5.1 概述
剛性防水材料是地下建築物如地鐵、地下停車場、地下倉庫、隧道、礦井、人防工程、地下行人路、機坑等常用的防水材料。此外，在自防水剛性屋面、砂漿防水層、砂漿防潮層、建造水池、游泳池、水塔、貯罐、糧倉、高速公路路面、橋面等也得到了廣泛的應用。隨著國家對基礎設施建設投資規模的不斷加大，土木工程用量最大的混凝土材料得到了更大的發展，與此同時，防水混凝土作為一種特殊用途的剛性自防水材料也得到了很大的發展空間，並在防水工程中發揮著舉足輕重的作用。
剛性防水材料主要有防水混凝土、防水砂漿、滲透結晶型表面防水劑處理的混凝土、有機矽類憎水材料表面處理的混凝土。詳細分類見第一章。
5.2 防水劑
混凝土防水劑是一種能減少孔隙和堵塞毛細孔通道，可降低混凝土的吸水性或在靜水壓下的透水性的外加劑。在建築領域主要用於混入砂漿製作砂漿防水層。在土木工程領域中，摻入混凝土或塗佈在混凝土的表面浸透到混凝土內部，最終達到優異的防水效果。
防水劑可以顯著提高混凝土的抗滲效能，加入防水劑後，混凝土的吸水量減少，抗滲等級提高，耐久性也明顯提高。防水劑可廣泛應用於工業與民用建築的衛生間、基礎和地下室、地下鐵道工程、人防工程。隧道、水利工程、蓄水建築、港口工程、剛性防水屋面工程以及汙水處理工程、排水場等。
近年來，由於防水材料品種不斷增多，防水劑曾一度受到影響。但是，鋼筋混凝土結構物耐久性的降低和漏水事故的多發現象，使人們對軀體混凝土水密性不足為起因的問題引起足夠重視，防水劑的使用也隨之大幅度增加。
防水劑提高砂漿或混凝土防水功能的作用效果主要表現在以下五個方面：
(1)加速水泥的水化反應，通過產生的水泥凝膠早期充填砂漿或混凝土的孔隙；
(2)防水劑微細顆粒本身或水泥反應生成的微細顆粒填充到混凝土的空隙中去；
(3)防水劑本身是憎水物質或與水泥反應生成憎水性成分填充到孔隙中；
(4)孔隙中形成水密性高的膜；
(5)塗佈在砂漿或混凝土表面，可溶性組分溶出後浸透到孔隙中，與水泥水化反應過程中產生的水溶性組分結合，生成不溶性的結晶體堵塞毛細孔。
此外，引氣劑引入大量微小的封閉氣泡，改善砂漿和混凝土的工作性，減少混凝土的內部缺欠，隔斷毛細管通道，具有良好的防水效果。高效減水劑具有優異的減水效果，降低了混凝土的孔隙率，生成緻密的混凝土，顯著改善了混凝土的防水效果。降低收縮劑和膨脹劑可以防止混凝土的裂縫發生，同樣具有防水效果。
但這些外加劑都不能稱作防水劑。
5.2.1 防水劑的種類
混凝土防水劑品種繁多，按主成分分類如圖5-1所示，許多防水劑不是單一組分，複合型防水劑較多。
5.2.1.1 無機防水劑
(1)氯化鈣、氯化鐵]
砂漿或混凝土中摻入氯化鈣可以加速水泥的水化反應，得到早期的防水效果，但氯化鈣存在著使鋼筋易鏽蝕，收縮率增大等問題，另外，長期水密性比不摻的基準混凝土低，應引起注意。
氯化鐵防水劑通常是由氧化鐵皮與工業鹽酸經化學反應後，新增適量硫酸鋁或者明礬配製而成的。氯化鐵防水混凝土及砂漿具有抗滲效能好、抗壓強度高、施工方便、成本低的優點。它宜用於水下結構、無筋混凝土以及少筋厚大混凝土工程及砂漿修補抹面工程。
因此，它在人防工程、地下鐵路、橋梁隧道、水塔、水池、油罐、變電所、電纜溝道、水泥船等需防滲的建築
氯化鈣矽酸鈉
無機質系矽質粉末
鋯化合物
其他脂肪酸
脂肪酸鹽
石蠟乳膠
水泥防水劑有機質系瀝青乳膠
樹脂乳膠
橡膠乳水溶性樹脂
其他無機質混合物
混合系有機質混合物
無機質與有機質混合物
圖5-1 水泥防水劑按化學組成分類
工程中都可廣泛應用。但鋼筋鏽蝕是該材料的弱點。
(2)矽酸鈉系（水玻璃）
矽酸鈉與水泥水化反應生成的氫氧化鈣結合，生成水溶性的矽酸鈣，因此，提高了水密性，使砂漿或混凝土比較密實，但這一效果還不十分顯著，通常用於摻量較多，作為速凝止水材料。
(3)矽酸質粉末系
近年來許多優異摻合料儘管不是防水劑，但具有優異的防水抗滲效果。如電爐生產矽鐵合金的副產物矽灰，其比表面積為 20m2／kg非常大，主成分幾乎都是活性sio2非晶質態物質，顯著改善了混凝土的水密性。這些材料在有些國家的規範中列為防水劑。
砂漿、混凝土中的間隙中，用合適粒度的粉狀物質直接填充，如矽灰、粉煤灰、矽藻土、火山灰、石粉等。這些粉末具有很好的防水效果，粉煤灰，可以使單位用水量大幅度降低，毛細孔隙的總量減少，火山灰反應填充孔隙，矽灰的微粉效應進一步是混凝土的水密性大幅度改善。
(4)鋯化合物
多數為強憎水性物質，利用該性質以往作為纖維類的防水處理材料，近年來作為水泥混凝土用防水劑。一般用氫氧化鋁或醋酸鋯作為脂肪胺族或脂肪酸鈉的混合物摻入砂漿，與水泥中的鈣結合後，生成不溶性物質，具有很好的憎水效果。
(5)無機浸透型防水劑
無機浸透型防水劑與以往摻入到混凝土和砂漿中的防水劑全然不同。它塗在硬化的混凝土表面，通過可溶成分的浸透，使原混凝土的水密性提高。該類防水劑以矽酸鈉、矽粉末和氧化鈣等為主要成分，水泥狀的粉體物質。
溶於水後塗刷在硬化混凝土的表面，可溶性的成分浸透到混凝土的孔隙中，與水泥的水化產物和部分組分反應，生成鈣和鋁等不溶性的晶體，阻塞了毛細管通道，在混凝土的表面層約形成10～ 20mm的緻密防水層。它的改善抗滲性的效果比其他無機系列防水劑優異。
5.2.1.2 有機防水劑
(1)脂肪酸系
砂漿或混凝土中摻入脂肪酸後，與水泥水化反應生成的氫氧化鈣結合，成為具有憎水性的脂肪酸鈣。而且，脂肪酸鹽及高階脂肪酸酯本身就是憎水性強的物質，這些憎水物質在毛細孔中，減少了砂漿中的毛細孔的吸水作用。該類防水劑的缺點是長期浸水狀態下，防水性有所降低，增大防水劑的摻量會使砂漿強度降低。
因此，採用增強複合型具有較好的效果。
(2)石蠟乳膠與瀝青乳膠
石蠟和瀝青都是強憎水物質，它們的防水劑產品大多數為乳膠型的物質。主劑為憎水性的微粒，與活性劑共同攪拌加水乳化，形成懸濁狀後使用。通過充填硬化水泥漿中的毛細管間隙等空隙部分和憎水作用，提高砂漿和混凝土的抗滲性。
一般乳濁液型的防水劑因活性劑的品種和乳化方法的不同，給混凝土的強度和初期體積變化等方面帶來不良影響，另外，引氣量過大，必須注意復合使用消泡劑。
(3)樹脂乳膠及橡膠乳膠
樹脂乳膠及橡膠乳膠系列防水材料包括：天然橡膠、合成橡膠膠乳、熱可塑性樹脂乳液、熱硬化性樹脂乳液等。
與石蠟、瀝青系列防水劑一樣，樹脂乳膠與橡膠乳膠也具有充填空隙的作用，同時，具有在混凝土中形成高分子薄膜的作用。該類防水劑提高抗滲性的效果顯著，另外，抗衝擊。耐化學作用以及伸縮變形能力均有所提高。
一般用於防水劑的樹脂乳膠和橡膠乳膠，要求具備良好的化學穩定性；對水泥的水化反應無***；橡膠及樹脂本身具有優良的耐水性、耐鹼性等；引氣性不能過大。
(4)水溶性樹脂
該類防水劑的代表性物質為聚乙烯酸和甲基纖維素。水溶性樹脂摻入水泥砂漿後，減少了水灰比，改善了工作性，使砂漿更為密實，同時，保水性好，避免了泌水帶來的水密性降低的危害。
(5)有機矽類防水劑
有機矽防水劑主要成分有甲基矽醇鈉(鉀)和高氟矽醇鈉(鉀)等，是一種小分子水溶性的聚合物，易被弱酸分解，形成甲基矽酸，然後很快聚合，形成不溶於水的有防水效能的甲基矽醚(即防水膜)。它無毒、無味、不揮發、不易燃，具有良好的耐腐蝕性和耐候性，可用於混凝土、砂漿、石灰石、磚石、石膏製品、礦物製品的防水。有機矽防水劑在建築防水工程中應用比較廣，可直接噴塗在磚石結構的表面或混凝土的表面，也可以直接摻入砂漿或混凝土作防水劑。
有機防水劑的作用機理主要有以下幾個方面：
(1)減少有害孔。利用防水劑具有一定的減水、塑化作用和降低表面張力的作用，可減少混凝土中易於滲水的有害孔隙，同時，使混凝土均勻、密實，抗滲能力提高。
(2)切斷毛細管通路。防水劑中有形成膠體或其他填充毛細孔的組分，在水泥混凝土硬化後，留在毛細孔中，切斷毛細孔通路，使水難以進入砂漿和混凝土中，從而達到防水目的。
(3)隔斷毛細孔。防水劑中的引氣組分在混凝土中產生部分微小均勻的封閉氣泡，隔斷毛細管通路，提高了砂漿和混凝土的抗滲性。
(4)憎水作用。使混凝土由親水性變為憎水性。防水劑中有活性憎水組分，加入混凝土後能在毛細管壁上形成憎水層，使毛細管的吸附作用減弱，降低了混凝土的吸水性。
這種憎水作用對於防止水蒸氣和無壓力水進入混凝土是有效的，但對於防止壓力水的滲透效果不明顯。
(5)從水化產物研究結果來看，摻入防水劑後，形成晶體的新水化產物很少，有的防水劑形成的新產物很可能是膠體。
5.2.2 防水劑的技術要求
建築材料教案第五章砂漿
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