武汉的混凝土防水材料

 武汉的混凝土防水材料—溶胶型渗透结晶涂料

一、溶胶型渗透结晶涂料的定义

     美国CO-MA-SEAL柯玛仕溶胶型渗透结晶涂料适用于解决高速铁路混凝土的耐久性及侵蚀性。该产品以碱金属硅酸盐溶液及惰性材料为基料，加入催化剂、助剂，经混合反应而成，具有渗透性、可封闭水泥砂浆与混凝土毛细孔通道和裂纹功能、对混凝土的耐久性起到至关重要的作用，具备抗冻性、耐热性、耐碱性、耐酸性、防钢筋锈蚀的防腐剂。在国内该产品目前适用DBJ01-54-2001及JC/T1018-2006相关执行标准。

     溶胶型渗透结晶涂料，属于刚性防腐材料，它具有与混凝土结构的相融性。以水为载体，随着水对混凝土结构孔隙进行渗透，被流渗到砼结构内部的孔缝中，催化硅酸钙与水泥水化反应过程中析出的Ca(OH)2与硅酸钙交互反应，形成了不溶于水的枝蔓状纤维结晶物，在混凝土结构内部吸水膨胀，使结构中的毛细孔缝得到充盈密实，从而有效提高了混凝土结构的抗酸碱、抗冻融能力，并提高混凝土结构的致密性。

     在混凝土保护涂层中起到密实抗渗的作用，随着时间（一般为1～7d）的发展，结晶量递增，在防腐涂层和渗透结晶相结合，增强结构整体的抗渗能力。由于活性化学物质多年后还能被水激活，继续起到催化作用，因此混凝土结构即使局部受损渗漏（裂缝小于0.3mm）在结晶作用下，会自行修补愈合。从而在本质上改变了普通混凝土结构体积不稳定而造成碱骨料等其它耐久性问题。所以，溶胶型渗透结晶涂料具有独特性能，持久的效果。

    长期以来，国内混凝土防腐材料多是采用易老化沥青或油溶性材料、有机材料等。它们的主要病主要在于污染环境、气量强烈、容易老化、耐久时间不长、粘接性下降等。

     美国CO-MA-SEAL柯玛仕溶胶型渗透结晶涂料有着极为显著的特色，它是环境友好型、无机亲水型，能确保混凝土有更好的粘接性。

二、混凝土常见病害及分析

     钢筋混凝土的常见病害主要有：裂缝、剥离、剥落、蜂窝、漏水、钢筋外露、钢筋锈蚀、承载力不足等。造成病害的原因是各种各样的，但最根本的原因还是材料的耐久性不足，也即是材料的性能劣化造成的。钢筋混凝土结构是以水泥的水化产物作为胶结料并结合一定级配的骨料或其它惰性材料和钢筋制成的一种复合材料。在这一复合结构中，钢筋提供了结构的抗拉强度，而混凝土则提供了结构抗压强度和对钢筋的保护作用。所以钢筋混凝土的材料性能劣化也包括混凝土的性能劣化和混凝土中钢筋的锈蚀两个方面。

     混凝土的性能劣化指混凝土在使用过程中，受周围环境的物理、化学、生物作用，使混凝土内的某些成分发生反应变性、溶解析出、结晶膨胀及基体开裂等，从而造成混凝土性能的下降。混凝土的劣化主要包括混凝土的碳化（中性化）、溶出性腐蚀、碱--骨料反应（AAR）、侵蚀性介质腐蚀、冻融破坏、混凝土裂缝等。混凝土的劣化不仅直接降低混凝土的性能，更主要的是它会加速混凝土中钢筋的锈蚀。

1 混凝土的碳化(中性化)

    混凝土的碳化（中性化）指空气中的CO2等酸性气体与混凝土中的Ca(OH)2起化学反应，生成CaCO3的中性化过程。

    Ca(OH)2  + H2O + CO2       CaCO3    (1)

      一般情况下，新鲜混凝土中Ca(OH)2的含量可占水化产物的10%--15%，混凝土的pH值可达12.5—13.5，从而使钢筋保持钝化状态。保持钢筋钝化的碱度为pH=11.5，而碳化的结果可使pH值低于9。此时钢筋的锈蚀就不可避免了。

     混凝土的碳化受多种因素影响，包括材料因素、环境因素和施工因素，但最主要的因素还是混凝土本身的密实性、碱性储备的大小和环境中CO2浓度及湿度。目前国内外对混凝土的碳化研究已比较深入，并提出了多种碳化深度预测模型，但这些模型的实质是一致的，都认为碳化深度与时间的平方根成正比。

     碳化除降低混凝土的pH值外，也对混凝土本身的性能和构件的力学性能产生影响。国内外研究的结果表明，混凝土碳化后抗压强度提高，延性降低，其静力弹性模量正比于强度变化，具有明显的脆性。同时混凝土碳化引起梁的承载力提高，但梁的屈服挠度和极限挠度要变小，变形能力降低。此外，碳化使混凝土产生碳化收缩，可能导致混凝土表面产生细裂缝。

2 溶出性腐蚀

     溶出性腐蚀主要指环境介质将混凝土中的易溶成分溶解出来，或是与混凝土中难溶的水化产物发生反应生成易溶产物并逐步流失，从而导致混凝土的pH值降低，孔隙率增大，强度降低的过程。

     溶出性腐蚀主要发生在与流动性液体接触的部位，如桥墩的水下部位及桥面排水构造不合理、防腐质量不可靠从而出现经常性渗漏的部位。

3 碱--骨料反应（AAR）

     碱--骨料反应（AAR）指混凝土原材料中的水泥、外加剂、混合材料和水中的碱（Na2O或K2O）与骨料中的活性成分（氧化硅、碳酸盐等）发生反应，引起混凝土的膨胀、开裂甚至破坏的过程。

     根据反应机理，AAR主要有两种类型：碱—硅酸反应和碱—碳酸盐反应。在碱--硅酸反应中，碱与骨料中的活性SiO2反应，生成硅酸凝胶，碱硅酸凝胶吸水膨胀后产生内应力，导致混凝土开裂。在碱—碳酸盐反应中，碱与骨料中的碳酸钙镁反应，将白云石转化为水镁

     石和粘土，水镁石结晶重排和粘土吸水膨胀产生应力导致破坏。

     AAR的特点是反应缓慢，持续时间长。混凝土结构产生明显的AAR破坏一般在1年以上，有时甚至达20-30年。一旦发生将很难补救，因此被称为混凝土的“癌症”。但AAR发生需要三个条件：一是混凝土原材料中含碱量高；二是骨料中含有活性成分；三是有水分的供应。所以针对AAR的特点，一般以预防为主。

4 侵蚀性介质腐蚀

      侵蚀性介质腐蚀主要包括氯盐的腐蚀和硫酸盐的腐蚀等。氯盐的腐蚀是破坏混凝土的重要因素，环境中游离的CL-(包括海水、海风、化冰盐、保温车盐水滴漏等)一旦渗入，将和混凝土中的3CaO·2Al2O3·3H2O等起反应，生成易溶的CaCl2和带大量结晶水、体积增大好几倍的固相化合物，造成混凝土的膨胀破坏。

      CL-不仅能够造成混凝土的腐蚀，而且还能加速钢筋的腐蚀。其作用机制主要有四个方面：一是破坏钝化膜，当CL-进入混凝土中到达钢筋表面并吸附于局部钝化膜处时，可使该处的pH值迅速降低到4以下，于是该处的钝化膜就受到破坏了。二是形成“腐蚀电池”，局部钝化膜破坏后，与尚完好的钝化膜区域之间构成电位差，由于大阴极对应于小阳极，腐蚀十分迅速。三是阴极化作用，通过形成FeCl2加速了对Fe2+的搬运，从而加速了阳极过程。四是CL-的导电作用，通过降低阴、阳极之间的电阻，提高腐蚀电池的效率。

      硫酸盐的腐蚀与氯盐的腐蚀相类似，硫酸盐进入混凝土内部后与水泥石的某些成分反应，生成物吸水而体积膨胀，从而造成混凝土的开裂和破坏。硫酸盐的腐蚀因腐蚀条件不同可出现E盐破坏，即钙钒石膨胀破坏和G盐破坏，即石膏膨胀破坏。

5 冻融破坏

      冻融破坏主要是因为混凝土中存在大量的孔隙和裂缝，水份可通过毛细作用进入并充满这些孔隙和裂缝，当环境温度降至冰点以下时，孔隙中的水可以冻结膨胀，其体积大约可增加9%，从而使孔壁受压变形，环境温度升高后，冰又会受热融化，使孔壁产生拉应力，反复冻融，当作用于孔壁的拉应力大于混凝土的极限抗拉强度时，即可产生微裂缝，持续冻融的结果使混凝土开裂，甚至崩裂。

     冻融破坏是造成混凝土破坏的重要因素，因此抗冻性也成了评价混凝土耐久性的重要指标。

6 混凝土裂缝

     混凝土裂缝是钢筋混凝土病害的主要表现形式之一，形成原因复杂多样。依形成原因不同，大致可分为，构造沉降裂缝、温度裂缝、干缩裂缝、AAR裂缝、侵蚀性介质腐蚀裂缝、冻融破坏裂缝、钢筋锈蚀裂缝、荷载裂缝、结构损伤及疲劳裂缝等。

       在铁路钢筋混凝土桥梁结构中，混凝土开裂是普遍现象，不同部位、不同原因、不同宽度的裂缝，对桥梁结构响也是不同的，但裂缝的存在为水分和有害性介质的渗入创造了有利条件，从而加速了钢筋锈蚀及其它病害的发展，所以我们都需要认真对待。

7 钢筋的锈蚀

     混凝土中钢筋的锈蚀主要是电化学过程，除受本身化学组成不同，晶格结构的差异，钝化膜的不连续，受力程度不同等本身的不均匀性影响外，与混凝土性能的优劣、破坏情况、外界环境介质都有十分密切的关系。

     如混凝土的碳化作用不但可以降低混凝土的原始碱度，而且还会导致混凝土的粉化，使之失效，失去对钢筋的保护作用。同时碳化作用还能使更多的自由氯离子从只有在高PH值才稳定的氯化铝酸盐中释放出来，使得孔隙液中氯离子浓度增加，加速钢筋的锈蚀。而钢筋的表面生锈后，由铁变成氧化铁，其体积发生膨胀，根据最终产物的不同，可膨胀2-7倍，到一定程度后其膨胀力足以使保护层的混凝土开裂，给侵蚀性物质的进入提供了更为有利的条件。所以钢筋的锈蚀不仅与混凝土的性能劣化密切相关，也是它们的综合反映。

三、美国CO-MA-SEAL柯玛仕溶胶型渗透结晶涂料的作用机理及性能

     美国CO-MA-SEAL柯玛仕溶胶型渗透结晶涂料是一种水基性含专有催化剂和活性化学物质的混凝土保护材料，能迅速有效地与混凝土结构层中的氢氧化钙、铝化钙、硅酸钙等反应，形成惰性晶体嵌入混凝土的毛细孔，密闭微细裂缝，从而极大地增强混凝土表层的密实度和抗压强度。这种反应分成两个阶段：

     个阶段，会在孔隙及毛细孔隙里产生一种硅石凝胶膜，当硅石凝胶膜中的水分蒸发后，会固化成一种晶体状的结构。

     第二阶段，透过这种化学反应，固化形成的晶体将嵌入到混凝土的毛细孔中和微小缝隙，达到密封混凝土，提高致密性，但同时也为混凝土提供良好的透气性能。

     美国CO-MA-SEAL柯玛仕溶胶型渗透结晶涂料是当今新型的绿色环保材料，不含甲醛，不含重金属，具有无毒、无味、不可燃、不挥发的特点，是一种透明的水溶液化合物。永凝液DPS表现出的明显优势在于它是水溶性无机化合物，与空气中二氧化碳反应后形成的硅酸溶液能自动渗入混凝土表层约30-40mm，使填料与混凝土基质在固化剂作用下发生硅化作用而牢固结成一体。其形成的硅氧键的网链结构类似天然晶体，即使在超过1000℃的热力下，依然抗热且不会龟裂，并且其涂膜具有像人体皮肤一样既不渗水又能排汗的透气功能，使基质保持干爽。同时无机矿物涂层的这种特殊结构，使其在大自然“热胀冷缩”往复循环运动中，能像岩石一样，长期保持涂膜表面的清洁，以阻止霉斑和苔藓的生长。

 检测报告一溶胶型渗透结晶涂料 物理性能（渗透型）

《界面渗透型防水质量检验评定标准》DBJ01-54-2001标准

柯玛仕永凝液 DPS溶胶型渗透结晶涂料特性表
    JC/T1018－2006标准值

 检测报告二混凝土永凝液DPS溶胶型渗透结晶涂料环境

四、美国CO-MA-SEAL柯玛仕溶胶型渗透结晶涂料的功能及应用

1. 具有长久的混凝土保护效果

   施工后的保护涂层中固化物与混凝土结构材质相同，实践证明，在正常气温下，28天后活性化学物质能使渗透结晶深入砼结构内部一般为15～40CM（砼结构密度疏，渗透深度大），因有成份渗透到结构内部，其保护混凝土的效果极为显著。

2. 具有极强的耐水压能力

　能长期承受强水压，砼层厚度为50mm，抗压强度为13.8Mpa，喷涂一遍溶胶型渗透结晶涂料，至少可以承受6公斤的水头压力。

3. 具有独特的自我修复能力

      溶胶型渗透结晶涂料是无机防腐材料，所形成的结晶体不会老化。渗透结晶多年以后遇水仍能激活水泥，产生新的晶体将继续密实、密封小于0.3mm的裂缝，完成自我修复的过程。

4. 具有耐老化，保护钢筋的作用

　　溶胶型渗透结晶涂料中的渗透结晶的自我修复0.3mm以下的裂缝，使混凝土结构更加密实，增加结构强度，从而降低混凝土中的化学成份对钢筋的锈蚀程度，使钢筋免受侵蚀，具有防腐耐老化的性能，延长使用寿命。

5. 具有对混凝土结构的补强作用

　　溶胶型渗透结晶涂料施工后的结构，由于是未水化水泥被激活，增强了密度，对砼结构起到加强作用，一般能增强混凝土表层强度为20%～30%。

6. 是绿色、无味、无毒、无公害产品

　　溶胶型渗透结晶涂料中含有的活性化合物是水性化合物，对人体皮肤无刺激性，能用于饮用、食品加工、游泳池、水库等建筑项目使用。

7. 施工方法简单、省时省工

　　一次性喷涂就可以完成施工任务，无需多次喷涂，省时省工省成本。

8. 应用范围广

　　可广泛用于高速铁路、隧道、大坝、水库、发电站、核电站、冷却塔、地下铁道、立交桥、桥梁、地下连续墙、机场跑道，桩头桩基、废水处理池、蓄水池、工业与民用建筑地下室、屋面、厕浴间等。

五、美国CO-MA-SEAL柯玛仕溶胶型渗透结晶涂料的对混凝土耐久性防护效果

    溶胶型渗透结晶涂料具有亲水性，喷涂即可渗透到混凝土中15-40mm，常规混凝土内部所含的碱量至少是表面区域的361倍，溶胶型渗透结晶涂料能够渗入到混凝土内部并与碱在有水条件下发生化学反应生成硅凝胶，覆盖毛细孔道。这层硅凝胶经水化变成坚固、透气、玻璃针状结构的物质充满混凝土表面下的所有毛细孔隙，其生成物成为混凝土永远的一部分而不仅仅是表面的涂层，它的渗入能减少混凝土中的含碱量，减缓水泥中的碱和集料中的碱活性矿物成分发生化学反应，并在渗透过程中析出混凝土中的余量水物质和其他杂质，防止外来有害物质的侵入，延缓混凝土的碳化过程，减轻了混凝土的盐碱破坏和腐蚀。只要有水存在的条件下，该过程就会不断重复，直到混凝土完全被密封。它既可以防腐防潮、抗冻、抗渗，又能缓解混凝土碱骨料反应，密封过的混凝土仍然能够“呼吸”。但由于溶胶型渗透结晶涂料不改变混凝土表面的分子结构，所以水滴在混凝土表面仍显示湿润现象，其耐久效果不能直观看到，需要借助溶胶型渗透结晶涂料前后抗渗性对比，才能了解其耐久效果。溶胶型渗透结晶涂料有极好的渗透性，喷涂溶胶型渗透结晶涂料后的混凝土试件的抗渗能力可以从原来的S7提高到S11以上。溶胶型渗透结晶涂料还能起到保护混凝土的作用，防止养护过程中出现裂缝。对于已固化后的混凝土裂缝，具有超强的愈合能力。

六、美国CO-MA-SEAL柯玛仕溶胶型渗透结晶涂料渗透结晶功能

    美国CO-MA-SEAL柯玛仕溶胶型渗透结晶涂料作为优良的混凝土保护剂，在很大程度上减缓了混凝土碳化（中性化）和碱--骨料反应（AAR）的速度，的阻止侵蚀性介质（如：氯化物）腐蚀。溶胶型渗透结晶涂料之所以能对混凝土有如此大的保护作用，这取决于溶胶型渗透结晶涂料中含有的专有催化剂。溶胶型渗透结晶涂料溶液中的催化剂被激活与混凝土中的碱性物质发生反应后，形成嵌入混凝土毛细孔隙的硅凝胶，密闭混凝土中的微细孔隙，，与混凝土形成一个整体。硅晶体是一种非常稳定的化学结构形态，它难以与任何化学物质再起反应，可以的阻止侵蚀性介质（如：氯化物）腐蚀，保护混凝土内部的钢筋不被锈蚀；同时，它既可以为混凝土提供良好的透气性能，又可以极大限度阻止混凝土中的物质与空气接触，从而减缓了混凝土碳化（中性化）和碱--骨料反应（AAR）的速度，保证混凝土的结构稳定性。DPS解决了导致混凝土性能劣化最主要的三大难题，使混凝土结构寿命延长，长期显示出其良好的性能。

七、美国CO-MA-SEAL柯玛仕工程案例

八、美国CO-MA-SEAL柯玛仕施工工艺

1 基层处理：

     基层应清除干净，去除污迹、油渍、灰皮、浮渣等。凝凝土基层应坚实、平整。若有蜂窝、麻面、开裂、酥松等缺陷，则应事先修补好。修补前剔凿清洗干净后，先局部喷涂溶胶型渗透结晶涂料（应当注意的是在喷涂使用溶胶型渗透结晶涂料前，要先将溶胶型渗透结晶涂料储存桶摇动几分钟再把桶内溶液倒入喷雾器内备用），然后用高强度的水泥砂浆修补抹平后再涂一遍混凝土溶胶型渗透结晶涂料。梁柱上的螺栓，就按防腐混凝土细部构造要求处理。手提喷雾器在每次使用时，均要用力摇匀至起泡沫，然后再喷涂于混凝土表面上。
     溶胶型渗透结晶涂料施用于混凝土表面，对于正常使用情况下的混凝土表面或新筑的混凝土，应先用水冲刷或湿润；对于脏的混凝土表面或在炎热、干燥气候条件下，使用溶胶型渗透结晶涂料前必须要用水冲刷湿润，但表面不应有明水。

2 柯玛仕溶胶型渗透结晶涂料用量
      柯玛仕溶胶型渗透结晶涂料可以广泛应用于混凝土表面或水泥涂抹层。一般情况只需处理一次，对存在特殊问题的地方，可以根据情况加喷一遍。其用量视混凝土或水泥砂浆表面的粗糙程度和微孔数量调整，平均用量约为6-8㎡/kg。

3 柯玛仕溶胶型渗透结晶涂料溶液喷涂施工
   新筑混凝土强度达到1.2Mpa(8～12小时后)可上人时即可进行溶胶型渗透结晶涂料喷涂。在垂直的混凝土表面，应在外模拆除并经表面清洁后即可行喷涂。
   喷涂墙面时应由下而上，左右均匀喷涂。平面喷涂时，应先消除表面上的小水坑。对于平面与立面或立面之间的交接处，加喷涂150㎜的搭接层。在水平面上，每次喷涂应覆盖前一喷雾圈的一半。如果溶液往下流淌，应加快喷嘴的运动速度，使整个区域饱满，再以同样的工艺重复一次。
   为使喷涂面完全饱和，要在喷涂后15至20分钟后检查该区域。如发现某些区域干得较快，则待检查完毕后，在该区域再从背后加以喷涂。若表面残留有未能渗入的多余粘状物，则可用水冲掉或刮掉。
      喷涂过溶胶型渗透结晶涂料的新浇混凝土一般情况下不需清水养护，涂刷后正常的渗透时间为1-2小时。但若天气干燥或当温度超过35度时，在喷涂溶胶型渗透结晶涂料之前，应在基面洒水，以降低表面温度，避免在喷涂后由于高温蒸发多损耗材料，确保溶液更好地渗入。30分钟后，便可允许轻度触碰。3小时后或表面干燥时，多数情况下地面便可行走。12小时后，斜坡下面的基础部分可以用土回填。

九、 绿色环保型防腐材料的未来发展前景预测

     与其它卷材和防腐涂料相比，柯玛仕溶胶型渗透结晶涂料施工简单方便，适用于任何形状的基面，并可形成致密无缝的涂层，因此，溶胶型渗透结晶型涂料已广泛应用于各种防腐工程中，并取得了迅速的发展。目前美、英、日、法、德等工业发达国家的防腐涂料在建筑防腐材料中都占有相当的份额。发达国家正积极发展水性和无机防腐涂料等品种，向着水性“环保型”防腐涂料的方向发展，如溶胶型渗透结晶涂料防腐材料。

    有机防腐涂料一般均存在易老化、使用寿命短，不易分解，对环境污染大的缺点，近些年来国外许多公司都致力于开发以水基型为主体，掺入活性的化学催化物质等进行改性处理而制成高性能的防腐材料，因为这些产品最突出的特点是在生产、施工和应用的全过程中，均无污染环境的物质排放，符合环保要求，属无毒、无刺激性异味、无污染的新型防腐材料。因此，水性高性能混凝土保护涂料是21世纪环保型材料发展的重点之一，也应是我国涂料的发展方向。

     工业发达国家已经开始向多功能的方向发展，如美国的溶胶型渗透结晶涂料，本身既具有防腐功能，又能对原有的防腐层起到保护作用，并能反射紫外线和太阳光，且可以延长防腐层的使用年限。

    混凝土保护涂料总的发展趋势应该是：由溶剂型向水乳型，由深色向浅色，由有机向无机，由单一功能向多功能，由使用寿命短向高耐久性水性涂料方面发展。我国的防腐涂料应朝着无毒、无味、环保性、功能性、渗透结晶整体保护的方面发展。

                                          武汉的混凝土防水材料