶不会消耗活性化学物质，并且很好解释了水泥基渗透结晶型防水涂料的再修复和永久性防水的原因。然而这一原理仍存在疑问：（1）是否存在这种和Ca2+生成不稳定且溶于水的络合物的离子团或物质；（2）混凝土结构中含有大量的Ca2+，如何保证Ca2+不直接和SiO32-反应生成CSH凝胶，而是先与活性化学基团生成不稳定且溶于水的络合物再与SiO32-反应生成CSH凝胶；（3）结晶过程的关键依赖“未水化的水泥、水泥凝胶体”，其问题是：首先，水泥凝胶体本身是非常稳定的，如何再提供硅酸根与所谓的钙离子络合物反应；其次，如果它会释放硅酸根离子，为什么不是先与水泥水化产物中的钙离子反应，而要等到渗透进来的所谓钙离子络合物才反应生成所谓结晶物质；第三，未水化水泥总是被包括在水化产物内部，所谓的钙离子络合物如何能够扩散进入这个核心，并且与未水化水泥反应，然后在核外的毛细管中生成结晶。
笔者认为，水泥基渗透结晶型防水涂料的活性化学物质中的一部分组分直接与混凝土内部的Ca2+生成硅酸盐结晶，封堵毛细孔及微裂缝，达到防水的目的；另一部分组分不参与直接生成结晶体，而是催化混凝土中未水化的水泥颗粒水化，以提高混凝土结构的密实度，达到防水和再修复的目的。
二、水泥基渗透结晶涂料的施工工艺
2.1施工工艺
(1)基层处理：除去表面疏松物、油污及腻子，露出水泥表面，将基材充分润湿至饱和(无水)，以提供充分开放的毛细管有利于渗透，对结构表面出现的裂纹、缺陷等处，需先用渗透结晶型防水砂浆进行修补，然后再涂刷渗透结晶型防水涂料。
(2)物料拌和：按粉料与水为4～3：1比例，将水加入到粉料中，搅拌均匀达到可涂刷的稠度即可，施工时严格控制水灰比。
(3)操作：用刷子将拌和的浆料均匀地涂刷在基层上，涂刷厚度不能低于1mm，料浆最好在30min内用完，物料变稠，可通过搅拌使物料变稀使用(不允许加水)，料浆随配随用。当涂第二层时，一定要在第一层初凝后仍潮湿时候进行，如第一层过干则应先将涂层润湿再施工，涂层要均匀。不得有漏涂现象。阴角处做重点处理，料浆要搅拌均匀，不得有沉淀现象，以免造成涂层开裂。
(4)养护：待料初凝后用喷雾器进行喷雾养护，一定要避免涂层破坏，每天至少喷雾3次，连续2~3d，在热天或比较干燥天气要多几次，以免造成涂层过早干燥影响渗透。施丁完毕后48h内防雨淋及2oC以下的低温。对混凝土罐体(如水池、蓄水罐)必须养护3d，然后放置12d后才能灌人液体。
2.2注意事项
(1)不能在雨中或环境温度低于4oC时施。
(2)在热天露天施工时，建议在早、晚使用，以免影响渗透。
三、渗透与结晶
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，必然存在着渗透、结晶或产生形成新的不溶性物质的化学反应。这是基于水泥基渗透结晶型防水材料有这样一个特点，当其施涂于水泥基基层养护一定时间后，即使除去涂层，基层的抗渗作用也不会因此而削弱。针对“渗透与堵塞是一对矛盾”的观点，分析讨论这一问题要明确以下几点：
（1）活性物质渗透与结晶是必然发生的，但结晶物质不会完全密实毛细孔，仍赋予混凝土“呼吸”的功能，让水分自由蒸发。
（2）在混凝土处于水饱和状态时，活性化学物质产生渗透并不是靠毛细孔压力，而是靠浓度差所产生的化学势梯度作用。
（3）渗透与结晶过程并不是2个相对独立的过程，而是在不同阶段、不同环境条件下，渗透与结晶2个过程分别占主导地位。在涂刷初期，活性物质的渗透过程占主导地位，而结晶过程则逐渐加强。这也是这类材料防水效果随养护龄期的增长而逐渐提高的原因。
结语
水泥基渗透结晶型防水涂料是一种新型的防水材料，具有愈合能力强、透气、环保、永久防水性等特点，克服了柔性防水材料对防水基材含水率要求高、施工烦琐及存在污染的缺点，又改进了传统刚性防水材料随基材应变性差的弊病。该涂料的生产工艺简单，原材料便宜，有望获得规模生产。了解其工作机理及存在问题对代替国外进口产品，降低成本，促进我国新型防水材料及防水技术的发展有重要意义。
参考文献：
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[2]闫晶.水泥基渗透结晶型防水涂料的机理分析及应用研究[J].混凝土，2013(11):152-155.
[3]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，2009，36(8):68-71.
论文作者:徐爽爽,付银凯,刘志强
论文发表刊物:《防护工程》2018年第26期
论文发表时间:2018/12/20
标签：结晶论文; 水泥论文; 活性论文; 混凝土论文; 络合物论文; 物质论文; 水化论文; 《防护工程》2018年第26期论文;