| 标题 | 新型防水材料的设计理念和应用效果 |
| 范文 | 【摘 要】聚合物水泥防水涂料和水泥基渗透结晶型防水材料等，新型防水材料在工程设计和应用的实践，本文以全新的角度对原有的柔性和刚性防水体系的设计理念、技术特性和优缺点进行分析和研讨，使防水的设计和应用效果更科学规范。 【关键词】聚合物防水涂料；渗透结晶型防水材料；柔性和刚性防水体系 【Abstract】Polymer cement waterproof coatings and cement-based penetrating crystalline waterproof materials， new waterproof materials in the engineering design and application of the practice， this article from a new perspective of the original flexible and rigid waterproof system design philosophy， technical characteristics and advantages and disadvantages Analyze and discuss to make the waterproof design and application more scientific and standardized. 【Key words】Polymer waterproof coating；Pnetrating crystalline waterproof material；Fexible and rigid waterproof system 近年来，随着新型防水材料品质的提升和推广应用范围的扩大，尤其是通过对聚合物水泥防水涂料和水泥基渗透结晶型防水材料等新型材料在工程设计和应用的实践，促使业界以全新的角度对原有的柔性和刚性防水体系的设计理念、技术特性和优缺点进行了总体分析和研究，指出了传统防水体系设计方面存在的一些误区和缺陷，并提出了“以刚性为主、柔性为辅”的防水结构体系优化设计的新理念。 1. 新型防水材料的发展与应用 1.1 防水材料的机理及适用范围及条件： 防水结构体系根据其设计方案和所用材料的不同，一般可分为柔性和刚性两大防水结构体系。 新型防水材料的共性都是无毒、无公害、环保和节约型的，其防水性能优越，特别适用于在混凝土和水泥砂浆基面上使用。 它們在施工或使用过程中都能向基层混凝土或水泥砂浆内部渗透，堵塞毛细孔和孔隙结构，并能与基层共同工作，从而使混凝土和水泥砂浆表面或内部变得更加致密、防水；施工时都能直接在潮湿的基面上作业，施工工艺简单方便，且后续使用、维护方法简单、费用低廉；防水年限基本与混凝土结构同寿命，并且还具有保护和增加混凝土强度和耐久性、延缓混凝土腐蚀和碳化过程、防止钢筋锈蚀等综合作用。各类新型防水材料由于其防水机理各不相同，且适用条件范围又不太一致，因此，须针对新型材料各自及每个工程现场的实际情况，科学合理地设计、施工和使用。 1.2 柔性防水体系：是指以防水膜材料在建筑物表面所形成的一层或多层防水层， 并有一定的变形能力的高分子或合成高分子材料。 柔性防水体系通过在建筑物表面所形成的防水隔膜来阻挡水的渗透。施工时，防水隔膜可与建筑物表面粘贴在一起 （如满铺防水卷材），也可不与建筑物表面粘结（如空铺防水卷材）。防水卷材空铺时不怕任何结构裂缝的产生。 满铺时防水卷材的延伸率对基层产生的微裂缝稍有调整作用，但对在约束条件（如有保护层时）下的柔性防水卷材， 由结构变形所引起的基层宏观裂缝则基本无法调整。缺点是： （1）无论防水卷材是空铺还是满铺，一旦某一处损坏，则整个防水体系就被破坏； （2）防水层内外的结构构造不连续，会影响房屋结构的整体性，还易产生层间结构的隐患。另外：大部分有机防水材料（改性沥青、聚氨酯和橡塑材料等）使用寿命较短，易老化；而部分满铺的柔性防水卷材对施工条件要求苛刻；一些防水卷材与基层的粘结力极弱，一旦发生透水，会引起整个防水层与基层分离，并导致层间蹿水现象，修复工作也较困难；同时，柔性防水材料的所谓柔性是十分有限的，防水的实际效果与刚性防水结构体系基本相当。 1.3 刚性防水体系： （1）刚性防水材料是指将防水材料掺入混凝土和水泥砂浆中，或将其配成浆料涂刷（抹）或渗透于混凝土或水泥砂浆表面， 与其共同组成刚性自防水结构体系的材料。 刚性防水体系主要是通过封闭混凝土和水泥砂浆基层内部的毛细孔和缺陷等连通的孔隙结构，来达到防水的目的。其优点是在混凝土或水泥砂浆内部形成了自身整体的防水能力，从微观结构上看，处处都形成可靠的防水屏障。 缺点是不能适应因应力变形所引起的混凝土或水泥砂浆裂缝的发生。 （2）但该体系发生裂缝引起渗漏时，修复非常简单，且费用较低。对该体系通常采取综合堵漏的处理方法，作为出现渗漏的补充防范手段。 1.4 柔性防水体系在设计上的误区和缺陷： 多年来传统防水设计方案失败率较高 （尤其是地下防水和屋面防水工程）和维修困难的问题，一直困扰着设计和施工技术人员。 具体情况和原因是： （1）部分设计人员错误地认为：柔性防水卷材通过其所具有的延伸特性， 有调整混凝土或水泥砂浆基层开裂的能力。实践证明：柔性防水卷材在有约束力（如保护层）的作用下，基本不具备调整基层宏观开裂的能力。此时，柔性防水卷材在裂缝处将承受较大的拉应力， 膜层会被削弱或拉断。 此时若有压力水侵入，卷材与混凝土基层的粘结面则立即被削弱，并发生层间蹿水现象，从而导致整个体系防水功能的失效； （2）一些部分设计人员采用混凝土膨胀剂而非防水剂来配制自防水混凝土，并错误地认为膨胀剂可提高混凝土的密实度，从而达到防水的目的。实践证明：膨胀剂与水泥反应生成的膨胀组分是钙矾石晶体，它只有在氢氧化钙饱和溶液的弱碱性条件下才是稳定结构。根据水泥的凝结硬化理论，钙矾石属粗大型结晶矿物，是一种初级水化产物，在自然状态下，随着水泥石的水化硬化，尤其是在混凝土碳化失水和中性化的过程中（包括软水侵蚀条件），钙钒石还会继续转化为最终产物：3CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O。 此时，由于钙矾石失去一部分结晶水，新生成的结晶产物体积会收缩，致使混凝土内部的孔隙率提高，强度会下降，耐久性大大降低； （3）屋面保温系统设计采用高吸水性保温材料。实践证明：高吸水性材料是不适宜做屋面保温层的。 屋面防水体系一旦破坏，保温层就吸饱了水分，且很难排出，屋面保温功能丧失。由于屋面热导率在常温或负温下几十倍的增加，使得屋面混凝土结构伸缩变形剧烈，再加上夏季产生的水蒸气压力和冬季的冻胀压力，使得防水层处于极其恶劣的周期性破坏环境之中。 因此，要彻底解决渗漏问题，只有彻底清除原有防水和保温体系； （4）传统防水结构体系的设计不尽科学和合理。实践证明：把柔性防水卷材设计在结构变形较大的位置是极不明智的，如大型公共建筑的地下室及其平屋面的表层等。这些部位因施工或使用过程中属于变形较大或不稳定区域，因此极易导致柔性防水膜层的破坏，使得其防水功能失效。 1.5 刚性防水结构体系设计的新理念： 目前国内防水结构设计理论已逐渐转换为 “以刚为主、以柔为辅”的新理念。 刚性防水体系的特点是着重于结构本身的、整体性的、基础的、甚至是微观结构部分的防水理念，并用堵漏技术作为配套手段，来完善其防水体系。 以刚性防水体系为主的设计新理念的建立， 是以近年来的工程实践作为依据的。与柔性防水体系相比，刚性防水体系具有结构体系设计简洁、 使用材料绿色环保、施工操作简单方便、防水功能稳定可靠、后续维护费用低廉的绝对优势。只要适用条件符合要求，该防水体系应为设计人员的首选体系。 2. 对防水和保温材料的选用 2.1 防水和保温材料选用的考虑：首先，新的防水结构体系设计理论在选用防水材料时，只要条件允许，首先考虑选择刚性或刚柔性防水方案及其材料。其优点是这些材料由于具有渗透性，因此与基层结合力好，不会引起层间蹿水问题，因此会大大降低防水层渗漏的风险； 其次，刚性或刚柔性防水材料中水泥基渗透结晶型：防水材料、 聚合物水泥防水涂料和聚合物水泥防水砂浆等，由于其具有的可渗透到混凝土基层并与其共同工作的特性，在防水设计时可基本不考虑防水层的保护和老化问题，尤其用于背水面防水时，因为它们与结构基层混凝土或水泥砂浆的使用寿命基本相同；对屋面保温层设计时材料选择的基本原则是：不吸水或憎水、表观密度和热导率低、比热容高、耐久性好的材料。传统的高吸水性保温材料应坚决淘汰；目前可选择的主要防水结构体系的保温材料有：聚乙烯发泡挤塑板、聚苯乙烯发泡模塑板、轻质加气混凝土板、发泡聚氨酯板材等，或现场发泡硬泡聚氨酯和发泡水泥、泡沫混凝土、陶粒混凝土等。其中现场发泡硬泡聚氨酯保温层具有保温和防水的双重功能。 2.2 对自防水混凝土所用外加剂的考慮：首先在设计自防水混凝土时，应优先考虑使用混凝土防水剂而非膨胀剂。 因为防水剂在混凝土中产生的是凝胶体，其防水效果持久可靠。而膨胀剂产生的结晶体是相对不稳定的，尤其在混凝土的耐久性方面十分不利；若设计时须考虑控制混凝土的硬化收缩问题（如后浇带），最好的办法是采用复合防水剂的方案。通常是将混凝土防水剂与一些新型低碱高效膨胀剂复合使用，或是用高分子聚合物、水泥基渗透结晶型防水材料与低碱高效膨胀剂复合使用， 使其能发挥各自的优势，避免单独使用混凝土膨胀剂易造成的缺陷；对于自防水混凝土工程的附加外防水层设计，应打破传统“一刚一柔”的防水设计理念，大胆选用与混凝土粘结力好、不会引起结合层蹿水的刚性或刚柔性（如水泥基渗透结晶型防水材料、聚合物水泥防水涂料和聚合物水泥防水砂浆等）防水材料。 3. 具备自闭性功能的防水材料 3.1 特点和应用： （1） 聚合物水泥防水涂料属于渗透型防水涂料： 这是一种通过涂刷于混凝土或水泥砂浆表面，利用水性高分子聚合物的浸透和填充作用，渗透到混凝土和砂浆表层内部的孔隙结构中， 并在表面形成防水涂膜的涂料。 它可通过直接封闭混凝土和砂浆中的透水通道，达到与基层共同防水的效果。使用该材料的防水结构体系设计简捷可靠，施工技术简便，可直接在潮湿基面上施工；所形成的防水涂层能渗透到基层混凝土或砂浆中约1～2 mm，与基层粘结强度高，可共同形成可靠的防水层，并适宜用于背水面防水；涂层成膜后还具有单向透气功能；该防水涂膜耐久性好， 有保护层时基本上与混凝土基层的寿命相同；防水涂层使用维修简便，后续的维护费用低廉。其中新品种PARATEX自闭树脂还具有修复基层混凝土微裂缝的功能； （2） 水泥基渗透结晶型防水材料： 其防水机理是通过涂刷于基层混凝土或水泥砂浆表面涂层中的活性化学物质，以水为载体渗透到基层的水泥石中，利用其激发作用与未水化的水泥颗粒加速反应，形成大量的不溶于水的水化硅酸钙凝胶，并作用于其内部，形成微结晶体填塞毛细孔，封闭透水通道，从而使基层混凝土或水泥砂浆致密、防水。 因此对混凝土中宽度小0.4 mm的微裂缝具有自我修复的能力。 3.2 应用时应重视的问题： （1）无论是聚合物水泥防水涂料还是水泥基渗透结晶型防水材料，在施工时对于与涂层接触的基层混凝土或砂浆所使用的水泥，宜选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，以防基层表面因水泥的碳化粉化使表面强度过低，影响涂层和涂膜的粘结强度和自闭作用； （2）要使如PARATEX系列自闭树脂充分发挥其作用，就应特别关注其与基层混凝土的相互作用和影响，设计时须使其作用在混凝土基层面上。因此，在屋面设计时多采用倒置方案，在保温层与基层之间，以避免设计和使用不当产生的问题。施工必须根据配方和工法不同可采用刷涂、滚涂、刮涂和抹涂等多种施工方法，对于变形较大和需加强的部位，可加铺一层无纺布或无碱玻璃纤维网格布，以增强涂膜的拉伸性能； （3）水泥基渗透结晶型防水材料是一种新型防水材料。按照使用方法该材料可分为：防水涂料（浓缩剂）和防水剂（掺合剂）及其配套的堵漏剂。浓缩剂用于涂覆在混凝土表面；掺合剂是掺入混凝土或防水砂浆中使用；堵漏剂是上述两种材料使用时，配合整个刚性防水体系进行堵漏处理时用的配套材料。目前水泥基渗透结晶型防水涂料的施工方法主要有刮涂法、刷涂法、喷涂法和干撒法等几种。施工时混凝土基层须清理干净并进行湿润，也可直接撒布在现浇混凝土垫层或未硬化的混凝土表面，防水效果相同。 参考文献 [1] 董士文 自防水混凝土外加剂使用限制条件的探讨[J].混凝土，2005（4）. [2] 游宝坤等.大体积补偿收缩混凝土的结构稳定性问题[J].混凝土，2011（5）. [文章编号]1619-2737（2018）04-18-787 [作者简介] 丁午育（1968.10-），男，职称：高级工程师，工作单位：新疆北方建设集团有限公司 |
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