新聞詳情

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。
    分析材料中活性物质进行渗透结晶过程,必须具备两个基本条件,一是要有Ca(OH)2 ,二是要有水或湿气。具备这两个条件是否一定其活性物质的渗透深度很深呢?实际上,活性物质及结晶的渗透深度不仅取决于材料本身性能,还取决于应用的混凝土基层特性以及使用的环境条件。混凝土基层对渗透深度的影响因素是水灰比、水泥品种、矿物掺合料的强度等,这些因素直接决定了混凝土内部毛细孔的大小与数量,从而对渗透深度有较大的影响。这也是说应用在不同强度等级的混凝土基层上,晶体的渗透是不同的。从外部环境条件来看,潮湿养护、养护时间,温度等环境条件对渗透结晶的过程也有着重要的影响。因此,综合考虑这些因素,结晶渗透深度是相对的,而不是绝对的。
    3.3渗透深度的检测方法
    目前,对渗透深度的质疑、争论较多,主要是目前还没有直接的方法测试结晶渗透深度。袁大伟提出了染色指示法以及碳化的方法,但这两种方法均存在较明显的缺陷。目前,国家标准所提出的二次抗渗压力方法也只是间接反映材料结晶渗透功能的一种方法。采用电子显微镜观察不同距离的晶体的生长情况是比较有效、直观的方法。但一是这种方法只能应用在科研方面,而不能用于试验室、现场检测等,另一方面,这种方法也只是定性的方法,而无法定量分析。因此,找到一种合适的反映这类材料的渗透深度方法是目前所需解决的一个方面。
    4、国家标准存在的问题
    国标GB18445-2001对水泥基渗透结晶型防水材料的推广应用起到了十分积极的作用。今年正在酝酿对标准进行修订。目前,标准所规定的各项指标是否能很好的反映这类材料的性能,值得探讨。从目前看来,很多指标或方法需要修订。现对标准的主要指标、指标值、试验方法及其合理性进行探讨,为标准的修订提供参考。
    4.1匀质性指标
    国标对材料匀质性的技术指标为“应在生产厂控制值相对量的5%之内”(细度为10%之内),这对生产厂家的产品复检来说,有些指标根本不具备可操作性。尤其对检测值非常小的指标,如氯离子含量,一般在0.02%左右,要控制在5%的波动范围内,是很困难的。制定匀质性指标主要是为了生产厂家控制产品的品质,从这个角度来看,匀质性指标应对每项具体值设置上限或下限即可。当然,这也存在一个问题,不同厂家的产品因原材料、配方不同,在某些指标上可能差异很大。
    4.2二次抗渗压力
    水泥基渗透结晶型防水材料(GB 18445-2001)标准提出了一项最重要的指标是第二次抗渗压力,也是反映这类材料渗透结晶、自愈合功能的重要指标。而这项指标是否能很好的反映这类材料的特性呢?目前看来,并不是很理想。因此,使得并不是这类的防水材料也很容易达到这项指标。这也是造成市场上鱼目混珠的重要原因之一。从我们研究来看,要真正反映这类材料的抗渗性能,采用凿除涂层后测试抗渗压力方法可能更适合。
    4.3抗渗基准试件制备
    标准规定,测试涂层的基准混凝土与受检混凝土抗渗压力应控制在0.3-0.4MPa的范围内。如何参照JC 474与GB 8076混凝土配合比设计的规定,调整混凝土的配合比,使得基准混凝土的抗渗压力控制在0.3-0.4MPa关键。很多检测实验室很难通过调试混凝土配合比达到要求,而基准混凝土的抗渗压力经常在0.7MPa以上,这既不利于反映这类材料的抗渗性能,且使渗透压力比这项指标很难达到。反而,造出并不是这一类的材料往往更容易通过这项指标。
    4.4抗渗压力测试时间
     施工单位在使用水泥渗透结晶型防水材料时,经常遇到一个现场抽检的难题,认为检测时间过长。有人提议在产品检测项目中是否可以增加7天“抗渗压力”这一项性能指标。实际上,从前面讨论可知,这类材料的防水效果是随着养护龄期的增长而增强。因此,设定7天的抗渗压力指标无法有效反映这类材料的防水性能。
    5、应用中问题探讨
    5.1应用领域
    在一定条件下,水泥基渗透结晶型防水材料具有良好的防水性能,目前,已经广泛的应用在市政、水工、水利等工程,如地铁、隧道、涵洞、水库、地下室等领域。现在有些人或厂家认为,这类产品不仅可以在地下工程中应用。实际上,这是对这类材料的一种误解。一种防水材料具有良好的防水性能,不等于它可以广泛应用在任何领域。任何一种防水材料均具有它应用优势领域与不宜使用的领域,这取决于这类防水材料的特性。正如前面所讨论的,水泥基渗透结晶型防水材料的防水性能的发挥必须具备一些基本条件,且受使用的环境条件所影响。正如,有些人建议使用在建筑外墙上,我们应该考虑到,这种外墙是混凝土空心砌块外墙、红砖外墙,还是混凝土现浇连续墙,不同的墙体的基础对这种材料的防水性能的发挥起决定性作用。另外,外墙是否进行抹面,采用何种腻子,也是影响其防水效果的一些方面。因此,对于拓展水泥基渗透结晶型防水材料的应用领域,应建立在对这类材料的基本特性、作用机理的理解基础上。如果不能正确的理解这类材料的特性,往往只是达到事倍功半效果。
    5.2防水效果
    有很多工程,在水泥基渗透结晶型防水材料进行防水处理后,并没有达到预期的防水效果,往往首先质疑这类防水材料的防水效果。也有些应用这类材料的人说,我在以前的工程中应用效果挺好的,为什么在这个工程就没有达到这种防水效果呢?其实,产生这种结果的原因是多方面的,水泥基渗透结晶型防水材料的防水效果的发挥不仅需要满足基本必备条件,如早期的潮湿养护,混凝土基层状况及处理。还应考虑到应用的环境条件,潮湿养护的时间、环境温度、湿度等因素。任何一种防水材料的防水效果的充分发挥关键在于设计、施工、养护等过程中是否严格参照其应用领域、施工方法与规范等。
     6、结语
     应该说,水泥基渗透结晶型防水材料是一种典型的刚性防水材料,只是众多防水材料的一种,而并不是一种什么新材料。在国外,水泥基渗透结晶型防水材料是一种传统的防水材料。我们没有必要将它神秘化,这类材料有它的特性,也有它的局限性。在国内,水泥基渗透结晶型防水材料市场经过十多年的发展,到现在100多家从事这类材料的生产、销售或应用。市场经历了从无到有,到现在的鱼目混珠、伪劣产品泛滥局面。对水泥基渗透结晶型防水材料的性能、应用也一直处于争议之中。标准的制定一方面推动了这类材料的发展,另一方面也是造成这种局面的主要原因。因此,有必要对这类材料进行客观的再认识、评价。水泥基渗透结晶型防水材料是一种经典的防水材料,只有正确理解其特性、特点,才能更好的发挥其防水性能,应用在合适的领域。笔者希望通过这些讨论,不仅促进学术争鸣,对国家标准的修订起指导、参考作用,更重要的是促进水泥基渗透结晶型防水材料市场去伪存真,健康发展。