水泥基渗透结晶型防水材料再认识

１、前言

　　水泥基渗透结晶型防水材料是以硅酸盐水泥或普通酸盐水泥、石英砂等为基材，掺入活性化学物质组成的一种刚性防水材料。水泥基渗透结晶型防水材料（GB 18445－2001）国家标准自2002年3月1日实施以来，其被越来越多地应用在各种防水工程，尤其是水工、隧道、地下室等防水工程中，产品的性能也越来越多的为人们所认识。标准对产品的推广应用起到了积极的作用，对产品的生产和使用也起到了指导作用。尤其国标GB50208－2002《地下防水工程质量验收规范》中明确了其验收标准，对水泥基渗透结晶型防水材料的广泛应用起到了很好的推动作用。目前，国内从当初标准制定时几家单位到现在有将近百家公司宣称从事这类材料的生产、销售或应用。市场比较混乱，鱼目混杂，产品质量参差不齐。

　　然而，无论设计、建设、施工单位和质量监督单位，甚至是科研单位对水泥基渗透结晶型防水材料了解仍不系统、全面，对这类防水材料的特性、作用机理、作用效果、应用条件、应用领域等的理解还存在偏差，甚至误解，往往造成应用这类材料达不到预期的防水效果，与厂家所宣传的效果大相径庭。目前，市场上对这类材料的争议主要集中在机理、应用、使用效果等方面，国内在经历了多年对这类材料的推广应用，有必要从对这类防水材料的特性进行再认识、再思考，客观地评价它。今年，水泥基渗透结晶型防水材料（GB 18445－2001）标准要进行修订，对这类材料的充分讨论，将对国家标准的修订起到重要的指导作用。本文从水泥基渗透结晶型防水材料的特性角度出发，分析探讨了目前人们对水泥基渗透结晶型防水材料的作用机理、渗透深度、国家标准、应用等所关心的问题，并提出了作者的看法。

　　２、结晶渗透机理的探讨

　　一般认为，水泥基渗透结晶型防水材料的作用机理是材料中含有的活性化学物质通过载体向混凝土内部渗透，在混凝土中形成不溶于水的结晶体，堵塞毛细孔道，从而使混凝土致密、防水。一般防水材料的防水机理可归纳为憎水防水、密实防水、膜层隔离防水等几种方式。应该说，水泥基渗透结晶型防水材料靠渗透结晶、填塞、微细化毛细孔而达到提高混凝土的抗渗性、防水性，这点是可肯定的。当然，现在也有复合型的这类防水材料，在其中加入聚合物乳液等。关于作用机理的争议主要集中在几点，一是晶体的形貌、可溶性，不同生产厂家对这类材料在混凝土中生成的晶体说法不一，含糊其词。有些说是针状晶体，有些说是纤维状晶体。从有些厂家提供的电子扫描电镜照片来看，也确实如此，实际上，提供一张这样的照片是很容易的事，在很多水泥水化的浆体的微观结构中都可以找到这样的照片。二是晶体种类，这类晶体是防水材料中活性化学物质生成的呢，还是催化水泥水化生成的呢？要更好地理解这两个问题，还应从第三个争议点讨论起，也即这类材料的渗透机理。袁大伟曾提出了催化活化渗透机理，也有人提出络化渗透机理。实际上，这类防水材料的渗透机理是很传统的，尤其在早期，主要依靠浓度渗透压机理来进行渗透的，也就是说材料中活性化学物质在早期新拌浆体中形成高浓度的溶液，利用浓度渗透压力差，活性的离子逐渐向混凝土中渗透。这也是为什么这类材料在施工时必须要求混凝土基层用水充分润湿的原因，这样更有利于活性物质向混凝土内部渗透。这也是这类材料在背水面使用时其作用效果比迎水面更好的解释吧。再来看第二问题，无论是催化活化机理、还是络化渗透机理，其实重要的一点，这类材料均不是仅仅依靠本身产生的结晶体来密实混凝土的，重要的是不仅其在一定条件下可以饱和析晶和反应生成晶体，还会促进混凝土中水泥水化，生成水化硅酸钙CSH凝胶晶体。因此，对这类材料生成的晶体应该包括两种类型的晶体，它们是同时存在的。只是在不同的区域、不同的环境条件下，其晶体的主要类型不同而已。通过这些分析和讨论，很容易对第一个争论作出解释。这类材料生成的晶体形貌主要是活性物质生成的晶体和CSH凝胶晶体，因此主要是针状或纤维状。在这里，还应该指出，在应用或检测使用这类材料时，涂层表面往往生成一层绒毛针状白色晶体，这种晶体其实并不是我们所说的或所观察的晶体。只是这类材料在一定条件下析出的晶体物质。

　　３、渗透深度的疑问

　　关于水泥基渗透结晶型防水材料的结晶渗透浓度一直是人们所关心的问题，也是受质疑最多的话题。对于渗透浓度，不同厂家提供的资料，说法不一，一些说4mm，一些说几厘米或几十厘米，也有的说可达1m，这些数据如何测试到，没有明确的说法。对于这方面的争论，主要集中于这几个方面：

　　3.1活性物质能生成多少晶体前面的讨论提到，仅靠这类材料的活性物质生成的晶体是远远不够的，因此，对这类材料本身生成的晶体多少是不足考虑，且这一类晶体包括饱和析出晶体与反应生成的晶体。关键是，这类材料对未水化水泥的催化水化作用的效能，激发了多少水泥再继续水化。因此，可以说本身生成的晶体是有限的，且随环境条件的变化会发生转变的，而激发生成的水泥水化产物晶体是无限的，取决于环境条件、作用效果与效能。

　　3.2渗透深度到底有多深讨论这个问题时，首先要明确几个基本概念，一是具有良好的防渗作用是否一定要结晶物质完全密实毛细孔？从开尔文公式可知，毛细孔压力主要取决于固液表面张力与毛细孔径。当表面张力一定时，毛细孔径越小，形成毛细孔压力越大。当毛细孔压力达到一定值时，水分也就无法通过毛细孔进一步渗透。换句话说，当毛细孔细化到一定程度时，水分便无法渗透到混凝土内部，而非一定毛细孔完全密实才能起到抗渗防水作用。

　　二是“渗透与堵塞是否一定是一对矛盾”，袁大伟和游宝坤等专家坚持“渗透与堵塞是一对矛盾”的观点。其实，对水泥基渗透结晶型防水材料，渗透与结晶过程并不是两个同步的过程，在一定程度上，甚至会相互促进。但在不同阶段、不同环境条件下，渗透与结晶两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。