水泥基渗透非结晶材料及其在防水领域的应用
Application of cement-based capillary non-crystalline material in waterproofing
摘要：介绍了水泥基渗透非结晶防水材料的防水机理及工程应用，指出在水位经常波动、变化，以及经常受到机械震动的环境下，如地铁隧道、地下室、泻洪道、水池等结构，水泥基渗透型非结晶防水材料展示了其优越性能，解决了一般防水材料无法满足的难题。
关键词：水泥基；渗透；非结晶；防水；应用
中图分类号：TU761.1+1 文献标识码：B 文章编号：
引言
水泥基渗透结晶型防水材料因其优异的性能在防水领域得到广泛应用。随着材料科学的发展，一种新型防水材料——水泥基渗透型非结晶防水材料，在混凝土结构渗漏治理中开始崭露头角，受到人们的普遍关注。
1防水原理
水泥基渗透型非结晶防水材料，是以高强度水泥为载体，经特有活性物质和微硅粉、聚合物改性而成。该类材料在加拿大研制成功，并于上世纪末引入我国，目前已开发了聚合物改性水泥基渗透非结晶防水涂料、混凝土外加剂、结构修补砂浆等多种产品。
微硅粉是一种非晶态硅，能与水泥在水化过程中产生的氢氧化钙发生凝硬反应，生成非晶态水化硅酸钙。
m SiO2 + n Ca2++ x H2O
(CaO)n(SiO2)m(H2O)X
非晶态水化硅酸钙颗粒的大小为10埃左右，比水分子小很多，填充混凝土中的毛细孔，可以改善混凝土中的孔结构，混凝土的透水性因而大大降低。在混凝土的毛细孔中，水化硅酸钙以密集堆积的球状存在，而非晶状体（图1）。这种结构稳定性极强，对温度、压力、外界的机械冲击适应性更佳，可以使内部水蒸气透出，而液态水不能侵入，尤其适用于水位变动区以及存在机械震动环境下（如桥梁、隧道等）的混凝土结构防水。由于毛细孔中的水化硅酸钙颗粒是非结晶态物质，因此被称为是非结晶渗透型水泥基防水材料，以区别于结晶渗透型材料。
非结晶结构 结晶结构
图1 水泥基渗透结晶与非结晶材料微观结构
在水泥基产品中，加入聚合物进行改性(如亚克力增强剂)，可以有效改善其性能。亚克力增强剂是一种以甲基丙烯酸甲酯为主要原料的合成树脂，专门用于改善硅酸盐水泥、砂浆、水泥基防水材料的物理性能。在亚克力乳液和粉料配合搅拌均匀后，水泥吸收乳液中的多余水分，乳液即在砂浆中形成网状柔性结构，与砂浆共同组成互穿网络的防水涂膜结构，从而形成连续的弹塑性薄膜，可以大幅度提高混凝土的耐腐蚀、耐磨擦和抗冻融能力。由于微硅粉、聚合物颗粒和非晶态水化硅酸钙等颗粒的尺寸都很小，使得涂层和被涂刷表面的微观结合距离大大缩短，从而极大地提高了涂层与结构的结合强度（8MPa），在迎水面和背水面都能有效防水。如果涂层发生断裂，在涂层处就会有较多的水聚集并渗漏，这时此处的水化反应速度加快，生成更多的游离钙，水化反应相对剧烈，生成的非晶态水化硅酸钙逐渐地聚合聚积在一起，一段时间后就可以将裂缝弥合，即涂层自行愈合重新起到防水作用。
2 几种常用材料简介
2.1刚性优止水高效防水剂
呈干粉状，有灰、白两种颜色，可用于迎水面和背水面防水，可直接应用于混凝土和砖石墙体表面。
使用前，在干净容器中加入1份亚克力增强剂和三份清水，慢慢搅拌成混合溶液。将优止水高效防水剂粉料慢慢倒入容器中，与溶液混合并用电动搅拌器慢慢搅拌成均匀的浓浆糊状混合物。
施工前用水将已经清理干净的表面彻底湿润，但不能让水流下来。用较硬的鬃刷涂刷优止水高效防水剂，涂敷量一般为每平米1公斤。
施工时，优止水一定要涂刷两遍，以消除第一遍涂刷时可能形成的“针孔”。第一遍涂完后，让其干燥一夜，再刷第二遍，以达到最佳防水效果。优止水涂层的最低厚度要求为1mm。
在一般气候条件下，不需要对优止水涂层进行特殊养护。如果气候特别炎热、干燥、多风，则要保持涂层表面湿润至少48小时。
2.2 柔性“优止水”高效防水剂
柔性优止水高效防水剂是一种柔韧性良好的可呼吸水泥基防水材料，用于混凝土、砖石结构的迎水面和背水面防水，有工业灰和白两种颜色。
柔性优止水为双组份材料，A组为固体粉料，B组为液体材料。
使用前要将B组份材料搅拌均匀，然后将80％B组份（液体材料）倒入一个干净的容器中，再将A组份（粉料）缓缓倒入，同时用搅拌器将其慢慢地搅拌成均匀、无结块、可涂刷的奶油状，搅拌时将剩余的B组份材料逐渐加入。
施工前，用水将已经清理干净的表面彻底湿润，但不能让水流下来。用较硬的鬃刷或抹刀涂抹柔性优止水高效防水剂，涂敷厚度应为1.6mm，分两次涂抹。
第一遍涂完后，在涂层还没有干结前，应立即再涂抹第二遍，间隔时间一般为10分钟左右。施工时，一定要涂刷两遍，以消除第一遍涂刷时可能形成的“针孔”。柔性优止水涂层的最低厚度要求为1.6mm。
根据工程的具体情况，决定是满铺增强纤维还是仅在裂缝处使用增强纤维。铺设增强纤维时，应首先涂刷一遍柔性优止水，然后将增强纤维嵌入第一道涂层中，紧接着涂刷第二遍柔性优止水。一定要用柔性优止水涂层将增强纤维完全遮盖，包括增强纤维的涂层厚度应不小于2mm。
养护要求同刚性优止水。
2.3 SP防水装饰涂料
一种由固体聚合物改性的水泥基干粉状光滑建筑涂料，集防水功能和装饰功能于一身，适用于混凝土和砖石墙体表面的防潮、修饰与保护。
用一份亚克力增强剂与三份清水混合成混合液，用该混合液调和SP防水装饰涂料。用刷子或喷枪在已经充分湿润的墙体表面均匀涂刷SP防水装饰涂料。
第一遍要用粗纤维刷子涂刷，以确保表面的孔洞被彻底弥合。第二遍可以用普通刷子或喷枪施工。两遍涂刷应间隔24小时。
养护同刚性优止水。
2.4"艾迪康" 高性能混凝土外加剂
“艾迪康”高性能混凝土外加剂是以微硅粉、聚合物和聚合物纤维为主，由多种化学物质组成的粉状混凝土外加剂，可以极大地提高混凝土的密实度和抗渗透能力，提高混凝土抗压、抗张、抗弯、抗摩擦和抗冲击能力，提高抗冻融和化学腐蚀能力，从而提高混凝土的耐久性。可以极大地提高混凝土的抗压强度，在抗压强度为 30-35 MPa 的普通混凝土中加入该产品，可以使抗压强度提高到 70MPa。
2.5 UP2000
UP2000结构修补剂是一种经聚合物改性的水泥基快干、不下垂的结构修补材料。经亚克力增强剂改性的UP2000结构修补剂，用于混凝土和砖石墙结构修补，能形成耐久性良好的修补层。
大面积修补时，可以在UP2000结构修补剂中掺入干净、表面干燥的骨料。为获得最佳修补效果，最好选择与被修补的混凝土结构相似的骨料。
3 工程实例
3.1 地铁既有线渗漏治理
天津地铁既有线始建于20世纪70年代，全长约7.3km，基本采用明挖法施工，结构型式为矩形框架结构。经过20多年的运营，目前，渗漏水现象严重。经过现存踏勘，发现区间结构变形缝的顶板、侧墙部位均有不同程度的渗、漏水及涌水现象，结构墙体局部裂缝、蜂窝孔洞、预埋铁件位置也有不同程度的渗漏，必须进行病害治理。该工程主要难点是大面积渗漏、涌水，结构局部松散，施工中使用了刚性优止水、柔性优止水和艾迪康砂浆，完满完成了任务。图2是经过治理后的变形缝。
3.2 污水处理厂池体维修保护
天津纪庄子污水处理厂始建于上世纪80年代，是全国最早的污水处理厂，采用传统活性污泥法二级处理工艺，其构筑物均为钢筋混凝土结构。由于池内壁、池底常年受高浓度、多成分的污水侵蚀，固体颗粒的磨蚀以及微生物腐蚀以及钢筋混凝土结构自身老化，构筑物内、外壁及池底均存在不同程度的破损和渗漏。该工程应用了刚性优止水、柔性优止水、艾迪康砂浆和UP2000，主要解决的问题是混凝土结构的微生物和酸、碱的腐蚀防护以及耐磨性能（图3），该工程获得了政府颁发的科技进步三等奖。
3.3李家峡水电站溢洪道抗冲蚀层维修
李家峡水电站是黄河上游龙羊峡至李家峡河段规划开发的第三个大型梯级水电站，位于青海省尖扎县交界处。
1996年9月右中孔溢洪道抗冲耐磨层开始施工，混凝土为400#硅粉混凝土。1997年元月开始泄水，最大流量约600m3/s，泄流次数多达50次以上，泄水后检查，抗冲耐磨层局部成块成片被冲掉，之后又进行了修补。但是，该处气候干燥，修补后的硅粉混凝土在表面产生了大量的龟裂、空鼓，整个泄水道底板都存在裂缝空鼓现象，严重影响了泄水道的正常使用，艾迪康混凝土和优止水高效防水涂料的应用彻底解决了这个难题。
