最近,天津市建筑设计院设计某商住楼,地下室平面尺寸386m×25 m,原设计采用掺膨胀剂的补偿收缩混凝土作结构自防水,外包柔性防水,后经厂方宣传,建设方改用普通防水混凝土,外涂一层渗透结晶型防水涂料。设计者向笔者询问,是否可行。
近年来,渗透结晶型防水材料在国内逐渐热了起来。为此,2001年的第6期《中国建筑防水》也做了专题报道,介绍了此类材料的作用机理和应用情况。薛绍祖在介绍这种防水材料的研究与发展一文中指出:“水泥基渗透结晶型防水材料的国内外用户普遍认为,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。袁大伟在《渗透结晶型防水剂剖析》一文中,更是直言提出质疑,认为“在某些厂商的商业宣传中,片面、夸大地解释了渗透结晶型防水剂的含义,使其蒙上了神秘的面纱。对此,笔者深有同感,认为有关渗透结晶型防水材料的许多问题,是很值得探讨的。
1 关于防水机理和渗透深度
首先,应该肯定渗透结晶型防水材料这种外来品的独特性能,它靠渗透结晶填塞毛细通道而达到提高混凝土的抗渗性,这点不容置疑。
根据厂商产品说明书介绍,水泥基渗透结晶型防水材料(英文缩写CCCW)系由普通硅酸盐水泥、石英砂等为基材,掺入活性化学物质组成的一种新型刚性防水材料,可以用作涂料�或作防水剂掺入混凝土中以增强其抗渗性能。其作用机理是材料中的组分遇水形成不溶于水的结晶体,填塞毛细孔道,从而使混凝土致密防水。厂商在提供CCCW与水泥水化反应的电子显微镜照片时称,掺入CCCW的混凝土在毛细孔道中形成了纤维状水化硅酸钙C-S-H结晶;同时介绍,CCCW中的“活性化学物质主要由活性硅和催化剂组成,而水泥和石英砂粉是它的载体,使其分布更均匀。由于水泥水化时析出Ca(OH)2,这种活性硅基团(R-SiO2)与Ca(OH)2反应便形成水化硅酸钙C-S-H凝胶。
C3S+H2O→C-S-H+Ca(OH)2 (1)
R-SiO2+Ca(OH)2+H2O→C-S-H (2)
研究表明,粉煤灰和矿渣粉中都含有活性SiO2,都可与水泥水化析出的Ca(OH)2 反应形成C-S-H凝胶。但CCCW中的活性硅基团更加“活化,形成C-S-H凝胶更有效。由(2)式可见,形成渗透结晶是有条件的,一是要有Ca(OH)2,二是要有水。
至于渗透深度,德国人说0.4 mm,日本人说可达1m,中国代理商说几厘米或几十厘米,这些数据从何而来,不少资料含糊其词。笔者的意见是:
1) 首先,同意袁大伟提出的“渗透与堵塞是一对矛盾的观点。渗透必须有渗透压力,这就是混凝土中的毛细管压力。固液体之间的表面张力差越大,形成的湿润角越小,它向毛细管内部渗透能力就越大。渗透结晶在毛细孔道中形成后,便发生堵塞作用,像一道“闸门,那么它又怎样再通过“闸门进一步渗透到混凝土的毛细孔道中毛细压力从何而来
2) 即使能进一步渗透,也决定于CCCW中活性物质的数量、使用方法和环境,CCCW涂层厚度为0.8~1.5mm,而活性化学物质只占CCCW中很小一部分,它具有多大的穿透能力
3) 水泥化学研究表明,水泥中C3S和C2S随水化龄期的延长,它所生成的C-S-H数量越多,其中有一部分填充于毛细孔缝中。因此,在电子显微镜下,很难判断哪些C-S-H是由水泥生成的,哪些C-S-H是由渗透结晶型防水材料生成的。
因此,笔者认为CCCW防水涂层只能在混凝土表层上起到渗透结晶的作用,其渗透深度大约在0.4~1.0mm,即高于混凝土毛细管径的最大尺寸。有人说它可渗透到混凝土中达几厘米和几十厘米,在理论上不成立,给出的测试数据也不可信。
2 关于应用场合和作用效果
基于CCCW具有渗透结晶的独特功能,从20世纪40年代起,在欧洲和日本把它作为一种刚性防水涂料,用于全地下混凝土结构的外表面防水,后来也用于结构内表面防水。它的防水效果是肯定的。但必须指出,应用此类材料的前提是,混凝土的结构必须稳定。混凝土收缩开裂,则CCCW刚性防水层也会开裂,整体防水便会失效。针对CCCW变形能力差的缺点,在80年代,德国开发了以丙烯酸为主的聚合物水泥基防水涂料(JS涂料),它具有一定的弹性,粘结力强,能与混凝土一起伸缩,防止水从微裂缝中渗入。这种刚柔结合的防水涂料性能比CCCW涂料更胜一筹,已在国内外防水工程中得到较广泛的应用。根据CCCW性能特点,笔者认为它更适用于防水修补工程。