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2018第16届上海国际保温、防水材料与节能技术展览会

2018年11月19-21日      上海新国际博览中心

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水泥基渗透结晶型防水材料及其产品合格判定 (上)

环境扫描电镜拍摄水泥基渗透结晶型防水涂料渗透入基准砂浆内部生成的针状晶体图片

 

      水泥基渗透结晶型防水材料的定义

 

      在建筑工程和大型基础设施中应用的防水材料分为两大类:一类是柔性防水材料,如沥青与橡胶、塑料类防水卷材;聚氨酯与丙烯酸防水涂料、沥青类防水涂料等;另一类是刚性防水材料,如防水砂浆与防渗混凝土、聚合物水泥防水涂料与砂浆。水泥基渗透结晶型防水材料属于刚性防水材料。

 

      在GB 18445—2012《水泥基渗透结晶型防水材料》国家标准中,该产品的定义是:“一种用于水泥混凝土的刚性防水材料。其与水作用后,材料中含有的活性化学物质以水为载体在混凝土中渗透,与水泥水化产物生成不溶于水的针状结晶体,填塞毛细孔道和微细缝隙,从而提高混凝土致密性与防水性。水泥基渗透结晶型防水材料按使用方法分为水泥基渗透结晶型防水涂料和水泥基渗透结晶型防水剂。”

 

      水泥基渗透结晶型防水涂料的定义是:“以硅酸盐水泥、石英砂为主要成份,掺入一定量活性化学物质制成的粉状材料,经与水拌合后调配成可刷涂或喷涂在水泥混凝土表面的浆料;亦可采用干撒压入未完全凝固的水泥混凝土表面。”

 

      水泥基渗透结晶型防水剂的定义是:“以硅酸盐水泥和活性化学物质为主要成份制成的粉状材料,掺入水泥混凝土拌合物中使用。”

 

      由上述定义可见:水泥基渗透结晶型防水材料主要原料之一是硅酸盐水泥(国外称“波特兰水泥”),因此,在产品前冠以“水泥基”,而不是铝盐、硫酸盐或其他无机胶凝材料与矿物料。在GB 18445—2001《水泥基渗透结晶型防水材料》国家标准中第一章“范围”规定:“ 本标准适用于以硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥、石英砂等为基材,掺入活性化学物质制成的水泥基渗透结晶型防水材料。”而在修订后,在GB 18445—2012版中修改为:“本标准适用于以硅酸盐水泥为主要成份,掺入一定量的活性化学物质制成的粉状水泥基渗透结晶型防水材料,用于水泥混凝土结构防水工程。”删除了普通硅酸盐水泥作为生产产品的原材料,原因是根据GB 175—2007《通用硅酸盐水泥》,普通硅酸盐水泥混合材掺量放宽至>5%且≤20%(粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料、粉煤灰)。而当前生产中,有些水泥厂为了增加水泥产量和经济收入,超标准掺加混合材相当普遍,生产的是复合硅酸盐水泥或其他品种水泥,假冒普通硅酸盐水泥。因此,为保证水泥基渗透结晶型防水材料的产品质量,本标准规定仅采用硅酸盐水泥(粒化高炉矿渣≤5%),不宜采用普通硅酸盐水泥。目前生产的水泥基渗透结晶型防水剂一般由硅酸盐水泥和活性化学物质为主要成分制成,不掺入石英砂。石英砂不是该类材料的必要组分,因此在范围中不再列入。水泥基渗透结晶型防水材料仅适用于水泥混凝土基面或掺入其内部,不适用于砖体结构和加气混凝土等材料的表面,因此,在新修订的标准范围中明确其仅适用于“水泥混凝土结构工程”。

 

      水泥基渗透结晶型防水材料的发展情况

 

      1942年,德国化学家劳伦斯·杰逊(Lauritz Jensen)发明了水泥基渗透结晶型防水涂料。上世纪六十年代,该材料在欧洲、北美、日本等得到了推广使用。由于其抗渗性能与自愈性能好、粘结力强、防钢筋锈蚀,以及对人体无害、易于施工等特点,广泛应用于地下工程、水利工程、蓄水池、污水处理等结构防水中,获得了良好的防水效果。

 

      20世纪80年代,我国引进了水泥基渗透结晶型防水材料,开始应用于上海地铁工程。90年代中期开始国内生产。目前,该材料在国内生产与销售分三种情况:

 

      从国外进口活性化学物质(俗称“母料”),国内生产产品。如北京城荣防水材料有限公司,从加拿大进口XYPEX的浓缩剂、增效剂、修补堵漏剂、掺合剂等4种母料,采用符合标准的水泥、石英砂生产此种材料。上海基成达申防水材料有限公司等公司也是采用国外进口母料,在中国生产。

 

      国外原装产品进口,国内代理经销。如深圳市先泰实业有限公司,从英国DEEPSEAL公司的吉隆坡生产厂进口的DS200等产品;北京金禹华科技发展有限公司从美国进口的“膨内传”;加拿大凯顿国际公司北京办事处从加拿大进口的KIM;北京固斯特国际化工有限公司从德国进口的KöSTER等。

 

      国内研发生产的产品,如南京科瑞玛科技有限公司自行研制的国产母料,生产水泥基渗透结晶型防水涂料,同时供应其他防水企业生产此类产品。有的企业根据国内市场需要,既采用国产母料,也采用进口母料生产这类产品。

 

      目前,国内市场上大量生产与销售的主要是水泥基渗透结晶型防水涂料,水泥基渗透结晶型防水剂也生产使用,但数量较小,主要是北京市城荣防水有限公司、北京金禹华科技发展有限公司、深圳市先泰实业有限公司、加拿大凯顿国际公司北京办事处等销售此类产品。

 

      水泥基渗透结晶型防水材料国外无产品标准,仅有产品说明书和生产厂商的一些试验资料,技术指标是抗渗性能、抗压强度、凝结时间等。本世纪初,我国在调查研究与验证试验的基础上,制定颁布了GB 18445—2001《水泥基渗透结晶型防水材料》强制性国家标准,并于2001年3月1日正式实施。这是世界上第一个此类型防水材料的国家标准。全国统一的产品及其试验方法标准的制定与贯彻实施,推动了这种新型防水材料在我国的生产与推广使用。与此同时,我国的建设工程规范体系也将这类产品纳入其中。

 

      国家质量监督检验检疫总局、建设部颁布的GB 50108—2001《地下工程防水技术规范》中首次选用了该类材料,并在GB 50208—2002《地下防水工程质量验收规范》中对该种材料的验收作了规定。尔后,在颁布的GB 50207—2002《屋面工程质量验收规范》、GB 50345—2004《屋面工程技术规范》附录都规定,凡采用这种材料应符合GB 18445—2001《水泥基渗透结晶型防水材料》国家标准的规定。GB/T 50934—2013《石油化工工程防渗技术规范》中也采用这种材料,提高水池、污水沟和井所用的混凝土的抗渗性能。

 

      水泥基渗透结晶型防水材料主要应用于以下工程:地下结构的底板、侧墙与桩基;水利工程、堤坝工程、挡土墙、排水道与水渠;桥梁工程的桥面;环境工程:循环水池、喷水池、污水池、垃圾仓;隧道与地铁隧道内壁、地下车道、地铁车站;工业与民用建筑、地基、地下车库、游泳池、屋顶花园;核电站的进出水廊道等。

 

      产品标准的制定与试验方法的统一,为水泥基渗透结晶型防水材料在国内建立了统一的评价产品质量的平台。工程建设规范引用了产品标准,为“产品-商品-工程应用”架设了桥梁,促进了水泥基渗透结晶型防水材料在我国的生产与应用的发展。

 

      水泥基渗透结晶型防水材料是我国防水市场昂贵的防水材料之一,市场上进口的产品和进口母料国内生产的产品价格每吨在2~4万元之间。高昂的销售价格,使国内生产企业趋之若鹜,蜂拥而上。一些企业把符合GB 18445—2001中“第二次抗渗压力”的产品都以“水泥基渗透结晶型防水材料”出售,给市场销售与工程应用带来很大的混乱。“第二次抗渗压力”只能表征该材料的自愈性能,而不能反映其渗透结晶性能。目前,市场上一些水泥基防水材料、铝酸盐与硫铝酸盐系列水泥、混凝土膨胀剂、高性能混凝土外加剂等配制的水泥混凝土试件,抗渗试验破坏后,再在水中养护一段时间,重新测定其抗渗压力,均能恢复至一定数值,有的还有所增长,也具有自愈能力。因此,水泥基渗透结晶型防水材料必须符合GB 18445—2001的产品的定义、所有的性能指标,第二次抗渗合格才能以这种材料“命名”、销售与使用。反之,产品原材料不是硅酸盐系列水泥、掺的不是标准规定的活性化学物质,其他性能指标也不完全符合GB 18445—2001,仅“第二次抗渗压力”符合标准,就不能以“水泥基渗透结晶型防水材料”命名、生产与市场上销售。

 

      水泥基渗透结晶型防水材料的渗透结晶性能

 

水泥基渗透结晶型防水涂料的性能要求在GB 18445—2001与GB 18445—2012中:化学成分:氯离子含量;物理性能:外观、细度、施工性;力学性能:抗折强度和抗压强度、湿基面粘结强度、砂浆和混凝土的抗渗性能[在GB 18445—2001中为混凝土抗渗压力(28d)与第二次抗渗压力(56d);在GB 18445—2012中增列了测定去除涂层与带涂层试件的抗渗压力比(28d)]。

 

水泥基渗透结晶型防水材料的特殊性能,顾名思义,就是“渗透结晶”。为了证实此材料的上述性能,国内外生产企业、科研院所、高等院校等作了大量科学研究与探索性试验。

 

在修订GB 18445—2001,起草GB 18445—2012过程中,同济大学材料科学与工程学院选择了国内生产的8个水泥基渗透结晶型防水涂料作为试样,按生产厂商推荐的方式,在砂浆上涂刷涂料,雾室养护28d后,将砂浆中部折断,观察渗透结晶型防水涂料与砂浆的界面。按照环境扫描电镜测试样品的要求制样。用低真空环境扫描模式对试样进行形貌观察,并通过X、Y轴位移控制观察界面下3mm内针状晶体的生长情况。

 

观察结果表明:通过环境扫描电镜的照片分析,可以发现大部分的样品存在明显的针状晶体,并观察到从涂层向基准砂浆界面渗透,在界面区1mm内可观察到大量针状晶体存在。但再深入基准砂浆内部,就较少发现类似的针状晶体。

 

不同试样的针状晶体的形状也有所差异,有部分样品生成的针状晶体短而粗,而另外部分的针状晶体为细而长。晶体直径从50nm至500nm不等,大部分直径为100多纳米。环境扫描电镜可以用来研究水泥基渗透结晶型防水材料的渗透结晶性能,但由于水泥水化过程中也会生成类似的针状晶体,因此,不能绝对证明此类针状晶体是水泥基渗透结晶材料的独有产物。考虑到环境扫描电镜价格昂贵,操作复杂,作为科学研究的一种工具可以,亦可作为辨别真假水泥基渗透结晶型防水材料的一种手段,但作为产品标准的日常试验方法来采用则不具备条件。(未完待续)

来源:中国建材报



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