水泥基憎水型防水材料的研制、生产及应用

  水泥基憎水型防水材料是以水泥作为基材，通过辅于憎水型活性化学物质及其它相应的化学添加剂组成。它可以作为水泥砂浆/混凝土的添加剂直接掺入到水泥砂浆/混凝土中，也可以制成高性能的憎水型水泥或憎水型防水干砂浆，其防水功能在于该憎水型活性化学物质能吸附在水泥砂浆/混凝土内部的毛细孔的内表面上，形成憎水型表面膜，这样就能够防止外部水分向砂浆/混凝土内部渗透，从而达到防水抗渗的作用。但该表面憎水层的形成，并不影响水泥砂浆/混凝土的透气性能。 由于憎水型防水材料优良的防水抗渗的特性，通过应用先进的建筑化学材料原理，结合国内建筑工地的特点，研制出各种不同用途的憎水型系列产品，如：用于南方地区外墙墙体防水抗渗、抗裂、避免砂浆空鼓的憎水型外加剂；用于室内卫生间防水抗渗的憎水型水泥以及憎水型防水干砂浆。该憎水型系列产品具有憎水型防水和渗透结晶型防水等优越性能，能改善砂浆的密实度与强度，有效提高砂浆的韧性及抗龟裂的能力，在硬化后所形成的防水层还能起到普通砂浆承担强度的功能，同时也由于其优良的防水抗渗及抗裂性能，而被广泛应用于各类建筑物（地面建筑、水工工程及地下工程等）及混凝土制品的防水抗渗、抗裂及维修工程。 本文详细介绍了水泥基憎水型防水材料的防水机理，以及在国内外不同工地的实际应用的情况，力图通过大量的工程案例来向国内同行介绍这一全新的环保型材料—水泥基憎水型防水材料。 引言： 憎水这一概念源于希腊文（hydro φοβοσ）,也即“拒水“的意思，也就是说，如将水洒到憎水型材料的表面，这些水会形成许多小点滴或成珠状，与基面材料形成一特别小的接触面，类似于水在荷叶上面形成水珠一样。这样在材料表面所形成的水珠，通过其在材料表面上的滚动效应，可以将粘附在表面的脏物粒子吸附到水珠的表面，从而对基体材料的表面起到清洁的作用。也即赋予该材料表面所谓“荷叶型自清洁效应”。 通过运用现代建筑化学的先进技术将这一荷叶型自清洁原理引入到建筑材料中，而研制的所谓憎水型建筑材料，如憎水型防水剂，憎水型水泥以及在德国建筑市场广泛使 用的憎水型干混砂浆（憎水型砂浆，憎水型外墙抹灰砂浆，砌筑砂浆，憎水型瓷砖粘结剂，填缝剂等），憎水型混凝土等系列建材产品。 该类水泥基憎水型材料，对外能抵抗外部水份对水泥基内部的侵蚀及渗透，但同时又不封死水泥基内水汽蒸发的通道，从而也即保持水泥基材料畅通的呼吸功能，有利于墙体及室内潮气的向外蒸发，具有优良的防水抗渗及透气功能。 憎水机理： 荷叶自清洁效应来源于荷叶表面有一层聚合物基团，该基团的尺寸大小介于纳米范围内，也即在纳米数量级形成一个十分粗糙的表面针状构造，从而使污水或脏物很难在这样的表面有立足之地。见图（1）和图（2）。  

图(1)荷花型的表面结构，水珠能带走脏物粒子	图(2)普通的表面结构，水珠不能带走脏物粒子

                 与荷叶自清洁效应相类似的是由于憎水型活性化学物质的存在，在憎水型材料的微观表面形成针尖状聚合物基团层，由于该基团层的形成，就大大地降低了憎水型基面的界面能。 根据拉普拉斯原理，水珠在固体材料表面形成接触角（参照图3）的计算公式如下：  

图(3)拉普拉斯公式及固-水-气三相界面示意图

σF/W：固体与水所形成界面的界面能           σF/L：固体与空气所形成界面的界面能 σW/L：水与空气所形成界面的界面能 如α=0°也即说明水珠在固体材料表面形成单分子层的接触，形成所谓的亲水层结构，当α=180°时，也即水珠与固体材料成几乎为点接触，形成所谓的超级憎水层结构。也就是说随着固体材料界面能的降低（σF/L↓），其相对应的接触角，就会逐步增大，也即材料表面的憎水性能就会进一步提高。 从拉普斯拉原理出发，在实际工程应用中，人们普遍利用Künzel-值，也即材料的吸水系数W-值，这一直观的物理概念。来检测判断材料的憎水性能。 如           W > 2kg/m²·h^½, 则材料为吸水型              2kg/m²·h^½ > w > 0.5 kg/m²·h^½, 则材料为疏水型              0.5 kg/m²·h^½≥ W, 则材料为憎水型 也就是说如果一种材料在一定的时间间隔内，其单位面积所吸收的水份愈少，其相应的憎水性能就愈好，当W值小于0.5 kg/m²·h^½ 时，该类材料就可定义为憎水型材料。 水泥基憎水型砂浆的实际应用 ： 水泥基憎水型砂浆由于施工简便，防水抗渗性能好，性价比优，在德国建筑市场上，得到了极其广泛的应用。    

图(4)水泥基憎水型砂浆憎水效果	图(5)憎水型防水砂浆施工(外墙面)
图(6)憎水型防水砂浆施工(卫生间)

  表1. 憎水型砂浆与普通砂浆性能的对比.

	普通砂浆	憎水型砂浆
抗渗能力	渗漏	很好
吸水系数	高	很低
与基面粘接强度	粘接差,易出现空鼓	很好
抗压强度	低	高
和易性	差	很好
柔性	差	很好
抗裂性能	差，易出现裂缝	很好

   

图(7)憎水型防水砂浆与普通砂浆长期吸水性能的对比

  从图（7）可以看出憎水型防水砂浆由于其优良憎水性能，不仅其本身具有很好的抗渗能力，同时也能保护基体材料免遭水份（以及可能的有害水份）的侵蚀。 水泥基憎水型防水砂浆可 -- 用于外墙面作为抹平砂浆，该砂浆同时具有防水抗裂的功能。 -- 用于室内地下室或卫生间的防水处理。 -- 用于屋顶的防水处理。 -- 用于蓄水池/游泳池的防水处理。 -- 用于混凝土制品的防水抗裂处理。  

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