防水剂的分类和作用机理

人们在遇到有关水在混凝土中的渗透性问题时，总会有一大堆疑问和方案，“防水”“水密性”“憎水”这些术语也经常被人们互换着使用，而实际上，这些词语可以描述一些相差甚远的情形。本文旨在关注用于增强混凝土抗渗性能的掺入型防水剂和可在已硬化混凝土表面形成化学屏障的防水剂，物理屏障如卷材或涂料构成的膜系统不在本文讨论范围。

水灰比（w/c）较低、配合比良好的混凝土，经过充分养护后可以成为耐久性优异的材料，其渗透性很低，具有对液态水渗透的抵抗力；尽管如此，这样的混凝土也不总是能够阻挡水从其内部通过的。水能够从混凝土内部通过，有两个主要因素：毛细孔吸附和静水压力。

毛细孔吸附是指水通过混凝土自身的孔和微观裂纹进行迁移的一种现象。微观裂纹一般尺寸在0.004 mm左右，可至0.02 mm。微观裂纹包括绝大部分的收缩裂纹和部分沉降裂缝。介观裂纹尺寸一般在0.1 mm左右。宏观裂纹更大，尺寸为0.15~0.3 mm 。Halvorsen认为，受表面质地和其他因素影响，人类肉眼可以觉察到最细的裂纹为0.13 mm，这正好处于介观裂纹和宏观裂纹之间。

当混凝土外表面受潮时（如雨水袭击建筑物的竖向外墙时），就会产生毛细孔吸附效应。水通过混凝土时因压力差异产生了静水压力。地窖或储水池周边的地下水、屋面积水等都会因为静水压力而产生水的运动。

减少水在混凝土中渗透通道的方法大致有两类：防水和防潮。防水系统阻碍水在静水压力下通过；防潮系统防止非静水压力下水的渗透。但是两者都无法阻止水在混凝土大裂纹（宏观裂纹）中的渗透。

在已硬化混凝土上浇注新拌混凝土，则在混凝土中形成了冷接缝；其他的一些情形有时也会产生冷接缝。

混凝土在养护过程中会发生收缩现象，正因如此，当在旧混凝土上浇注新混凝土时，新旧混凝土接缝部位在起初看起来是密实的；随着养护的进行，收缩使它们之间产生了空隙。收缩的程度与以下几个重要因素相关：水泥用量、w/c比和骨料用量。例如，对于w/c比为0.5、骨料用量为70 %的混凝土而言，混凝土收缩大约为0.02 mm/mm。一块25英尺（约7.62 m）长的混凝土，按照上述的w/c比和骨料用量，收缩将达到6.1 mm。因此，冷接缝引起的缝隙是水入侵的一种重要通道。经验告诉我们，无论是防潮系统还是防水系统，它们都不能完全有效地阻止水通过冷接缝渗透。

以下是阻止水透过混凝土的两个基本方法：混凝土自身不可或缺的外加剂（防渗剂）和用于混凝土表面的屏障型防水剂。

1外加剂（防渗剂）

混凝土外加剂中的防渗剂（PRA）可以控制湿气或水在混凝土中的运动。美国混凝土协会（ACI）将它们分为三大类：憎水性防水剂、细分散物和结晶外加剂。

憎水性防水剂是这类防渗剂的群体。这个群体包含由长链脂肪酸衍生物、植物油和石油副产品制备而成的材料。这些憎水性防水剂能沿着混凝土的孔隙生成憎水性膜，但是混凝土孔隙仍呈物理开放状态。这些产品对防潮工程非常实用，但是在静水压力下仍无法阻止水在混凝土中的迁移。

最常用的憎水性防水剂属于硬脂酸类物质，如硬脂酸钙，其作用机理见下式。

Ca（OH）2+RCOOH→Ca+COOR- +H2O

波特兰水泥水化产生了氢氧化钙，再与硬脂酸盐反应生成不溶性的硬脂酸钙和水。憎水性防水剂也包含聚合物，这些聚合物与混凝土互穿，能够在其内部形成连续的疏水膜。聚合物外加剂可以堵塞混凝土的孔隙，但是它们不能在混凝土裂缝中起到“桥接裂缝”的作用，因此水仍可以从混凝土中渗透。石油基产品不与混凝土反应，与聚合物外加剂一样无法桥接裂缝，水能够再次从混凝土内部通过。

第2种PRA是细分散物。其中，一些呈化学惰性，一些具化学活性。这类外加剂通过填充混凝土内部孔隙，从而限制水的运动，例如滑石粉、膨润土、石灰、硅酸盐物质和硅溶胶。细分散材料提高了混凝土的密实度，填充混凝土内部孔隙；然而它们仅限于防潮或者疏水，并不能完全堵住混凝土内部渗水通道，它们只能用于无静水压力的情形下。

第3种混凝土PRA是结晶外加剂。BASF的Rheomac 300D和IPA的Ipanex就属于结晶外加剂。这些外加剂像硬脂酸类一样，能够与波特兰水泥水化产生的氢氧化钙反应。结晶外加剂通常与水泥、砂一起被制成混合物产品。它能够与水泥中的水和氢氧化钙反应，生成水化硅酸钙和堵塞孔隙的物质。它在混凝土塑性状态之后仍能继续反应。只要有水和氢氧化钙存在（混凝土尚未完全碳化），它们在施工多年后仍可以继续起到桥接微观裂纹和堵塞混凝土毛细孔的作用。在某些静水压力下，这种外加剂可以抵抗水的渗透作用；但是它们无法桥接混凝土经年累月后的介观和宏观裂纹。

2用于混凝土表面的屏障型防水剂

用于混凝土表面的屏障型防水剂包含了与那些混凝土外加剂相似的化合物。屏障型防水剂由疏水材料如硬脂酸盐、堵孔材料如膨润土、结晶外加剂如偏硅酸钠（水玻璃体系）等组成。这些外加剂用于表面屏障和用于掺入混凝土内部时，它们的性能是相近的。它们可以防潮，具有一定程度上的疏水作用；尽管如此，它们存在着相同的局限性——只能用于无静水压力存在的情形，同时桥接裂纹的能力很有限。

３总结

一个成功的防水方案关键在于，要弄清楚其基础是否处于静水压力下，然后再选择合适的防水系统。

PRA（防渗剂）的掺入会影响到塑性混凝土的性能，务必仔细浏览产品的数据信息，并进行试拌配料，以确保混凝土拌合物能够达到预期的性能。PRA外加剂厂商一般可以直接提供给我们有关掺量、添加顺序、搅拌时间、与胶凝体系中其他材料的适应性等信息。

屏障型防水体系的成功同样要求仔细阅读产品的数据资料，以确定该系统解决方法是否适合。表面准备工作是屏障型防水系统成功与否的一个关键因素。遵照产品说明书，严格控制表面处理过程、涂膜厚度、下道涂抹工序前的养护时间，必要时还需进行防紫外线保护。

外掺型防渗剂和屏障型防水剂都对其后施工的涂料系统的性能有影响。某些高性能涂料如聚脲需要严格的混凝土表面准备工作，包括可能需要的表面处理底漆或粘结剂。需要及时与涂料供货商进行沟通，包括抗渗系统的种类以及混凝土结构的使用年限，并建立相关模型去判定抗渗系统与涂料系统是否相适应。