地下結(jié)構(gòu)防水材料應(yīng)用技術(shù)

唐本涪，楊 勇

（上海市建設(shè)工程監(jiān)理有限公司，上海 200080）

1 地下防水工程概述

在建筑業(yè)領(lǐng)域，防水工程是至關(guān)重要的分部(子分部)工程，尤其是地下防水更凸顯出舉足輕重的地位。一旦出現(xiàn)滲漏，不但施工難度大，還會影響建筑功能和使用要求，需耗費巨資進行堵治，導(dǎo)致社會效益和經(jīng)濟效益的雙重損失。

因地制宜、多重設(shè)防、剛?cè)嵯酀?，是地下防水技術(shù)實踐經(jīng)驗的總結(jié)，也是合理確定防水方案必須遵循的原則。而防水材料的科學(xué)選用，則是防水工程首當(dāng)其沖的關(guān)鍵一環(huán)。地下結(jié)構(gòu)所采用的防水材料一般為防水混凝土、防水砂漿、防水卷材和防水涂料等。

本文結(jié)合在建的某超高層大型項目，就地下結(jié)構(gòu)防水材料的應(yīng)用，在技術(shù)層面上進行簡要的分析與探討。

2 工程概況

該項目位于長江之濱，與其水力聯(lián)系十分緊密，承壓水頭標(biāo)準高度年變化幅度達 4 m 以上。本工程塔樓地下室 6層，基礎(chǔ)底板總面積 36000 m2，埋深 23 m～31 m，底板厚度1.2 m～5 m，其地下連續(xù)墻同時又作為地下室結(jié)構(gòu)外墻，對地下結(jié)構(gòu)防水要求很高，為1 級防水等級。

3 防水混凝土的應(yīng)用

防水混凝土是利用混凝土自身的密實性而具有一定防水功能的混凝土結(jié)構(gòu)形式。作為地下結(jié)構(gòu)的一種主要防水材料，已成為地下防水工程之首選，其品種主要有普通防水混凝土、外加劑防水混凝土和新型防水混凝土。

3.1 普通防水混凝土

普通防水混凝土應(yīng)用技術(shù)在我國已有 50多年的歷史，是以調(diào)整和控制混凝土配合比各項技術(shù)參數(shù)而獲得最小孔隙率來提高混凝土的抗?jié)B性能。通過精確的混凝土配合比設(shè)計計算以及試配的方法，求得符合設(shè)計要求的防水混凝土的最佳配合比。

3.2 外加劑防水混凝土

根據(jù)地下工程結(jié)構(gòu)特點和施工工藝等對防水混凝土的具體要求，在混凝土中摻入引氣劑、減水劑、三乙醇胺、氯化鐵等外加劑，使水泥水化更充分，水泥石結(jié)構(gòu)更密實，從而提高混凝土的抗?jié)B性。

孔隙和裂縫是混凝土自身的缺陷，也是混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生滲漏水的兩大主因，而在普通混凝土中摻入適量膨脹劑配制而成的補償收縮混凝土，能同步抑制因孔隙和裂縫導(dǎo)致混凝土滲漏的弊端。它在硬化初期，由于水泥水化生成物結(jié)晶體體積增大而產(chǎn)生膨脹，將水泥石中的孔隙填充，并堵塞、切斷混凝土內(nèi)連通的毛細孔道。同時，由適度膨脹產(chǎn)生的限制收縮應(yīng)力(自應(yīng)力)可大致抵消混凝土在干縮、徐變時產(chǎn)生的拉應(yīng)力，使混凝土的拉應(yīng)變值小于所允許的極限拉伸變形值或接近于零，因而混凝土可減少或不出現(xiàn)裂縫。該混凝土優(yōu)異的特性在建筑工程的地下防水結(jié)構(gòu)中獲得廣泛應(yīng)用，并應(yīng)用于UEA 無縫設(shè)計施工新技術(shù)中。

本工程地下連續(xù)墻和大而厚的基礎(chǔ)底板的結(jié)構(gòu)防水材料即采用補償收縮混凝土。

3.3 新型防水混凝土

隨著社會的進步，建筑物不斷向高、長、寬和地下空間發(fā)展，大體積、大尺寸、形狀復(fù)雜的混凝土結(jié)構(gòu)使其內(nèi)應(yīng)力增加，裂縫增多。作為地下結(jié)構(gòu)的一種主要防水材料的防水混凝土，其抗裂性尤顯重要。因此，纖維抗裂防水混凝土、自密式高性能防水混凝土、聚合物防水混凝土等新型改性防水混凝土應(yīng)運而生，迅速發(fā)展。

纖維抗裂防水混凝土中所加入的纖維，可阻止混凝土在水化時生成的細微裂縫的連通而達到抗裂效果，它是諸多混凝土改性技術(shù)中進展最大、效果最明顯的應(yīng)用技術(shù)之一。

自密式高性能防水混凝土選用萘系高效減水劑作為外加劑。它具有高強度、高流動性、高抗?jié)B性和低體積收縮性，可避免因振搗不足或不便振搗而造成的混凝土空洞、蜂窩、麻面等缺陷，適用于澆筑量大、筋密、形狀復(fù)雜或澆筑困難的地下防水工程，是防水混凝土應(yīng)用技術(shù)的一個發(fā)展方向。

聚合物防水混凝土中的聚合物增加了同水泥水化產(chǎn)物的粘結(jié)強度，減少了混凝土裂縫，使抗?jié)B性能顯著提高，其潛能和作用不可低估。

4 防水砂漿的應(yīng)用

水泥砂漿抹面防水歷史悠久，施工方便，價格低廉，被土木建筑領(lǐng)域廣泛采用。它是一種剛性防水層，但質(zhì)脆、韌性差，在濕度和溫度的變化下易產(chǎn)生空鼓、開裂現(xiàn)象。為了克服這一缺陷，在普通水泥砂漿中摻入不同類別的防水劑，可有效提高砂漿抹面防水層的抗?jié)B能力。

4.1 摻小分子防水劑的防水砂漿

在普通水泥砂漿中摻入氯化物金屬鹽類無機質(zhì)或有機硅等這些小分子物質(zhì)，經(jīng)化學(xué)反應(yīng)生成的化合物、晶體、膠體、能夠填充水泥水化過程中形成的毛細孔道和裂隙。有機類的反應(yīng)生成物還可降低水的表面張力，形成憎水層，呈現(xiàn)所謂“反毛細管效應(yīng)”，從而有效地增加水泥砂漿的密實度，提高其水密性、疏水性、抗?jié)B性。

4.2 摻塑化膨脹劑的防水砂漿

在普通水泥砂漿中摻入塑化膨脹劑(膨脹劑復(fù)合減水劑)，可減少砂漿拌合用水量，并使其在水化反應(yīng)的早、中期產(chǎn)生化學(xué)自應(yīng)力作用，補償砂漿因溫度和濕度變化而引起的收縮，達到防止砂漿空鼓、開裂的作用。

本工程在地下連續(xù)墻內(nèi)側(cè)設(shè)置通長的內(nèi)襯磚墻砌體，內(nèi)壁抹面做防水防潮處理，采用摻硫鋁酸鈣型塑化膨脹劑防水砂漿，其凈漿及砂漿的配合比如表1。

表1 凈漿及砂漿的配合比

4.3 聚合物水泥防水砂漿

聚合物水泥防水砂漿與聚合物水泥混凝土防水機理相似，普通水泥砂漿中摻入不同類型的聚合物，不但可提高砂漿的抗?jié)B性，還可提高其粘結(jié)性，增加抗折、抗拉強度及早期強度。

此外，還有合成纖維聚合物和鋼纖維聚合物水泥防水砂漿。因纖維的彈性模量大，在聚合物水泥硬化體中呈三維無規(guī)則分布，分散了其內(nèi)應(yīng)力，進一步提高了砂漿的抗裂能力，防水效果更勝一籌。

5 卷材防水的應(yīng)用

20 世紀 80年代以來，新型防水卷材及其應(yīng)用技術(shù)發(fā)展迅猛，它具有重量輕、抗拉強度高、延伸率大、耐候性好，使用溫度幅度大，壽命長、污染小等優(yōu)點，已取代傳統(tǒng)的“二氈三油”，是防水卷材應(yīng)用技術(shù)的突破性成果。

卷材防水層適用于受侵蝕性介質(zhì)作用或受振動作用的地下工程防水結(jié)構(gòu)，主要有高聚物改性瀝青防水卷材和合成高分子防水卷材兩大類。

5.1 高聚物改性瀝青類防水卷材

高聚物改性瀝青類防水卷材以合成高分子聚合物(如SBS、APP、APAO、丁苯膠等)改性瀝青為涂蓋層，纖維織物或纖維氈為胎體，粉粒狀、片狀或薄膜材料為覆面材料制成。

本工程地下室采用熱熔型 SBS 改性瀝青防水卷材，鋪設(shè)在結(jié)構(gòu)底板墊層上表面和地下連續(xù)墻外表面，以形成結(jié)構(gòu)底板、側(cè)墻以至墻體頂端以上外圍的外包封閉防水層，其主要物理性能如表2。

表2 高聚物改性瀝青類防水卷材主要物理性能

5.2 合成高分子防水卷材

合成高分子防水卷材以合成橡膠、合成樹脂或其共混體為基料，加入適量的化學(xué)助劑和填充料，經(jīng)不同工序加工而成；或?qū)⑸鲜霾牧吓c合成纖維等復(fù)合形成多層防水卷材。主要類型有：硫化橡膠類、非硫化橡膠類、合成樹脂類和纖維胎增強類。其主要物理性能見表3。

表3 合成高分子防水卷材主要物理性能

6 涂料防水的應(yīng)用

防水涂料是無定形材料經(jīng)現(xiàn)場制作、涂覆，可在結(jié)構(gòu)物表面固化形成具有防水能力的膜層材料。它的優(yōu)點是使形狀復(fù)雜、節(jié)點繁多的作業(yè)面操作簡單、易行，防水效果可靠；可形成無接縫的連續(xù)防水膜層；使用時無需加熱。缺點是成型受環(huán)境溫度制約；其力學(xué)性能受成型環(huán)境溫度與濕度影響；受基面平整度影響，膜層有薄厚不均的現(xiàn)象。

6.1 水乳型氯丁橡膠瀝青涂料

水乳型氯丁橡膠瀝青涂料多是陽離子水乳型產(chǎn)品，屬聚合物改性瀝青涂料，兼有橡膠和瀝青的雙重優(yōu)點，成本低，無毒、無燃爆，施工時無環(huán)境污染。

6.2 反應(yīng)型聚氨脂防水涂料

反應(yīng)型聚氨脂防水涂料屬高分子防水涂料，適用于地下室結(jié)構(gòu)外防水，涂刷在地下室結(jié)構(gòu)面上，所形成的涂膜防水層能夠適應(yīng)結(jié)構(gòu)改變。本工程地下室頂板涂刷單組份聚氨脂防水涂料，其力學(xué)性能顯現(xiàn)出橡膠材料特性，在很寬的溫度范圍內(nèi)具有較高的伸長率和抗拉強度，涂層致密，具有優(yōu)良防水抗?jié)B性、彈性及低溫柔性，主要性能如下：固體含量＞94%；拉伸強度≥1.65 MPa；斷裂延伸率≥350%；柔度-30℃；不透水性 0.3 MPa，30 min 不滲漏。

6.3 硅橡膠防水涂料

硅橡膠防水涂料是以硅橡膠乳液及其他乳液的復(fù)合物為主要基料，摻入無機填料及各種助劑配制而成，屬高分子防水涂料，兼有涂膜防水和浸透性防水材料兩者的優(yōu)良性能，具有良好的防水性、滲透性、成膜性、彈性、粘結(jié)性和耐高低溫性。

6.4 水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料

水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料是以硅酸鹽類水泥、石英砂等為基料，摻入活性化學(xué)物質(zhì)組成的剛性防水涂層材料。它可向混凝土內(nèi)部滲透，在混凝土中形成不溶于水的結(jié)晶體，填塞毛細孔道，從而使混凝土致密、防水。其技術(shù)特點是無毒，無味，無污染，運輸儲存、施工方便，具有裂縫自愈能力，能承受一定的外力作用。缺點是無抗變形能力，適用于地下工程結(jié)構(gòu)防水。

7 特殊部位構(gòu)造防水材料的應(yīng)用

止水帶是地下工程特殊部位必用的防水材料，形狀多樣，它可以阻止大部分地下水沿沉降縫進入室內(nèi)，當(dāng)縫兩側(cè)建筑沉降不一致時可以變形，繼續(xù)起止水作用；而沉降縫中一旦滲水，可以此為襯托，進行堵漏修補。使用較多的是橡膠止水帶。

7.1 施工縫

本工程地下室混凝土結(jié)構(gòu)施工縫采用水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料并鋪設(shè)遇水膨脹止水條。在地下連續(xù)墻與底板連接位置，沿地連墻周邊設(shè)置兩道遇水膨脹橡膠止水條，并預(yù)埋注漿管。同時將墊層面上的防水系統(tǒng)延伸至地連墻保護層，在地連墻頂端的混凝土壓頂梁上安裝4 mm 厚鍍鋅止水鋼板。

7.2 變形縫

本工程在底板變形縫處設(shè)置中埋式橡膠鋼板止水帶，兩側(cè)預(yù)貼聚苯乙烯泡沫板。

7.3 后澆帶

本工程在相鄰兩幅地連墻槽段接頭位置和底板上設(shè)后澆帶，采用外貼式止水帶。

8 結(jié) 語

綜上所述，隨著我國社會主義市場經(jīng)濟的發(fā)展和建筑技術(shù)的進步，人們對工業(yè)生產(chǎn)、公用設(shè)施以及住宅建筑的功能需求日益增高，建筑造型趨向功能化、個性化、多樣化，對防水材料的要求越來越高，不但要求有卓越的防水性能，而且要求有優(yōu)良的環(huán)保性能，使得基于無機材料和高分子合成材料的建筑材料科學(xué)不斷發(fā)展，新材料，新技術(shù)、新工藝層出不窮。地下結(jié)構(gòu)防水工程應(yīng)用技術(shù)由單一防水向多重設(shè)防、剛?cè)岵⑴e方向發(fā)展；剛性防水材料從普通防水混凝土向高性能、外加劑、纖維抗裂以及聚合物水泥混凝土方向發(fā)展，柔性材料從普通紙?zhí)r青油氈向聚酯胎、玻纖胎高聚物改性瀝青以及合成高分子片材方向發(fā)展；防水涂料和密封防水材料也從瀝青基向高聚物改性瀝青、高分子以及聚合物無機涂料方向發(fā)展；加之國外產(chǎn)品不斷涌進國內(nèi)市場，它們的推廣應(yīng)用無疑將促使我國地下防水應(yīng)用技術(shù)水平有新的飛躍和提高。最后必須指出的是，施工質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響著防水材料的抗?jié)B功能，因此，精良的施工是地下結(jié)構(gòu)防水材料應(yīng)用技術(shù)的根本保證。