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混凝土结构自防水是建筑防水的治本之策

放大字体  缩小字体 发布日期:2016-07-25  来源:武汉工程大学  作者:喻幼卿  浏览次数:333
核心提示:建筑物的渗漏已成为一个普遍现象,住建部曾对商品住宅的渗漏进行了调查统计:建筑物的渗漏率达80%以上,其中,20%左右的楼盘交房时开始渗漏,60%左右的楼盘渗漏在3-5年后开始。为了解决渗漏问题,建筑设计师对建筑物防水的设计方法一般是采用结构混凝土自防(亦称“结构防水”)和“外防水”相结合,即“刚”、“柔”结合的防水模式。“结构防水”就是在结构混凝土中掺用若干抗裂和防水的外加剂,旨在提高结构混凝土自身的抗裂性能、密实性能以及安定性能,从而阻止混凝土的腐蚀和钢筋的锈蚀,提高其耐久性,这种通过混凝土自身的防水,
 一、混凝土结构自防水是建筑防水的治本之策
根据地下工程防水技术规范(GB 50108-2008)明、暗挖法地下工程防水设计要求:主体结构中“结构防水”为防水混凝土,对于一级防水的“外防水”而言,在防水卷材、防水涂料、塑料防水板、膨润土防水材料、防水砂浆、金属防水层(板)等中选一至二种即可,(详见表1~2),在这些外防水之中,有刚性“外防水”(防水砂)和柔性“外防水”之分。柔性“外防水”所采用的材料是有机材料,凡有机材料就存在不同程度的老化问题。常用的柔性“外防水”材料一般是油毡沥青,橡胶塑料等,它们在潮湿环境中,有效寿命不会超过10年,5年左右就开始老化。众所周知,民用建筑物最低设计要求在50~70年,其它工程寿命均在100年以上,不难看出:如果不从混凝土结构自防水上做文章,单靠柔性“外防水”起作用,材料质量再好,施工方法再有效,也无法保证建筑物的设计寿命。既然如此,为什么还花这么大的投入去研究实施柔性“外防水”,而让“结构防水“坐冷板凳呢?其主要原因有四:一是没有充分认识建筑防水中“结构防水”与“外防水”之间“标”与“本”的关系。笔者认为:“结构防水”是建筑防水的根本保障,而“外防水”则是辅助防水的作用,因此“外防水”只能治标,混凝土结构自防水才能治本。二是“刚”、“柔”相济的防水原则代替了防水设计规范要求,表1~2明确规定,对于任何级别的防水,“结构防水”是必须采取的,除此而外,对于一级防水,只是在众多的“外防水”方式中选择1~2种,并非规定只能选择柔性“外防水”。三是选择柔性“外防水”有明显的短期效果,即使“结构防水”不起作用,柔性“外防水”在老化之前也可维持5年的防水,5 年后,过了建筑保证期,谁也可以不承担质量责任了。四是“结构防水”还存在许多需要我们共同研究和解决的问题,还不能担当起治本的使命,只能通过治标的方法来实现短期的防水作用。
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二、“结构防水”的三大误区,是“结构防水“难当使命的主要原因   
目前,混凝土耐久性研究专家认为在“结构防水”方面存在三大误区:一是“结构防水”技术要求的定位误区。部分建筑领域在“结构防水”设计时,设计师只提出了结构混凝土防水方面密实性的技术要求,即抗渗等级,而没有提及任何抗裂方面的技术要求。事实上混凝土无论怎么密实,只要产生了裂缝,它就无密实可言了,渗漏是必然的。因此“结构防水”必须以抗裂为前提,设计师在“结构防水”方面应提出相应的抗裂技术指标,水工领域的堆石面板混凝土在设计时提出了抗裂技术指标——极限拉伸值和收缩值,因此,面板混凝土是不做柔性“外防水”而仅靠结构自防水的成功案例; 二是“结构防水”的成本认识误区。一般应用在建筑防水方面的投入,占工程土建投入的(1~2)%,大部分工程投资及设计者往往重视柔性“外防水”,而忽视“结构防水”,柔性“外防水”每平方不少于50元,“结构防水”混凝土一立方可浇筑2-3平方的地(墙)面。而大部分结构混凝土防水的投入每立方仅20元,仅占柔性“外防水”投入的(14~20)%;如此轻重不分,怎样能让“结构防水”担其使命? 此外,大部分工程管理者认识不清“结构防水”一次性成功投入与工程缺陷修复和维修费用的投入比例。一旦工程出现渗漏问题,其维修成本高达“结构防水”原始投入成本的10倍。更为重要的是一次性做好了“结构防水”,可确保工程使用寿命达到设计要求的70~100年; 三是“结构防水”应用的抗裂防水材料选择误区,传统的“结构防水”使用的防水材料是膨胀剂。现代科学技术研究发现,膨胀剂的补偿收缩理论难以成立。科技日报2009年11月10日对膨胀剂进行了相关报导:“据专家介绍,在技术方面,混凝土膨胀剂主要作用机理是通过自身体积的膨胀来补偿混凝土的收缩,从而达到混凝土抗裂的目的。但实验表明,膨胀剂膨胀的时间与混凝土收缩的时间不同步,不能有效起到抗裂的作用。另一方面,部分利欲熏心的生产企业采用粉煤灰、矿渣粉、石粉等廉价材料冒充膨胀剂,以低于正规膨胀剂5~10倍的价格,用不正当竞争手段扰乱市场。因此,现在普遍使用的膨胀剂(假膨胀剂更是不值一提),不能真正有效解决建筑工程结构混凝土的抗裂和防水问题,还要依靠柔性“外防水”来维持。
 
三、抗裂前提下的“结构防水”,是根治建筑物渗漏及提高建筑物使用寿命的关键   
混凝土现代防水理念:抗裂+密实。因此“结构防水”研究的主要方向是抗裂和密实。让结构混凝土密实且少产生裂缝或不产生裂缝,不正是减轻“外防水”压力或去掉“外防水”层的有效途径吗?因此强化建筑物结构混凝土的抗裂、抗渗性能,是根治建筑物渗漏,提高使用寿命的关键。   
要强化结构混凝土的抗裂、抗渗性能,必须协调工程建设的各个环节。首先工程设计单位在“结构防水”的理念上,要坚持防水必须以抗裂为前提,设计师在结构防水混凝土要求中应规定关于抗裂的相关技术指标,以杜绝工程中的偷工减料和伪劣的产品滥竽充数;工程投资单位应重视“结构防水”投入,对现有的抗裂防水材料进行考察和筛选,将性价比符合设计要求的材料费用进入工程概算,确保其可实施性;工程施工单位,根据设计要求和投标的价位采购抗裂防水材料,按照规范要求进行施工;监理单位及各级建管部门实施相应的监督功能,定期或不定期地对材料进行抽样检测,确保工程质量。   
混凝土抗裂是一个世界级的难题。混凝土产生裂缝的影响因素诸多,但其主要原因有三个:温度变化、干缩和不均匀沉降。温度变化和干缩将会引起混凝土的收缩,在混凝土表面引起拉应力,而在内部或下表面引起压应力,因此会引起表面裂缝。而不均匀沉降将会使混凝土全断面受拉,从而可能引起贯穿性裂缝。无论是表面裂缝,还是贯穿性裂缝都将对混凝土工程的安全和耐久性带来不利的影响。通常,前者称之为非结构性裂缝(或收缩裂缝),后者称之为结构性裂缝。结构性裂缝的防止要通过设计和施工等环节完成。非结构性裂缝一般在完善混凝土配合比的前提下,通过掺用抗裂材料,提高混凝土自身的抗裂性能来克服。   
混凝土产生收缩性裂缝的原因很多,但最主要的原因是由于混凝土在自身和各种外界因素作用下产生收缩变形所致。这种收缩变形在约束的限制下,使混凝土内产生与收缩方向相反的分布拉应力,当这种分布应力在某个断面积蓄到一定程度形成应力的瞬间最大值σxmax(t)超过该断面的瞬间抗拉强度f(t)时,混凝土开裂。
即 σxmax(t) > f(t)⋯(1)
式中, 
σxmax(t) ——混凝土中最大瞬间收缩拉应力,与混凝土中分布收缩应力σx(t)的大小有关;
f(t) ——混凝土瞬间抗拉强度。
混凝土内的分布收缩应力可按下式计算:
σx(t)=Kr · Ec(t) · εc (t) · S(t)⋯ (2)
式中,
Kr——约束系数,取值与约束的刚度有关。当约束无限刚时,Kr=1,当约束为自由时,Kr=0。
Ec(t) ——混凝土弹性模量。
εc(t) ——混凝土自由收缩应变,与塑性收缩、干燥收缩及温度收缩有关。
S(t) ——混凝土徐变松驰系数。
由此可见,混凝土的抗拉强度、弹性模量、早期水化热及干缩是影响混凝土抗裂性能的主要因素。
综上所述,要根治建筑物渗漏,提高其寿命,必须强化结构混凝土抗裂密实功能。武汉工程大学研制的WHDF混凝土抗裂减渗剂 (简称WHDF),从水泥水化研究入手,通过促进水泥水化程度,优化水化产物,协同激发活性混合材料与Ca(OH)2进行二次水化,使混凝土在抗压强度弱有增长的前提下,抗拉强度和极限拉伸值增长(15~20)%,弹性模量下降(5~10)%,早期水化热明显下降,且最大峰值后延24小时,早期干缩值下降30%以上,抗渗等级≥P12,能有效提高了混凝土的抗裂和抗渗性能。  
WHDF被鉴定为国际先进水平,先后获省科技进步一等奖,国家重点新产品,建设部推广的新技术,科技部国家火炬攻关计划等殊荣,广泛应用于军工、核电、水工、交通、市政及民建等领域,所用之处,均无收缩性裂缝产生,且抗渗等级均>P12。值得一提的是WHDF在水工应用,湖北小溪口电站面板混凝土18年前应用WHDF, 至今仍无一条裂缝,实现100年寿命不成问题。水工中应用WHDF在5年以上无裂缝的大坝已有近20座,当然,这也是水工领域非常重视混凝土抗裂防水的结果,这也是单凭“结构防水”解决建筑物渗漏的成功案例,除此之外,在民建及其它工程中还创建了不少做好“结构防水”不做“外防水”的成功案例,在此不再列举。总之,近20年的工程应用证明,掺WHDF的结构混凝土抗裂和抗渗性能好,能有效改善建筑物的渗漏问题,从而提高工程质量和使用寿命。
 
 
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