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1、 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/建材技术江西建材 3/2006水泥基渗透结晶型防水材料的研究与发展刘红叶1 周述光2(1.中国民航飞行学院 空中交通管理学院,四川 广汉 618307;2.武警工程学院 建工系,陕西 西安 710086)摘 要:本文通过对比分析国内外水泥基渗透结晶型防水材料的研究与发展,得出了该防水材料具有施工简单,对环境要求低,具有良好的防水能力和耐久性的特点。关键词:水泥基;渗透;结晶水泥基渗透结晶型防水材料(Cementitiou
2、sCapillary Crystalline Waterproofing Materials,简 称CCCW)是由普通硅酸盐水泥、石英砂或硅砂、带有活性功能基团的化学复合物组成。它不仅能够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、游离的活性物质发生化学反应,形成不溶的结晶体复合物,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,高于混凝土毛细管的最大尺寸,从而使混凝土致密、防水。由于是借助化学反应,改善了整个机体的防水性能,不仅使得防水性能容易长期保持,同时也提高了基体混凝土的强度和密实性。1 国外水泥基渗透结晶型防水材料的总体发
3、展这类材料最初是在二次世界大战期间由德国化学家劳伦斯 杰逊(Lauritz Jensen)在解决水泥船渗漏水的实践中发明的。在当时,德国钢铁紧张,开始使用水泥造船。但是水泥船渗漏水严重,无法正常应用。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,产品也从早期德国的VANDEX(稳挡水)品牌(现转售到瑞士)延伸发展到加拿大的XYPEX(赛柏斯)、加拿大的KRYSTOL、新加坡的FORMDEX(防挡水)、美国的PENETRON(膨内传)、法国的D IPSEC、澳大利亚的CRYSTAL、日本的D IPSEC等数十个
4、品牌。水泥基渗透结晶型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)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工程的应用中颇为理想。从20世纪60年代以来,CCCW作为混凝土结构背水面防水处理(内防水法)的一种有效涂料,逐步扩大了品种,不断进入建筑施工应用的新领域1。2 国内关于水泥基渗透结晶型防水材料的研究与应用我国80年代起引进加拿大的水泥基渗透结晶型防水材料 XYPEX产品。开始应用于上海地铁工程。从90年代初开始,XYPEX的其他同类产品,相继进入中国市场。在上海、北京、广州、武汉、大连、重庆、杭州、乌鲁木齐等地
5、获得较多的应用。90年代中期开始在国内生产,先后成立了北京城荣防水材料有限公司、上海基成达申防水材料有限公司、昆山凯顿百森高效防水材料有限公司、乌鲁木齐固斯特防水材料有限公司、上海汇奇实业发展有限公司等企业。目前设计生产能力达113万t/年左右。并有一部分代理商经销美国、加拿大、澳大利亚、法国等国的产品。该类型产品已先后用于黄河小浪底发电站坝下机房、四川大桥水库导流洞堵漏、机房防渗、坝面补强、北京高碑店污水厂沉淀水池的补漏防渗、北京世纪坛地下室防水、上海外环线沉管隧道接缝等工程,防水效果显著,获得工程界的好评。陕西西康水电站的导流洞检查入孔,因为导流洞高速、高压水流的作用,使检查入孔的7 19
6、94-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/江西建材江西建材 3/2006渗漏较严重,采用水泥基渗透结晶型防水材料系列产品的联合修补后,起到了彻底防漏的效果2。水泥基渗透结晶型防水材料不同于传统防水材料,传统防水材料都是在混凝土表面形成隔水层,起到防水作用,在初始阶段是非常有效的,但是随着时间增长,其性能逐渐退化而失去防水效果。而结晶型防水材料防水性能却随着时间持续增强,并且永久防水不老化。这种特性使得该防水材料在混凝土防水领域具有优越的能力,是其它防水材料无法比拟的。
7、它与其它水泥系防水涂料1 也不同,性能比较见表1。表1 水泥系防水涂料的性能比较(针对地下混凝土结构物)性能种类水密性耐局压性耐撞击耐创伤龟裂追随性湿润面粘接性耐冻胀性施工性工期材料人工成本安全性可修补性防水砂浆(掺防水剂)水泥基渗透结晶型防水涂层(无机涂料)聚合物水泥基涂层(有机涂料)33(注:优良;:普通;:较差;3:图膜薄柔;必须有保护层)可见,水泥基渗透结晶型防水涂料优越性主要表现在:较强的渗透性;永久的防水作用;独特的自我修复能力;特有的整体防水性能;防化学侵蚀,并对钢筋起保护作用;无毒、无公害;施工简便,对复杂混凝土基面适应性好等特点2。3 水泥基渗透结晶型防水材料的作用机理关于水
8、泥基渗透结晶型防水涂料的渗透结晶机理的解释尚未达成统一,但目前比较认可的解释有两种:一种是沉淀反应机理,另一种是沉淀 络合反应机理。311 沉淀反应机理此反应机理主要是针对水化水泥石中存在的大量Ca2+。Ca(OH)2是影响混凝土耐久性的一个重要原因,通过化学反应减少游离Ca2+含量,使其转化为对混凝土强度、密实度有利的物质,不仅能可提高混凝土的抗裂防渗能力,还可以提高混凝土的强度、密实度,从而改善抗渗性能。这一理论正是基于此反应建立起来的。当水泥基渗透结晶型防水材料应用于混凝土表面时,由于涂料中含有活性化学物质,在浓度和压力差共同作用下,活性化学物质会通过混凝土孔隙中存在的水,渗透到混凝土内
9、部,与毛细孔中的游离石灰和氧化物发生化学反应,生成不溶于水的结晶体3 4,密封混凝土中的毛细管网、毛细孔及微裂缝,起阻水、防水作用。同时其又能与钢筋表面的氧化物发生反应,形成一层稳定的薄膜,阻止二氧化碳侵入混凝土,防止混凝土中的pH值下降,起到保护钢筋的作用5 6。上述渗透结晶反应用图(见图1)描述如下:如果基体混凝土的结构缺陷较多,水很容易渗入,则涂料中化学活性物质的渗透深度就会更显著。试验发现,渗透深度可伸到150mm以上6。如果基体混凝土是非常密实的防水混凝土,当涂料施加于基体表面时,化学物质仍留在表面的涂层中。如果后期又有水渗入(例如:通过收缩裂缝、施工缝等),涂料中的化学物质将活化,
10、随水的渗透,迁移到混凝土结构缺陷中,发生上述的结晶反应。结晶产物封堵裂缝,从而修补结构缺陷,使基体再次达到防水要求。312 络合 沉淀反应机理关于渗透结晶防水材料的另一种说法是络合-沉淀反应机理学说。这种学说认为,涂料中存在可与Ca2+络合的化学活性物质,与水拌和时,该物质迅速分散到水中;当涂料涂覆于混凝土基体表面时,在表层形成一个该类物质的高浓度区。由于浓度梯度的存在,活性物质会随水进入基体内部。众所周知,水泥主要矿物C3S、C2S水化,在形成水泥石主要水化产物硅酸钙凝胶的同时,产生大量的六方片状Ca(OH)2晶体。硬化水泥石中的Ca(OH)2对强度贡献很小,它的溶出易造成混凝8 1994-
11、2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/建材技术江西建材 3/2006土结构的破坏。进入混凝土内部的活性化学物质遇到Ca(OH)2的高浓度区时,与混凝土中电离出的钙离子络合,形成易溶于水的、不稳定的钙络合物。络合物随水在混凝土孔隙中扩散,遇到活性较高及未水化水泥、水泥胶体等,活性化学物质就会被更稳定的硅酸根、铝酸根等取代,发生结晶、沉淀反应,从而将Ca(OH)2转化为具有一定强度的晶体合成物,填充混凝土中裂缝和毛细孔隙。而活性化学物质则重新成为自由基,继续随水向内部迁移。
12、其催化而发生的水泥结晶增生的基本过程见图2。图2中的A2-代表活性基团,Ca2+=A2-代表的是不稳定络合物。由图2可知:获得Ca2+的Ca2+=A2-扩散到混凝土孔隙中的积水中,在反应型SiO32-存在的地方,因溶解度的差别生成难溶的CaSiO3(水泥主要结晶),沉淀到混凝土的孔隙中,分离出的A2-离子再次扩散,在Ca2+浓度高的地方和Ca2+再次发生反应,转换成Ca2+=A2-在混凝土内部扩散开来。如此反应在混凝土中反复不断进行,产生水泥结晶,堵塞混凝土中的孔隙从而形成更致密的混凝土。这就是沉淀 络合反应的基本机理。可见,在这个反应中,浓度梯度是产生扩散的主要因素,结晶反应是进一步扩散的动
13、力,而扩散又为结晶反应提供了必要的条件。混凝土干燥时,由于缺少扩散介质,该活性物质处于休眠状态,当有水渗入时,该物质将会再度激活,催化发生新的结晶反应,使结构致密防水。因此说,该涂料是永久性防水的。在上述的反应之外,还存在一个循环,它对渗透结晶过程也有很大的贡献。现将其具体描述如下:在通常的水化过程中,由于水化硅酸钙的包裹作用,约有25%的水泥不会水化。上述反应中,由于吸收了熟石灰,水泥的水化将比平常情况下更为深入,一些未水化水泥又会继续水化,一般称之为再激活水泥反应。再激活水泥的水化在增加混凝土密实性的同时,还可能由于体积的增大,使凝胶出现裂纹,这使得更多的水进入未水化水泥,这一过程将产生更
14、大体积的凝胶,如此良性循环,使得较大的毛细孔隙将变小或封闭,使混凝土内部具有了“自动愈合、修补裂缝”的能力。由于是未水化水泥的再次激活,可以从整体上提高混凝土的质量,提高抗渗、耐久性能。这些化学反应不仅在混凝土表面及其附近区域发生,还能持续到混凝土结构的深处。渗透的深度和涉及的时间首先取决于水分的存在和混凝土的成分,此外还取决于混凝土的物理性质,如水泥含量、密度、孔隙率、孔隙特征以及收缩率等。因此,在对混凝土处理时保持混凝土表面充分湿润是非常必要的。由于这些晶体与混凝土本身的结晶体相近,他们将最终与基体融为一体,封闭毛细系统,使水不能通过。但水蒸气还是可以通过,这样没有被封在晶体中的水分可以以
15、蒸汽的形式在结晶过程中蒸发,直到达到最小内部压力,并完全终止。这一理论认为结晶反应不会消耗活性化学物质,它只作为催化剂的形式存在,从而较为完整的描述了渗透结晶的过程,有很大的突破性。但仍需要验证,需要实践的支持及理论的完善。4 结论由前所述,可知水泥基渗透结晶型防水材料在工程应用中效果良好,施工简单,对环境要求低,具有良好的防水能力和耐久性,是一种非常有发展前途的防水材料。参考文献1、薛绍祖.国外水泥基渗透结晶型防水材料的研究与发展.中国建筑防水,2001,(6)12、田永清.水泥基渗透结晶型防水材料在引黄工程国际、标项目防渗处理中应用的可行性探讨.山西水利科技,2002,(8)19 1994
16、-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/建材技术江西建材 3/2006浅谈建筑节能秦 云1 肖 君2(1.南昌大学设计研究院 330029;2.南昌大学建筑工程学院 330029)摘 要:建筑中合理使用和有效利用能源,提高能源利用效率是贯彻国家可持续发展战略的重大部署。关键词:建筑节能;意义;措施 随着我国经济的迅猛发展,房屋建筑业进入历史高峰期,除工业建筑外,我国城乡既有建筑总面积已达400多亿平方米。这些建筑在使用过程中要不断消耗大量能源。注重建筑节能也越来越受到广
17、泛关注,国家已开始制定建筑节能标准并强制推行。因此,我们在这里浅谈一下建筑节能。建筑节能,今天它的含义比字面上的意义要丰富、深刻得多。在发达国家,它的说法已经经历了三个发展阶段:最初就叫“建筑节能”(Energy effi2ciency in buildings);但不久即改为“在建筑中保持能源”(Energy conservation in buildings),意思是减少建筑中能源的散失;近来则普遍称为“提高建筑中的能源利用效率”(Energy saving in buildings),也就是说,并不是消极意义上的节省,而是从积极意义上提高利用效率。在我们中国,现在仍然通称为建筑节能,但其
18、含义应该进到第三层意思,即在建筑中合理使用和有效利用能源,不断提高能源利用效率。那么建筑用能的范围界定在哪里?国内过去较多的说法是,包括建筑材料生产、建筑施工和建筑物使用几个方面的能耗,这种说法,将建筑用能跨越了工业生产和民用生活的不同领域,从而与国际上通行的统计口径不符。近来,经过认真研究,大家认为,我国建筑用能的范围,应该与各发达国家取得一致,即建筑能耗应指建筑使用能耗,其中包括采暖、空调、热水供应、炊事、照明、家用电器等方面的能耗。在国际上,它是与工业、农业、交通运输能耗并列,属于民生能耗,一般占全国总能耗的30%40%。由于建筑用能关系国计民生,量大面广,节约建筑用能,是个牵涉到国家全
19、局和人类前途,影响深远的大事情。1 建筑节能是贯彻国家可持续发展战略的重大部署我国的建筑节能工作始于1986年颁布的北方地区居住建筑节能设计标准,节能目标是30%;1996年将这一节能目标提高到50%;2000年 建筑节能管理办法 颁布;2002年夏热冬冷地区(过渡地区)的建筑节能规划出台;2004年夏热冬暖地区(南方地区)的建筑节能标准颁布。2005年 公共建筑节能设计标准 颁布。经过十多年的努力,建筑节能工作有所推进,也取得了一定成绩。但是,目前我国的建筑节能工作受传统观念等诸多因素影响,实施起来还存在许多困难和问题。国家虽然早已颁布新建建筑必须3、Bryant Mather.Crystal Growth in Entrained-AirVoids.Concrete International,2001,(3)14、Roy H.Keck.I mproving Concrete Durability withCementitiousMaterials.ConcreteInternational,2001,(9)15、叶林标.国内外环保型防水材料的开发与应用.建筑技术,Vol.32,(7)16、Phil Hewitt.Waterproofing Concrete.Concret,1997,(3)101