水泥基渗透结晶型防水材料研究 成果报告

1. 工程背景及研究意义

1.1 工程背景

随着混凝土的广泛的应用，混凝土结构的耐久性不足，越来越受到大家的重视。其中水的侵入是混凝土劣化，降低其耐久性的一个重要原因^[1-3]。因此，对混凝土进行防水处理是推迟其修复时间和提高其耐久性的一个有效措施^[4]。

目前，对混凝土进行的防水处理主要有“治标”的外防水技术和“治本”的内防水技术^[5]。外防水即为柔性防水，有防水卷材和防水涂料。主要利用高分子物质，通过聚合改性等手段，在混凝土表面形成一层憎水的弹性保护层，封闭混凝土表面阻止水的通过。内防水即为刚性防水，主要有防水砂浆、防水混凝土和水泥基渗透结晶性防水材料等，其通过密实混凝土、减少毛细孔数量达到防水目的^{[6] [7]}。外防水技术以其优异的防水性能，在工程中得到了广泛的应用，它可以完全隔绝混凝土与水的接触，从而起到良好的防水效果。但同时人们也开始逐渐意识到外防水的弊端，例如：（1）适应主体结构变形能力差；（2）易老化；（3）出现渗漏时，不易查找渗漏部位，修复困难；（4）施工操作复杂、工序繁多、对混凝土基面要求较严格等；（5）其使用的材料不符合国家提倡的绿色环保。但对于刚性防水，这些弊端就会迎刃而解。

传统的刚性防水主要是通过改变混凝土级配、改变粗细骨料之间空隙率，提高混凝土密实度，增加其防水能力。但由于骨料筛分时消耗时间长成本高，导致该方法未能推广应用。其后发展为通过控制混凝土配合比中的水胶比、灰砂比、砂率、粗骨料大粒径以及混凝土养护天数，以此保证混凝土的密实度，达到防水效果。但该类刚性防水则常常由于混凝土开裂而导致防水失效。

渗透结晶型防水材料作为刚性防水材料的一种，具有液态和粉态两种形态，能解决混凝土由于开裂而导致渗水的问题。它具有自修复的功能，是一种智能型防水材料。与其它刚性防水材料相比：渗透结晶型防水材料是一种表面修复防水防护材料，不仅能够用于新建工程中，还能用于已建工程的修复，对基面的干湿要求和平整度要求低、环保无污染、施工方便、成本低、可用于背水面和迎水面、半永久化、裂缝自修复等特点^[8-10]。

目前所说的渗透结晶型防水材料通常是指水泥基渗透结晶型防水材料，简称CCCW（Cementitious Capillary Crystalline Waterproofing Materials），通常以硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥、石英砂等为主要成分，掺入活性化学物质制成。从上个世纪的出现到现在，水泥基渗透结晶型防水材料已发展形成了众多品牌，如瑞士的VANDEX、加拿大的XYPEX、德国的FORMDEX、美国的PENETRON等^[11-14]。在上个世纪八十年代进入我国市场后，水泥基渗透结晶型防水材料已在北京、上海等同类工程中有过众多成功的案例^[15]，取得显著的防水效果。

1.2 研究意义

水泥基渗透结晶型防水材料作为一种新型防水材料，它不但是可以用于新建建筑的防水，而且对于既有建筑的渗漏修复同样效果显著。同时，它还同时兼具施工方便快捷、绿色环保等特点，故此应用前景非常广阔。但目前市场上正宗的水泥基渗透结晶型防水材料绝大部分依靠进口或者核心母料依靠进口，进入中国市场后，由于不适应中国的工程环境，在实际工程中产生了许多“不良反应”，导致并未达到原来宣传的效果，屡屡出现失败的工程案例。因此，为拥有属于中国的自有品牌，我司联合清华大学尝试自主开发水泥基渗透结晶型防水材料，为渗透结晶型防水材料的良性发展贡献绵薄之力。

2.  国内外研究现状

2.1 国外研究现状    

水泥基渗透结晶型防水材料（简称CCCW）是由德国科学家劳伦斯杰逊在二战时期发明，开始是用于修补渗漏的水泥船。随着科技的发展和人们对绿色防水的青睐，水泥基渗透结晶型防水材料由原来德国的FORMDEX （防挡水）发展到现在美国的PENETRONC（膨内传）、瑞士的VANDEX稳挡水系列.，法国的DIPSEC、加拿大的XYPEX （赛柏斯）、日本的DIPSEC等品牌^{[16] [17]}。国外学者主要是对喷涂水泥基渗透结晶型防水材料混凝土的裂缝修复和耐久性做了大量研究^{[18] [19]}，其中有：

Kumar（库马尔）等^[20]主要考察的是KIM（KRYSTOL INTERNAL MEMBRANE）防水剂对水泥性能的影响，其试验结果表明KIM有延迟水泥裂缝出现的作用，但同时也会延长水泥凝结时间，降低非结合水量、水化热。XRD测试表明，KIM能减少水泥水化过程中水化热的释放量，泡水养护时，渗水量会减小，28天强度会增加。这对地下工程的防渗抗裂意义重大。

Fattuhi等^[21]考察了一种水泥基渗透结晶型防水涂料对混凝土试件耐酸性能的影响，试验表明经该涂料涂刷的试件在不流动的酸性溶液中浸泡172天，质量损失不超过1%，且与空白组相比，经涂料涂刷的试块的抗压强度也有所增加。

Masami Okajim^[22]将水泥基渗透结晶型防水材料与防腐涂料结合在日本本州大濑户桥梁中进行了涂刷使用，经研究表明；处于海峡海洋环境中，水泥基渗透结晶性防水材料防水效果明显，使用寿命长，并提出“对于涂层质量的关键是控制涂层的厚度的观点”。

2.2 国内研究综述

清华大学辉副教授^[23]对水泥基渗透结晶性防水材料的自愈性能进行了研究，试验表面水泥基渗透结晶型防水材料能显著提高混凝土的自愈性，对提高混凝土耐久性具有显著的意义。同时清华大学的刘腾飞^[24]就XYPEX（水泥基渗透结晶型防水材料的一种）对混凝土的抗冻性进行了研究，论文提出：XYPEX对提高混凝土抗冻性有影响，并且提出试块的养护条件对提高混凝土抗冻性影响较明显，泡水养护较喷水养护好。

重庆大学的吴建华、邓少桢等^[25]对涂刷有水泥基渗透结晶材料的混凝土的抗碳化性能进行了研究，得到混凝土在不同水化阶段涂抹时抗碳化的防护效果和不同使用阶段的抗碳化修复效果。他们提出水泥基渗透结晶材料能提高混凝土的抗碳化能力，且在混凝土试块水化程度越低时涂刷水泥基渗透结晶材料，其抗碳化防护效果和抗碳化修复效果越好。

重庆交通大学的邢李进^[26]对水泥基渗透结晶型防水材料Penetron、水泥基渗透非结晶型防水材料施尔固和水性渗透型无机防水剂三种防水材料对混凝土抗盐冻性能进行了试验，结果表明三种防水材料均能提高混凝土抗盐冻性能，其中水性渗透型无机防水剂效果好。

武汉理工大学的余剑英等^[27-30]对水泥基渗透结晶型防水材料做了系统的研究，从检验该类材料防水性能简易的试验方法到研究涂量、龄期、迎水面和背水面等因素对混凝土抗渗强度等级的影响。实验结果表明：涂量大小只会在7d是影响较为明显，对28d的影响较小，同时抗渗强度随龄期的增长而增长，且前期增长速度高于后期。

综上所述，以上的研究大部分是基于国外的进口产品，研究者对具体的配方是未知的，因此不能调试配方以达到优效果。