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摘  要：分析水泥基滲透結(jié)晶型防水材料的組成，復(fù)合型混凝土外加劑、活性陰離子催化劑、水泥、石英砂及水等各組分的作用，活性化學(xué)物質(zhì)在混凝土中滲透的動(dòng)力、條件、深度和方向。

關(guān)鍵詞：防水材料；水泥基；滲透結(jié)晶；組分；作用


1 多孔性的混凝土結(jié)構(gòu)

混凝土是非勻質(zhì)結(jié)構(gòu)體，在澆筑混凝土?xí)r，水灰比控制在0．23～0．25就可滿足水泥水化反應(yīng)的需要，但如此小的水灰比使混凝土的流動(dòng)性極差，澆筑十分困難甚至不可能完成，為滿足施工要求，人們常把水灰比控制在0．4～0．8。混凝土凝固過(guò)程中，多余的水分蒸發(fā)，在混凝土中形成無(wú)數(shù)毛細(xì)管通道和細(xì)微的裂紋，凝固前后混凝土體積相差約8％。此外，在使用過(guò)程中，混凝土也會(huì)產(chǎn)生新的裂紋。所以，混凝土是一種多孔性的結(jié)構(gòu)。

多孔性給混凝土帶來(lái)的危害很多，主要有：（1）導(dǎo)致鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)滲漏水；（2）導(dǎo)致鋼筋混凝土遭受凍害；（3）水載有害物質(zhì)Clˉ、SO42ˉ等對(duì)混凝土產(chǎn)生化學(xué)破壞；⑷空氣中的C02對(duì)混凝土產(chǎn)生碳化作用。

上述危害嚴(yán)重影響了混凝土的使用功能和使用壽命，所以人們總是希望混凝土是高度密實(shí)的天衣無(wú)縫結(jié)構(gòu)體，但事與愿違，我國(guó)著名混凝土裂縫控制專家王鐵夢(mèng)經(jīng)過(guò)幾十年的研究，得出結(jié)論：“天衣無(wú)縫只不過(guò)是人們的理想和遙不可及的追求，現(xiàn)實(shí)世界是天衣有縫的。我們永遠(yuǎn)不可能戰(zhàn)勝裂縫，不可能消滅裂縫，不可能杜絕裂縫，只能控制裂縫，允許無(wú)害裂縫存在，要求不出現(xiàn)和少出現(xiàn)有害裂縫。從另外一個(gè)視角，裂縫不僅是缺陷，它還是混凝土的物理力學(xué)性質(zhì)。”

多大的裂紋是有害裂紋呢？美國(guó)學(xué)者M(jìn)ehta認(rèn)為影響混凝土強(qiáng)度和滲透性的孔隙大小為不小于100 nm；我國(guó)吳中偉院士根據(jù)孔對(duì)混凝土性能影響的大小把混凝土內(nèi)孔分為：2．5～20.nm，無(wú)害孔級(jí)；20～50 nm，少害孔級(jí)；50～20.0 nm，有害孔級(jí)；200 nm～11µm，多害孔級(jí)。需要指出的是，我國(guó)GB50108－2001《地下防水工程技術(shù)規(guī)范》第4．l．6條規(guī)定，防水混凝土“裂縫寬度不得大于0．2 mm，并不得貫穿”，該條并不意味著大于0，2 mm的裂紋才滲水，而是大于0．2 mm的裂紋會(huì)嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，該條在規(guī)定允許最大裂紋寬度的同時(shí)，強(qiáng)調(diào)了裂紋不得貫穿，不貫穿的裂紋當(dāng)然不會(huì)滲漏。


綜上所述，混凝土是一種非勻質(zhì)結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生裂紋、孔隙是混凝土的性質(zhì)，我們不可能消除裂紋、孔隙，只能把裂紋、孔隙的大小控制在無(wú)害級(jí)別(孔隙小于20 nm）。

控制混凝土孔隙、裂紋大小的辦法很多，采用水泥基滲透結(jié)晶型防水材料是行之有效的方法之一。多年來(lái)，由于水泥基滲透結(jié)晶型防水材料供應(yīng)商對(duì)該材料的組成和作用機(jī)理描述得不夠清晰，使我們不能從理論上指導(dǎo)該材料的應(yīng)用，因此，有必要探討該材料的組成和各組分的作用。

2 組成與作用

2．l 材料組成

水泥基滲透結(jié)晶型防水材料是以硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥、石英砂等為基材，摻入活性化學(xué)物質(zhì)組成。國(guó)內(nèi)學(xué)者通過(guò)對(duì)水泥基滲透結(jié)晶型防水材料的性能分析認(rèn)為，活性化學(xué)物質(zhì)由多種成分構(gòu)成。在多種成分中，可分為兩大類：（l）復(fù)合型混凝土外加劑；（2）活性陰離子催化劑。其中復(fù)合型混凝土外加劑包含防水劑、引氣劑、早強(qiáng)劑、減水劑、膨脹劑、火山灰、表面活性劑等。

2．2 各組分的作用

各組分所起的作用，眾多文獻(xiàn)描述不一。有的認(rèn)為水泥是載體，有的認(rèn)為水是載體，有些文獻(xiàn)對(duì)什么是載體未作說(shuō)明；結(jié)晶體產(chǎn)生的過(guò)程中發(fā)生了什么樣的化學(xué)反應(yīng)，很多產(chǎn)品說(shuō)明的描述含糊不清，致使人們不能正確理解各組分的作用，因此，有必要說(shuō)明各組分所起的作用。水泥基滲透結(jié)晶型防水材料中的各組分與未水化水泥的反應(yīng)，是在水溶液中進(jìn)行的，即各組分首先溶解在水中，然后發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

2．2．1 復(fù)合型混凝土外加劑的作用

復(fù)合型混凝土外加劑在水泥基滲透結(jié)晶型防水材料水化初期，就參與化學(xué)反應(yīng)，生成致密的水泥基滲透結(jié)晶型防水材料涂層（外涂型和干撒型），或提高混凝土本身的致密性（內(nèi)摻型），其作用機(jī)理隨復(fù)合型外加劑的組成不同而異，并在水泥水化初期，被大量消耗掉。

2．2．2 活性陰離子催化劑的作用

水泥水化產(chǎn)生Ca(OH)2，在水中電離產(chǎn)生Ca2+；水泥中未水化的水泥顆粒及水泥基滲透結(jié)晶型防水材料中含有活性SiO32－；活性陰離子是一種正催化劑，它發(fā)揮如下作用：（l）加速Ca2+和SiO32－反應(yīng)生成CaSiO3·nH2O的反應(yīng)速度；（2）它能使水泥中的Ca2+和SiO32－在極低的濃度下（l×10－8）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成水合硅酸鈣CaSiO3·nH2O的反應(yīng)更加徹底、更加完善，生成的晶體也更多，使防水涂層或防水混凝土更加致密；（3）它在水中具有較高的溶解度和滲透性，能滲透到混凝土的細(xì)微孔隙中，從而在混凝土深層產(chǎn)生結(jié)晶體。

隨著水合硅酸鈣的不斷生成，結(jié)晶體逐步長(zhǎng)大，從而堵塞混凝土中的毛細(xì)孔和微細(xì)裂紋，反應(yīng)前后，活性陰離子作為催化劑，質(zhì)量不發(fā)生變化，始終存在于混凝土中。


活性陰離子的這種特性，賦予混凝土具有二次自我修復(fù)能力，也就是具有二次滲透能力。水泥基滲透結(jié)晶型防水材料凝固后，隨著拌合水的減少，活性陰離子催化劑、Ca2+和SiO32－從溶液中析出形成固體，Ca2+和SiO32－的反應(yīng)停止。當(dāng)混凝土開裂，水分再次滲入混凝土?xí)r，活性陰離子、，Ca2+和SiO32－再次溶解到水中，形成水溶液，開始新一輪的反應(yīng)，再次生成結(jié)晶，堵塞混凝土裂紋。由于活性陰離子始終存在于混凝土中，且混凝土中Ca2+和SiO32－含量豐富，因此，從理論上講，二次自愈合能力具有永久性。

2．2．3 水的作用

在水泥基滲透結(jié)晶型防水材料的應(yīng)用過(guò)程中，水發(fā)揮了3種作用：（l）溶劑，所有的反應(yīng)都是在水溶液中進(jìn)行的，水是反應(yīng)的介質(zhì)；（2）固化劑，水不僅是水泥的固化劑，也是Ca2+和SiO32－反應(yīng)生成CaSiO3·nH2O結(jié)晶體的固化劑，在結(jié)晶體中，含有n個(gè)水分子；（3）活性化學(xué)物質(zhì)滲透的載體，活性化學(xué)物質(zhì)溶解在水中，擴(kuò)散到水能到達(dá)的區(qū)域。

2．2．4 水泥的作用

在水泥基滲透結(jié)晶型防水材料中，水泥也發(fā)揮了3種作用：（1）反應(yīng)物，水泥為結(jié)晶體CaSiO3·nH2O的生成提供了Ca2+和SiO32－；（2）成膜物質(zhì)，水泥是水泥基滲透結(jié)晶型防水涂膜的主要成膜物質(zhì)之一，在涂膜中發(fā)揮粘結(jié)和防水作用；（3）載體，在制造水泥基滲透結(jié)晶型防水材料時(shí)，活性化學(xué)物質(zhì)均勻分散在水泥中，使活性化學(xué)物質(zhì)能被均勻地涂刷（或干撒）在混凝土表面或被均勻地拌合在混凝土中。

2．2．5 石英砂的作用

在水泥基滲透結(jié)晶型防水材料中，石英砂發(fā)揮了2種作用：（l）成膜物質(zhì)，石英砂是水泥基滲透結(jié)晶型防水涂膜的主要成膜物質(zhì)之一，在涂膜中發(fā)揮骨料作用；（2）載體，發(fā)揮和水泥一樣的載體作用。

3滲 透

水泥基滲透結(jié)晶型防水材料通過(guò)活性化學(xué)物質(zhì)在混凝土孔隙中的滲透而產(chǎn)生結(jié)晶體，因此，有必要研究滲透有關(guān)的因素。

3．l 滲透的動(dòng)力

滲透是水泥基滲透結(jié)晶型防水材料中的活性化學(xué)物質(zhì)在混凝土孔隙中擴(kuò)散的過(guò)程，既然有擴(kuò)散，必然有動(dòng)力，滲透的動(dòng)力有以下4種：（l）機(jī)械力：在內(nèi)摻型產(chǎn)品（水泥基滲透結(jié)晶型防水劑）中，通過(guò)機(jī)械攪拌，使活性化學(xué)物質(zhì)均勻地分散在混凝土中；在干撒型產(chǎn)品中，通過(guò)抹壓使活性化學(xué)物質(zhì)均勻地分散在混凝土表層；（2）水載流動(dòng)：活性化學(xué)物質(zhì)的水溶液在較大的裂紋中，向混凝土內(nèi)部流動(dòng)，從而把活性化學(xué)物質(zhì)帶入到混凝土內(nèi)部；（3）擴(kuò)散理論：活性化學(xué)物質(zhì)在水溶液中，自動(dòng)從高濃度區(qū)向低濃度區(qū)擴(kuò)散；（4）毛細(xì)管作用：活性化學(xué)物質(zhì)的水溶液，通過(guò)毛細(xì)管作用，在混凝土微細(xì)孔中擴(kuò)散。


3．2 滲透的條件

滲透必須具備2個(gè)條件：（l）滲透主要發(fā)生在混凝土的毛細(xì)孔和微細(xì)裂紋中，因此，毛細(xì)管道必須敞口。為此，必須清除混凝土表面的有機(jī)薄膜成分，如脫模劑、油漆、涂料等，有利于含有活性化學(xué)物質(zhì)的水溶液對(duì)混凝土潤(rùn)濕及毛細(xì)管現(xiàn)象的產(chǎn)生：（2）活性化學(xué)物質(zhì)以水為載體滲透，因此，水是滲透產(chǎn)生的必要條件，在水泥基滲透結(jié)晶型防水材料的養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，必須始終保持濕潤(rùn)狀態(tài)。

3．3 滲透的深度

滲透的深度并不代表產(chǎn)品的性能，這是因?yàn)椋海╨）滲透與混凝土表面毛細(xì)孔、微細(xì)裂紋的分布、形狀有關(guān)，滲入深度與混凝土表面的孔隙率成正比，孔隙率越高，滲入深度越深：（2）滲入深度與活性化學(xué)物質(zhì)的黏度成反比，黏度越低，滲入深度越深；（3）滲入深度與活性化學(xué)物質(zhì)的活性成反比。這是因?yàn)椋�在滲透過(guò)程中，即伴隨有結(jié)晶體的產(chǎn)生，堵塞毛細(xì)管，阻止?jié)B透。活性越高、產(chǎn)生結(jié)晶的速度越快、對(duì)毛細(xì)孔的堵塞也越快，滲透越淺。

3．4 滲透的方向

在使用水泥基滲透結(jié)晶型防水材料時(shí)，我們必須控制滲透的方向，使活性化學(xué)物質(zhì)向混凝土內(nèi)部滲透，在混凝土深層產(chǎn)生結(jié)晶，堵塞混凝土中的毛細(xì)孔。為此，我們必須做到：（l）使混凝土表面滿足3．2所述的滲透條件；（2）水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料成膜后，禁止覆蓋塑料薄膜養(yǎng)護(hù)，因?yàn)楦采w塑料薄膜后，毛細(xì)孔孔口被封閉，活性化學(xué)物質(zhì)的水溶液在毛細(xì)孔中上升時(shí)，在毛細(xì)孔中形成負(fù)壓，不利于活性化學(xué)物質(zhì)的水溶液在毛細(xì)管現(xiàn)象作用下向混凝土深層滲透，應(yīng)覆蓋草墊灑水養(yǎng)護(hù)，使毛細(xì)孔具有透氣性。

所有的操作，應(yīng)防止活性化學(xué)物質(zhì)從混凝土中析出，預(yù)防發(fā)生反向滲透，為此應(yīng)該做到：（l）養(yǎng)護(hù)水泥基滲透結(jié)晶型防水涂膜和含有水泥基滲透結(jié)晶型防水劑的混凝土期間，表面應(yīng)無(wú)明水，如果有明水存在，會(huì)在混凝土表面形成活性化學(xué)物質(zhì)的低濃度區(qū)（濃度為0），混凝土中的活性化學(xué)物質(zhì)會(huì)向低濃度區(qū)滲透，從混凝土中析出；對(duì)于使用水泥基滲透結(jié)晶型防水材料的蓄水池，應(yīng)充分養(yǎng)護(hù)后，使混凝土表面形成一道致密的防水層后才能注水使用，這時(shí)，水不能浸入混凝土內(nèi)部，活性化學(xué)物質(zhì)也就不能從混凝土中向水中擴(kuò)散；（2）在地下工程中使用水泥基滲透結(jié)晶型防水材料時(shí)，應(yīng)充分養(yǎng)護(hù)后才能回填，回填土應(yīng)保持濕潤(rùn)。如果回填土干燥，活性化學(xué)物質(zhì)在毛細(xì)管現(xiàn)象的作用下，易向回填土中滲透：如果回填土過(guò)分濕潤(rùn)，如地下建筑物浸泡在水中，在建筑物周圍形成活性化學(xué)物質(zhì)的低濃度區(qū)（濃度為0），活性化學(xué)物質(zhì)易從混凝土中高濃度區(qū)向低濃度區(qū)滲透，造成活性化學(xué)物質(zhì)的損失。所以，水泥基滲透結(jié)晶型防水涂膜或含有水泥基滲透結(jié)晶型防水劑的混凝土必須充分養(yǎng)護(hù)，在混凝土表面形成致密的防水層，堵塞造成滲透的毛細(xì)孔，使反向滲透終止。

4  結(jié)語(yǔ)

目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的材料供應(yīng)商對(duì)活性化學(xué)物質(zhì)的組成仍然保密，希望材料供應(yīng)商公布活性化學(xué)物質(zhì)的組成，以便于我們更加詳細(xì)地了解水泥基滲透結(jié)晶型防水材料的組成、各組分的作用、產(chǎn)生滲透與結(jié)晶的機(jī)理，從理論上指導(dǎo)水泥基滲透結(jié)晶型防水材料的應(yīng)用。