国外水泥基渗透结晶型防水材料的研究与发展

摘  要   介绍了水泥基渗透结晶型防水材料的产生与发展、防水机理和防水层构成等；对其材料特性及用途作了分析评价；介绍了进入中国市场的情况及主要品种；论述了防水工程界关注的质量控制及相关检测情况，特别是它的适用范围及施工注意事项。

O   前言

国外水泥基防水涂层材料的研究和工程应用，已走过了近百年的历程。该领域的研究和发展，先后开拓和工程应用的类型主要有以下3种：

水泥基金属氧化物防水材料，1906年在美国发明获得专利，成功地用作背水面防水处理，如电梯井坑及类似的防水工程，一直沿用至今。

水泥基渗透结晶型防水材料1942年德国化学家Lauritz Jensen(劳伦斯·杰逊)在解决水泥船渗漏水的实践中发明，英文名为：Cementitious Capillary/Crystallin Waterproofing Materials,简称CCCW。这种材料系由普通硅酸盐水泥、石英砂或硅砂、带有活性功能基团的化学复合物组成。它以粉状形式供应用户。大多数的应用是仅仅与水伴合（有些情况还要加入化学添加剂），调配成可以涂刷或喷涂的浆料。正如它的名称示意的内涵，它不仅形成一个有效的防水涂层，而且其含有的活性化学复合物，可向混凝土内部渗透，与混凝土中的水分、游离的活性物质产生化学反应，形成不溶的结晶体复合物，进而靠结晶体增长填塞毛细通道。这些结晶体，通常可以增长到0。4mm─即高于混凝土毛细管径的**尺寸，从而使混凝土致密、防水。

聚合物改性水泥基防水材料，是20世纪60年代高分子聚合物工业迅速发展的产物。60年代在欧洲和美国为数众多的该类材料，以其高的粘接力和弹性，满足防水工程对它的性能要求。特别是适用于背水面的防水修补砂浆的问世，极大地扩展了这类材料的用途。该类材料国外称为“水泥涂膜”或“水泥屏障涂料”，以区别于水泥基渗透结晶型防水材料，因它们都是以水泥为基料的。

水泥基防水涂层材料的共同特点是，可用于新、旧混凝土基面；可以在潮湿基面上施工；新建和修复工程均可采用。水泥基渗透结晶型防水材料与其他两类相比，具备可以用于饮水工程的优点，这一点是世界各国公认的。日本硅酸质系防水涂料协会会长小新井治美先生在《2001年防水界展望》的文章中，称水泥基渗透结晶型防水材料是在日本应用较多，**制订日本国家统一标准的无机防水涂料，称赞水泥基渗透结晶型防水材料是对环境保护、对人类生存都有益处的防水材料。

1  水泥基渗透结晶型防水涂层材料（CCCW）的总体发展

第二次世界大战期间，德国钢铁紧张，开始使用水泥造船。但是水泥船渗漏水严重，无法正常使用。在这样的背景下，促进了水泥基渗透结晶型防水材料的产生和发展。二次世界大战后，欧洲和日本经济的快速增长，使这一材料的工程应用不断扩大，产品也从早期的德国的VANDEX（稳挡水）品牌（现转售到瑞士）延伸发展出加拿大的XYPEX（赛帕斯）、加拿大的KRYSTOL、新加坡的FORMDEX（防挡水）、美国的PENETRON（膨内传）、法国的DIPSEC、澳大利亚的CRYSTAL、日本的PANDEX等数十个品牌，均有不同程度的改进，形成了系列产品。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（结构内表面防水）有它的特殊效果，特别是在污水处理池和地面生活用水贮水池等类似工程的应用中颇为理想。从60年代以来，CCCW作为混凝土结构背水面防水处理（内防水法）的一种有效方法，逐步扩大品种，不断进入建筑施工应用的新领域。

CCCW对新浇筑的混凝土板面或混凝土垫层，也可采用在其上面干撒的方法，作成背水面防水屏障。即将CCCW干粉，人工撒到新浇混凝土上，立即抹压密实。在这种情况下，CCCW变成混凝土板面的组成部分，从而避免了防水层的分离或剥落损伤。

水泥基渗透结晶型防水涂层材料与其它水泥系防水层性能比较，见表1。

表1  水泥系防水层的性能（针对地下混凝土结构物）

注：1）○ ：优良；△：普通；×：较差            2）△*：涂膜薄柔，必须有保护层

2   防水层的构成和防水机理

水泥系防水层的构成和防水机理见表2。

表2   水泥系防水层的构成与防水机理

3  水泥基渗透结晶型防水材料的配合比与施工方法

  水泥基渗透结晶型防水材料与其他水泥系防水层的配合比与施工方法的比较，见表3。

表3  水泥系防水层的配合比与施工方法

4  适用部位与质量控制标准

  水泥系防水层的适用部位与质量控制标准，见表4。

表4   水泥系防水层的适用部位与质量控制标准

5  特性及用途分析评价

5.1  CCCW适用于经过表面处理的混凝土构筑物的整体防水

CCCW防水体系可使混凝土结构变为抗渗漏水的致密体，但仍赋予混凝土“呼吸”的功能。

日本研究人员通过试验发现，CCCW的结晶体渗透深度可达1m。同时发现，当渗透到0.5m时，仅占据混凝土毛细通路全程的50%。经混凝土壁的渗透，没有确定的时间，因结晶体的增长，可短期暂停，一旦湿气再次出现，可继续晶体增长的化学反应，从而保证了完全、充分地向混凝土结构内部渗透。

CCCW含有的活性化学复合物，其化学活性从发生反应开始，可持续一个月，达到最高效能。CCCW的活性和渗透深度取决于多种因素，如周围温度、混凝土的致密度和湿气含量、外掺剂以及环境条件。

CCCW中的活性化学复合物，一旦渗透，则变成混凝土的组成部分，可以抵抗高的负压水头。

CCCW的涂层厚度一般为0.5~1.5mm。施工作业可以在技术人员指导下，由普通工人施工。

CCCW与混凝土氧化和氧化铁进行化学反应，在混凝土表面会出现一些霜斑或污迹，通常可在混凝土硬化之后，用表面刷清漆或涂料的方法，予以处理。

5.2  CCCW具有封堵混凝土细微收缩裂缝的能力

结晶体吸收湿气，湿气在裂缝中激活结晶体，使其不断增长，从而封堵裂缝。但是，此功能公对宽度0.5mm以下的裂缝有效，对“活动”的裂缝是无效的。活动的裂缝可以在现场凿槽，用掺有CCCW的砂浆封堵。对施工缝以及变形稳定的接缝，均可用这种方法进行处理。

5.3  在背水面应用具有其它涂层无可比拟的优点

1）可用于新、旧混凝土基面；

2）用于修复工程费用低，施工方便；

3）地面贮水池可在正常使用的情况下，在其外部进行维修；

4）施工后允许立即进入修理区；

5）提供了一个长久解决防水问题的办法。

当应用背水面防水涂层时，凡涂层开裂出现渗漏的地方，也是混凝土结构产生裂缝的部位，极容易发现和准确定位，并可用相同的材料修补，或者进行化学灌浆修补。而采用迎水面防水涂层的工程，由于施工原因或某种损坏，也会导致渗漏。当渗漏发生时，水往往沿着钢筋、PVC止水带流窜，最终在结构内表面的最薄弱点渗出，其位置偏离结构外墙原渗入处6~9m都是可能的。这样的渗漏水，对结构物的业主来说要支付高的代价；对负责维修的承包商来说，天天“捉漏”不胜其烦，直到敲开内表面，不得不考虑全部采用背水面防水涂层而告了结。

5.4  混凝土表面处理是成功的关健

CCCW防水体系与相关的防水体系一样，其混凝土表面处理是防水成败的关键。特别是背水面应用时，必须清除混凝土表面的化学养护膜、模板隔离油、浮灰等，使混凝土毛细管通畅。对混凝土模板拉紧孔，有缺陷的施工缝、裂缝、蜂窝麻面等，必须做好表面处现并修补。

6  该类材料进入中国市场的情况及主要品种

80年代初，在上海注册的加拿大亚洲之路贸易公司**向上海地铁筹备组推荐了水泥基渗透结晶型防水材料─XYPEX产品。有关技术人员注意到了它的独特性能，但回当时进口材料的繁琐程序，未能实现工程性能试验的计划。10年后，1994年加拿大XYPEX的代理商─美国绿洲海洋化学公司的郑鸿法博士，在上海市地铁工程建设指挥部的协助下，选择建设中的常熟路地铁车站，进行了堵漏试验。

1995年3月，上海市地铁运营公司通过美国绿洲海洋化学公司，进口了8T（300桶，每桶27.7kg）XYPEX产品，用于上海地铁1号线南端的修补堵漏。同年，在有关人士的积极倡导和牵线搭桥下，美国绿洲海洋化学公司在北京设立了XYPEX产品的中国总代理机构，标志着XYPEX产品正式进入中国市场。

从90年代初开始，表5所列的其他同类产品，相继进入中国市场。在上海、北京、广州、武汉、重庆、大连、杭州、乌鲁木齐等地获得较多的应用。

表5  进入中国市场的水泥基渗透结晶型防水材料品牌

7  质量控制及相关检测的状况

 水泥基渗透结晶型防水材料（CCCW）的检测标准，据文献报道，德国有国家标准，美国还没有制订相应的标准，特别是在背水面应用的施工标准。国际上，通常采用德国的检验标准，或者按“国际修理协会”推荐的修理材料之类似技术要求，指导实施。日本建筑学会制订了日本JASS8T─301《硅酸质系涂布防水材料的品质及试验方法》。我国的国家标准正在报批中。

国外相关资料有这样的记述：在CCCW涂层施工28d之后，用喷砂的方法清除混凝土表面的CCCW涂层，经测试，CCCW涂层中的90%化学反应剂渗入到了混凝土中，残留在面层的CCCW化学反应剂仅为10%。“结晶防水”的整体功能很强，铲除表面的涂层对结构防水功能影响很小。

水泥基渗透结晶型防水材料的国外用户普遍认为，若能对“渗透结晶”性能拿出令人信服的检测手段，将对这类材料的推广具有重大意义。目前在工程界，都非常关注这一问题，认识不完全一致。

8 结语

8.1  关于工程界关心的水泥基渗透结晶型防水材料（CCCW）的化学反应机理归纳为以下3点：

1）水泥基渗透结晶型防水材料（CCCW）是混凝土结构背水面防水处理的理想材料。其作用机理是“渗透功能”，即高盐分的溶液，通过混凝土的毛细管，向低盐分的溶液渗流。所以，这种具有自己的独特性。

2）游离氧化钙和湿气是CCCW的二个重要工作（反应）要素。鉴于游离氧化钙遍布在混凝土中，而任何混凝土结构只要渗漏水，就有湿气。可见这两个条件容易具备。此外，将干燥混凝土表面的毛细管路畅通，均系启动CCCW化学反应的必须条件。

3）湿气、游离氧化钙和承压水盐分中的化学物质是CCCW结晶形成并增长的基本条件。湿气和游离氧化钙这两个要素，如在混凝土的毛细管中始终存在，刚CCCW的结晶形成会不间断地进行。若两个要素缺一，则化学反应中止，而活化了的结晶体潜伏在混凝土的毛细管中。一旦渗漏水再次侵入混凝土，则活化了的结晶会恢复结晶体增长的化学反应过程，不断充填混凝土中的毛细通路，从而使混凝土致密，增强了抗渗水性能。

8.2  从国内外多项工程实例分析，CCCW材料的应用覆盖了工业民用建筑的地下结构、地下铁道、桥梁路面、饮用水厂、污水处理厂、水电站、核电站、水利工程等，已有了成熟的施工工艺。但任何一类防水材料都有自己的适用范围，只有下确的选用防水材料，并严格按照它的技术规定施工操作，方可达到预期的防水效果。这一点对CCCW材料特别重要。笔者认为，水泥基渗透结晶型防水材料，系属特殊要求的防水材料，在设计选用时，必须对生产厂、供应高进行必要的调研，进而还应对专业防水施工队作必要的规定，方能确保效果。