再谈渗透结晶型防水剂

拙文《渗透结晶型防水剂剖析》[1]见刊后,得到了不少同仁的关注,或予以指教,或提出咨询,或共同探讨。今把有关内容整理成文,作为该文的补充。

1 基本情况
1.1 类别
渗透结晶型防水剂有两大类,一类以水泥作载体,外观为粉状,统称水泥基渗透结晶型防水剂,商品以“赛柏斯”为典型代表;一类以水作载体,外观呈液态,商品以“M1500”为典型代表。
两类产品都具有渗透结晶、堵塞混凝土毛细孔的防水功能,但它们的区别不仅仅在外观,执行的标准、质量指标项目、使用范围都不尽相同,这些将在后面予以讨论。
1.2 组成
这是一个很多人都关心的问题。两类不同的渗透结晶型防水剂,最明显的区别是载体不同。水泥基渗透结晶型防水剂中,不同品种规格的水泥载体,其比渗透率差别很大[2],同时还影响产品贮存期;以水作载体的渗透结晶型防水剂,其性能基本上与贮存期无关。
渗透结晶型防水剂的添加剂的主要成分仍是我们熟悉的水泥外加剂之一——“防水剂”(此处用引号标注以区别于“渗透结晶型防水剂”,下同),也就是众多产品说明书所提到的“活性物质”。“防水剂”有无机防水剂及有机防水剂,前者有氯化钙、氯化铁、硅酸钠或钾)、氧化硅粉(硅粉、硅灰)等,后者有脂肪酸盐、高分子乳液、纳米级高分子粉末及聚硅酸酯(或盐)等。它们的主要作用一是堵塞混凝土毛细孔,增加混凝土密实度,以达到抗渗防水目的;二是疏水作用,使混凝土表面具憎水性而达到防水目的。渗透结晶型防水剂应该选择前一类“防水剂”。此外,渗透结晶型防水剂中还有早强剂、减水剂等助剂,有的产品还掺有表面活性剂、催化剂或二者之一。表面活性剂有阳离子型、阴离子型、两性离子型、非离子型四类,选择时需要注意不能与“防水剂”产生副作用。掺入表面活性剂的目的是降低液体表面张力,改变与水泥颗粒的界面性质,使“防水剂”具有润湿作用,更易渗入混凝土内部,提高建筑物(或构筑物)的抗渗性。表面活性剂与催化剂是完全不同的两类物质。对渗透结晶防水剂组成感兴趣的读者,可以去图馆查找有关防水剂的专利(国际专利分类号为CO4B、CO9K),必有收获。

1.3 催化剂的作用
催化剂是一积种在化学反应中能改变反应速度,而本身的组成和质量在反应后保持不变的物质,起加快反应速度作用的称正催化剂,反之则称负催化剂。渗透结晶防水剂中都采用加快反应速度的催化剂。
不添加催化剂的渗透结晶型防水剂,其典型反应式如下:
Na2SiO3+Ca OH)2=CaSiO3+2NaOH (1)
Na2SiO3的浓度随反应的进行及雨水冲刷很快降低,产品效果减弱。
掺入催化剂的渗透结晶型防水剂,在混凝土中存在如图1所示的反应循环。
由于Ca2+ 粒径小(A级),发生反应所需的浓度大大低于反应式(1),最小质量分数在1×10-8仍能进行反应,故在混凝土中极易产生上述反应。由于催化剂的存在,加快了结晶速度,使防水剂堵塞毛细孔的能力有相当大的增强,提高了产品性能,这是仅仅掺加表面活性剂的产品所达不到的。由此可知,虽然防水剂中各类物质都左右着产品性能,但催化剂有着举足轻重的地位。

2 标准
水基渗透结晶型防水剂可见到几个不同版本的企标,尚无统一的标准予以规范。至于水泥基的产品,即使一些号称有数十年生产历史的外企,也大多只对其性能作定性的描述,缺乏定量的指标,更无标准范本,其原因值得深思。我国引进此类产品仅数年时间,它仍属防水剂之列,且我国原已有JC474-1992(96)《砂浆、混凝土防水剂》标准,另外制订强制性标准似乎不太必要,也显仓促。对比JC474 -1992(96)《砂浆、混凝土防水剂》和GB18445-2001《水泥基渗透结晶型防水材料》,主要区别在后者增加了总碱量及第二次抗渗透压力(本文只讨论防水剂),其项目的设置及指标都有可商榷之处。

2.1 总碱量
GB18445-2001《水泥基渗透结晶型防水材料》标准对总碱量列出了要求,即“应在生产厂控制值相对量的5%之内”。这样的指标数值,从产品的匀质性考虑是可以的,但从降低碱集料反应(AAR)角度审视,几乎没有什么意义。因为不同生产厂的产品,其总碱量不同,甚至有很大差异,而能否在使用后抑制AAR,并不决定于该产品的总碱量,而是取决于产品内是否含有催化剂以及催化剂的化学组成。

以水作载体的渗透结晶型防水剂,有很多资料介绍它们是以硅酸钠(水玻璃)为主剂,其pH在12以上;有的资料还说明掺入了表面活性剂以降低产品表面张力,有利于渗入混凝土的内部。这类产品若涂刷于建筑物表面,硅酸钠中的SiO32-,一部分与水泥中的Ca2+发生如式(1)的反应,置换出NaOH,游离于建筑物表面;另部分因表面密实性增大而不能渗入,最终与NaOH起被水冲刷掉。混凝土表面的这种反应降低了混凝土基层的碱性,抑制了AAR的发生,而基渗诱结晶防水剂若作掺入使用,则砂浆、混凝土内部将存在过量的防水剂,大大提高了碱性,反而增大了AAR的危害,因此,掺入砂浆、混凝土内使JIJ的防水剂,应该包含催化剂,以抑制AAR产生。

2.2 第二次抗渗压力
从渗透结晶型防水剂的组成已知,主要成分就是我国早已普遍使用“防水剂”,因此,第二次抗渗透压力就不是它所独有,其它防水剂如硅酸钠、硅粉等也具有这一性能,其数值大小并不完全取决于防水剂性能,还与混凝土基层的含水率、水泥水化程度、水化物含量有关。渗透结晶型防水剂的主要特点是引入了催化剂。而恰恰在这点上,国内外的生产厂商还不能给出定量的测试方法及数据,我国的标准也没能够反映这一状况。

3 应用
纵观渗透结晶型防水剂在国内外的应用实例,绝大多数是于旧工程渗漏的修补。文献[3]和文献[4]在谈到该类材料在国外的应用时也明确了这一点:“主要用作防水破坏后的修理”,这是很有参考意义的。笔者认为,在新建工程中应用渗透结晶型防水剂,需慎重考虑。

3.1 使用场合
渗透结晶型防水剂的水基与水泥基产品除“渗透结晶”这共性外,我们更应注意其因载体不同、组成不同而形成的特性。

1)马赛克、面砖的外墙渗漏
10年前,我国的外墙涂料质量不过关,马赛克、面砖作为外墙装饰材料一哄而起,它们与轻质墙体材料一起造成外墙渗漏的不在少数。水基渗透结晶型防水剂的出现较及时地解决了这问题,因为这类材料富含Ca2+离子。水基渗透结晶型防水剂不仅可修补外墙的细裂纹,还基本上不改变其外观。防水剂渗入接缝处的水泥基层,密实毛细孔,从而达到阻止渗漏的目的。使用这类材料后,由于发生化学反应而渗出NaOH ,因此需要用水冲刷干净。
2)裂缝修补
这种场合以选用水泥基渗透结晶型防水剂为宜,它不仅可以在宏观上填补裂缝,还能堵塞基层的毛细孔。即使如此,谨慎的商家在介绍此类产品时仍主张“不应贸然地称其产品拥有微观和宏观的双重功效”,毕竟,这此防水剂产生的“结晶”能堵塞多么宽的裂缝,还没有明确的答案。
3)砂浆面层修补
无论是刚性屋面还是墙体,砂浆面层的修补需要考虑该工程已经使用的年限。如使用年限较久,基层中的Ca2+、SiO32-就很少,缺少足够的量与防水剂反应生成结晶,因此应选择可以提供增生结晶的水泥基渗透结晶型防水剂,特别是对于背水面的应用,采用含有催化剂成分的产品更能发挥其特性。而对于使用年限还短的建筑,则采用水基产品比较方便,价格也较低。

3.2 功能与价格
使用渗透结晶型防水剂的作用是提高砂浆、混凝土的密实性,从而提高其抗渗性,而达到这一目的还有很多措施:从材料上着手,有选择高标号水泥,添加防水剂、复合减水剂等水泥外加剂;从施工方面着手,可严格控制水灰比、加强振捣、认真养护及多次抹面等。利用这此手段,我们早已可在工程现场配制出S8、S10、S12等高抗渗防水混凝土。因此,有必要将渗透结晶型防水剂与抗渗防水混凝土的价格优势作比较。
有资料介绍,使用某水泥基渗透结晶型防水剂作抹面材料,每m2费用45 元,这相对于多次抹面防水法,在价格上有大幅度上升。目前上海地区的普通混凝土价格在290-330 元/m3之间(因标号不同而异),协rn 3混凝土的水泥用量约250 kg。若配制防水混凝土,水泥外加剂——“防水剂”掺量在0.2%一1 .0%之间(以水泥质量计),则加量为0.5一2.5kg,,增加费用极小,故防水混凝土与普通混凝土的售价几乎相同。防水砂浆的情况也类似。渗透结晶型防水剂的价格在12~60元/kg之间(个别产品更高),含有催化剂成分的产品价格偏向上限;掺量为水泥的0.5 %~2.0%之间。可以计算出,采用较便宜的渗透结晶型防水剂,制成防水混凝土增加成本在25~60元/rn3(一些说明书通常标明渗透结晶型防水剂掺量为水泥的1%以上);若使用某些价高的渗透结晶型防水剂产品,增加费用可达250 元/rn3,相当于混凝土价格的80%,这对工程是一笔不小的额外支出。

建筑工程的防水抗渗需要采用多种材料及精心施工。对于维修工程,采用渗透结晶型防水剂无非是多了一种选择方案,增加了一种手段,没有什么神奇之处。对于新建混凝土工程,只要严格选材、配料合理、施工精心,达到S8、S10甚至S12的抗渗能力也决非难事,因此,有必要仔细核算成本,根据工程具体条件选择合适的材料和施工方案,而不必一味用高价材料来显示所谓“重点工程”的身份。

渗透结晶防水剂组分中占绝大部分的是载体,活性成分及助剂含量是很少的。有的产品其说明书标明有效含量仅不低于12% ,由此推断其助剂掺量极小。至于某些助剂的价格,如此类产品中较为关键的催化剂,也是值得推敲的。某生产厂首次订购国外某公司的催化剂时,价格为1764元/kg,货用完后,笔者参与了谈判,出价882元/kg就顺利成交。由此可见,某些国外产品的高定价,既可以认为有暴利的成分,也可以说是利用国发的猎奇心理而已。

最后,笔者认为,对于渗透结晶型防水剂,某化学公司的看法很有见地:在选择渗透结晶型防水剂产品时,应主要看该产品对工程进度来讲是否最能节省成本或提高效率。渗透结晶型防水剂的生产、销售商应该深刻理解其中的含义,设计、建设方更应重视这一忠告。
 

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