刚性防水的外加剂
出处：按学科分类—工业技术 中国建材工业出版社《现代工程材料实用手册》第281页（6623字）
外加剂主要是以吸附、分散、引气、催化，或与水泥的某种成分发生反应等物理、化学作用，以改善混凝土内部组织结构，增加其密实性和抗渗性。因此，防水混凝土可根据工程需要掺入减水剂、膨胀剂、防水剂、密实剂、引气剂、复合型外加剂等。
不同外加剂，其作用、性能也不相同，应根据工程结构和施工工艺等对防水混凝土的具体要求选用，其品种和掺量应经试验确定，所有外加剂应符合国家或行业标准一等品及以上的质量要求。
(一)混凝土膨胀剂
普通混凝土中加入膨胀剂，可制成膨胀混凝土。膨胀混凝土可分为补偿收缩混凝土、填充用膨胀混凝土和自应力混凝土。其中补偿收缩混凝土是为了提高减少混凝土干缩裂缝，提高抗裂性和抗渗性，常用于刚性屋面防水、地下防水、防水堵漏等工程。此种混凝土常用的外加剂有明矾石膨胀剂、硫铝酸钙膨胀剂、氧化钙膨胀剂、氧化钙－硫铝酸钙复合膨胀剂等。目前，工程上应用最广泛的是硫铝酸盐类混凝土膨胀剂、氧化钙类混凝土膨胀剂和复合混凝土膨胀剂。
以上三种混凝土膨胀剂的优点是对钢筋无锈蚀作用或很轻微、可降低水泥水化热，与缓凝减水剂复合使用是解决大体积混凝土开裂的最佳措施之一。混凝土膨胀剂同其他外加剂如果混合掺入，应经试配后确认能达到所需性能及准确掺量后，方可使用。
以上三种混凝土膨胀剂的性能指标，应符合中华人民共和国建材行业标准《混凝土膨胀剂》(JC467－1998)中的规定，如表10－6所示。
表10－6 混凝土膨胀剂性能指标
注：1．细度用比表面积和1．25mm筛筛余或0．08mm筛筛余和1．25mm筛筛余表示，仲裁检验用比表面积和1．25mm筛筛余。
2．检验时A、B两法均可使用，仲裁检验采用A法。
(二)混凝土减水剂
混凝土减水剂是指在不影响混凝土和易性的条件下，能明显减少拌合用水量的外加剂。在混凝土中掺入减水剂，可以获得如下效果：不改变混凝土的用水量，混凝土的坍落度可增大100～200mm；保持混凝土和易性不变，可减少用水量10%～15%，显着提高混凝土的强度；减少拌合用水后，不仅可避免混凝土出现泌水、离析现象，而且可提高混凝土的抗渗性、抗冻性和耐久性；在保持混凝土强度和坍落度不变的情况下，可以节省水泥用量10%～15%，从而可降低工程造价。
刚性防水混凝土掺加减水剂，是提高抗渗性的重要措施。目前，建筑工程上常用的减水剂主要有：木质素系减水剂、萘系减水剂、树脂系减水剂、糖蜜系减水剂、腐殖酸减水剂和复合减水剂；按减水剂的功能不同，又可分为：普通减水剂、高效减水剂、缓凝减水剂、引气减水剂和早强减水剂等。
常用减水剂的性能、种类及掺量，见表10－7。
表10－7 常用减水剂简介
(三)混凝土防水剂
用于建筑防水工程的防水剂，必须符合现行国家行业标准《砂浆、混凝土防水剂》的要求，常见的防水剂有三乙醇胺防水剂、氯化铁防水剂、HE混凝土高效防水剂、氯化物金属盐类防水剂、无机铝盐防水剂和AWA－Ⅰ型抗裂防水剂等。
1．三乙醇胺防水剂
三乙醇胺防水剂配制的防水混凝土，具有防水、早强和增强的多种作用，特别适用于需要早强的防水工程。我国从20世纪70年代开始利用三乙醇胺配制防水混凝土，并广泛用于水塔、水池、地下室、泵房、地沟、设备基础等。在混凝土中掺入微量的三乙醇胺后，以其具有的催化作用，可以加速水泥的水化反应，使水泥在早期就生成较多的水化产物，相应地减少了混凝土中的游离水，也减少了由于游离水蒸发而形成的毛细孔，提高了混凝土的抗渗性。
三乙醇胺防水剂为橙黄色透明黏稠状的吸水性液体，易溶于水，呈碱性，是一种非离子表面活性剂，它能吸收CO2，但不随CO2一同蒸发，应避光保存。它对钢筋无腐蚀作用，但对铜、铝及其合金等破坏很快。
三乙醇胺防水剂的掺量极微，一般仅为水泥质量的0．02%～0．05%。当三乙醇胺和氯化钠、亚硝酸钠等无机盐复合使用时，氯化钠和亚硝酸钠等无机盐，在水泥水化反应过程中能分别生成氯铝酸盐和亚硝酸盐类化合物，这些化合物的生成会发生体积微膨胀，可以堵塞混凝土内部的孔隙和切断毛细管通道，增大混凝土的密实度，从而提高混凝土的抗渗性，以达到防水的目的。
配制三乙醇胺防水剂的原材料均为市场出售的成品，使用前应配好备用。配制防水剂时，将组成材料按比例溶于水中，防水剂浓度应适当。
三乙醇胺防水剂常用配方有三种，见表10－8所示。
表10－8 三乙醇胺防水剂配方
配制100kg三乙醇胺防水剂材料用量见表10－9所示。
表10－9 三乙醇胺防水剂材料用量
2．氯化铁防水剂
氯化铁防水剂的主要成分为二氯化铁、三氯化铁和硫酸铝，其防水的主要机理是：氯化铁防水剂加入混凝土后，在水泥水化过程中产生不溶于水的氢氧化铁、氢氧化亚铁及氢氧化铝等凝胶体，这些凝胶体填充混凝土内的孔隙，增加混凝土的密实性，提高混凝土抗渗性。氯化铁防水剂与水泥水化析出的氢氧化钙作用，生成新物质氯化钙，对水泥熟料矿物具有激活作用，加速了水泥的水化，并与硅酸二钙、铝酸三钙合成为氯硅酸钙和氯铝酸钙晶体，从而提高了混凝土的密实性和不透水性。
氯化铁防水剂是由氯化铁和盐酸按一定比例在常温下配制而成。其配制非常简单，即称量氧化铁皮粉碎过筛(3mm)后投入陶瓷缸中，再注入为氧化铁重量两倍的盐酸，不断搅拌使其充分反应，当反应进行2h左右时，再继续加入重量为原氧化铁20%的氧化铁，继续反应4～5h，逐渐变成深棕色浓稠的氯化铁溶液。将该溶液静置3～4h，吸出浮在上面的清液。向清液中加入其重量5%的硫酸盐，搅拌均匀至完全溶解，即制成氯化铁防水剂。氯化铁防水剂配制简单，且材料来源广泛，价格较低，并具有增强、耐久、抗腐蚀等优点，是用于地下防水工程中的一种良好的防水剂，可以配制较高抗渗等级的防水混凝土或抗油渗混凝土，适用长期贮水、贮油的构筑物。
配制的氯化铁防水剂，其相对密度应大于1．4。经化学分析，其中二氯化铁和三氯化铁的比例应在1∶1．1～1∶1．3(质量比)范围内，而且其含量不少于400g／L。防水剂溶液的pH值为1～2，硫酸铝的含量为溶液重量的5%。
3．HE混凝土高效防水剂
HE混凝土防水剂集高效减水、缓凝泵送、抗裂防渗、高强耐久等功能于一体，具有掺量低(掺量为6%～8%)、混凝土工作性能优异等特点，既可用于施工现场配制防水混凝土，亦可用于配制商品混凝土，是一种多功能兼容的高效防水剂。
HE混凝土高效防水剂最突出的特点是具有高性能，高强、高工作性和高耐久性是高性能混凝土的三大重要特征。一般情况下，高强性能与高耐久性能二者密切相关。用HE混凝土高效防水剂配制的防水混凝土，不仅结构致密，而且具有抗裂能力，故侵蚀性介质不宜渗入，从而使具有破坏性的化学反应不会发生；又由于防水剂本身不含氯、碱等成分，从而消除了钢筋锈蚀以及碱骨料反应等隐患，这是使混凝土具有高强、高耐久性的切实保证。
HE混凝土高效防水剂既可用于配制普通或高强的塑性防水混凝土，又可用于配制商品化泵送防水混凝土，且不需同其他外加剂配合使用。可使混凝土在2h内保持混凝土良好的工作性，这对混凝土的夏季施工以及对商品混凝土的普及应用是非常有益的。
4．氯化物金属盐类防水剂
氯化物金属盐类防水剂，又称防水浆。它是用氯化钙、氯化铝及水配制而成的液体防水剂，呈淡黄色。把这种防水剂掺入水泥砂浆后，经化学反应生成含水氯硅酸钙、氯铝酸钙等化合物，将水泥砂浆中的空隙填充，切断毛细孔通路，提高水泥砂浆的抗渗能力。
这类防水剂市场上有成品销售。若自己配制，应按以下方法：按设计配合比准确称量；将固体破碎成粒径不大于3cm的块体；将水置入陶制容器中停放30min；将防水剂放入水中搅拌至全部溶解；待溶液温度下降至50～52℃时即可使用。自制氯化物金属盐类防水剂，可参照表10－10配合比配制。
表10－10 氯化物金属盐类防水剂参考配合比
5．无机铝盐防水剂
无机铝盐防水剂是以无机铝和碳酸钙为主料，与多种无机化学原料化合反应而成防水剂。掺入水泥砂浆后，可同水泥水化产物硅酸三钙、水化铝酸三钙、铁酸三钙等发生化学反应，生成难溶于水的微小胶体粒子，以及具有一定膨胀性的复盐——水化氯铝酸钙、水化氯铁酸钙、水化氯硅酸钙等晶体物质。这些微小胶体粒子和晶体物质能够填充水泥水化过程中形成的毛细孔道和裂缝，从而增加水泥砂浆的密实度，有效地提高防水层的抗渗性。
6．AWA－Ⅰ型抗裂防水剂
AWA－Ⅰ抗裂防水剂具有微膨胀、补偿水泥砂浆的收缩、提高砂浆的抗裂性等优良性能。此外还有快硬、早强、泌水小、施工和易性好等优点。适用于房屋地下室、贮水塔、油库等建(构)筑物防水工程。AWA－Ⅰ型抗裂防水剂的性能指标符合国家建材行业标准《砂浆、混凝土防水剂》规定一等品的标准，见表10－11。
表10－11 AWA－Ⅰ的技术性能
(四)混凝土聚合物
用聚合物配制聚合物防水混凝土，是一种前途光明、发展迅速的新型防水材料。聚合物混凝土是一种有机、无机的复合材料。从1930年开始应用，其潜在用途引起了人们的高度重视。目前，美国、日本、德国、俄罗斯等国家，都非常重视聚合物混凝土的研究和应用。20世纪90年代，我国在这一领域也开始了试验研究工作，有的已在工程中取得良好的效果。聚合物混凝土主要分为聚合物浸渍混凝土(PIC)、聚合物混凝土(PC)和聚合物水泥混凝土(PCC)。
刚性防水工程对聚合物的要求是：掺入水泥混凝土和砂浆中的聚合物，不应当影响水泥水化反应，不能对水泥水化产物具有不良作用；聚合物本身不会被水解或破坏；聚合物应对钢筋无锈蚀作用。为保证聚合物的化学稳定性，在配制时还应掺入稳定剂、消泡剂、抗水剂和促凝剂等。
刚性防水工程常用的聚合物主要有：EVA(醋酸乙烯－乙烯的共聚物)高分子乳液、有机硅防水剂、阳离子氯丁胶乳和丙烯酸酯共聚乳液(简称共聚乳液)等。
1．EVA(醋酸乙烯－乙烯的共聚物)高分子乳液
(1)EVA的技术特点
1)有优良的机械力学性能。在适当配合比下，EVA型聚合物水泥防水砂浆的抗压强度，可比相同配合比的普通水泥砂浆有所提高，抗拉和抗折强度可提高1．5倍。
2)具有优良的抗裂性。EVA型聚合物水泥防水砂浆抗拉和抗折强度大幅度提高，这就赋予了材料优良的抗干缩和冷缩能力，加之聚合物膜对水泥石毛细孔道的封闭作用，减缓了干湿环境变化下防水砂浆的水分挥发速度，进一步提高了防水砂浆的抗裂性和整体性。尤其是纤维型的聚合物水泥砂浆，由于高抗拉强度纤维的加入，大幅度提高了砂浆的抗拉和抗折韧性，更加增强了防水砂浆的抗裂能力。
3)优良的防水、抗渗性能。聚合物分子链上的极性基团对水有一定的吸附作用，在水的作用下，适度交联的聚合物仍有一定的遇水溶胀作用，这种溶胀作用可使水泥石空隙中的聚合物发生体积膨胀，阻止水的进一步渗透，使材料具有优良的防水抗渗性能。
4)对多种异质材料具有良好的粘结性能。聚合物分子链上的极性基团会与水泥无机相产生化学吸附作用，从而提高两相界面间的粘接力。该材料在硬化后，仍与旧基面保持良好的粘接性，不会发生类似普通水泥砂浆硬化后期的干缩剥离现象。
5)工作性可调范围宽。EVA型聚合物水泥防水砂浆，可通过助剂的调整调节砂浆的可工作性，其凝结时间可控制在几分钟至几小时范围内。由于其具有可以随意控制的工作性，所以该材料的适用范围大大加宽，既可以作为厕浴间及一般地下工程的防水、防渗，也可以作为潮湿工作面上及有一定渗水压力工程的防水、防渗维修。
(2)EVA的应用范围
EVA聚合物水泥砂浆的应用范围十分广泛。在潮湿基层上施工，可适用于人防、隧洞、地铁、地下沟道、水下隧道等需防水的结构；若以助剂调整其凝结时间，则可用于堵漏工程，或根据需要控制砂浆的工作性，则可满足不同工程的要求；由于EVA聚合物水泥砂浆具有重量轻、耐候性、耐冻融性、耐冲击性均优的优点，所以又可适用于地面、道路、飞机跑道，以及港口、桥梁等工程。
2．有机硅防水剂
(1)主要性能和技术指标
有机硅防水剂具有无毒、无味、不挥发、不易燃等优良特点，并有良好的耐腐蚀性、耐候性和抗渗性。这种防水剂施工简便、性能稳定、容易贮存，贮存期可达2年。技术指标见表10－12。
表10－12 有机硅防水剂主要技术指标
(2)有机硅防水剂的配制
材料要求：水采用一般饮用水，有机硅防水剂为市售成品，相对密度以1．24～1．25为宜，pH值≥12。硅水应按配比备料，然后混合搅匀，不得改变用量、变更配比。配合比见表10－13和表10－14。
表10－13 碱性硅水配合比表
表10－14 中性硅水配合比表
