新型防水材料的开发与应用

摘要

建筑工程中十分重要的一环，防水材料的使用直接决定着建筑工程的质量。传统的防水材料经常会发生反碱、龟裂等状况，而酸雨侵蚀、瓷砖脱落和涂料起鼓等情况的出现，导致了混凝土渗漏问题。为了更好的解决这种问题，科研家们针对当下施工过程中存在的问题创造出各种各样的新型防水材料，新型防水材料与普通材料不同，它的防水功能十分强大，并且更加环保，使用寿命也得到极大的提升。新型防水材料可以有效解决目前我国混凝土的渗漏问题，所以新型防水材料的开发与应用是大势所趋，我们在项目建设过程中要勇于尝试和使用新型防水材料。本文先是介绍了课题研究背景，阐述了新型防水材料国内外研究现状，接着提出课题研究意义与目的以及方法。然后对新型防水材料的现状进行分析，以水泥基渗透结晶型防水材料为例，深入探究其研发过程，最后重点研究了新型防水材料的应用。

　　关键词：混凝土渗漏；新型防水材料；防水性能；开发与应用

　一、绪论

　　（一）课题研究背景

最近几十年，国家经济飞速发展，基础建设需求量不断变大，建筑行业蓬勃发展。虽然我国基建技术水平已经位于世界一流，但是由于诸多原因，普通混凝土渗漏的问题一直存在。无论是房屋建设还是道路桥梁，一旦出现混凝土渗漏，建筑物的质量就不能得到保证。不仅是建筑物本身受到危害，而且背后浪费了大量的人力物力以及财力。据统计，每年因为混凝土渗漏造成的直接损失金额高达几百亿美元。这些损失的背后，主要因素就是防水材料的落后。普通的防水材料比如沥青涂料、有机硅防水剂等，它们往往耐久性能差、温度敏感度低、价格昂贵并且非常不环保。当下，我国的建筑工程渗漏问题非常严重，所以新型防水材料的开发和应用迫在眉睫，对于我国土木工程的发展也是至关重要。

据不完全统计，我国建筑工程渗漏水问题十分严重，渗漏率高达80%。在我国，建筑物渗漏会极大的降低自身的使用寿命，同时也会降低建筑物的观赏性等等。混凝土内部的孔结构体系以及结构中的裂缝是造成混凝土发生渗漏的主要原因。通常为了达到不发生混凝土渗漏的目的有两种途径，第一种是改变混凝土的内部结构使其防水，简称混凝土结构自防水，又叫做刚性防水体系。刚性防水体系主要包括防水砂浆、防水混凝土、堵漏止水材料。第二种是使用防水卷材或者防水涂料使其防水，简称柔性外包防水。柔性外包防水主要是在表面形成防水膜，阻挡水的渗透。

（二）国内外研究现状

　　1.国外研究现状

国外工业较发达国家早期用于防水的材料是纸胎油毡。直到七八十年代，防水材料出现了较大的变化，比如弹性体和塑性体、玻纤胎与聚酯胎改性沥青防水卷材等类型的防水材料相继被研发出来。通过市场了解，现在国外建筑施工过程中使用的防水材料各种各样，其中防水卷材在市场中占比极大，比如沥青改性防水卷材和合成高分子防水卷材。当然刚性防水材料也越来越受关注，它的防水原理非常适用于钢筋混凝土结构。目前，刚性和柔性一同作用的新型防水理念非常受欢迎。从数据上看，据不完全统计，意大利的新型防水卷材占据屋面市场的95%。法国的新型防水卷材占据整个防水材料市场的80%以上。国外整体防水材料中，新型防水卷材占据市场的80%左右。

　2.国内研究现状

我国从上世纪中期开始，沥青防水卷材一直是主要的防水材料。到上世纪后期，随着建筑工业的蓬勃发展，混凝土渗漏问题十分严重，传统的防水材料已经解决不了当下的困境。所以国家大力推动新型防水材料的开发与应用，在“九五”期间，国家把新型防水材料列为重点发展对象。通过自主研发以及引进国外先进技术，最终我国可以自主生产改性沥青防水卷材和高分子防水卷材。同时其它防水材料也得到迅速发展。到目前为止，市场上的新型防水材料已经很常见了，据不完全统计，我国每年约使用五千万平方米的新型防水材料。我国建筑工业发展到如今，防水材料的使用范围不断的扩大，几十年前，我国主要的防水范围是房子的屋面，而现在建筑物的墙面、地下室、道路与桥梁等等都增加了防水工程。目前，我国市场上新型防水材料有很多，比如App改性沥青防水卷材、纳米级防水涂料等等，新型防水材料应用前景一片光明。

　（三）课题研究目的和意义

我们国家基础建设需求量在不断的扩大，建筑行业蓬勃发展。施工过程中防水这一部分十分重要，它的好坏将决定整个建筑工程的质量。因为新型防水材料具有高耐久性、施工简单、永久性防水等特点，使得其可以在很大程度上可以有效地解决混凝土渗漏的问题。但是新型防水材料在我国的研发进程十分缓慢，大部分防水新型防水材料的生产都是依靠于国外的核心技术，这也就意味着新型防水材料研发和生产成本非常高，所以使用成本也比较高。这种状况严重制约了新型防水材料的推广与使用，所以国内新型防水材料市场急需出现成本低廉的产品。

　（四）课题研究方法和内容

我在撰写这篇文章的过程中，使用了文献研究法和定性分析法等多种常规手段。通过查找相关资料了解防水材料概述和新型防水材料的分类等。以水泥基渗透结晶型新型防水材料为例阐述了新型防水材料的作用机理和活性物质以及其经济效益和社会效益。紧接着研究新型防水材料在建筑工程中的应用。主要包括新型防水材料的具体应用方法、新型防水材料的工程实例和效果分析以及建筑工程中新型防水材料施工注意的事项。

　二、新型防水材料的现状分析

　　（一）防水材料的概述

防水材料是防止建筑物发生渗透、侵蚀和渗漏现象的材料总称，通常我们都会在施工过程中使用，它可以保护建筑物不受雨水等侵害，有效延长了建筑物的使用寿命。建国初期建筑工程缓慢发展，当时我国主要建筑物都是土质结构，油漆出现后变成为主要的防水材料。但是时代在不断进步，人民不满足于土质结构的建筑物，土质结构逐渐被弃用，随之而来的是钢筋混凝土结构。原先的防水材料对于钢筋混凝土结构的建筑物来说毫无用处。所以慢慢的又出现了防水薄膜这种材料。但是随着现在工程质量要求越来越高，传统的防水材料因为自身耐久性差、不环保、使用寿命短等缺点，不能不能满足施工要求。所以研发寿命长、环保、耐久性高的新型防水材料势在必行。

（二）新型防水材料的分类

新型防水材料主要分为柔性防水体系和刚性防水体系两种。柔性防水材料主要是以防水膜材料在建筑物表面所形成的一层或多层防水层，并有一定的变形能力的高分子或合成高分子材料。形成的防水隔膜可以与物体表面紧紧粘贴，比如满铺防水卷材。也可以不和物体表面紧紧粘贴，比如空铺防水卷材。

刚性防水体系是指将防水材料掺入混凝土和水泥砂浆中，或将其配成浆料涂刷或渗透于混凝土或水泥砂浆表面，与其共同组成刚性自防水结构体系的材料。刚性防水体系主要包括防水砂浆、防水混凝土、堵漏止水材料。卷材和涂料是柔性防水体系的主要成分。高分子聚合物改性沥青防水卷材是一类新型防水材料的总称。它是目前市面上最受欢迎的新型防水材料之一。市面上新型防水涂料也很受欢迎，主要种类有下面几种;合成高分子防水涂料、高弹防水涂料、纳米防水涂料、聚合物水泥基防水涂料等。

　（三）新型防水材料开发应用的必要性

随着建筑行业的不断发展，传统的防水材料已经不能适应当下施工技术的要求。在过去，沥青油毡作为传统防水材料因为其成本低廉、施工技术成熟等优点应用于大量的建筑物中。但是其有很多的缺点，比如使用过程必须现场进行加热处理，严重影响了周边环境以及工作人员的身体健康。虽然它的施工技术较为成熟，但是里面有很多施工工序十分的繁杂，难度较大。同时沥青油毡施工对现场温度要求比较严格，所以这就使得施工的工期不能得到保障。这种材料本身极易产生裂缝，温度过高或者过低的时候，物理性质容易发生改变。现代以来建筑物采用的主要结构是钢筋混凝土结构。这种结构对防水材料提出了新的要求，同时国家大力提倡绿色环保建筑，传统的防水材料使用过程中大多都有环境污染问题。所以新型防水材料的开发应用是必然的。

　三、水泥基渗透结晶型防水材料（新型）的开发研究

目前无论是房屋建设还是道路桥梁建设，主流结构还是钢筋混凝土结构。而混凝土非常容易产生孔隙和裂缝。因为这些孔隙和裂缝，建筑物经常发生渗漏现问题。科研家们为了解决混凝土渗漏这个一直困扰我们的难题，研制出水泥基渗透结晶型防水材料。当下它已经成为最热门的新型防水材料之一。

（一）水泥基渗透结晶型防水材料的概述

水泥基渗透结晶型防水材料严格意义上来说是刚性防水体系。背水面朝湿基面防水这种作用让其备受欢迎。水泥基渗透结晶型防水材料之所以属于刚性防水体系，主要原因是在于水泥基渗透结晶型防水剂。水泥基渗透结晶型防水剂是一种粉末状物质，是水泥基渗透结晶型防水材料的两大组成部分之一。其主要使用方式是加入到混凝土的拌合物当中改变混凝土内部结构，主要由硅酸盐水泥和活性物质配置而成。另一个是水泥基渗透结晶型防水涂料，它主要由硅酸盐水泥、活性物质、石英砂配置而成。它与水泥基渗透结晶型防水剂一样都是粉末状物质。使用方式是涂刷于混凝土的表面等。

　（二）水泥基渗透结晶型防水材料的开发研究过程

水泥基渗透结晶型防水材料的开发极其复杂且科学严谨。它需要找到合适的活性物质，并找出最佳配合比。为此要进行活性物质的分析，分析活性物质就是为了找到一种或者几种适用的母料，这些活性物质进入混凝土内部发生化学反应，出现结晶体。这些结晶体正好可以填充混凝土内部的空隙，混凝土被填充后水就不会渗漏，这样就达到了混凝土防水的作用。所以选择合适的活性物质非常重要。

通过查阅大量的资料发现，目前活性物质主要有：与钙离子反应生成不溶于水的结晶、与钙离子形成不溶络合物、不溶的钙离子络合物、硫酸盐类物质、能与氢氧化钙或者氧化钙等物质反应的纳米活性粒子。这些活性物质在单一使用时都含有一定的局限性，所以水泥基渗透结晶型防水材料搭配使用了几种不同的活性物质。开发过程中水泥基渗透结晶型防水材料的反应机理十分重要，沉淀反应机理是最主要的一种。水泥基渗透结晶型防水材料的原材料主要有水泥、砂、母料。选用水泥大大的降低了防水材料的成本。而原料沙的使用提高了防水材料的强度，抑制了涂层的收缩。母料的使用则主要是为了渗透结晶。

当找到最佳配合比的母料制成水泥基渗透结晶型防水材料后，还要进行性能试验研究。要测试新型防水材料的性能是否满足于国家标准。第一项是物理力学性能研究。我们最常见的测试项目就是含水率、抗渗性能、抗折抗压强度、湿基面粘结强度、氯离子含量等。第二项是要研究基体龄期对于防水性能的影响。在研发过程中，仅从宏观角度进行性能测验是不够的，同时还要通过电子显微镜等测试手段进行微观分析和具体探讨。

即使研究得出防水性能良好的结论后，还要进行经济效益和社会效益分析。经济效益也就是新型防水材料的制作成本是否适合大范围推广。社会效益指的是新型材料对于目前各类建筑物混凝土渗漏问题是否有效？是否能够有效的解决问题?而水泥基渗透结晶型防水材料作为刚性防水体系经受住诸多考验，其防水性能优越、经济效益和社会效益非常显著。就目前实验表明，无论是水泥基渗透结晶型防水材料还是其他新型防水材料，在使用后会极大的提高建筑物的使用寿命，而且现在很多的新型防水材料在研发初期就融入了绿色环保的概念，再加上其本身强大的防水性能，所以以水泥基渗透结晶型防水材料为代表的新型防水材料将会成为未来市场的主流。

四、新型防水材料的应用

　　（一）新型防水材料的具体应用方法

目前市场上的新型防水材料各种各样，不同的材料适用环境以及适用条件都各不一样，下文着重讲述几种热门新型防水材料的应用。

　1.新型聚合物水泥基防水材料

新型聚合物水泥基防水材料是我们在资料中经常遇到的名词，因为它使用的较为广泛。目前市场上主要的产品有两种，第一种是通用型GS防水材料。由于它的材料是双组份，所以具备双重的防水效果，因为这个特点它被应用于很多施工场地，比如地下室、厕所等。第二种产品是柔韧性JS防水材料。而柔韧性防水材料不同于其他的聚合物水泥基防水材料，它额外采用了强韧塑胶。还有它的防水机原理是将粉料和液料有机的融合在一起，从而形成的防水隔膜。这种防水隔膜同时还具备高弹性效果并且柔韧性非常高。新型聚合物水泥防水材料适用范围十分广泛。室外、室内以及狭小的空间、墙面和地面都可以使用。并且它的使用方法十分简单，只需要将它搅拌开，然后进行表面涂刷，涂刷完还需要进行养护，然后检查一下。需要注意的是再次涂刷时间以及涂刷的厚度要选择合适。

2.JWG-1型防水材料

JWG-1型防水材料是一种高分子聚合物防水材料。由防水剂和防水膏组成，它最主要的特点就在于无毒、无味、无污染。这种防水材料既耐腐蚀又有较高的渗透性。施工过程还十分的方便，既省时又省力，并且成本低廉，所以它的应用范围同样十分广泛。相对于其他新型防水材料，JWG-1型防水材料环保性以及不可燃性特点十分突出。最值得关注的在于它可以随意的调整施工凝固时间。

　　3.高弹防水材料

高弹防水材料是一种绿色环保的防水材料。目前被广泛地应用于室内卫生间以及房屋地下室。它的主要成分是丙烯酸乳液，加工过程中添加了适量的填充剂等，使得这种防水材料具有较高的防水性能，主要表现为高拉伸延展性和高强粘结力以及耐腐蚀性等。值得一提的是这种高弹防水材料对于裂缝有着十分显著的作用，它的覆盖深度最高可以达到8mm，再加上施工比较方便，所以在现在施工中运用的比较广泛。

4.聚氨酯防水涂料

聚氨酯防水涂料在建筑工程中不同于其他的新型防水材料，它对于施工环境没有过多的要求，比如施工过程中遇到阴雨天气，建筑物表明潮湿，这种情况下任然不妨碍涂料使用，所以它施工人员的喜爱，因为这意味着不需要为极端天气停止施工了，极大缩短了工期。聚氨酯预聚体和各种添加剂加工后形成这种新型防水材料。和其它的防水材料比较，这种防水涂料最特殊的地方在于它属于液态施工。目前市场上，聚氨酯防水涂料因为具有较高的环保性、较强的伸缩适应性和抗老性能以及高耐磨性等优良的特点，在建筑工程中得到广泛的应用。

5.JS复合防水涂料

聚合物防水涂料和弹性水泥防水涂料等多种材料经过加工，最终形成一种复合型新型防水涂料。它是一种双组份防水涂料，主要优势有三个。第一个因为它是由有机材料和无机材料混合而成，所以具备优秀的防水性能。第二个是因为其制作过程中使用的原料多为环保材料，所以其自身具有较高的环保性能，并且它还具有比较高的耐久性能。第三个是使用JS复合防水涂料施工后形成的防水隔膜抗拉强度大、抗裂性能强。在施工过程中施工比较方便，同时使用这种防水材料可以有效地缩短施工的工期，并且它可以在潮湿的基面上进行涂刷，所以应用前景十分广阔。

　6.丙凝防水材料

丙凝防水材料目前国内应用并不广泛，但是其已经被国家列为重点推广产品。丙凝防水材料制作过程并不复杂，主要是将环氧树脂加工成为胶乳。然后将丙凝乳液加入其中，再加上一些添加剂进行科学系统的加工，最终形成一种高分子防水防腐涂料。由于它是一种防腐材料，所以使用这种防水材料会使建筑物使用寿命延长。实验数据表明，丙凝防水材料在水中浸泡可维持50年不变。正常的防水材料平均使用寿命是五到十年，而新型防水材料的平均使用寿命是二十年，通过这些数据直观的表达了丙凝防水材料强大的特性，也正是这样，它的市场前景非常好。

（二）新型防水材料的工程实例和效果分析

新型防水材料在很多程度上都优于传统的防水材料，主要表现在三个方面。第一个方面，新型防水材料相较于传统防水材料具有更好的防水性能。如下表1（根据郭灶忠关于新型防水材料应用的实验结果整理得出），新型与一般防水材料吸水率随时间变化的结果。在施工过程中，通过对比可以很明显的发现，新型防水材料防渗性能和致密性能都比较高。而传统的防水材料已经不能满足现在的施工要求。

第二个方面，新型防水材料使用寿命要远远高于传统的防水材料。据不完全统计，传统的防水材料使用寿命大概在五到十年。而新型防水材料平均寿命都在20年以上，一些使用寿命更长的甚至达到50年以上。

第三个方面，新型防水材料相比较于传统防水材料具有更好的适应性。比如大部分传统防水材料施工条件受限制，需要考虑施工场地的温度和天气等等。而新型防水材料可以灵活地开展施工，无论是基体表面干燥还是潮湿，无论是施工现场温度过高还是过低，都可以进行施工，所以国家大力提倡使用新型防水材料。这样会有效地提高建筑物的使用寿命，同时还会降低施工的工期，保证工程的质量。

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（三）建筑工程中新型防水材料施工注意的事项

随着建筑工程行业不断的发展，新型防水材料的应用越来越广泛。确保新型防水材料的正确使用十分重要，新型防水材料使用得当可以延长建筑使用寿命，保证施工的质量，有效地提高施工的效率。所以在防水材料使用前，施工人员需要对相关设计图纸进行检查验算、认真研究。要尽可能的找出所有的问题，并及时解决。在保证设计图纸的基础上，要制定一套防水材料使用的计划。在使用过程中要派遣专业的技术工现场指导。同时还要做好技术交接工作，培训现场施工人员。让他们掌握好新型防水材料的使用规范以及各类重要参数。要做好预防工作，指出施工过程中可能会遇到的问题以及解决方法。施工过程中遇到问题时，要及时上报，由技术人员现场分析问题的原因并及时解决纠正。由于新型防水材料种类繁多，所以施工人员要根据现场的环境和项目的要求等综合考虑，选择合适的新型防水材料。同时还要对施工过程加强管理，要做好细节方面的措施，从而保证施工顺利开展。

　结束语

现在建筑工程施工过程中，防水工程质量的好坏直接决定着整个工程项目的质量。传统防水材料已经不能满足于现的建筑施工要求。新型防水材料与传统防水材料相比，拥有更好的耐久性以及更好的防水效果，使用寿命也普遍远远大于传统防水材料。新型防水材料可以有效解决目前我国混凝土的渗漏问题，所以我国应该大力的提倡使用新型防水材料，推进新型防水材料的开发和应用。但是在具体的施工过程中，施工人员还是要根据工程项目自身的特点以及周边环境等综合因素选择合适的新型防水材料。只有这样，才能更好保障施工质量和提高建筑物的使用寿命，同时还能做到绿色环保。

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