硫鋁酸鈣類膨脹劑在地下工程剛性防水施工中的應(yīng)用

穆艷君，賈福杰，何有磊，葛志強(qiáng)，李濤

（1.山東聊建集團(tuán)有限公司，山東　聊城　252000；2.中國(guó)建筑材料科學(xué)研究總院綠色建筑材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100024；3.山東華泰股權(quán)投資管理有限公司，山東　聊城　252000）

硫鋁酸鈣類膨脹劑在地下工程剛性防水施工中的應(yīng)用

穆艷君1，賈福杰2，何有磊1，葛志強(qiáng)3，李濤3

（1.山東聊建集團(tuán)有限公司，山東聊城252000；2.中國(guó)建筑材料科學(xué)研究總院綠色建筑材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100024；3.山東華泰股權(quán)投資管理有限公司，山東聊城252000）

本文介紹了硫鋁酸鈣類膨脹劑在某建筑項(xiàng)目地下工程剛性防水施工中的應(yīng)用，通過(guò)對(duì)膨脹劑的選擇、膨脹混凝土的配合比設(shè)計(jì)、施工過(guò)程中的節(jié)點(diǎn)處理等措施，提高了地下建筑工程混凝土的抗裂防滲性能，達(dá)到了的剛性防水的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

剛性防水；硫鋁酸鈣；裂縫控制；節(jié)點(diǎn)處理

0　工程概況

本工程為聊城市艾科農(nóng)產(chǎn)品大市場(chǎng)金融能源中心地下工程項(xiàng)目，采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)類型為筏板基礎(chǔ)。整個(gè)建筑物形狀為 L 型，南北長(zhǎng)65.5m，東西長(zhǎng)50.4m。分為主樓和裙樓，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)見表1，后澆帶設(shè)置見圖1。

表1　設(shè)計(jì)參數(shù)

圖1　后澆帶設(shè)置

1　剛性防水設(shè)計(jì)

1.1膨脹混凝土剛性防水概念

高延繼[1]將剛性防水技術(shù)劃分為三類：

（1）混凝土結(jié)構(gòu)本體自防水：主體是防水混凝土，一般使用減水劑、膨脹劑、防水劑、密實(shí)劑等。

（2）混凝土結(jié)構(gòu)表面防水：主體是表面涂防水層、防滲層，一般使用樹脂涂料，聚合物水泥涂料，防水砂漿，滲透結(jié)晶型材料等。

（3）注漿灌漿：主要是針對(duì)構(gòu)造節(jié)點(diǎn)和缺陷進(jìn)行灌注處理，采用特種水泥、樹脂等；也包括新建工程的預(yù)處理。

現(xiàn)在我們國(guó)家常用的兩類地下室防水技術(shù)包括柔性防水和剛性防水。在大量的工程中發(fā)現(xiàn)柔性防水存在很多問(wèn)題：（1）壽命與結(jié)構(gòu)不同步，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)壽命多為50～70年，甚至百年耐久，而有機(jī)類柔性防水材料的壽命最多十幾年；（2）對(duì)施工操作依賴度高，需要良好的施工操作才能保證質(zhì)量，這點(diǎn)在工程中往往很難實(shí)現(xiàn)，而且在樁頭等節(jié)點(diǎn)部位很難處理好；（3）不可維修，地下室回填后發(fā)現(xiàn)滲漏，則不可能將土挖開，對(duì)卷材防水進(jìn)行修補(bǔ)。

而結(jié)構(gòu)自防水恰恰在這些方面表現(xiàn)出了優(yōu)勢(shì)：（1）耐久性好，與結(jié)構(gòu)壽命同步；（2）節(jié)點(diǎn)部位容易處理；（3）可維修，后期發(fā)現(xiàn)滲漏點(diǎn)可在背水面進(jìn)行防水處理。實(shí)際上 GB50208－2011《地下防水工程質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》也將防水混凝土列為應(yīng)選項(xiàng)目，提醒重視混凝土結(jié)構(gòu)自身防水質(zhì)量。

結(jié)構(gòu)自防水是建筑物防水環(huán)節(jié)中最重要的永久防線，是從根本上解決建筑結(jié)構(gòu)混凝土的抗裂防滲功能。

1.2膨脹混凝土剛性防水的發(fā)展概況

建筑工程防水技術(shù)的發(fā)展包括以下三個(gè)階段：（1）以排為主；（2）防排結(jié)合；（3）以防為基礎(chǔ)。這是建筑工程師們?cè)陂L(zhǎng)期的防水施工實(shí)踐中摸索出來(lái)的經(jīng)驗(yàn)?，F(xiàn)在業(yè)界的統(tǒng)一認(rèn)識(shí)為，以防為基礎(chǔ)，其根本在于實(shí)現(xiàn)建筑物的剛性防水，我國(guó)在設(shè)計(jì)規(guī)范上也將剛性防水作為必選項(xiàng)。在國(guó)外防水工程的設(shè)計(jì)與施工中，亦大多采用剛性結(jié)構(gòu)自防水，剛性結(jié)構(gòu)自防水實(shí)現(xiàn)的技術(shù)途徑就是使用防水混凝土。

防水混凝土的歷史發(fā)展大致包括以下四個(gè)時(shí)間階段：

（1）集料連續(xù)級(jí)配（1950－1960）：該技術(shù)最早由德國(guó)提出，調(diào)整混凝土配合比集料的級(jí)配以得到最小空隙率，提高混凝土密實(shí)度，以此來(lái)提高混凝土抗?jié)B防水性能。我國(guó)最早使用是在解放初期，由于此技術(shù)路線對(duì)石子的級(jí)配要求非常嚴(yán)格，需要按照自然級(jí)配或者級(jí)配計(jì)算選擇相應(yīng)級(jí)配的石子，十分繁瑣且成本較高，不切合實(shí)際，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中難以推廣。

（2）富砂漿（1960－1970）：主要通過(guò)提高水泥用量和砂率實(shí)現(xiàn)剛性防水。該技術(shù)最早由我國(guó)冶金部建筑研究總院等提出，認(rèn)為混凝土抗?jié)B防水能力主要取決于砂漿的密實(shí)性，其中調(diào)整混凝土中的灰砂比、砂率、石子粒徑、水灰比為關(guān)鍵，另外需加強(qiáng)早期養(yǎng)護(hù)以保證表面漿體強(qiáng)度和密實(shí)性。

（3）外加劑防水混凝土（1970－1980）：主要通過(guò)摻入各種外加劑，減少孔隙率等實(shí)現(xiàn)剛性防水。上世紀(jì)70年代后，外加劑防水混凝土得到了大規(guī)模應(yīng)用，主要技術(shù)途徑是在混凝土中加入三乙醇胺、有機(jī)硅防水劑和高效減水劑等外加劑。提高混凝土的和易性，減小毛細(xì)孔數(shù)量，提高混凝土的密實(shí)度，增加了混凝土的抗?jié)B防水性。

（4）補(bǔ)償收縮混凝土（1980－）：主要為膨脹混凝土，通過(guò)摻入膨脹劑，實(shí)現(xiàn)抗裂防滲。

地下工程的滲漏水主要是由于混凝土結(jié)構(gòu)開裂導(dǎo)致，混凝土裂縫約20% 為荷載裂縫，與荷載應(yīng)力和不均勻沉降有關(guān)，其余80% 為變形導(dǎo)致的裂縫，主要是由于混凝土干燥收縮、溫度收縮、自收縮及化學(xué)收縮等變形引起的。

對(duì)于解決水泥收縮問(wèn)題，工程師們很早就提出了利用各種膨脹水泥或膨脹劑使混凝土產(chǎn)生適度體積膨脹，以補(bǔ)償混凝土的收縮。經(jīng)過(guò)40多年的研究[2]，膨脹水泥和膨脹劑的生產(chǎn)制備工藝、膨脹速率和膨脹量的可調(diào)控性、膨脹混凝土的性能和應(yīng)用技術(shù)已得到全面解決，先后在俄、美、日和我國(guó)投入生產(chǎn)，我國(guó)在80年代已進(jìn)入實(shí)用化階段，形成了補(bǔ)償收縮混凝土結(jié)構(gòu)自防水技術(shù)的新階段。

1.3補(bǔ)償收縮混凝土結(jié)構(gòu)自防水技術(shù)

從結(jié)構(gòu)的防水功能角度看，抗裂比抗?jié)B重要，對(duì)于大部分的結(jié)構(gòu)，在大多數(shù)情況下，不開裂就不會(huì)滲漏。一般的防水混凝土僅在原有基礎(chǔ)上提高了自身的抗?jié)B性，不具有膨脹性能，起不到補(bǔ)償收縮抵抗變形開裂的功能，這樣的防水混凝土結(jié)構(gòu)抗?jié)B性很高，可是一旦結(jié)構(gòu)由于收縮而開裂，就會(huì)產(chǎn)生滲漏水，影響使用，甚至銹蝕鋼筋，使鋼筋混凝土產(chǎn)生耐久性問(wèn)題。綜上所述，抗裂才是混凝土結(jié)構(gòu)剛性防水的根本，是解決防水問(wèn)題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，具有抗裂和防滲雙重功能的補(bǔ)償收縮混凝土將是實(shí)現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)自防水的關(guān)鍵。

經(jīng)過(guò)大量的工程應(yīng)用實(shí)踐工作，1992年《UEA 補(bǔ)償收縮混凝土防水工法》被建設(shè)部施工管理司列為國(guó)家級(jí)工法(YJGF22－92)。GB50108－2001《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》把膨脹劑列為防水混凝土的首選外加劑。這是我國(guó)結(jié)構(gòu)自防水技術(shù)的重大進(jìn)展。2009年制定的建工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JGJ/T178－2009《補(bǔ)償收縮混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》，明確規(guī)定：當(dāng)?shù)叵陆Y(jié)構(gòu)或水工結(jié)構(gòu)采用補(bǔ)償收縮混凝土作結(jié)構(gòu)自防水時(shí)，在施工保證措施完善的前提下，迎水面可不做柔性防水[2]。

2　膨脹劑類型的選擇

硫酸酸鈣類膨脹劑[2]是指與水泥、水拌合后經(jīng)水化反應(yīng)生成鈣礬石的混凝土膨脹劑。比較有代表性的產(chǎn)品是日本電氣化學(xué)工業(yè)公司的 CSA、我國(guó)的 UEA、ZY、FEA、PNC、CSA 等。目前我國(guó)市場(chǎng)上銷售的膨脹劑大都屬于硫鋁酸鈣類混凝土膨脹劑。采取固定 SO3，變換 Al2O3的技術(shù)路線，SO3一般由硬石膏提供，通過(guò)改變 Al2O3來(lái)源，如鋁酸鈣、硫鋁酸鈣、明礬石、含鋁礦渣、煅燒礬土、高鋁煤矸石、高鋁粉煤灰、煅燒高嶺土、地開石等，各生產(chǎn)廠據(jù)此制定不同的生產(chǎn)配方，形成不同品牌的膨脹劑。另外，根據(jù) W.L.Repette , N.P.Mailvaganam 的研究結(jié)果，硫鋁酸鈣類膨脹劑在中等強(qiáng)度混凝土（30～35MPa）中補(bǔ)償收縮效果顯著[3]，本工程選用的是壽光利飛外加劑混凝土有限公司提供的 UEA-D 混凝土膨脹劑，檢測(cè)結(jié)果見表2。

表2　UEA-D 檢測(cè)結(jié)果

3　膨脹混凝土配合比設(shè)計(jì)

根據(jù)工程的實(shí)際情況，結(jié)合混凝土試配結(jié)果，制定膨脹混凝土配合比如表3所示。

表3　膨脹混凝土配合比　kg/m3

3　施工過(guò)程中存在的問(wèn)題

對(duì)于使用膨脹劑的補(bǔ)償收縮混凝土，在工程應(yīng)用環(huán)節(jié)有一些需要特別注意的關(guān)鍵點(diǎn)：

3.1補(bǔ)償收縮混凝土的攪拌

膨脹劑均勻的摻到混凝土中產(chǎn)生體積微膨脹可以補(bǔ)償結(jié)構(gòu)自身的變形收縮，然而，混合不均勻會(huì)造成局部膨脹量過(guò)大而造成局部強(qiáng)度損傷，所以在使用膨脹劑生產(chǎn)補(bǔ)償收縮混凝土的時(shí)候應(yīng)延長(zhǎng)攪拌時(shí)間，并在運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中利用罐車?yán)^續(xù)攪拌。

3.2養(yǎng)護(hù)

硫鋁酸鈣類膨脹劑需要及早與水發(fā)生反應(yīng)才能產(chǎn)生膨脹，并建立預(yù)壓應(yīng)力，在混凝土后期發(fā)生收縮時(shí)可以補(bǔ)償收縮，標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范要求混凝土施工完后要養(yǎng)護(hù)14d，而在實(shí)際操作過(guò)程中，很少有工程能做到，一般能養(yǎng)護(hù)3d 就不錯(cuò)了。而早期的保濕和水養(yǎng)護(hù)恰恰直接決定了混凝土結(jié)構(gòu)可以儲(chǔ)存膨脹效能，所以，在使用膨脹劑生產(chǎn)補(bǔ)償混凝土過(guò)程中，應(yīng)務(wù)必注意加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，以確保膨脹劑可以發(fā)揮效應(yīng)。

3.3膨脹劑的檢驗(yàn)

施工過(guò)程中對(duì)膨脹劑產(chǎn)品的檢驗(yàn)是為了保證所設(shè)計(jì)的補(bǔ)償收縮混凝土補(bǔ)償性能的實(shí)現(xiàn)，而往往在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，由于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理以及質(zhì)檢部門缺乏專業(yè)的檢測(cè)手段和設(shè)備，亦或是檢測(cè)過(guò)程繁瑣而忽視了膨脹劑的檢測(cè)，這也導(dǎo)致了很多不良廠商銷售假冒偽劣膨脹劑，或以次充好，結(jié)果就是摻了膨脹劑的混凝土并沒(méi)有產(chǎn)生補(bǔ)償收縮的效果，使業(yè)主蒙受了損失。GB23439－2009《混凝土膨脹劑》附錄 C，提出了燒杯法和啤酒瓶法等簡(jiǎn)單的試驗(yàn)方法，操作性非常好，非常適合現(xiàn)場(chǎng)對(duì)膨脹劑和摻膨脹劑的補(bǔ)償收縮混凝土進(jìn)行膨脹率的定性檢測(cè)，結(jié)合權(quán)威質(zhì)檢部門的定量檢測(cè)，可以有效的檢測(cè)出膨脹的質(zhì)量，從而保證補(bǔ)償收縮混凝土的質(zhì)量。

4　工程效果

基礎(chǔ)筏板和地下室外墻施工如圖2、圖3所示，拆模后觀察，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有害裂縫，通過(guò)對(duì)膨脹劑的選擇、膨脹混凝土的配合比設(shè)計(jì)、及施工環(huán)節(jié)的管控，后期對(duì)施工缺陷的處理，達(dá)到了地下室剛性防水的目的。

圖2　基礎(chǔ)筏板施工圖

圖3　地下室外墻施工圖

[1] 高延繼，趙順增，邵高峰．剛性防水技術(shù)闡述．剛性防水技術(shù)[M]．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

[2] 趙順增，游寶坤．補(bǔ)償收縮混凝土裂滲控制技術(shù)及其應(yīng)用[M]．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

[3] W.L.Repette, N.P.Mailvaganam, 劉立譯．硫鋁酸鈣類膨脹劑的綜述[J]．膨脹劑與膨脹混凝土，2005(1).

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穆艷君（1966－），女，工程師。