新型防潮材料:水泥基滲透結晶型涂料在房屋建筑中的應用研究

常文婧　倪娜　王思琦　段博文　祝詩怡

【摘 要】隨著經濟發展，地下防水工程量增大，防潮材料對建筑工程產生非常大的影響。文章以新型防潮材料——水泥基滲透結晶型涂料為重點研究對象，在詳細闡述材料基本內涵以及其防潮機理的基礎上，充分介紹新型防潮材料的各項特性，深入剖析當下防潮材料的實際應用情況，并從不同方面提出未來新型防潮材料的發展路徑，為我國改善防潮材料生產技術與應用技術奠定基礎。

【關鍵詞】防潮材料; 水泥基滲透結晶型涂料; 防潮機理

【中圖分類號】TU761.1+1【文獻標志碼】B

1 防潮材料的發展

受潮損害是建筑物中最普遍而難以消除的常見病患之一。建筑受潮在施工過程中發展，使用后緩慢發生。造成建筑物潮濕的機會很多，如環境空氣潮濕，給排水管道破損滴漏，地下水毛細上升引起墻體泛潮，墻體兩側存在溫差或存在水蒸氣濃度差使墻體受潮。

建筑受潮成為影響建筑使用壽命和耐久性的關鍵性問題，也是工程施工質量控制的關鍵點之一。國內外學者相繼提出防潮新方法：英國提出，先在建筑物的墻壁上鉆孔，然后嵌進特制的多孔性陶瓷管子。這種管子是由特殊的多孔砂漿嵌進孔內，并且在管子的外端加上一層蒸發覆蓋層。墻壁經鉆孔后，在毛細管作用下，墻的磚塊和砂漿層里的濕氣被“引入”管子。這種方法理念新穎，但在施工過程中，在墻壁上鉆孔引發墻體開裂引起建筑二次受潮，使用陶瓷管子增加工程造價，并沒有廣泛應用。隨著我國建筑現代化進程的加速，關注到建筑使用的材料一般都含有水分，展開了新型防潮材料的研究。

目前市面上采用的防潮材料有防水卷材和防水涂料，在耐水性、溫度變化的穩定性、機械強度、延展性、抗斷裂性等方面具有不同性能。以SBS改性瀝青防水卷材、聚氨酯防水涂料、聚合物水泥基防水涂料為代表分析傳統材料的優缺點（表1）。

當前傳統防潮材料按添加的化學成分不同具備不同的性能特點，普遍具有良好的耐候性和耐久性，但因產品成本、施工性能等因素的影響仍存在諸多不足。改性瀝青防水卷材由于瀝青本身高溫易流淌、低溫變脆易斷裂的性能，經常出現防水層鼓泡、開裂的情況;但橡膠或塑料的防水材料因其不含瀝青，成本昂貴，一般只在防水等級要求較高的工程和重點工程中使用，普通住宅屋面少有應用;普通瀝青防水涂料因施工性和環保性能的缺點，已逐步被淘汰。而水乳型橡膠改性瀝青防水涂料、溶劑型橡膠改性瀝青防水涂料及高分子防水涂料中的聚氨酯防水涂料等，在當前的住宅屋面防水中均有一定應用。

隨著建筑工程施工技術的完善，達到優良防潮效果應該采用密實性較好、質量達標的材料來進行防潮層的施工和建設，本文以新型防潮材料——水泥基滲透結晶型涂料為重點研究對象，在介紹其基本組成和防潮機理的基礎上，總結概括新型防潮材料的各項特性，結合實際工程進行效益分析，并從不同方面提出未來新型防潮材料的發展方向，為改善建筑受潮的現狀提供新思路。

2 水泥基滲透結晶型涂料的防潮機理及性能特點

2.1 水泥基滲透結晶型涂料的基本組成

水泥基滲透結晶型涂料主要由水泥、精細石英砂、添加劑等材料組成。水泥一般采用通用硅酸鹽水泥和鋁酸鹽水泥兩種，因為通用硅酸鹽水泥和鋁酸鹽水泥凝結硬化快，早期強度高，耐凍性好。石英砂性能穩定，耐磨，在水泥基滲透結晶型涂料中作為填料使用。水泥基滲透結晶型涂料所采用的添加劑主要有催化劑、減水劑、緩凝劑、速凝劑、早強劑等，其中，催化劑是水泥基滲透結晶型涂料的核心材料，主要作用是與混凝土中的游離氧化鈣反應生成不溶于水的結晶物。

2.2 水泥基滲透結晶型涂料的防水機理

我國現行新型建筑防水材料一般分為五類，即：防水卷材、防水涂料、密封材料、剛性防水材料和堵漏止水材料。水泥基滲透結晶型涂料歸屬于防水涂料，把水泥基滲透結晶型涂料刷涂在水泥混凝土表面，其能均勻涂覆并且能牢固地附著在混凝土等材料表面，形成防水涂層。絕大多數防水材料只適宜做迎水面防水施工，而水泥基滲透結晶涂料通過混凝土的毛細管來密實混凝土結構達到防水抗滲的效果，是混凝土結構背水面防水處理的理想材料，具有獨特性。

水泥基滲透結晶型涂料是一種水泥基加入無機骨料，混配而成的淡灰色無機粉末狀材料，以水為介質的水化反應生成物與混凝土成分相似。水泥基滲透結晶型涂料中含有的活性化學物質在水的作用下，通過表層水對結構內部的侵蝕，被帶入結構表層內部孔縫中，與混凝土中的游離氧化鈣交互反應生成不溶于水的硫鋁酸鈣滲透結晶物。結晶物在結構孔縫中吸水膨大，由疏致密，使混凝土結構表層向縱深逐漸形成一個致密的抗滲區域，大大提高了結構整體的抗滲能力（圖1）。

游離氧化鈣和濕氣是水泥基滲透結晶型涂料形成結晶的兩個重要因素。鑒于游離氧化鈣遍布在混凝土中，可見這個要素極易具備，而任何混凝土結構只要滲漏水就有濕氣，若濕氣不存在，化學反應中止，活化了的結晶體潛伏在混凝土的毛細管中，一旦滲漏水再次侵入混凝土，則活化了的結晶體會恢復結晶體增長的化學反應過程，不斷填充混凝土中的毛細孔，從而使混凝土致密，增強了抗滲性能。

2.3 水泥基滲透結晶型涂料的作用條件

水泥基滲透結晶型涂料的滲透是有條件的。它的滲透深度不僅取決于產品本身的質量，還取決于混凝土（水泥建材）的吸收等級（毛細孔數量分布、孔縫結構）和水泥基滲透結晶型涂料的用量、使用方法及施工環境。

水泥基滲透結晶型涂料要向混凝土結構內部滲透，首先必須濕潤基面。根據專家驗證，水泥基滲透結晶型涂料在混凝土表面形成的濕潤角越小則越容易在結構基面上擴展，也就越容易向結構內部滲透。質量優良的水泥基滲透結晶型涂料具有較小的表面張力，表面張力越小，向結構內部滲透的性能越好。

混凝土結構的滲透性與毛細孔含量密切相關。一般而言，當混凝土的毛細孔率小于20 %時，滲透系數較小，能達到不透水的效果。但要控制如此小的毛細孔率，需采取嚴格的措施（如水灰比、砂石的級配及摻量、添加劑、振搗養護等）。從理論上講，保證水泥水化所需的水只需占水泥質量的23 %左右，但水量少會導致拌合物的和易性差，即使振搗再均勻也難以保證澆灌質量。因此，為了使拌合物具有足夠的流動性以便于施工，往往需要多加一些水（占水泥質量的40 %～60 %）。當水泥硬化后，這些多余的水就會在混凝土結構中形成孔隙和毛細管通道，它們的數量、分布、結構形式直接影響混凝土的抗滲性。毛細孔率越大，抗滲性越差，水泥基滲透結晶型涂料就越容易滲透。隨著滲透結晶所起的作用，混凝土的密實度提高，滲透也就越來越緩慢。

水泥基滲透結晶型涂料與水泥礦物的反應只有在溶液中才能進行，因此，水的存在是滲透結晶的必要條件。缺少水，混凝土結構處于干燥環境，水泥礦物、水化物和水泥基滲透結晶型涂料都是固態存在，也就無所謂滲透，它們在常溫下也不可能反應產生新的物質，水泥基滲透結晶型涂料的這種狀態被稱為“休眠”。一旦混凝土結構出現細裂縫，水的滲入使水泥礦物、水化物及水泥基滲透結晶型涂料重新呈離子狀態，恢復活性，發生反應并生成結晶體，這一現象隨著滲入的水沿毛細孔向混凝土結構內部發展，從而形成了滲透結晶涂料的滲透。所以說，潮濕環境是水泥基滲透結晶型涂料進行滲透的必要條件之一。

2.4 水泥基滲透結晶型涂料的性能特點

水泥基滲透結晶型涂料的主要特征是滲透結晶，一般的表面防水材料在經過一段時間的老化作用后，可能逐漸喪失防水功效，而水泥基滲透結晶型涂料在水的引導下，以水為載體，借助強有力的滲透性，在混凝土微孔的毛細管中進行傳輸充盈，發生物化作用，形成不溶于水的結晶體，與混凝土結構結合成為封閉式的防水層整體，堵截來自任何方向的水流及其他液體侵蝕，既達到長久性防水、耐腐蝕的作用，又起到保護鋼筋、增強混凝土結構強度的作用。

2.4.1 雙重防水性

水泥基滲透結晶型涂料所產生的滲透結晶能深入到混凝土結構內部堵塞結構孔縫，無論其滲透深度有多少，都可以在結構層內部起到防水作用;同時，作用在混凝土結構基面的涂層由于其微膨脹的性能，起補償收縮的作用，使施工后的結構基面同樣具有很好的抗裂抗滲作用。

2.4.2 耐水壓能力極強

水泥基滲透結晶型涂料能長期承受強水壓，產品的測試結果表明：在厚50 mm、抗壓強度為13.8 MPa的混凝土試件上，涂刷兩層水泥基滲透結晶型涂料，至少可承受1.2 MPa的水頭壓力。

2.4.3 獨特的自我修復能力

水泥基滲透結晶型涂料是無機防水材料，所形成的結晶體不會產生老化，晶體結構許多年以后遇水仍能激活水泥，產生新的晶體將繼續密實，完成自我修復的過程。

2.4.4 防腐、耐老化、保護鋼筋

混凝土的化學侵蝕和鋼筋銹蝕與水分和氯離子滲入分不開。水泥基滲透結晶型涂料的滲透結晶和自我修復能力使混凝土結構密實，從而最大程度地降低了化學物質、離子和水分的侵入，保護鋼筋混凝土免受侵蝕。

水泥基滲透結晶型涂料產生的不溶于水的晶體不影響混凝土呼吸的能力，能保持混凝土結構內部的正常透氣、排潮、干爽，在保持混凝土內部鋼筋不受侵蝕的基礎上延長了建筑物的使用壽命。同時，用水泥基滲透結晶型涂料處理過的混凝土結構還有效地防止了因凍融而造成的剝落、風化等損害。

2.4.5 對混凝土結構的補強作用

用水泥基滲透結晶型涂料施工后的結構，由于它不是晶體結構重新激活，而是未水化水泥被激活，增加了密實度，對結構起到了加強作用，一般能提高20 %～30 %的混凝土強度。

2.4.6 長久性的防水效果

水泥基滲透結晶型涂料所產生的滲透結晶不會被損壞，而且性能穩定不易分解，防水涂層即使被磨損或被刮掉，也不會影響防水效果，因為水泥基滲透結晶型涂料的有效成分已深入滲透到混凝土結構內部，因此防水作用是長久性的。

2.4.7 環保標準，無毒、無公害

水泥基滲透結晶型涂料是一種無毒、無味、無害、無污染的環保型產品，可按環保（綠色）建材的通用標準進行檢測。

2.4.8 施工方法簡單、省工省時

水泥基滲透結晶型涂料施工時對基面要求簡單，對混凝土基面不需要做找平層，施工完成后也不需要做保護層。只要涂層完全固化后就不怕磕、砸、撞、剝落及磨損。對滲水、泛潮的基面可隨時施工，對新建或正在施工的混凝土基面，在養護期間（水分未完全揮發時）即可同時使用。

3 水泥基滲透結晶型涂料的工程應用

3.1 水泥基滲透結晶型涂料的防潮設計

3.1.1 地下室側墻防潮構造

地下室側墻外防潮構造參見圖2（a），地下室側墻內防潮構造參見圖2（b）。水泥基滲透結晶型涂料涂層厚度應不小于1.0 mm;刮涂施工一遍成形，刷涂施工二遍成形。

3.1.2 室內防潮工程構造

衛生間底板防潮構造參見圖3。水泥基滲透結晶型涂料涂層厚度應不小于1.0mm;刮涂施工一遍成形，刷涂施工二遍成形，待涂層終凝后，再做裝飾層。

3.2 施工方法

水泥基滲透結晶型涂料在防潮工程中常用的施工方法主要有兩種：刮涂施工法、刷涂施工法。各種施工方法的工藝流程見圖4。

3.3 工程實例分析

3.3.1 工程概況

揚子江國際會議中心位于濱江大道與廣西埂大街交接處，規劃建設一座集會議、展覽、辦公及配套酒店等功能的國際會議中心，總建筑面積約17.7×104 m2。揚子江國際會議中心將成為長江之濱的新地標建筑，承接國際會議、高端商務論壇等大型活動。該項目的建成，有助于提升南京的區域競爭力和首位度，完善國際化功能與城市功能品質，成為爭創國家中心城市的重點突破方向。

3.3.2 涂料設置

作為新地標建筑，揚子江國際會議中心工程質量尤為重要，在防水、防潮方面，更需采用性能優良，效率高的防水防潮材料。主要通過揚子江國際會議中心地下室頂板的防水，對水泥基滲透結晶型防水材料的運用及效果進行分析。

地下室頂板施工工藝流程：施工頂板混凝土結構層—涂刷1 mm厚水泥基滲透結晶型防水材料—鋪設1.5 mm厚耐根穿刺高分子防水卷材—設置隔離層—澆筑50 mm厚C20細石混凝土保護層。揚子江國際會議中心地下室頂板的構造如圖5所示。

涂刷水泥基滲透結晶型涂料時，水泥基滲透結晶防水材料按照粉末∶水=3∶1（質量比）的比例配制，施工前先進行基面處理。采用專用的尼龍刷或噴槍分兩次施工，首次涂刷初凝后涂刷第二層，涂層要均勻、不漏底，總厚度不小于1 mm;待涂層到達足夠硬度后噴水養護，保證涂層潤濕，正常每天2～3次，連續2～3 d。

3.4 效益分析

3.4.1 經濟效益分析

具體費用對比分析（與雙層卷材防水施工對比）見表2。

與雙層卷材防水施工對比，采用水泥基滲透結晶型涂料施工每1 m2可以節省費用19.5元。產生了很大的經濟效益，主要表現在以下幾個方面：

（1）實現了板面零注漿無滲漏的防潮保護，從而有效避免了注漿所帶來的材料成本、人工成本以及時間成本。

（2）水泥基滲透結晶型涂料自身的自愈合、防滲漏、抗疲勞、耐老化、無應力等突出應用性能，最大程度減少了防水保修期間的維修及保養、結構裂縫帶來的漏水隱患，從而大幅降低了后期防水維修費用。

3.4.2 施工效益分析

（1）水泥基滲透結晶型涂料不僅可用于第一次防潮施工，而且可用于受損防潮層的修復;不僅可用于常見部位的防潮，而且可用于變形縫等特殊部位的施工，同時對于本文介紹的其他防水材料，其在特殊部位或細部節點的應用效果更具獨特優勢，減少后期返工。

（2）水泥基滲透結晶型涂料施工前，混凝土基面無須做找平層;涂層完全固化后不怕磨損，故施工完成后無須做保護層。與傳統防水材料相比，可縮短工期。

（3）水泥基滲透結晶型涂料在施工時，無須輔助材料，且可與新建或在建的混凝土基面同步施工，縮短工期，提高施工效益。

3.4.3 社會效益分析

通過本文案例分析，在地下室頂板工程防水施工中，水泥基滲透結晶型涂料的使用效果和成本節約遠遠優于SBS改性瀝青防水卷材，同時產生了巨大的社會效益，主要表現在以下幾方面：

（1）解決了卷材耐久性不足、檢修困難、無法長期有效設防、施工環境影響大，施工保護難度大等問題，為城鎮化建設中工程防水給出了很好的解決方案。

（2）固體含量高，幾乎無揮發物，且材料本身無毒、無味、無污染，施工過程中易控制，不易破壞周邊環境。

（3）涂層質量高，滲漏風險低，得到業主方認可，提高業主滿意度。為證明水泥基滲透結晶型涂料的可靠性和實用性，將其與傳統防水卷材進行了一組對比實驗：將兩種材料應用于同一建筑的相同部位，實現對該建筑室內濕度環境參數的實時監控。監測時間為8 h，每小時采集1次室內溫濕度數值。圖6為兩種材料的實驗結果。實驗結果表明：水泥基滲透結晶型涂料防潮效率高于傳統防水卷材。

4 拓展運用

4.1 建筑物結構方面

水泥基滲透結晶型涂料的防水防潮概念旨在混凝土結構，其適合于堵水和堵塞混凝土結構裂縫，并能起到混凝土結構的加強作用。例如，水泥可滲透結晶型防水涂層不僅可以滲透到混凝土，也堵塞氣孔和裂紋。

4.2 施工工藝方面

混凝土基體的涂層和基礎結構須牢固地連接，也可以壓縮水泥滲透結晶型涂料，以使其不可滲透。如果在結構上沒有操作空間，水泥基滲透結晶型涂料可用于背水面施工。例如，多層住宅的天花板，因樓上防水不良，導致漏水滲水。解決這個問題可以使用有較強粘接性和強滲透性的水泥滲透結晶型涂料，因為背水面施工如果單單在表面成膜，無法起到防水根本，滲透成膜可以在混凝土里面結晶，從而隔絕水分子通道。

4.3 施工機械化

在明確產品研發方向后，應加強技術攻關，革新以往的刷涂、刮涂技術，采用自動化噴涂技術，由人工噴涂向自動化噴涂技術轉變。在科學技術支撐下，噴涂技術的發展將極大降低企業所耗費的人工成本，且機械化噴涂大大提高噴涂效率。同時，在信息系統準確設置下可以實現均勻噴涂，避免人工操作失誤帶來的經濟損失。在新形勢下，企業發展更需要具備一定技術優勢，才能在同行業競爭中取得一席之地。因此，相關企業可加大對自動化噴涂技術的深入研究，針對水泥基滲透結晶型涂料積極研制噴涂的機器設備，以此提高施工效率。

5 結束語

防水、防潮工程是建設工程的重要組成部分，其性能優劣直接影響建筑物使用壽命和功能。與傳統防水、防潮材料相比，水泥基滲透結晶型涂料在節約經濟上、施工工法上以及社會效益上具有優勢，并且在堵塞氣孔和裂紋方面、背水面施工工法上以及施工機械上具有廣泛應用。新型防水、防潮材料防潮性能好、粘結性能強及自愈功能強、工程施工安全可靠、環保無污染，節約防水防潮工程的經濟成本，滿足現代建筑物對耐久性的要求，但目前未在我國大范圍應用，需要建設者勇于創新應用，回饋的將是高質量放心工程。

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[定稿日期]2021-01-28

[作者簡介]常文婧（2000～），女，在讀本科，研究方向為工程造價。

[通信作者]倪娜（1990～），女，博士，講師，研究方向為市政工程造價、施工以及道路勘測設計等。