水泥基渗透结晶型防水涂料混凝土抗渗试验及方法探讨

水泥基渗透结晶型防水涂料混凝土抗渗试验及方法探讨

北京建海中建国际防水材料有限公司

           卫向阳    田海超      王保民

摘   要：在水泥基渗透结晶型防水涂料抗渗性能测试中发现，砂浆抗渗性能和混凝土抗渗性能存在一定差异，本文探讨了易导致试验结果产生误判的原因，并给出了相应的解决方法，同时提出了合理的结果判定准则。此外，对准确和科学的判定水泥基渗透结晶型防水涂料的渗透结晶特性方法进行了阐述。

关键词：混凝土；水泥基渗透结晶型防水涂料；抗渗性能

1 引言

水泥基渗透结晶型防水涂料（CCCW）是以普通硅酸盐水泥或硫铝水泥、石英砂为基材，掺入活性化学物质混合而成的一种新型防水涂料。该材料**的特点是内部化学物质无水休眠、遇水则可激活起到堵水作用，因此被认为是一种**性防水材料，受到了各方的认可。为了规范该类材料的性能和质量，新修订的国家标准GB18445-2012《水泥基渗透结晶型防水材料》对混凝土抗渗性能的试验操作和指标等关键项目提出了更高要求。笔者认为，虽然技术性能指标重要，但是以标准为指导，将抗渗试验做到位也是同样重要。CCCW抗渗性能是否能够达标是决定材料能否具备投入市场的资格，但对抗渗试验和结果进行正确操作和判定则是决定所获取的抗渗性能数据是否真实有效的关键。

本文以大量试验研究为依据，对CCCW混凝土抗渗性能试验进行了全面的阐述，针对目前试验过程中普遍存在的问题，提出了相应的方案和判定规则，最后对如何间接获取CCCW渗透结晶特性的测试方法进行了简要探讨。

2 混凝土抗渗试验

2.1渗水现象分析

在配合比一致、拌合物和易性理想，同时搅拌设备、振捣设备、制样和养护环境相同条件下制作的抗渗试件，当水压达到其**抗渗压力时，其背水面渗水具有如下特点：（1）一致性。每组6个试件的单块抗渗压力之间的浮动值一般不超过0.1MPa；（2）隐蔽性。混凝土在水压超过临界状态时，背水面其实已有水渗出，但是由于渗水程度小，少量水出现后又迅速向四周扩散，对识别造成一定困难；（3）贯穿性。试件背水面某一区域透水后，擦干明水后静停15～30min，该区域仍会有水渗出。对于未带涂层的混凝土试件（基准试件），真实的渗水状态见图1和图2所示。

对于基准试件的透水情况比较容易判定，但是当基准试件涂刷防水涂层后，则需要考虑多方因素的影响。这是因为：首先，涂层部分与基准试件存在差异，涂层涂刷往往由人工完成，极易在背水面的边缘圆周部位存留薄弱面。当水压达到基准试件的临界抗渗压力后，出现水由背水面边缘向内扩散的现象，而此时涂层试件尚未渗水，并且对这类试件劈开纵断面后可明显发现近中心大范围的涂层界面并未出现渗水现象（见图2）。针对该情况，重新拆装进行抗渗试验已无必要，为了防止该现象再次发生，需要在涂层制样时就得考虑到试件边缘薄弱问题。对于正常渗透的涂层试件，若观察及时，其劈开后的纵断面应是渗水部位可见明显渗水痕迹，其状态见图3所示。其次，石蜡和松香的混合融料仍然是绝大多数情况下密封试件的选择，该类密封材料对抗渗压力不高的基准试件来说基本无影响，当试件涂刷涂层后，抗渗性能得到提高，此时密封区域在较高的水压作用下同样会产生渗水现象，该类情况较为常见，不再描述。

对于试件的不正常渗水情况，还存在一类迷惑性很强的不正常现象，见图4所示。试验中常见有脱模时沿横截面断开以及加压时试件被顶出模具的情况出现，这主要是由于试件入模时过于倾斜，入模后的试件迎水面受力不均、实际水压要低于设备显示值，当水压达到基块临界抗渗压力值时，涂层区域局部抗渗压力较高，水在无法穿透涂层区域时，造成试件两侧受力不均而产生剪切应力，导致试件产生意外损伤所致。此时，测得的抗渗压力往往过高，不能反应CCCW的真实抗渗水平。对于该类情况，一般在入模时也会有其他异常现象出现，如试件边缘的局部涂层会在入模后被顶裂，此外，若倾斜程度不高，即使试验顺利结束，同时试件也未出现类似损伤，但是其劈裂面的渗水现象异常，此时需结合其他试件进行综合判定，不可以该状态的抗渗压力作为最终试验结果。

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混凝土涂层试件及去除涂层试件的渗水现象的判定远比基准试件复杂的多、经验要求较高，其中制样环节和入模工艺非常重要，在保证这两个步骤完好的情况下，需对试件多加以留意，必要时辅以劈裂观察、测量渗水高度等操作辅助判断，保证此操作无误后方可对抗渗压力进行定论。

2.2 抗渗压力

以“记录透水时的**压力减去0.1MPa作为该组试件的**抗渗压力”应以对渗水现象保持客观认识为前提。一般而言，准确判定渗水现象后，基本上可以确定抗渗压力，但判定时尚需注意下列问题：（1）涂层的涂刷质量。CCCW属于高活性材料，若每组中6个试件的涂刷用量差异较大以及涂刷不均，都会对抗渗压力的判定造成一定程度的影响。出现这类情况时，涂层试件各块之间的抗渗压力会有较大差别（见图7），此时按照标准要求对抗渗压力进行判定没有意义，因此涂层涂刷质量的好坏是抗渗试验的前提；（2）涂层自身开裂。一些CCCW自身尺寸稳定性和抗干缩能力较差，当从标准养护室取出至试验室环境晾干时，存在涂层自身开裂的问题（见图8），此时对其进行抗渗压力的测试不能直接反应其渗透结晶的效果，但是从另一方面反映出该类CCCW的适应性较差。此外，影响抗渗压力判断的因素还有涂层与基块的粘结性能、涂层自身的物理力学性能等，不再阐述。

混凝土属于多相复合非均质材料，在水压持续作用下，水渗入混凝土内部时必然寻找阻力最小的路径，该路径被完全渗透后，其背水面则会产生明水，这一机理同样适用于CCCW涂层的试件。尽管涂层试件有些部位完全被水渗透，但仍然存在未渗透的部位，当将试件持续水中养护至56d，其完全损伤区域在CCCW和水化作用下得到修补，而未损伤区域同样得到增强。也就是说，在进行第二次抗渗压力试验时，背水面渗水区域仍出现在先前完全损伤部位附近居多（见图9），而出现在新部位渗水的可能性很小。对于水泥混凝土来说，即便没有防水涂层，由于水化反应持续进行，其二次抗渗能力都会有一定的提升，因此，为了更加准确地了解试件的二次抗渗能力，应与基准试件进行同龄期的对比试验，或者增加去除涂层的第二次抗渗压力试验。

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3 混凝土抗渗试验方法探讨

水化硅酸钙、氢氧化钙和钙矾石是最为常见的水泥水化产物，促进和催化这些水化产物的形成也是CCCW能够大幅度提高混凝土抗渗性能的主要原因。但是抗渗性能的提高不能完全说明是CCCW的渗透结晶组分对混凝土发挥了作用。现行标准对抗渗性能的检测分为带涂层和去除涂层的抗渗压力，但是按照标准要求打磨涂层直到网格布自然脱落后，网格布空隙及底部仍然存在一些CCCW，也就是说去除涂层后，抗渗压力的提高从一定层面上反映了CCCW对基块的抗渗增强作用，但是该作用是否在涂层彻底清除后仍然存在疑问，因为从打磨工艺上存在难度。此外，刷毛后的基块背水面参差不齐，不能保证涂层清除的彻底性，操作稍有不慎就会破坏其真实的已渗透层。若存在一种无需打磨涂层或对涂层清理要求不高、还能准确地对已渗透层进行敏感程度较高的评价技术，这个难题将有望得到解决。

目前，国内外科研单位以扫描电镜技术和X射线衍射技术对渗透结晶研究较多。从CCCW图层电镜照片A、B、C和CCCW粉体电镜照片D微观角度来说，水化硅酸钙属于无定形、结晶度非常差的物质，氢氧化钙和钙矾石作为水化反应的附属产物，大量存在于水泥石中；从CCCW成型试块数码照片E和数码照片F宏观角度来看，钙矾石、C-S-H系、M-S-H系、硫酸钙等作为水化体系中结晶度较好的物质，也广泛存在于水泥石中，但是其稳定性受所处环境的碱度影响较大。因此，借助水化产物来确定CCCW的渗透结晶特性具有一定的难度。针对测试难度大的问题，可尝试以CCCW的作用机理为依据，同时借助水泥的特性进行尝试性的讨论：孔的存在和分布状态是决定水泥混凝土物理力学性能的关键参数之一，不同规格的孔构成了混凝土的不同微观缺陷。与其他防水材料相比，CCCW**的优势在于通过一系列化学反应来促进二次水化的产生、及催化未水化或水化未完全水泥颗粒的持续水化从而填充毛细孔道、提高其抗渗性能。依据渗透理论和结晶沉淀理论，CCCW在迎水而下时由于湿度梯度的影响，势必导致渗透结晶组分在水泥混凝土内产生浓度梯度，此时由CCCW活性组分所激发的水化反应和沉淀结晶行为也存在渗透深度梯度，当这些行为积累至一定程度，将在宏观上提高了混凝土的抗渗性能，同时改善该部分材料的其他物理力学性能和耐久性能。因此，以CCCW渗透结晶机理为指导，将材料现代分析方法(压汞法等)与物理力学特性(耐磨性、抗冲击性等)、相关耐久性能(碳化、化学侵蚀等)的研究相结合，有利于这一问题的进一步研究。

4 结语

CCCW从引入中国至今已有几十年的历史，尽管已经被越来越多同行和市场认可，但仍有提升空间。对CCCW的研究，大多是通过理论和机理对其可行性进行分析和论证，通过推断和运算便赋予其超高的抗渗能力，特别是某些厂家将产品性能的夸大化，这一做法是不科学的，同时是对CCCW变相侵害。要掌握CCCW对水泥混凝土防水性能的优化改良效果，必须经大量的试验验证，对于CCCW来说，科学、准确地对该试验进行操作和判定更为重要，稍有不慎就会造成对产品造成误导：某些地方依然采用两根橡胶圈来密封试件进行试验，这对试验结果(尤其是基准试件)干扰极大，这一情况普遍反映了对待抗渗试验的重视程度和认知程度。

CCCW的渗透结晶机理繁冗复杂，其渗透和结晶现象不易观察和测定。为了进一步了解CCCW，这方面工作必不可少。以CCCW工作机理为中心，配以相关的现代测试方法和测试技巧，通过间接的方式对这一难题进行尝试性研究，具有积极的意义。