关于水性渗透型无机防水剂的一些理解

引言

在无机涂料配方中，硅溶胶的含量，乳液的复配，存储稳定性等问题是绕不开的话题，在提高无机涂料的稳定性中最要的一环就是挑选合适的粉料的，避免粉料中的二价金属离子钙离子，镁离子等降低体系的稳定性。而在以硅溶胶等碱金属硅酸盐溶液等为主要成分的渗透结晶防水剂能起到作用就是利用了硅溶胶和钙离子发生反应形成不溶性的物质，可封闭水泥砂浆与混凝土毛细孔道和裂纹。

水性渗透型无机防水剂的定义

认识这个行业，了解一个细分产品方法就是去看看产品相应的标准，标准相对来说会比较客观公正的对产品进行定性介绍，至于大公司的产品说明书也可以看一下，想从某宝某东上去了解一类产品，你只会觉得世界上怎么有这么牛逼的产品，到处都能用，效果贼好，操作又简单，只可惜大多数都是割韭菜。

根据JC/T1018-2020《水性渗透型无机防水剂》的定义，水性渗透性无机防水剂(water based capillary inorganic water Proofer)是以碱金属硅酸盐溶液为基料，加入催化剂、助剂，经混合反应而成，并具有渗透性、可封闭水泥砂浆与混凝土毛细孔道和裂纹功能的防水剂。

防水元老级别人物沈春林教授在《水性渗透性无机防水剂》行业标准中介绍提到渗透性防水剂是根据美国桦青公司M1500 和永凝牌、神鹰牌等水性渗透型无机防水剂的作用原理，结合我国实际情况研制而成的一类新型水性无机建筑防水剂。

传统意义上的渗透性防水剂的用途：

自80年代以来,水性渗透型无机防水剂在我国的建筑物防水方面,特别是混凝土类构筑物防水上得到了广泛应用。如基础地坪、地下室、人防坑道、机场跑道、公路、桥墩桥面、水塔(池)、储槽(罐)容器、隧道涵洞等防水工程的内部或外部进行的密封防水和抗渗漏、抗风化处理时,经表面喷涂水性渗透型无机防水剂后建筑物可以承受1MPa以上的抗渗水压。在水泥砂浆抹灰层防水上水性渗透型无机防水剂也有很多应用,如砖(石)砌体、预制混凝土构件(板)屋面等水泥砂浆抹灰刚性防水层的密封防水和抗渗漏。

中国建材行业标准《水性渗透型无机防水剂》的主要起草者沈春林、褚建军等人曾提到水性渗透型无机防水剂是含有催化剂和载体的复合水剂溶液，能与混凝土中的游离碱类物质在催化剂作用下产生化学反应，偶联生成不溶于水的凝胶体(晶体状)，从而堵塞内部孔隙，封闭毛细孔通道，在混凝土内部形成持久性防水效果。

反应机理：

水性渗透型无机防水剂中的碱金属硅酸盐能与混凝土孔溶液中的Ca(OH)2发生化学反应。典型的反应式如下：Na2SiO3+Ca(OH)2=CaSiO3 +2NaOH

虽然该反应也可以生成水化硅酸钙晶体分隔毛细孔，但是受混凝土孔隙溶液中Ca2+的浓度所限，反应速度较慢。日本学者小林一辅的研究结果显示，采用碱含量0.78％的普通水泥配制的水泥砂浆（水泥∶砂∶水=1∶0.75∶0.4）孔溶液的主要组成成分为Na+、K+和与其保持电性平衡的OH-，Ca2+含量微乎其微[9-10]，可见Ca(OH)2大部分是以晶体状态存在的。

在催化剂存在的情况下，催化剂会先与Ca2+发生反应生成钙离子络合物。由于钙离子络合物的粒级小，发生反应所需钙离子的浓度大大低于上述形成硅酸钙的反应，故在混凝土中极易发生络合反应。所生成的钙离子络合物并不稳定，有SiO32-存在时，又会发生分解，生成更加稳定的水化硅酸钙沉淀。随着催化剂的不断络合、解离及水化硅酸钙的生成，晶体不断长大。在毛细孔压力限制和催化剂的络合、解离限制下，碱硅酸盐与钙离子反应生成的晶体不可能完全将孔隙填充密实，只能将孔隙分隔或细化，一般的气体分子能够通过，这也就是常说的“透气不透水”状态。

在整个反应过程中，催化剂只是加快了反应的进行，所生成的产物也主要是水化硅酸钙凝胶，钙离子络合物的量很少。这也是利用XRD很难检测到新晶体生成的原因。随着反应的进行，晶体不断成长，当所生成的晶体将毛细孔堵塞到水分子不能通过时，各活性物质的传输介质消失，混凝土同时处于不漏水状态。“透气不透水”状态使混凝土内的水分会逐渐蒸发，混凝土慢慢干燥。当基体处于完全干燥的状态时，基体内和涂层中的催化剂和碱金属硅酸盐由于缺乏传输和反应的介质便停止了反应，即处于所谓的“休眠”状态。

当混凝土受不均匀载荷、地基沉降、外力冲击、温差变化等物理作用产生微裂纹等缺陷时，如果有水分进入，催化剂在获得水环境后，重新溶解并电离，在浓度差的作用下发生扩散作用。此时，裂缝周围的催化剂扩散到裂缝处与Ca(OH)2重新开始反应，生成不溶物堵塞裂缝。由于络合-沉淀结晶反应生成的晶体与水泥水化形成的结晶体相近，它们之间不存在相容性的问题，最终与基体融为一体，封闭毛细管道，增加混凝土的密实度，提高混凝土的抗渗性。

此外，在通常的水化过程中，由于水化硅酸钙的包裹作用，约有25％的水泥不会水化。在催化剂和碱金属硅酸盐与Ca2+离子不断反应的过程中，Ca(OH)2晶体不断溶解，不溶于水的晶体不断生成，被Ca(OH)2覆盖的未水化水泥颗粒被释放出来。