关健词：防水剂 渗进结晶型 渗透条件 渗透深度
摘 要：从理论上.剖析了渗进结晶型防水剂的作用机理，认为在使用时结晶是必然的，渗透是有条件的，并指出了某些测试方法的不足。
0 前言
目前的建筑防水剂，从防水原理上可分为3类，第1类是，防水剂的作用从堵塞建材毛细孔，降低孔隙率着手。由于建材与防水剂接触部位的密度增加，使抗渗性得到提高，从而达到抗渗防水目的，这是一种永久性的功能。但由于防水剂不改变建材表面的分子结构，故水滴在建材表面仍显示湿润现象，其防水效果不能直观见到，需通过测定试件在使用防水剂前后的抗渗性能，从对比结果来了解。第2类以有机硅防水剂为代表，防水剂在硅质建材表面与羟基脱水交联，通过Si-O-Si基团朝向硅质建材，甲基基团向外而形成憎水层。此种状态的建材，毛细孔依然存在，气态水作用依然存在，进行洒水试验可以看到水在建材表面形成滚动的水珠，而不能侵入建材的现象。第3类以各种高分子乳液为代表，它们在建材表面脱水形成致密连续的防水膜，隔绝雨水与建材的接触。它不同于第2类的疏水处理，而是密封处理。由于高分子膜不同，水与膜所形成的湿润角大小不同，故水洒在其表面呈不同球状的水滴。
堵塞毛细孔、提高建材抗渗性的防水剂又有2种类型，一种是结晶型，另一种就是渗透结晶型。结晶型以氯化物金属盐为代表，此种防水剂含有活性金属离子(阳离子)，在水泥中可生成一系列不溶性盐堵塞于毛细孔中，防水剂被消耗，金属离子不能继续迁移，故称为结晶型防水剂。这种防水剂必须掺入水泥中使用。有些防水剂含有活性阴离子，在遇到水泥中的钙、镁等离子时生成不溶性盐，同时产生结晶，它们可以渗入水泥使用，也可以涂刷于建材表面，此类防水剂称渗透结晶型防水剂。
渗透结晶型防水剂的作用机理，在某些厂商的商业宣传中，被片面、夸大地解释了，使其披上了神秘的面纱。笔者根据历年来的研究，对些提出一些看法，供商讨。
1 渗透深度的疑问
有关的渗透结晶型防水剂资料，在谈到防水原理时都提到：防水剂渗入水泥建材内部，与水泥中的矿物或水化物(有的直接指明与钙离子)产生化学反应，生成沉淀物堵塞毛细孔通道，降低建材孔隙率，提高了密实性，达到防水目的。其中，对“渗入”都毫不含糊，对渗透深度，有的提几厘米，有的提几十厘米，有的甚至讲可渗透达1 m，而这些数据是如何得来的，不少资料含糊其辞。
渗透与堵塞是一对矛盾，如何解决及说明这对矛盾的统一是了解这类防水剂的关键。很多产品提供了渗透深度的数据，少数资料给出了渗透深度的测试方法，但这些测试方法都存在可疑之处。
方法一，试验步骤简述如下：1)按GBJ82标准制作普通水泥砂浆试块；2)用石蜡封闭试块四面，留出对称的二个面；3)将掺有染色剂的防水剂在试块一面涂刷2遍；4)按规定时间分别取试块置于压力机上破型，观察渗透情况；5)将染色剂遗迹描于方格图纸上，用求积仪测出渗透面积；6)渗透面积除以渗透宽度得出平均渗透深度。
该法存在的疑点是：1)水泥试块的pH值几乎都大于12，在这么强的碱性条件下，几乎所有染色剂都会被分解，很难深入至水泥试块内部显色；2)防水剂涂于试块表面反应产生沉淀，其终凝时间一般都小于3h，这以后就会阻碍防水剂向内部渗透，故测出的渗透深度数据不会太大，要测定3d,、7 d甚至更长时间的渗透深度就不可；3)若防水剂继续往试块内部渗透，说明试块仍有很多毛细孔未被堵塞，且防水剂在这一时间段内都不脱水干燥才行，一切都给测试的准确性画上了问号。
方法二，试验者在保留上述测试方法的基础上，增加了将水泥试块先行碳化的步骤，即将试块先放人碳化箱，通入Co2，使试块中的Ca2+与CO2反应生成CaCO3。这一措施一方面降低了水泥试块的碱性，有利于染色剂的选择，另一方面是减少了Ca2+，使防水剂不能与其反应产生沉淀物，从而有利于渗透。但是，不容置疑的是，它不反映防水剂应用时水泥建材的实际情况。
笔者还未见到防水剂生产商给出渗透深度的其他测试方案，就上述二个方法而言，是需要商榷的。实际上，渗透结晶型防水剂的性能优劣，归根结蒂体现在抗渗性提高的幅度上，这只需测定水泥试件在涂刷防水剂前后的抗渗性就可得知，并不需要用渗透深度数据来体现。
2 结晶是必然的
防水剂生产商称产品在水泥建材中能产生物化反应形成结晶，这是符合实际情况的，但有的厂商进一步给出了晶体的照片，就成了画蛇添足。
建筑中最常用的水泥是普通水泥，其主要矿物组成有硅酸三钙(C3S)，粒径40~50 um；硅酸二钙(C2S)，粒径15~25 um，呈圆形或椭圆形的晶体；铝酸三钙(C3A )，晶形呈滴状、矩形成柱状形态；铁铝酸四钙(C4AF ) ,属斜方晶系，常呈棱柱状和圆粒状晶体，此外，还有适量的石膏，少量的游离氧化钙、方镁石及非活性混合材料。
普通水泥与水混合后立即发生极为复杂的物理化学变化(通称水泥的水化反应)，其主要产物有：1)水化硅酸钙(CSH)，属多种状态的无定形结构，有纤维状、网络状、不规则粒子或扁平粒子等，粒径40~50 um 。2)氢氧化钙[Ca(OH )2] ，属三方晶系，其层状结构决定了它的片状形态，在显微镜下呈六角形片状晶体，尺寸达几十微米。3)水化硫铝酸钙( 3CaO· AI2O3, ·CaSO4·aq )注：aq表示若干个水分子)，呈针状晶体；有研究认为还存在钙矾石[3CaO·Al2O3·3CaSO4·(30~32)H2O]，属三方晶系，层柱状结构，以及水化硫铁酸钙[3CaO· (A12O3， Fe2O3) ·CaSO4·aq]和它们的固溶体。4)水化铝酸钙(3CaO·（A12O3· 6H2O ），属立方晶系；水化铁酸钙(3CaO·F e2O3 ·6H2O)及它们的固溶体。5)其他的水化物还有不稳定的4CaO·AI2O3·19H2O及2CaO·AI2O3·8H2O，都呈六方片状晶体；4CaO·A12O3·Fe2O3·aq ，属立方晶系。
由此可知，不仅水泥本身含有晶体，水的存在使水泥生成了更多的晶体，水泥水化后形成的水泥石，存在着大量的结晶体，从某种程度上也可以认为水是水泥的结晶型防水剂。
无论是结晶型防水剂还是渗透结晶型防水剂掺入(或渗入)水泥中，它们与水泥矿物或水化物反应的产物，实际上也是在上述范围内，我们也就无法区别哪一个晶体是水泥水化时产生的，哪一个晶体是由于掺加了防水剂才生成的。因此，防水剂掺入(或渗入)水泥生成的晶体不是由实验的显微镜或电子显微镜直接观察到而指认的，而是由防水剂所含物质能够与水泥中矿物发生反应推断的，是必然的，水泥建材抗渗性的提高也佐证了这一个结论的正确性。
3 渗透是有条件的
防水剂在建材中既然产生了堵塞效果，是否说明它一定不能渗透了呢?不是。渗透结晶型防水剂是存在的，只是，渗透是有条件的。防水剂的渗透深度不仅决定于产品本身的质量，还取决于水泥建材的吸收等级(毛细孔数量、分布、孔的结构)和防水剂的用量、使用方法及环境。
3.1 渗透与防水剂的关系
防水剂向建材渗透，首先要湿润建材，防水剂在建材表面形成的湿润角越小，则防水剂越容易在建材上扩展(如图1)，也就越容易向建材内部渗透。液体的表面张力与固体表面张力之差越大，形成的湿润角越小。因水泥建材的材质一定，则防水剂表面张力越小，它向建材内部渗透的性能就越好。因此，图1-a 所表示的液体就不能作防水剂，而图1-c所表示的液体则为较佳选择。优良的渗透结晶型防水剂具有较小的表面张力。
3.2 渗透与基材的关系
没有孔隙的基材不会渗透(如花岗岩)，基材有孔隙液体才会产生渗透。水泥石的渗透性与毛细孔含量有关。当毛细孔率小于20%时，渗透系数已相当小，可以认为它实际上是不透水的。要控制这么小的毛细孔率，需采取严格的措施（如水灰比、砂石的级配及掺量、外加剂、振捣、养护等等）。从理论上讲，保证水泥水化所需的水只需占水泥质量的23%左右，但这么少的水量，使拌合物的和易性很差，即使振捣也难以保证浇灌质量。为了使拌合物具有足够的流动性以便于施工，往往需要多加一些水(约占水泥质量的40 %~80%)。当水泥硬化后，这些多余的水就会在基材中形成孔隙和毛细管通道，它们的数量、分布、结构直接影响基材的抗渗性。毛细孔率越大，抗渗性越差，防水剂就越易渗透。随着防水剂的作用，基材密实度提高，渗透也越来越困难。
3.3 渗透与环境的关系
此类防水剂与水泥矿物的反应只有在溶液中才能进行，因此，水的存在是反应的必要条件。缺少了水，建材处于干燥环境，水泥矿物、水化物和防水剂都呈固态存在，防水剂的渗透就成一句空话，它们在常温下也不可能反应产生新的物质，防水剂的这种状态被称为“休眠”。一旦水泥建材出现细裂缝，水的渗入使水泥矿物、水化物及防水剂重新呈离子状态，恢复活性，发生反应并生成晶体。这一现象随着渗入的水沿毛细孔向建材内部发展，从而形成了防水剂的渗透。这表明，潮湿环境是防水剂进行渗透的必要条件之一。实际上，这是一种迁移(建材内部的防水剂也可以从一地迁移到另一地)，理所当然，这种“渗透”还建立在防水剂应有足够的量上。
现在再回顾前述“方法一”：试块在室内放置3~7 d便会处于干燥状态，涂刷的防水剂也会干固，因此，渗透深度的测定还应将试块置于养护室内，使其始终保持潮湿，防水剂的量也应不断补充才可。但是这样，测出的渗透深度并无一个定值，数据误差很大，也无实际意义。建材在自然界的环境里有可能形成多面渗透条件，与试验室时里单面渗透的模拟状态必然有很大差异。如果水泥建筑物、构筑物表面密度较高，又处于缺水的环境，防水剂便会因干固而被雨水冲刷掉(来不及向内渗透)。因此，这种防水剂的使用最好是掺入和涂刷并用；在旧的水泥基层上使用时，也应将防水剂掺入水泥砂浆后批刮施工。当它只能涂刷于表面单面渗透时，其渗透深度绝不会像宜传的那么理想。
4 结论
渗透结晶型防水剂的存在是确实的，但并不神秘。它在水泥建材中使用生成结晶是必然的，只是不可能用显微镜或电子显微镜验证；其渗透是有条件渗的；透深度取决于防水剂质量和用量、水泥建材的孔隙率、孔隙分布及潮湿的环境，片面宣传渗透深度是没有意义的。
作者单位 上海汇宇精细化工有限公司
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