水泥基滲透非結晶材料及其在防水領域的應用
Application of cement-based capillary non-crystalline material in waterproofing
摘要：介紹了水泥基滲透非結晶防水材料的防水機理及工程應用，指出在水位經常波動、變化，以及經常受到機械震動的環境下，如地鐵隧道、地下室、瀉洪道、水池等結構，水泥基滲透型非結晶防水材料展示了其優越性能，解決了一般防水材料無法滿足的難題。
關鍵詞：水泥基；滲透；非結晶；防水；應用
中圖分類號：TU761.1+1 文獻標識碼：B 文章編號：
引言
水泥基滲透結晶型防水材料因其優異的性能在防水領域得到廣泛應用。隨著材料科學的發展，一種新型防水材料——水泥基滲透型非結晶防水材料，在混凝土結構滲漏治理中開始嶄露頭角，受到人們的普遍關注。
1防水原理
水泥基滲透型非結晶防水材料，是以高強度水泥為載體，經特有活性物質和微硅粉、聚合物改性而成。該類材料在加拿大研制成功，并于上世紀末引入我國，目前已開發了聚合物改性水泥基滲透非結晶防水涂料、混凝土外加劑、結構修補砂漿等多種產品。
微硅粉是一種非晶態硅，能與水泥在水化過程中產生的氫氧化鈣發生凝硬反應，生成非晶態水化硅酸鈣。
m SiO2 + n Ca2++ x H2O
(CaO)n(SiO2)m(H2O)X
非晶態水化硅酸鈣顆粒的大小為10埃左右，比水分子小很多，填充混凝土中的毛細孔，可以改善混凝土中的孔結構，混凝土的透水性因而大大降低。在混凝土的毛細孔中，水化硅酸鈣以密集堆積的球狀存在，而非晶狀體（圖1）。這種結構穩定性極強，對溫度、壓力、外界的機械沖擊適應性更佳，可以使內部水蒸氣透出，而液態水不能侵入，尤其適用于水位變動區以及存在機械震動環境下（如橋梁、隧道等）的混凝土結構防水。由于毛細孔中的水化硅酸鈣顆粒是非結晶態物質，因此被稱為是非結晶滲透型水泥基防水材料，以區別于結晶滲透型材料。
非結晶結構 結晶結構
圖1 水泥基滲透結晶與非結晶材料微觀結構
在水泥基產品中，加入聚合物進行改性(如亞克力增強劑)，可以有效改善其性能。亞克力增強劑是一種以甲基丙烯酸甲酯為主要原料的合成樹脂，專門用于改善硅酸鹽水泥、砂漿、水泥基防水材料的物理性能。在亞克力乳液和粉料配合攪拌均勻后，水泥吸收乳液中的多余水分，乳液即在砂漿中形成網狀柔性結構，與砂漿共同組成互穿網絡的防水涂膜結構，從而形成連續的彈塑性薄膜，可以大幅度提高混凝土的耐腐蝕、耐磨擦和抗凍融能力。由于微硅粉、聚合物顆粒和非晶態水化硅酸鈣等顆粒的尺寸都很小，使得涂層和被涂刷表面的微觀結合距離大大縮短，從而極大地提高了涂層與結構的結合強度（8MPa），在迎水面和背水面都能有效防水。如果涂層發生斷裂，在涂層處就會有較多的水聚集并滲漏，這時此處的水化反應速度加快，生成更多的游離鈣，水化反應相對劇烈，生成的非晶態水化硅酸鈣逐漸地聚合聚積在一起，一段時間后就可以將裂縫彌合，即涂層自行愈合重新起到防水作用。
2 幾種常用材料簡介
2.1剛性優止水高效防水劑
呈干粉狀，有灰、白兩種顏色，可用于迎水面和背水面防水，可直接應用于混凝土和磚石墻體表面。
使用前，在干凈容器中加入1份亞克力增強劑和三份清水，慢慢攪拌成混合溶液。將優止水高效防水劑粉料慢慢倒入容器中，與溶液混合并用電動攪拌器慢慢攪拌成均勻的濃漿糊狀混合物。
施工前用水將已經清理干凈的表面徹底濕潤，但不能讓水流下來。用較硬的鬃刷涂刷優止水高效防水劑，涂敷量一般為每平米1公斤。
施工時，優止水一定要涂刷兩遍，以消除第一遍涂刷時可能形成的“針孔”。第一遍涂完后，讓其干燥一夜，再刷第二遍，以達到最佳防水效果。優止水涂層的最低厚度要求為1mm。
在一般氣候條件下，不需要對優止水涂層進行特殊養護。如果氣候特別炎熱、干燥、多風，則要保持涂層表面濕潤至少48小時。
2.2 柔性“優止水”高效防水劑
柔性優止水高效防水劑是一種柔韌性良好的可呼吸水泥基防水材料，用于混凝土、磚石結構的迎水面和背水面防水，有工業灰和白兩種顏色。
柔性優止水為雙組份材料，A組為固體粉料，B組為液體材料。
使用前要將B組份材料攪拌均勻，然后將80％B組份（液體材料）倒入一個干凈的容器中，再將A組份（粉料）緩緩倒入，同時用攪拌器將其慢慢地攪拌成均勻、無結塊、可涂刷的奶油狀，攪拌時將剩余的B組份材料逐漸加入。
施工前，用水將已經清理干凈的表面徹底濕潤，但不能讓水流下來。用較硬的鬃刷或抹刀涂抹柔性優止水高效防水劑，涂敷厚度應為1.6mm，分兩次涂抹。
第一遍涂完后，在涂層還沒有干結前，應立即再涂抹第二遍，間隔時間一般為10分鐘左右。施工時，一定要涂刷兩遍，以消除第一遍涂刷時可能形成的“針孔”。柔性優止水涂層的最低厚度要求為1.6mm。
根據工程的具體情況，決定是滿鋪增強纖維還是僅在裂縫處使用增強纖維。鋪設增強纖維時，應首先涂刷一遍柔性優止水，然后將增強纖維嵌入第一道涂層中，緊接著涂刷第二遍柔性優止水。一定要用柔性優止水涂層將增強纖維完全遮蓋，包括增強纖維的涂層厚度應不小于2mm。
養護要求同剛性優止水。
2.3 SP防水裝飾涂料
一種由固體聚合物改性的水泥基干粉狀光滑建筑涂料，集防水功能和裝飾功能于一身，適用于混凝土和磚石墻體表面的防潮、修飾與保護。
用一份亞克力增強劑與三份清水混合成混合液，用該混合液調和SP防水裝飾涂料。用刷子或噴槍在已經充分濕潤的墻體表面均勻涂刷SP防水裝飾涂料。
第一遍要用粗纖維刷子涂刷，以確保表面的孔洞被徹底彌合。第二遍可以用普通刷子或噴槍施工。兩遍涂刷應間隔24小時。
養護同剛性優止水。
2.4"艾迪康" 高性能混凝土外加劑
“艾迪康”高性能混凝土外加劑是以微硅粉、聚合物和聚合物纖維為主，由多種化學物質組成的粉狀混凝土外加劑，可以極大地提高混凝土的密實度和抗滲透能力，提高混凝土抗壓、抗張、抗彎、抗摩擦和抗沖擊能力，提高抗凍融和化學腐蝕能力，從而提高混凝土的耐久性。可以極大地提高混凝土的抗壓強度，在抗壓強度為 30-35 MPa 的普通混凝土中加入該產品，可以使抗壓強度提高到 70MPa。
2.5 UP2000
UP2000結構修補劑是一種經聚合物改性的水泥基快干、不下垂的結構修補材料。經亞克力增強劑改性的UP2000結構修補劑，用于混凝土和磚石墻結構修補，能形成耐久性良好的修補層。
大面積修補時，可以在UP2000結構修補劑中摻入干凈、表面干燥的骨料。為獲得最佳修補效果，最好選擇與被修補的混凝土結構相似的骨料。
3 工程實例
3.1 地鐵既有線滲漏治理
天津地鐵既有線始建于20世紀70年代，全長約7.3km，基本采用明挖法施工，結構型式為矩形框架結構。經過20多年的運營，目前，滲漏水現象嚴重。經過現存踏勘，發現區間結構變形縫的頂板、側墻部位均有不同程度的滲、漏水及涌水現象，結構墻體局部裂縫、蜂窩孔洞、預埋鐵件位置也有不同程度的滲漏，必須進行病害治理。該工程主要難點是大面積滲漏、涌水，結構局部松散，施工中使用了剛性優止水、柔性優止水和艾迪康砂漿，完滿完成了任務。圖2是經過治理后的變形縫。
3.2 污水處理廠池體維修保護
天津紀莊子污水處理廠始建于上世紀80年代，是全國最早的污水處理廠，采用傳統活性污泥法二級處理工藝，其構筑物均為鋼筋混凝土結構。由于池內壁、池底常年受高濃度、多成分的污水侵蝕，固體顆粒的磨蝕以及微生物腐蝕以及鋼筋混凝土結構自身老化，構筑物內、外壁及池底均存在不同程度的破損和滲漏。該工程應用了剛性優止水、柔性優止水、艾迪康砂漿和UP2000，主要解決的問題是混凝土結構的微生物和酸、堿的腐蝕防護以及耐磨性能（圖3），該工程獲得了政府頒發的科技進步三等獎。
3.3李家峽水電站溢洪道抗沖蝕層維修
李家峽水電站是黃河上游龍羊峽至李家峽河段規劃開發的第三個大型梯級水電站，位于青海省尖扎縣交界處。
1996年9月右中孔溢洪道抗沖耐磨層開始施工，混凝土為400#硅粉混凝土。1997年元月開始泄水，最大流量約600m3/s，泄流次數多達50次以上，泄水后檢查，抗沖耐磨層局部成塊成片被沖掉，之后又進行了修補。但是，該處氣候干燥，修補后的硅粉混凝土在表面產生了大量的龜裂、空鼓，整個泄水道底板都存在裂縫空鼓現象，嚴重影響了泄水道的正常使用，艾迪康混凝土和優止水高效防水涂料的應用徹底解決了這個難題。
