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

關鍵詞：防水材料；水泥基；滲透結晶；組分；作用


1 多孔性的混凝土結構

混凝土是非勻質結構體，在澆筑混凝土時，水灰比控制在0．23～0．25就可滿足水泥水化反應的需要，但如此小的水灰比使混凝土的流動性極差，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。混凝土凝固過程中，多余的水分蒸發，在混凝土中形成無數毛細管通道和細微的裂紋，凝固前后混凝土體積相差約8％。此外，在使用過程中，混凝土也會產生新的裂紋。所以，混凝土是一種多孔性的結構。

多孔性給混凝土帶來的危害很多，主要有：（1）導致鋼筋混凝土結構滲漏水；（2）導致鋼筋混凝土遭受凍害；（3）水載有害物質Clˉ、SO42ˉ等對混凝土產生化學破壞；⑷空氣中的C02對混凝土產生碳化作用。

上述危害嚴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的天衣無縫結構體，但事與愿違，我國著名混凝土裂縫控制專家王鐵夢經過幾十年的研究，得出結論：“天衣無縫只不過是人們的理想和遙不可及的追求，現實世界是天衣有縫的。我們永遠不可能戰勝裂縫，不可能消滅裂縫，不可能杜絕裂縫，只能控制裂縫，允許無害裂縫存在，要求不出現和少出現有害裂縫。從另外一個視角，裂縫不僅是缺陷，它還是混凝土的物理力學性質。”

多大的裂紋是有害裂紋呢？美國學者Mehta認為影響混凝土強度和滲透性的孔隙大小為不小于100 nm；我國吳中偉院士根據孔對混凝土性能影響的大小把混凝土內孔分為：2．5～20.nm，無害孔級；20～50 nm，少害孔級；50～20.0 nm，有害孔級；200 nm～11µm，多害孔級。需要指出的是，我國GB50108－2001《地下防水工程技術規范》第4．l．6條規定，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的裂紋會嚴重影響結構強度，該條在規定允許最大裂紋寬度的同時，強調了裂紋不得貫穿，不貫穿的裂紋當然不會滲漏。


綜上所述，混凝土是一種非勻質結構，產生裂紋、孔隙是混凝土的性質，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害級別(孔隙小于20 nm）。

控制混凝土孔隙、裂紋大小的辦法很多，采用水泥基滲透結晶型防水材料是行之有效的方法之一。多年來，由于水泥基滲透結晶型防水材料供應商對該材料的組成和作用機理描述得不夠清晰，使我們不能從理論上指導該材料的應用，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，摻入活性化學物質組成。國內學者通過對水泥基滲透結晶型防水材料的性能分析認為，活性化學物質由多種成分構成。在多種成分中，可分為兩大類：（l）復合型混凝土外加劑；（2）活性陰離子催化劑。其中復合型混凝土外加劑包含防水劑、引氣劑、早強劑、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，眾多文獻描述不一。有的認為水泥是載體，有的認為水是載體，有些文獻對什么是載體未作說明；結晶體產生的過程中發生了什么樣的化學反應，很多產品說明的描述含糊不清，致使人們不能正確理解各組分的作用，因此，有必要說明各組分所起的作用。水泥基滲透結晶型防水材料中的各組分與未水化水泥的反應，是在水溶液中進行的，即各組分首先溶解在水中，然后發生化學反應。

2．2．1 復合型混凝土外加劑的作用

復合型混凝土外加劑在水泥基滲透結晶型防水材料水化初期，就參與化學反應，生成致密的水泥基滲透結晶型防水材料涂層（外涂型和干撒型），或提高混凝土本身的致密性（內摻型），其作用機理隨復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

水泥水化產生Ca(OH)2，在水中電離產生Ca2+；水泥中未水化的水泥顆粒及水泥基滲透結晶型防水材料中含有活性SiO32－；活性陰離子是一種正催化劑，它發揮如下作用：（l）加速Ca2+和SiO32－反應生成CaSiO3·nH2O的反應速度；（2）它能使水泥中的Ca2+和SiO32－在極低的濃度下（l×10－8）發生化學反應，生成水合硅酸鈣CaSiO3·nH2O的反應更加徹底、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微孔隙中，從而在混凝土深層產生結晶體。

隨著水合硅酸鈣的不斷生成，結晶體逐步長大，從而堵塞混凝土中的毛細孔和微細裂紋，反應前后，活性陰離子作為催化劑，質量不發生變化，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能力，也就是具有二次滲透能力。水泥基滲透結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－的反應停止。當混凝土開裂，水分再次滲入混凝土時，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，再次生成結晶，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

在水泥基滲透結晶型防水材料的應用過程中，水發揮了3種作用：（l）溶劑，所有的反應都是在水溶液中進行的，水是反應的介質；（2）固化劑，水不僅是水泥的固化劑，也是Ca2+和SiO32－反應生成CaSiO3·nH2O結晶體的固化劑，在結晶體中，含有n個水分子；（3）活性化學物質滲透的載體，活性化學物質溶解在水中，擴散到水能到達的區域。

2．2．4 水泥的作用

在水泥基滲透結晶型防水材料中，水泥也發揮了3種作用：（1）反應物，水泥為結晶體CaSiO3·nH2O的生成提供了Ca2+和SiO32－；（2）成膜物質，水泥是水泥基滲透結晶型防水涂膜的主要成膜物質之一，在涂膜中發揮粘結和防水作用；（3）載體，在制造水泥基滲透結晶型防水材料時，活性化學物質均勻分散在水泥中，使活性化學物質能被均勻地涂刷（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

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

3滲 透

水泥基滲透結晶型防水材料通過活性化學物質在混凝土孔隙中的滲透而產生結晶體，因此，有必要研究滲透有關的因素。

3．l 滲透的動力

滲透是水泥基滲透結晶型防水材料中的活性化學物質在混凝土孔隙中擴散的過程，既然有擴散，必然有動力，滲透的動力有以下4種：（l）機械力：在內摻型產品（水泥基滲透結晶型防水劑）中，通過機械攪拌，使活性化學物質均勻地分散在混凝土中；在干撒型產品中，通過抹壓使活性化學物質均勻地分散在混凝土表層；（2）水載流動：活性化學物質的水溶液在較大的裂紋中，向混凝土內部流動，從而把活性化學物質帶入到混凝土內部；（3）擴散理論：活性化學物質在水溶液中，自動從高濃度區向低濃度區擴散；（4）毛細管作用：活性化學物質的水溶液，通過毛細管作用，在混凝土微細孔中擴散。


3．2 滲透的條件

滲透必須具備2個條件：（l）滲透主要發生在混凝土的毛細孔和微細裂紋中，因此，毛細管道必須敞口。為此，必須清除混凝土表面的有機薄膜成分，如脫模劑、油漆、涂料等，有利于含有活性化學物質的水溶液對混凝土潤濕及毛細管現象的產生：（2）活性化學物質以水為載體滲透，因此，水是滲透產生的必要條件，在水泥基滲透結晶型防水材料的養護過程中，必須始終保持濕潤狀態。

3．3 滲透的深度

滲透的深度并不代表產品的性能，這是因為：（l）滲透與混凝土表面毛細孔、微細裂紋的分布、形狀有關，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物質的黏度成反比，黏度越低，滲入深度越深；（3）滲入深度與活性化學物質的活性成反比。這是因為，在滲透過程中，即伴隨有結晶體的產生，堵塞毛細管，阻止滲透。活性越高、產生結晶的速度越快、對毛細孔的堵塞也越快，滲透越淺。

3．4 滲透的方向

在使用水泥基滲透結晶型防水材料時，我們必須控制滲透的方向，使活性化學物質向混凝土內部滲透，在混凝土深層產生結晶，堵塞混凝土中的毛細孔。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）水泥基滲透結晶型防水涂料成膜后，禁止覆蓋塑料薄膜養護，因為覆蓋塑料薄膜后，毛細孔孔口被封閉，活性化學物質的水溶液在毛細孔中上升時，在毛細孔中形成負壓，不利于活性化學物質的水溶液在毛細管現象作用下向混凝土深層滲透，應覆蓋草墊灑水養護，使毛細孔具有透氣性。

所有的操作，應防止活性化學物質從混凝土中析出，預防發生反向滲透，為此應該做到：（l）養護水泥基滲透結晶型防水涂膜和含有水泥基滲透結晶型防水劑的混凝土期間，表面應無明水，如果有明水存在，會在混凝土表面形成活性化學物質的低濃度區（濃度為0），混凝土中的活性化學物質會向低濃度區滲透，從混凝土中析出；對于使用水泥基滲透結晶型防水材料的蓄水池，應充分養護后，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，水不能浸入混凝土內部，活性化學物質也就不能從混凝土中向水中擴散；（2）在地下工程中使用水泥基滲透結晶型防水材料時，應充分養護后才能回填，回填土應保持濕潤。如果回填土干燥，活性化學物質在毛細管現象的作用下，易向回填土中滲透：如果回填土過分濕潤，如地下建筑物浸泡在水中，在建筑物周圍形成活性化學物質的低濃度區（濃度為0），活性化學物質易從混凝土中高濃度區向低濃度區滲透，造成活性化學物質的損失。所以，水泥基滲透結晶型防水涂膜或含有水泥基滲透結晶型防水劑的混凝土必須充分養護，在混凝土表面形成致密的防水層，堵塞造成滲透的毛細孔，使反向滲透終止。

4  結語

目前，國內市場上的材料供應商對活性化學物質的組成仍然保密，希望材料供應商公布活性化學物質的組成，以便于我們更加詳細地了解水泥基滲透結晶型防水材料的組成、各組分的作用、產生滲透與結晶的機理，從理論上指導水泥基滲透結晶型防水材料的應用。