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地下混凝土工程的防水机理及其防水工程之涵义
发布时间:2024-01-13 23:25:58
 近十余年来,我国采用混凝土的地下工程建设飞速发展,但地下工程的防水质量却在不断下降:综合多项统计表明,我国近年混凝土地下工程渗漏率竟高达65%-80%。
  自1991年我国实施“治理屋面渗漏”和“提高防水工程质量”政策以来,我们为改善地下工程防水质量做了大量工作,各种严厉措施也执行至今,但工程渗漏率却屡创历史新高、市场依然混乱。
  地下混凝土工程防水质量之所以旧貌难改,主要原因还是在于科学发展观念薄弱以及与国际脱节。面对当前状况,除了要继续大力提升防水材料质量,我们似乎还应关注在防水技术和管理机制等方面是否还存在一些更深层次的问题。历史证明,面对任何技术,找到一种健康的发展模式和正确定位的制度,将比盲目追求数字上的突破更有意义。
  我国地下工程混凝土防水技术的发展历程
  结构本体防水技术发展阶段(1950年以前)。
  在此期间,地下工程结构主要采用砖、石结构,地下工程防水采取结构本体防水技术。当时采用的工艺主要是在结构施工中尽量缩小砌块间隙,砌块之间做到紧密衔接,同时采用性能优良的接缝黏结料等,以解决渗漏问题。
  结构本体防水及以结构本体防水为主外加防水层为辅的技术发展阶段(1950-2000年)。
  结构本体防水技术。上世纪60年代大量砖砌“人防工程”是典型例子,当时的主要做法是:用氯化铁、氯化铝等无机金属盐类防水剂配制水泥砂浆,用于砖的砌筑以及砖砌体表面的抹灰,达到砖结构地下工程结构本体防水目的。
  钢筋混凝土结构的结构本体防水主要做法:地下工程结构设盲沟、集水井、疏水层等排水措施;结构设计中正确选型和采取结构防裂、抗裂设计;变形缝和施工缝等部位进行防水处理;防水混凝土的配制和使用;1950-1960年采用集料连续级配防水混凝土;1960-1970年采用富砂浆普通防水混凝土,1970年以后开始采用外加剂防水混凝土;上世纪90年代中期开始采用以美国杜拉纤维为代表的聚丙烯纤维防水混凝土等。我国地下工程结构本体防水在上世纪五、六十年代取得良好效果。上世纪60年代曾对我国70个本体自防水工程进行系统调研,可测得渗漏水的工程仅3例,占4%。
  以结构本体防水为主外加防水层为辅的防水技术。自1980年起的十年内,我国建筑防水中除传统的沥青防水卷材(沥青油毡)和几种橡胶沥青类防水涂料外,聚氨酯防水涂料(PU)、三元乙丙橡胶卷材(EPDM)、SBS改性沥青防水卷材、APP改性沥青防水卷材等相继进入建筑市场。为地下工程防水质量的提升创造了有利条件,以结构本体防水为主外加防水层为辅的防水技术逐渐形成并在工程中被广泛采用。
  以外加防水层防水为主的发展阶段(2000年―现在)。
  在此期间,建筑防水材料产业迅速发展,建筑市场出现了数十种新型建筑防水材料。我国建筑防水领域推行以防水材料为主导的防水技术方针,地下工程防水逐渐采取了以外加防水层为主的技术路线,防水工程被界定为防水层施工工程。
  地下混凝土工程的防水机理
  混凝土地下工程是埋入地下的空间结构,具有静压力的地下水会透过微孔和裂缝等空隙进入混凝土,然后选择那些能贯通结构的通道进入地下空间,造成渗漏。
  观察地下空间结构内部(背水面)是否渗漏,是判别地下工程是否具备防水功能的直接方法。由于“渗漏是透过结构或防水层的水量大于该部位的蒸发量,并在背水面形成湿渍或渗流的一种现象”,因此地下工程发生渗漏必须具备两个条件:第一,结构存在渗漏源(贯通性空隙);第二,透水量大于蒸发量。
  地下空间结构的渗漏如何形成以及对渗漏源怎样治理是地下工程防水机理的核心内容。
  地下混凝土工程渗漏源的形成:
  地下混凝土工程的渗漏源。对大量地下工程的调查表明,渗漏通常出现在如下部位:①混凝土结构蜂窝麻面处;②混凝土结构收缩裂缝处;③混凝土结构中变形缝、诱导缝、施工缝、后浇带、穿墙管(盒)、预埋件、预留通道接口等部位;④贯通性结构裂缝处(会造成严重漏水)。
  地下混凝土工程渗漏源的成因:①混凝土品质差,由于防水混凝土配合比设计失当、大体积混凝土水化热控制不善、混凝土浇筑、振捣操作不严格、水养护不足等原因,导致混凝土疏松、出现蜂窝、产生温差裂缝和过大的收缩裂缝等,使混凝土质量低下。②混凝土各种缝施工质量不良:如对变形缝、施工缝等一系列部位的接缝由于施工不够严谨、细致等原因留下裂缝。③结构裂缝的产生:混凝土结构设计中抗裂设计考虑不周以及混凝土施工不良等多种原因都会造成结构裂缝。
  地下工程渗漏源的治理:
  组织和抑制渗漏源在混凝土结构中的形成。
  ①正确选择地下混凝土空间结构的防水设计
  根据工程所处环境条件和需要决定是否采取并如何采取排水措施;在结构选型上要有利于防止渗漏源产生;正确的结构抗浮设计;正确选择防水混凝土;周到的抗裂设计,以杜绝结构裂缝,特别是贯通性结构裂缝的发生等。
  精确的细部设计:对变形缝、施工缝等部位有明确可靠的密封防水设计等。
  ②高质量防水混凝土的制备
  防水混凝土由混凝土搅拌站专门生产,含有防水外加剂或微纤维等特殊成分的专用防水混凝土配方由混凝土工程师通过精确试配确定,并负责拌制质量,将优质产品运送工地现场,供地下混凝土结构工程施工使用。
  ③精心的地下混凝土空间结构防水施工
  由结构施工工程师负责,严格执行施工规程,在防水混凝土的浇筑、振捣、湿养护等方面进行精心施工,确保抗裂防渗混凝土质量;在混凝土结构施工过程中,安排专人负责监督、落实各个细部构造的密封措施;正确安装止水带、止水板、密封圈等配件,准确就位不让偏移;止水带等两侧的混凝土填灌饱满密实,不留空隙隐患等。
  外加防水层对渗漏源的封闭。在地下混凝土结构的迎水面设置防水层将渗漏封闭,在一定程度上可以起到阻止地下水进入地下空间的作用,但须特别注意如下问题:
  ①地下工程防水层材料必须具有较长的预期使用年限,方能符合地下工程外防水层往往无法维修和无法更换的使用条件。
  ②地下工程防水层材料应与屋面防水材料有别,它们必须满足地下工程的特殊要求:有长期耐水性以符合防水层长期泡水的条件;有较好的机械力学性能和耐微生物腐蚀性、耐污水化学腐蚀性以及耐植物根穿刺性等一系列特殊性能。
  应该指出,根据防水机理、渗漏定义和混凝土腐蚀原理,能防水的混凝土结构多数并不同时具有防腐蚀功能。因为尽管水以及其他能腐蚀钢筋混凝土的介质已从防水混凝土迎水面的空隙进入混凝土组织内部,但只要混凝土结构内部的空隙不连成贯通,或从贯通空隙进入室内的透水量小于蒸发量,该结构就没有渗漏现象,说明该结构是防水的,但进入混凝土组织内部的水分和一系列腐蚀介质却在对混凝土进行腐蚀。可见地下混凝土结构的防水机理和防腐蚀机理并不相同。因此,钢筋混凝土结构防护与建筑防水是两个不同的概念、两个不同的工程技术范畴。
  地下工程混凝土防水的存在问题
  当前我国解决地下工程混凝土防水问题基本是在如下的机制下运作:防水工程被界定为外防水层施工工程;工程所用防水材料必须有国家标准、并只须满足这些标准的要求;防水工程在土建工程中单列外分包;防水工程规定由具有专业施工资质的防水工程公司承包(大多数防水材料生产厂商都在兼营)并对防水工程质量负责。
  目前我国地下混凝土工程防水主要存在如下一些问题:
  工程防水质量差,长期以来,渗漏率不断攀升。近数年大型地下空间工程发展较快,但工程结构严重开裂、大面积渗漏事故不断出现;工程才竣工,灌浆堵漏随即开工现象绝非少见。
  工程防水设计未能反映工程实际需求。目前我国地下混凝土工程防水设计基本以建筑师对防水层材料的选择和防水层道数的确定为主,应由结构设计工程师履行职责的、对工程防水功能起重要作用的结构本体防水设计则被忽视。
  土建总包方在结构施工中只重视结构安全质量,而忽视对结构本体防水的众多措施。对于分包给专业防水公司的防水层施工缺乏照顾、配合,影响防水层施工质量。
  当前我国多数主要防水材料的耐久性较大程度低于国外同种产品水平,造成防水层耐用性普遍不佳。
  工程防水质量责任模糊。出现问题时结构土建总包方与防水工程(防水层施工工程)分包方互相推诿,渗漏事故往往无人真正承担责任。
  地下工程混凝土的防水工程与防水后施工工程
  长期大量工程实践说明,混凝土地下工程的防水工程应是指,完成该工程结构防水功能的工作过程。不过从前述的防水机理分析得知,复杂的地下工程防水功能不可能只靠一项操作造就,所以地下混凝土工程的防水工程实际是一个工程概念,是一个由多种工作有机结合的工作过程。
  至于地下工程的防水层施工工程则是使用防水材料,在工程结构表面设置防水层的一项具体工作过程。
  可见地下混凝土工程的防水工程与防水层施工工程有明显的区别,但当今我国建筑防水领域将地下混凝土工程的防水工程界定为防水层施工工程,自然会给工程防水带来诸多负面效应。
  笔者认为,不宜将地下混凝土工程的防水工程界定为防水层施工工程有如下几点理由:
  ①从地下混凝土工程防水机理及大量工程实践说明,地下工程防水功能主要甚至基本是由结构本体防水造就,防水层设置是个重要环节,但其作用并非主要,更不是唯一者。
  ②石油沥青和合成高分子材料是世界防水材料的基本来源,但它们实现工业生产分别只有近200年和60余年的历史,可见之前数千年人类地下工程的防水是靠结构本体而非依靠外加防水层。
  ③由于将地下混凝土工程的防水工程界定为防水层施工工程会令人产生错觉,认为防水层的设置是工程获得防水功能的主要甚至是唯一的手段,误导结构土建总承包方忽视结构本体防水措施,酿成工程防水质量低下的恶果。
  ④地下混凝土工程的防水工程被界定为防水层施工工程并单列分包于外,会误导结构土建总承包方认为工程防水质量已有专业防水工程公司负责,与己关系不大,为保土建工程利益最大化,不惜将分包他人的防水工程造价压至非理智水平。
  ⑤地下混凝土工程的防水质量是地下工程质量的重要组成部分,理应由工程结构土建总承包方承担责任,但防水工程被界定为防水层施工工程并单列分包给专业防水工程公司,总包方并无参与其中,工程防水质量似乎又是专业防水工程公司负责之事,责任模棱两可,无人真正承担责任。
  根据国内外地下工程混凝土防水技术发展经验及针对当前我国存在的问题分析,笔者认为,我国地下工程的防水工程应做如下界定:以结构本体防水为主、外加防水层防水为辅的综合工作过程。
  地下混凝土工程防水工程的施工,贯穿于地下工程结构设计、结构施工和防水混凝土配制等环节之中,而外防水层的设置是作为工程结构施工过程中一道工序予以完成。
  地下混凝土工程防水功能主要依靠结构本体防水形成。但优质外加防水层的设置不可忽视,它在完善与提高工程防水质量、防治渗漏未病等方面起重要作用,对于使用寿命要求特别高的混凝土地下空间工程(如地下轨道交通空间等),除了须极大提高混凝土质量、增强结构本体防腐蚀功能外,防水层必须采用耐久、优质材料按防护层的高水准要求实施。
  结论
  ①结构本体防水是地下混凝土工程获得防水功能的主要条件。
  ②地下混凝土工程结构本体防水功能的形成是结构设计、防水混凝土配制和结构施工协同工作的结果。
  ③外防水层对完善和提高地下混凝土工程防水质量和防治渗漏未病有重要作用,但使用时须结合实际情况确定,且防水层的材料须符合地下工程的一系列特殊要求。
  ④地下混凝土工程的防水工程是造就地下工程防水功能的整个工作过程,故它可界定为:以结构本体防水为主外加防水层防水为辅的综合施工过程,防水层的设置是结构工程施工中的一道重要工序,工程防水质量应由土建施工总包方承担。
  ⑤地下混凝土工程的防水与防腐蚀(提高耐久性)有不同的作用机理,不可等同。
  ⑥我国当前地下混凝土工程防水技术的发展模式和制度定位尚存在一些改革的空间。
  作者介绍:
  蒙炳权,广东省肇庆市人,广东省建筑科学研究院原副院长、高级工程师,广东省建设工程质量安全监督检测总站原副站长兼总工程师,现任广东省建筑科学研究院专家顾问,广东省土木建筑学会特聘资深专家。1967年负责成功研究中国第一个建筑防水涂料――氯丁橡胶沥青防水涂料。
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