自防水混凝土在城市地下結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用

郭 瑞，祁 濤

(中國水利水電第七工程局有限公司 第一分局，四川 彭山 620860)

1 概 述

隨著現(xiàn)代化城市的高速發(fā)展，為集約化利用城市地上、地下的空間資源，減少道路的反復(fù)開挖，利于管線增容擴容，有利于采用監(jiān)視系統(tǒng)進行管線綜合管理等，市政公用管線遵循統(tǒng)一規(guī)劃、建設(shè)、管理，越來越多地采用地下管線廊道模式的要求。為保證管線的安全性和穩(wěn)定性，地下主體結(jié)構(gòu)的防滲性能尤為重要。常規(guī)地下結(jié)構(gòu)工程的防水設(shè)防要求一般為普通防水混凝土外包防水卷材的形式，該防水組合措施在一定程度上可提升結(jié)構(gòu)的防滲性能，但存在施工程序繁瑣、增加工期且在建筑物回填時極易造成破損等問題。

根據(jù)工程實際，將自防水混凝土直接應(yīng)用于城市地下結(jié)構(gòu)工程的澆筑，取消了外包防水卷材，在保證防滲性能的前提下，可同時節(jié)約工期和造價。

2 自防水混凝土具有的主要特性

2.1 防水機理

自防水混凝土在攪拌過程中添加PNC-803添加劑，其可與混凝土拌和物中的水、Ca(0H)2發(fā)生反應(yīng)，生成不溶于水的結(jié)晶體，填充并封堵毛細孔和收縮裂縫，使混凝土因而變得致密，從而為混凝土提供有效和持久的防水保護[1]。無水時，活性成分處于休眠狀態(tài)；當其再與水接觸時就會被重新激活，產(chǎn)生新的晶體，自動修復(fù)微裂縫，使混凝土得到永久的防水保護。

2.2 材料特點

通過對類似工程的應(yīng)用情況進行總結(jié)得知：自防水混凝土主要具有以下特點[2-4]：

(1)呼吸作用。通過生成晶體密實混凝土，防止任何方向水的滲入，但并不阻擋空氣分子的通過，不讓水蒸氣積聚，混凝土仍能保持正常的透氣、呼吸作用。

(2)自修復(fù)能力。當混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)微細裂縫(寬度不超過0.4 mm)且有水滲入時，添加劑會再次反應(yīng)生成新晶體，自動修復(fù)裂縫并填充孔隙。

(3)保護作用。添加劑結(jié)晶具有密實混凝土的功能，可最大程度降低化學物質(zhì)、離子和水分的侵入，使混凝土、鋼筋免受侵蝕。

(4)施工操作簡單。添加劑在混凝土攪拌過程中加入，不受氣候條件的限制，極大程度地提高了施工效率。

(5)經(jīng)濟實用性?？赏耆?zhèn)鹘y(tǒng)的防水做法，免去了外防水，既縮短了工期，又能節(jié)約造價。

3 工程應(yīng)用

3.1 工程概況

成都天府新區(qū)漢州路綜合管廊工程為城市地下結(jié)構(gòu)工程，地下埋深5～8 m，主體結(jié)構(gòu)凈空為4 m×3 m，結(jié)構(gòu)壁厚0.4 m，要求采用C40P8混凝土。入廊管線包括電力、通信、給水、中水等，結(jié)構(gòu)設(shè)計防水等級為2級，防水標準為不允許漏水、結(jié)構(gòu)表面可有少量濕漬。

根據(jù)地下工程防水技術(shù)規(guī)范(GB50108-2008)，其他工程類二級防水標準為：總濕漬面積不應(yīng)大于總防水面積的2/1 000；任意100 m2防水面積上的濕漬不超過3處；單個濕漬的最大面積不大于0.2 m2。

3.2 配合比設(shè)計及驗證

自防水混凝土中加入添加劑的參考摻量為每m3混凝土中水泥重量的0.8%～1.5%[1]，具體摻量應(yīng)結(jié)合混凝土強度等級、結(jié)構(gòu)防水等級等經(jīng)試驗確定。

首先通過室內(nèi)試驗，在普通混凝土配合比基礎(chǔ)上作添加劑最優(yōu)摻量分析，然后在現(xiàn)場進行模型水壓試驗用以觀測滲水情況，驗證摻加特定添加劑的自防水混凝土代替防水卷材作為綜合管廊輔助防滲材料的可行性。

(1)初始配合比。根據(jù)設(shè)計要求，混凝土等級為C40，結(jié)合當?shù)夭牧?，?jīng)計算與試驗得知：C40普通混凝土配合比見表2。

根據(jù)工程所在地的實際情況，水泥選用P.O42.5普通硅酸鹽水泥；F-Ⅱ類粉煤灰；細骨料采用機制中砂；粗骨料為碎石、最大粒徑25 mm；PCA-1高效緩凝減水劑；HEA混凝土膨脹劑。

(2)摻量擬定。在C40普通混凝土配合比的基礎(chǔ)上，選取5組不同添加劑摻量的混凝土進行抗?jié)B性能試驗，依次取水泥質(zhì)量的0%、0.8%、1%、1.2%、1.4%。

(3)室內(nèi)試驗。

①試驗設(shè)備?；炷翝B透儀：應(yīng)符合現(xiàn)行行業(yè)標準混凝土抗?jié)B儀(JG/T249)的規(guī)定，并應(yīng)能使水壓按規(guī)定的要求穩(wěn)定地作用在試件上。抗?jié)B儀施加水壓力范圍應(yīng)為0.1～2 MPa。

試模：采用上口內(nèi)部直徑為175 mm、下口內(nèi)部直徑為185 mm和高度為150 mm的圓臺體。

密封材料：采用石蠟加松香或水泥加黃油。

輔助設(shè)備：包括螺旋加壓器、烘箱、電爐、淺盤、鐵鍋和鋼絲刷等。

②試件的制作、養(yǎng)護、密封及安裝。按不同添加劑摻量的混凝土試驗配合比制作5組試樣，每組為6個試件。制作完成后成型24 h拆模，用鋼絲刷刷去兩端的水泥漿膜，送至標準養(yǎng)護室養(yǎng)護28 d，養(yǎng)護室的溫度為25 ℃，濕度≥95%。

表2 C40普通混凝土配合比表

在達到試驗齡期的前一天，從養(yǎng)護室取出試件并擦拭干凈。待試件表面晾干后用石蠟密封，在試件側(cè)面裹涂一層熔化、內(nèi)加少量松香的石蠟，然后采用螺旋加壓器將試件壓入經(jīng)過烘箱預(yù)熱過的試模中，使試件與試模底平齊，并在試模變冷后解除壓力。試模的預(yù)熱溫度以石蠟接觸試模緩慢熔化但不流淌為準。

③試驗步驟。試件備好后，啟動抗?jié)B儀并開通6個試件下的閥門，使水從6孔中滲出，充滿試位坑，關(guān)閉抗?jié)B儀，將密封好的試件安裝在抗?jié)B儀上。

試驗時，水壓從0.1 MPa開始，以后每隔8 h增加0.1 MPa的水壓，并隨時注意觀察試件端面的情況。當6個試件中有3個試件表面出現(xiàn)滲水時即停止試驗，并記下此時的水壓力。

(4)室內(nèi)試驗結(jié)果分析。根據(jù)普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準(GB/T 50082-2009)，混凝土的抗?jié)B等級以每組6個試件中有3個試件未出現(xiàn)滲水時的最大水壓力乘以10確定，按下式計算：

P=10H-1

式中P為混凝土抗?jié)B等級；H為6個試件中有3個試件滲水時的水壓力，MPa。

通過室內(nèi)試驗并經(jīng)計算，所取得的結(jié)果見表3。

表3 滲透試驗結(jié)果表

通過以上分析后認為：選取添加劑摻量為1%時，既可以節(jié)省材料，又能大幅度提高混凝土的抗?jié)B性能。

(5)現(xiàn)場實體試驗。在工地現(xiàn)場預(yù)制摻1%的添加劑自防水混凝土綜合管廊結(jié)構(gòu)，通過水壓試驗驗證混凝土結(jié)構(gòu)的防滲效果。

①實體模型。采用凈空尺寸為2 m(寬)×2 m(高)×2 m(長)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，斷面形式為矩形。

②試驗步驟。混凝土結(jié)構(gòu)分兩次澆筑成型，側(cè)墻施工縫之間采用中埋式普通鋼板防滲。

在混凝土結(jié)構(gòu)側(cè)墻及頂板內(nèi)共預(yù)埋了5根Φ10 cm預(yù)埋鍍鋅鋼管，單根長50 cm，外露15 cm；待混凝土結(jié)構(gòu)施工完成等強后(28 d)，再接長Φ10 cm鍍鋅鋼管焊接至加壓主管上，通過一臺打壓泵向混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)的不同部位打壓，水壓從0.1 MPa開始，以后每隔8 h增加0.1 MPa水壓。

③試驗結(jié)果?，F(xiàn)場水壓試驗結(jié)果表明：在壓力值持續(xù)加壓至1.2 MPa時，防水混凝土模型均未出現(xiàn)滲水情況且表面無濕漬?，F(xiàn)場水壓試驗驗證了室內(nèi)試驗結(jié)果的可靠性，即當添加劑摻量為1%時混凝土的抗?jié)B等級至少可達P10，能夠滿足綜合管廊的設(shè)計防滲要求。

3.3 施工工藝

(1)原材料控制。嚴格按照試驗確定的配合比計算使用原材料，以確?；炷翉姸扰c抗?jié)B等級，同時避免浪費材料。

(2)拌和使用。添加劑的使用方法主要有3種，分別為[5]：

①攪拌站干拌法：在混凝土攪拌站，先將添加劑加入到石子和砂中，充分攪拌2～3 min后，再加入水和水泥攪拌均勻。

②攪拌站預(yù)拌法：在混凝土攪拌站，先將添加劑與水拌和成薄漿，倒入混凝土攪拌運輸車中攪拌均勻。

③工地現(xiàn)場摻加法：預(yù)拌混凝土時扣除制漿時的用水量，在混凝土運輸車到達工地現(xiàn)場時，將添加劑與水拌和成薄漿倒入混凝土攪拌車，充分攪拌5 min左右。

經(jīng)實踐驗證，以上3種方法均能滿足要求，工程應(yīng)用時可結(jié)合實際情況選用。

(3)混凝土澆筑?；炷翝仓捎眠B續(xù)澆筑，澆筑時間不超過混凝土初凝時間。分層下料、分層振搗，每層澆筑厚度不超過30 cm。

采用混凝土泵車澆筑，入倉時注意泵車卸料口接近倉面，緩慢下料，避免擾動鋼筋或預(yù)埋件。混凝土振搗主要采用φ50插入式振搗器，局部輔以人工搗固。每點振搗時間以表面泛漿、混凝土表面不下沉或不冒氣泡為準；在振搗上一層混凝土時，插入下層中5～10 cm以消除兩層之間的接縫，同時在振搗上層混凝土時，需在下層混凝土初凝前進行。

混凝土澆筑至頂面后用平板振搗器振平，并采用圓盤抹光機粗抹一遍、精抹一遍，最后人工收面壓光。

(4)施工縫處理。按混凝土的硬化程度，采用鑿毛、沖毛或刷毛等方法清除老混凝土表層的水泥漿薄膜和松弱層并沖洗干凈，排除積水；待混凝土強度達到2.5 MPa后方可進行上層混凝土澆筑的準備工作；臨澆筑前，水平縫鋪一層2 cm厚、摻加添加劑的水泥砂漿，垂直縫刷一層摻加添加劑的水泥凈漿。

(5)拆模養(yǎng)護?；炷翝仓瓿珊?，在收漿后及時覆蓋毛氈布并灑水養(yǎng)護，養(yǎng)護時間不得少于28 d，同時派專人做好養(yǎng)護記錄。覆蓋毛氈布時不得損傷或污染混凝土表面。為防止風吹擾動影響?zhàn)B護效果，毛氈布四周均采用沙袋壓穩(wěn)。

待混凝土強度能保證其表面及棱角不致因拆模而受損壞時方可拆除(一般在混凝土抗壓強度達到2.5 MPa時拆除)，模板拆除按先支后拆、后支先拆的順序進行，主要采用人工拆除。

3.4 質(zhì)量注意事項

(1)根據(jù)配合比結(jié)果，對各原材料的重量需嚴格控制，尤其是在工地現(xiàn)場摻加添加劑時，需采用電子秤稱重并安排專人復(fù)核。

(2)添加劑在存放時需注意通風，且需存放在干燥的地方。

(3)添加劑進場后需進行材料檢測，滿足性能指標后方可使用。

(4)混凝土澆筑前，需在現(xiàn)場實測坍落度，待其滿足要求后方可入倉澆筑。

(5)混凝土澆筑過程中，必須保證振搗質(zhì)量，嚴格控制來料速度和澆筑時間，確保混凝土在初凝時間內(nèi)完成澆筑。

3.5 應(yīng)用效果分析

自防水混凝土的實際應(yīng)用效果主要包括：

(1)防滲效果：在普通混凝土配合比基礎(chǔ)上，摻加1%的防水添加劑可達到P10等級，且工程實體無滲水及濕漬現(xiàn)像，完全滿足設(shè)計要求。

(2)工期效果：摻加1%的添加劑自防水混凝土可取代常規(guī)的防水形式，簡化了施工步驟，節(jié)約了施工時間。

(3)經(jīng)濟效果：按1 km長雙倉綜合管廊結(jié)構(gòu)(凈空4 m×3 m、壁厚0.4 m)考慮，摻加1%添加劑的自防水混凝土可比常規(guī)的外包防水卷材設(shè)計形式節(jié)約220萬元的投入。

4 結(jié) 語

摻加自防水混凝土應(yīng)用于城市地下結(jié)構(gòu)工程是一項意義重大的技術(shù)創(chuàng)新。經(jīng)工程實踐應(yīng)用表明：該材料的使用可保證工程結(jié)構(gòu)的防滲性能，且能加快工程進度、節(jié)約工程造價，同時，該材料為一種無毒無公害的環(huán)保材料，值得類似工程推廣應(yīng)用。