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水泥基渗透结晶防水材料初期进入中国市场时，笔者是持怀疑和观望态度的，感到企业对此类材料性能和效果的宣传有魔化成分。然而通过工程实践和对一些出问题工程的处理，逐渐对水泥基渗透结晶防水材料产生了兴趣，看到被治理的渗漏工程，每天所发生的变化，启发了对此类材料特性和机理的探索，思考了一些此类材料应用中不曾被提及的问题，愿与同行共同探讨。
1 可持续进行的渗透结晶作用
关于水泥基渗透结晶防水涂料（以下简称渗透结晶涂料） 应用在混凝土表面的渗透结晶作用机理，目前普遍认为的是，渗透结晶材料中的活性物质和催化物质利用浓度渗透压力差，逐渐向混凝土中渗透。渗透结晶涂料涂刷后，并不像堵漏材料，可立即止住水往表面渗透，而是在最初几天中，一直会有明水渗到表面（用手仍能沾到明水就是例证）。随着活性物质的不断渗透，活性物质改变了原混凝土毛细孔道中的化学平衡状态，被破坏的化学平衡通过生成新的水化凝胶体和晶体，重新构建了新的平衡状态。究竟是产生何种凝胶和晶体，这与渗透结晶涂料所采用的活性物质的种类有关，也与混凝土中可诱发水化凝胶和结晶反应的水泥材料有关。在混凝土毛细孔道中活性物质引发和催生的新水化反应物，其作用主要是细化和堵塞了混凝土的毛细孔和裂隙；毛细孔径越小形成的毛细孔压力越大，当毛细孔压力达到一定值时，水便无法通过。从微观上观察混凝土新生的凝胶和结晶需借助仪器，但微观结构状态的变化必然会有宏观上的显现，通过简单的实验也可以观察到。
采用4 cm×4 cm×16 cm 的砂浆试件，灰砂比为1∶3.2，水灰比为0.6，抗压强度在15~18 MPa，将试件从中间折断。在两个断面上，一个不作处理，一个涂渗透结晶涂料，两个试件在不同容器中浸泡水（图1 所示），水加至试件2/3 处。浸泡的最初几天，从断面观察，空白试件和带涂层试件都有明水吸到表层，没有明显区别。3～7 d 带涂层试件的表层开始局部泛白，涂层下方也出现了不吸水部位；随着浸泡时间的延长，涂层下方不吸水部位逐渐变大，最后试件整体吸水性变小，经过3 个月浸泡后的试件与空白试件相比，有了明显的吸水差异（图2 所示），涂层试件随着浸泡时间的加长，颜色逐渐变浅。
试件在1~3 个月中的变化说明，随着时间延长，对于不带涂层的试件，虽然水的浸泡也可以使试件中未水化水泥颗粒继续水化，但这种作用太缓慢了，没有实际价值。带涂层的试件因为有了渗透结晶涂层的作用，试件内部毛细孔道的状态在相同时间内得到了极大改善，吸水性逐渐变小，使试件外表颜色不断变浅。带涂层的试件，浸水1 个月后，涂层下方约1 cm处不吸水，2 个月后颜色变浅的位置逐渐下降，3 个月后试件通体颜色变浅。这说明，在有水和未水化水泥胶凝物质存在下，渗透结晶涂料的渗透结晶作用是可持续的。大量工程实践也证明，涂刷渗透结晶材料后时间越长，混凝土抗渗性能改善效果越明显。
混凝土的抗渗性也称为水密性，而渗透性则被定义为液体流过固体的流畅性，固体结构中孔的尺寸和孔的连续性决定着其渗透性。在《混凝土的结构、性能与材料》一书中，作者P.梅泰指出，对于波特兰水泥砂浆，提高试件的水化程度，可提高其固空比和降低毛细孔的孔隙率，然而固空比和毛细孔的孔隙率的变化对抗压强度和渗透系数的影响却形成指数变化关系。根据P. 梅泰的试验结果，当毛细孔隙率从0.4 变至0.3 时，砂浆试体的渗透系数的变化区间为80×10-12cm/s 至18×10-12 cm/s，毛细孔隙率变化率只有25%，但是渗透系数变化率达400%左右。这说明，只要砂浆和混凝土试体内的胶凝材料的水化程度有所增加，其毛细孔隙率就会下降，试体渗透系数也会成指数关系下降，试体的抗渗性便可得到大幅度提升。
P.梅泰的试验证明，毛细孔隙率的改善率虽只有百分之几十，但渗透系数可呈数量级的下降。这也就可以说明，为什么单位面积（1 m2）内，仅涂上1 kg 左右渗透结晶涂料，活性物质很有限，但抗渗效果却很明显。
渗透结晶涂料中所含的活性物质和催化物质，据介绍具有两大特性，第一，它与水泥胶凝物质反应形成新的水化产物后可被还原出来，具有继续工作的能力；第二，它对混凝土毛细孔的主要作用是细化加堵塞。目前关于这方面的技术原理没有公开，所以这两大特性就显得很神秘。希望我们能从更多工程实践中去认识这种特性，使渗透结晶涂料在混凝土结构防水工程中发挥更大作用。
2 渗透结晶涂料对微裂缝的修复作用
水泥砂浆试件（4 cm×4 cm×16 cm）做完抗压强度后，试件虽被压裂，出现裂缝，但不散开还是一个整体（图3 所示）。沿着裂缝放置一挡板，在两侧刮涂渗透结晶涂料。这样设计，是要看一看混凝土后期发生裂缝后，涂层也裂开了，涂层还有没有对混凝土裂缝进行修复的能力。试件分别用渗透结晶涂料和堵漏材料来制作，制作好后将涂层下方2/3 的区域浸入水中。试件浸水不同时间后，观察试件表面及侧面吸水的变化情况。试件裂缝的宽度约在0.2~0.4 mm 之间。图4、图5 为1~7 d 两种试件涂层表面变化情况的照片。
图6—9 的示意图为试件两个侧面的吸水变化情况，图中阴影区域为透水部位。从图4 和图6 可以看出，7 d 以前对渗透结晶材料来讲，主要表现为渗透，做了涂层的试件浸水后，从4 h 至7 d，表面一直用手可沾到明水。从图5 和图7 可看出，7 d 以后试件表面有些区域慢慢开始泛白，用手沾不到明水，从侧面看试件已有了不吸水的部位，说明试件内结构状态发生了变化，并对裂缝有一定的修复作用；在20 d 左右修复裂缝的作用已很显著，随着时间的延长效果会更明显。通过渗透结晶涂料对混凝土结构工程非贯通裂缝的修复效果观察，也可看到这种作用。从图4 和图8 可看出，试件表面施用了堵漏类材料，4 h 表面就干燥了，用手在表面沾不到水。从图9可看出，堵漏类材料对下面基层无作用，因此对两个侧面的裂缝并无修复作用；侧面也有部分干燥区域，说明试件在浸水环境下，试件自身的毛细孔隙状态也会有一定程度的改善。
3 使用中值得思考的问题
3.1 测试中值得注意的问题
渗透结晶涂料最主要的性能应是抗渗强度指标（即抗渗性），但测定渗透结晶涂料的抗渗性，不是由涂层本身来表征的，而是要通过作为基层的混凝土来体现的。在GB 18445 中规定，要将涂料涂于28 d 抗渗强度等级为0.3~0.4 MPa 的混凝土空白试件上，这一点是很难掌控的。由于集料的粒径和级配都直接影响空白试件的抗渗强度和毛细孔率，同时空白试件的均一性也很难掌控，这就给涂料抗渗强度的最终判定带来了影响，甚至同一种材料用不同批次成型的混凝土空白试件检测的结果就有0.2~0.3 MPa 的差异。
为研究这一问题，特意设计了不同抗渗强度的空白试件，涂以同种渗透结晶涂料，同样的养护、成型条件，发现空白试件的抗渗强度不同，会给涂料抗渗性能的判定带来很大影响。表1 为同一渗透结晶材料在空白混凝土抗渗强度有差异的情况下，测得渗透结晶涂料的抗渗强度情况。
从表1 结果来看，同一渗透结晶材料的抗渗性在混凝土空白试件的抗渗强度有差别的情况下，可以得出3 种不同的结果：在空白试件抗渗强度为0.2 MPa时，按照GB 18445—2001 标准该渗透结晶材料应判定为不合格品；在空白试件抗渗强度为0.4 MPa 时，该渗透结晶材料应判定为Ⅱ型合格材料；在空白试件抗渗强度为0.6 MPa 时，该渗透结晶材料可以被认为抗渗性能很优秀。
在空白试件抗渗强度低于0.4 MPa 时，混凝土的水泥用量不足，毛细孔大而多，所以在单位面积上相同量的活性物质下，它没有足够多的可启动水化反应的对象；新水化反应产物量不足以将原混凝土中的毛细孔道细化到使水不能渗透进入的程度，故表现出低的抗渗强度。
在空白试件抗渗强度高于0.4 MPa、达到0.6~0.7MPa 时，混凝土内部的毛细孔率已经低于抗渗强度为0.2 MPa 和0.4 MPa 的空白试件的毛细孔率，单位体积内水泥含量又较高，有很多可以启动的水化反应的对象，因此呈现了高的抗渗强度。可见，空白试件的抗渗强度会直接影响涂料的抗渗性能，原始样品的抗渗强度高，被检测涂料的抗渗性就明显沾光。因此原始样品空白试件的抗渗强度对检测数据的影响不可小视。
3.2 渗透结晶材料对基层混凝土的适用性值得注意
水泥是一种地域性产品，目前我国用于建筑工程的普通硅酸盐水泥有五大类，都是以硅酸盐水泥熟料为主要成分、以石膏为调凝剂，不同水泥品种的差别主要是掺加混合材的种类和数量不同。这几种水泥有着基本一致的共性，同时又由于混合材的特性不同，致使不同品种的水泥在性能上有较大差别。由于水泥自身类别和地域不同的差异，所配制的混凝土性能也是有所区别的。
渗透结晶材料是不是对所有类别的混凝土都有良好的渗透结晶作用？这一点在实际工程中已经引起了许多技术工作者的关注。有学者曾指出，渗透结晶材料中的活性化学物质在向混凝土内部渗透、结晶的化学反应过程中，最后所获得的抗渗效果还与混凝土中水泥的种类和外掺材料有关，选用某些矿渣水泥混凝土和双掺（粉煤灰和外加剂）的混凝土其抗渗效果会受到影响。
目前国内外企业对渗透结晶材料的宣传资料基本一致，都是相近的提法。是不是这类材料就没有种类的区别和适用范围的区别？不需要注意其他工艺条件的差异？对各种砂浆和混凝土都能如宣传的那样具有完美的渗透和结晶作用？情况并非如此。例如，西北地区有一地下工程渗漏水，甲方提出在背水面用渗透结晶材料。施工单位认为他们在应用渗透结晶涂料方面颇有经验，就在此工程上施作了他们常用的渗透结晶材料，但却没起到效果。施工方最初怀疑是产品质量出了问题，但通过检验，材料的14 d 抗渗强度就很好，为什么在实际工程中不起效呢？其实，渗透结晶材
料对基层是有要求的，本工程就是遇到了不适用的基层混凝土，所以不起作用。
不同厂家提供的不同型号的渗透结晶涂料，可能含有不同的活性和催化物质，它们对于基层混凝土的化学作用可能会有很大的区别，这种区别不仅表现在抗渗能力上，还表现在涂料的施工性能上，如是不是易粉化、养护要求是苛刻还是一般等。涂层粉化这一点不容忽视，如果渗透结晶防水涂层发生了大面积粉化，这道防水就形同虚设。涂层的体积稳定性同样不容忽视，当用于室外有温度变化的结构工程时，涂层收缩会产生开裂、脱皮现象。
目前国内企业生产的渗透结晶涂料产品都是以一种活性材料为主，配以催化成分。不同类别活性材料，它对基层混凝土的作用是不一样的，虽然都能生成水化产物，但水化产物是有区别的，有的水化产物以凝胶为主，有的水化产物以结晶体为主。究竟是产生何种凝胶和晶体，这直接与渗透结晶涂料所采用的活性物质的种类有关，而且不同类别的涂料在施工工艺性能和物理力学性能上都是有区别的，同时也会直接影响它的适用范围。根据笔者对该类产品的调查研究，于表2 列举比较了几种不同类别渗透结晶涂料产品的应用特性。
表2 几种类别渗透结晶材料应用特性比较
从表2 中可以看出，不同类别的渗透结晶涂料产品在施工工艺性能、体积变化率、对混凝土的适用性上是有区别的。活性材料的类别决定着涂料是否易粉化；使用易粉化的材料，易出现工程质量问题；粉化后的部位如得不到及时修复，防水层就形同虚设。对体积变化率较大的涂料来讲，它不适宜用在温度差较大的工程。对于混凝土适用性受限的材料，使用不当会造成防水工程的失效。
4 讨论和建议
水泥基渗透结晶型材料在建筑工程中的应用，最初是用于全地下混凝土结构的外表面防水，后来，发现了它在背水面（结构内表面防水）应用有着特殊的效果，因此其作为混凝土结构背水面防水处理（内防水法）的一种有效方法逐步得到推广使用。在我国市场上，该类材料初期多数是用于地下渗漏工程背水面的维修。近年来，鉴于渗透结晶涂料的特性和应用效果，有些新的地下二级防水工程单独采用了此类材料，垫层为涂刷，底板浇筑后为干撒法，外墙为外防外涂法，不少工程在防水上取得了成功，还节约了资金。目前还有一些一级防水的地下工程设计采用渗透结晶涂料和自粘型卷材复合的做法，使不同材料起到了互补作用。
其实讲到地下室的皮肤式防水，笔者认为渗透结晶材料的作用才更有意义，它不仅能与基层混凝土成为一体，而且还能深入到混凝土内部；此类材料对后期混凝土新产生的0.4 mm 以下的裂缝有修复作用，这一点更为重要。我们在刚性防水之外使用柔性防水材料，所期望的是：一旦结构混凝土有微裂缝发生，外包的柔性防水材料能发挥以柔克刚的作用。渗透结晶材料独特的作用机理，实际上也起到了柔性材料的这种作用，虽然这种作用是有限度的（裂缝在0.4 mm 之内）。而对于柔性防水层而言，即使暂时抗住了0.4mm 之内的混凝土后期裂缝，这种防御作用也会越来越弱化。柔性材料如果在裂缝两侧不脱粘，裂缝部位的防水层厚度就会大大减薄，如延伸300%~400%就意味着防水层的厚度要减薄3~4 倍，1.2 mm 厚的卷材就只有0.3~0.4 mm 厚了。一般情况下，混凝土后期产生的贯通缝基本都会渗漏，原因就是此部位的外防线柔性防水层实际上已是很弱了，很弱的外防水层还要承担背水面防水的重担，不堪重负下就会断裂。如果柔性材料粘结强度不高、自身强度较高，混凝土开裂后，柔性材料会在裂缝两侧的区域内产生一定面积的脱粘，以撕开界面的粘结，扩大受拉面积来平衡裂缝产生后的新应力状态，这种结果是虽然柔性材料自身厚度变化不大，但产生了窜水的后患。相反，对于渗透结晶材料来讲，在限定范围的裂缝内，它可以随着时间的延长渗透得越深，缝的抗渗能力会变得越来越强，这一点是柔性材料所不能达到的。
渗透结晶涂料只要有水和未水化的水泥胶凝物质存在，渗透结晶作用就可持续进行，且可自动修复微小裂缝，这两点是目前所有其他类别防水材料所不具备的性能，对于地下工程来说也是非常重要的。目前我们对于此类涂料的认识还是极其不足的，存在许多误区。国内许多仿制产品，在没有掌握产品的作用机理和技术特点，不知产品的所长和所短情况下，为了追求经济利益，就匆匆忙忙将其用上工程了，所以出现了很多失败的案例。
2008 年发布的新修订的《地下工程防水技术规范》（GB 5018—2008），继续把渗透结晶型防水材料列入无机涂料可选择范围，可用于地下工程主体结构、施工缝的防水，暗挖法地下工程的衬砌结构、内衬砌施工缝的防水。日本的JASS8《建筑工程规范·防水工程》（P242~P245）中，也对此类涂料的使用范围作了明确的规定：水泥渗透结晶型涂布防水材料适用于地下构（建）筑物的现浇钢筋混凝土和预制钢筋混凝土，并列出了适用部位表（表3）。这个适用表明确指出了该类涂料的适用部位，对于我们正确使用好此类材料提供了参考。目前我国此类材料在地下工程的使用，与此表所列有所出入，这有待我们在工程实践中进一步观察。
在这里，就我国渗透结晶涂料的生产和使用，提两点建议。
1）目前渗透结晶涂料的国产产品，大多数是以单一的活性物质为主体，产品往往会出现缺陷，不是施工工艺性能上的缺陷，就是物理力学性能上的缺陷。希望能研发出复合型的活性物质，甚至成系列的含复合型活性物质的渗透结晶材料，以同时满足施工工艺性能和物理力学性能的需要，即综合性能优异的材料。
2） 二级防水要求的地下工程选用水泥基渗透结晶涂料为防水材料，垫层采用涂刷、底板浇筑后采用干撒法、外墙采用外防外涂法，在涂料涂刷前，能认真处理好混凝土的基层和认真养护好涂层，这种做法成功的案例不少。新建地下工程选用该类材料外防外涂，建议在涂层养护好后，最好做一道0.2~0.3 mm 的水性环氧聚合物水泥涂料或硬韧性聚脲、聚氨酯环氧涂料（即应选用偏于坚韧、弹性模量大些的涂料）。这道涂料没有必要按防水要求的厚度做，只需盖住渗透结晶涂层即可，它起到对渗透结晶涂料的保护作用，同时还有一定的密闭作用。重要的是，此道涂层可以防止渗透结晶涂层中的活性物质向周边回填土中渗透，因为渗透的浓度差是在涂层与回填土之间最大，有了这道密闭涂层，可保证活性物质全部单向对结构混凝土起作用；同时，这也是一项投资小、又奏效的防水保护层。同样道理，在垫层上涂刷渗透结晶涂料前，最好也能涂刷一道0.2~0.3 mm 的弹性模量大的韧性涂料，可防止渗透结晶涂料向垫层中渗透。
5 结语
笔者认为，渗透结晶涂料之所以应用中出现了很多问题，除了市场上出现了不少假冒伪劣产品外，还有一个重要原因是我们对正规产品还没有很好掌握其特性，真正用好此类材料。该类材料的渗透结晶和自动修复微裂缝的两大优势应该能在地下防水工程中发挥功效，应根据材料的防水机理，制定一些可行而且有效的技术措施，真正用好它，是会给我们解决地下防水工程渗漏带来福音的。
