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水泥基渗透结晶型防水材料概述
原创
2016-07-18
孙振平教授课题组
同济混凝土外加<
/p>
剂本文由同济大学孙振平教授课题组蒋晓星整理注：本公众
号所发
布内容均为课题组原创，转载或修编时请务必注明出
处。
1
简介水泥基渗透结晶型防水材料
(Cementitious
capillary crystalline waterproofing mat
erials
，
简称：
CCCW)
是一种用于水泥混凝土的刚性防水材料。其与水作用后，材
料中含有
的活性化学物质以水为载体向混凝土内部渗透，与
水泥水化产物发生反应生成不溶于水的
针状结晶体，填塞毛
细孔道和微细缝隙，从而提高混凝土致密性与防水性。水泥
基渗透结晶型防水材料按使用方法分为水泥基渗透结晶型
防水涂料
(
代号
C)
和水泥基
渗透结晶型防水剂
(
代号
A)
。
水泥
基渗透结晶型防水涂料
< br>(Cementitious capillary crystalline
waterproofing coating)
：
以硅酸盐水泥、
石英砂为主要成分，
掺入一定量活
性化学物质制成的粉状材料，经与水拌合后调
配成可刷涂或喷涂在水泥混凝土表面的浆料
；亦可采用干撒
压入未完全凝固的水泥混凝土表面。水泥基渗透结晶型防水
剂
(Cementitious capillary
crystalline waterproofing
admixture)
：以硅酸盐水泥和活性化学物质为主要成分制成
的粉状材料，掺入水泥
混凝土拌合物中使用
[1]
。
2
国内外应
用现状
2.1
国外应用现状水泥基渗透结晶型防水材料于
1942
年由德国化学家劳伦斯·杰逊
(Lanritz Jensen)
在解决水
泥船渗漏水的实践中发明。二次大战后，欧洲和日本经济的
< br>快速增长，使这一类工程材料的应用领域不断扩大，产品也
有德国的
VANDEX
，加拿大的
XYPEX
、
CRYSTOL
、新加
坡的
FORMDEX
等数十个品牌。水泥基渗透结晶型防水材
料在开拓工程应用的过程中，最初是提倡用于全地下混凝土
结构的外表
面防水，后来发现它在背水面也有它的特殊效果。
特别是在污水处理池和地面生活用水蓄
水池等工程中应用
颇为理想。
20
世纪
60
年代以来，水泥基渗透结晶型防水材
料作为混凝土结构防水的一种有效材料，逐步扩大了品种，
不断进入建筑施工应用的新
领域
[2]
。
2.2
国内应用现状二十
世纪
90
年
代，
加拿大
XYPEX
产品应用于上海
常熟路地铁站
的堵漏工程。随后，该产品又应用于上海地铁
1<
/p>
号线的防水
堵漏工程。
再以后，
FORMDEX(
德国
)
、
KRYSTOL(
加拿大
)
、
PENETRON(
美国
< br>)
等同类产品也相继进入中国市场，
这种类
型的产品先后用于黄河小浪底发电站、四川大桥水库导流洞
堵漏、北京世纪坛
地下室防水、上海外环线沉管隧道接缝等
工程中广泛应用，防水效果显著，获得工程界的
一致好评。
在水泥基渗透结晶材料最初进入中国市场时只是用于游泳
池、大坝、水库、地下室等静态防水、堵漏，而用于有动荷
载的路面和桥面领域不是
很多。许多工程技术人员在长期使
用这种材料对其性质在进一步了解后，许多桥面和路面
也采
用该种材料进行防水，并取得良好的防水效果。
3
作用机理
不同类型的水泥基渗透结晶型防水材料的活性物质组成不
一样，其结晶产物种类也不一样。目前有关该类材料结晶机
理，
较为流行的说法主要有沉淀反应结晶机理和络合
-
< br>沉淀反
应结晶机理。
3.1
沉淀反应结晶原理
Edvardsen C.[3]
认为，
当
CCCW
涂覆于
混凝土基体表面时，物理、热学与力学过
程对混凝土在水流或介质作用下微细裂缝的愈合
有一定的
影响，但
CaCO3
晶体在基
体裂缝中的化学结晶沉淀是其主
要作用机理。
CCCW
中含有的活性化学物质，
在浓度和压力
差的共同
作用下，会以水为载体渗透到混凝土内部，与毛细
孔中的游离石灰和氧化物发生化学反应
，生成不溶于水的
CaCO3
结晶体，密封混凝土中的毛细孔及
微裂缝，从而起
到阻水、防水的作用。当混凝土处于干燥状态时，活性化学
物质和混凝土内部的
Ca2+
便不能以游离态的离子
形式存在，
也就不再具有活性了，即所谓的“休眠”状态。当混凝土产生
微裂纹等缺陷时，水便会再次沿着裂纹进入混凝土，相应的
活性物质也就被再次
激活，随水向混凝土内部渗透并发生作
用，直至裂纹被不断长大的晶体完全封闭为止。<
/p>
3.2
络合
-
沉淀反应结晶原理关于渗透结晶防水材料的另一种说法是
络合
-
沉淀反应机理学说。
这种学说认为，
涂
料中存在的可与
Ca2+
络合的活性化学物质，
与水拌和时，
该物质迅速分散到
水中，当涂料涂覆于混
凝土基体表面时，在表层形成一个该
类物质的高浓度区。由于浓度梯度的存在，活性物质
会随水
进入基体内部。众所周知，水泥主要矿物
C2S
、
C3S
水化，
在形成
水泥石主要水化产物硅酸钙凝胶的同时，产生大量的
六方片状
C
a(OH)2
晶体。硬化水泥石中的
Ca(OH)2
对强度
贡献很小，它的溶出易造成混凝土结构的破坏。进入混凝土
内部的活性化学物质，遇到
Ca(OH)2
的高
浓度区时，与混
凝土中电离出的钙离子络合，形成易溶于水的、不稳定的钙
络合物。络合物随水在混凝土孔隙中扩散，遇到活性较高及
未水化水泥、水泥
浆体等，活性化学物质就会被更稳定的硅
酸根、
铝酸根等取代，
发生结晶、
沉淀反应，
从而将
Ca(OH)2
转化为具有一定强度的晶体化合物，填充混凝土中裂缝和
毛
细孔隙。而活性化学物质则重新生成自由基，继续随水向内
部
迁移
[4,5]
。其催化而发生的水泥结晶增生的基本过程如图
1
所示。图
1.
络合
-
沉淀反应结晶原理图图
1<
/p>
可如下描述：
活性物质主要为活性基团
A
2
－，其获得
Ca2
＋后形成溶于
水的、不稳定的钙络合物
Ca2
＋
=A2
－。钙络合物扩散渗透
到混凝土孔隙中，
遇到活性较高的未水化水泥、水泥凝胶体
等，因溶解度的差别，活性化学物质就会被更稳
定的硅酸根
离子等取代，生成难溶的
CaSiO3·nH2O<
/p>
沉淀到混凝土的孔
隙中，
从而将
Ca(OH)2
转化为具有一定强度的晶体合成物，
填充混凝土中裂缝和毛细孔隙。分离出的
A2
－离子再次扩
散，
在有
Ca(OH)2
等物质
(Ca2
＋浓度高
)
的地方再次和
Ca2