混凝土结构自防水技术在工程建设中的应用探讨Word文档格式.docx

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施工缝

后浇带

变形缝、诱导缝

防水措施

防水混凝土

防水砂浆

防水卷材

防水涂料

塑料防水板

金属板

遇水膨胀止水条

中埋式止水带

外贴式止水带

外抹防水砂浆

外涂防水涂料

膨胀混凝土

防水嵌缝材料

可卸式止水带

外贴防水卷材

应选

应选1~2种

应选2种

应选1种

宜选1种

宜选1~2种

宜选1~2利

宜选

-

暗挖法地下工程防水设防表17-3

内衬砌施工缝

内衬砌变形缝、诱导缝

复合式衬砌

离壁式衬砌、衬套

贴壁式衬砌

喷射混凝土

从表17-2可以看到，根据地下防水工程的特点及环境要求，坚持多道设防、刚柔相济、扬长避短、综合防治的作法是十分必要的。

片面地单一设防，出现渗漏，再耗资堵治，则会导致社会效益及经济效益的双重巨大损失。

目前，地下防水工程应用技术正由单一防水向多道设防、刚柔并举方向发展；

刚性防水材料从普通防水混凝土向高性能、外加剂纤维抗裂以及聚合物水泥混凝土方向发展；

柔性防水材料从普通纸胎沥青油毡向聚酯胎、玻纤胎高聚物改性沥青以及合成高分子片材方向发展；

防水涂料和密封防水材料也从沥青基向高聚物改性沥青、高分子以及聚合物无机涂料方向发展。

新材料、新技术、新工艺的推广促使我国地下防水应用技术水平有新的飞跃和提高。

以混凝土自身的密实性而具有一定防水能力的混凝土或钢筋混凝土结构形式称之为混凝土结构自防水。

它兼具承重、围护功能，且可满足一定的耐冻融和耐侵蚀要求。

随着混凝土工业化、商品化生产和与其配套的先进运输及浇捣设备的发展，它已成为地下防水工程首选的一种主要结构形式，广泛适用于一般工业与民用建筑地下工程的建（构）筑物。

例如地下室、地下停车场、水池、水塔、地下转运站、桥墩、码头、水坝等。

混凝土结构自防水不适用于以下情况：

允许裂缝开展宽度大于0.2mm的结构、遭受剧烈振动或冲击的结构、环境温度高于80℃的结构，以及可致耐蚀系数小于0.8的侵蚀性介质中使用的结构。

混凝土结构自防水可采用不同品种的混凝土进行浇筑。

防水混凝土应用技术发展至今已获巨大进步，特别是在有效地提高混凝土密实性和抗裂性方面，一些新品种、新技术的开发已处于国际先进水平。

现将简况叙述如下：

20世纪50年代以德国提出获得最小孔隙率的骨料连续级配曲线为理论依据，采用骨料级配防水混凝土。

但因其对级配要求十分严格，必须按曲线筛分大量石子，费工费时，劳动强度大，施工效率低，不适合我国国情，难以推广。

60年代，冶金部建筑研究总院提出富砂浆理论，研制成以调整混凝土配合比各项技术参数而获得最小孔隙率的普通防水混凝土。

由于其施工简便、节省劳力、效率高、工期短，适合我国国情，得到广泛应用。

70年代，因多种外加剂的开发，外加剂防水混凝土应运而生。

它是用掺入适量外加剂的方法，改善混凝土内部微观结构，减小孔隙率、增加密实性、提高抗渗性。

上述各种混凝土均未能有效遏制混凝土开裂这一降低抗渗性的另一重要因素的产生。

80年代后期，我国研制、开发并获得推广的补偿收缩混凝土有效地以自身适度膨胀抵消混凝土收缩裂缝；

同时水泥水化物结晶体体积增大，将水泥石中的孔隙填充堵塞，减少孔隙率，而使抗渗性大为提高。

近些年来，又有一批新型防水混凝土应用在工程上。

例如：

聚合物水泥混凝土、纤维抗裂防水混凝土，以及高性能防水混凝土等。

1普通防水混凝土

1-1影响防水混凝土抗渗性的技术参数

普通防水混凝土应用技术在我国已有40多年的历史。

根据经验，以调整和控制混凝土配合比各项技术参数的方法提高混凝土的抗渗性是行之有效的。

1．水泥用量：

最少不得少于300kg/m3；

当掺有活性掺合料时，不得少于280kg/m3。

2．砂率：

宜为35%~45%；

泵送混凝土的砂率可为45%。

3．灰砂比：

宜为1：

2~1：

2.5。

4．水灰比：

不得大于0.55。

5．坍落度：

不宜大于50mm。

对于预拌混凝土，其入泵坍落度宜控制为100~140mm；

入泵前坍落度每小时损失值不应大于30mm，总损失值不应大于60mm。

应予注意的是，不能以上述技术参数的限值组成混凝土配合比，而是应在技术参数的限值范围内进行选值、通过试配求得符合设计要求的防水混凝土最佳配合比。

1-2选材要求

1．水泥

水泥强度等级不应低于32.5级。

在不受侵蚀性介质和冻融作用的条件下，宜采用普通硅酸盐水泥、硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥；

若选用矿渣硅酸盐水泥，则必须掺用高效减水剂。

在受侵蚀性介质作用的条件下，应按介质的性质选用相应的水泥。

在受硫酸盐侵蚀性介质作用的条件下，可采用火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥，或抗硫酸盐硅酸盐水泥。

在受冻融作用的条件下，应优先选用普通硅酸盐水泥，不宜采用火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥。

不得使用过期或受潮结块的水泥；

不得使用混入有害杂质的水泥；

不得将不同品种或不同强度等级的水泥混合使用。

2．石子

石子最大粒径不宜大于40mm；

泵送混凝土，石子最大粒径应为输送管径的1/4；

石子吸水率不应大于1.5%；

含泥量不得大于1%、泥块含量不得大于0.5%；

不得使用碱活性骨料；

其他要求应符合现行《普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》（JGJ53-92）的规定。

3．砂

宜采用中砂；

含泥量不得大于3.0%，泥块含量不得大于1.0%；

其他要求应符合现行《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》（JGJ52-92）的规定。

4．水

应符合现行《混凝土拌合用水标准》（JGJ63-89）的规定。

5．掺合料

粉煤灰的级别不应低于二级，掺量不宜大于20%，其质量应符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB1596标准的要求；

硅粉掺量不应大于3%；

其他掺合料的掺量应经过试验确定，例如磨细矿渣粉等。

1-3混凝土配合比设计计算

1．配合比的设计原则

在设计普通防水混凝土配合比时应考虑以下原则：

（1）根据工程的要求，由混凝土的抗渗性和耐久性确定水泥的品种，由混凝土的强度确定水泥的强度等级。

（2）砂、石材料应合理地选用，一般应优先考虑当地的砂石材料，但必须符合工程要求，以及防水混凝土选材要求。

（3）水灰比主要依据工程要求的抗渗性和施工最佳和易性来确定。

施工和易性要由结构条件（如结构截面、钢筋布置等）和施工方法（运输、浇筑和振捣等）综合考虑决定。

2．配合比的计算及举例

例题：

配制C20强度等级、P6抗渗等级的普通防水混凝土，配筋较密，采用振捣器振捣，初步选定混凝土的坍落度为30~50mm，砂率为38%，所用的材料特性如下：

水泥：

强度等级42.5，密度ρc＝3.1；

石子：

最大粒径30mm的卵石，密度ρg＝2.7；

砂：

中砂，密度ρs＝2.6

按绝对体积法计算步骤如下：

（1）根据工程要求的抗渗等级、强度等级以及结构条件和施工条件选定坍落度，初步确定水灰比、用水量，并计算出水泥用量。

普通防水混凝土的水灰比可参考表17-4选用。

普通防水混凝土最大水灰比允许值表17-4

混凝土抗渗等级①

混凝土强度等级

备注

C20~C30

C30以上

P6

0.60

0.55

1．试块P值应比设计提高0.2N/mm2

2．严格控制水灰比小于表中数字

P8~P12

0.50

P12以上

0.45

①混凝土抗渗等级是表示混凝土试块在渗透仪上作抗渗试验时，试块未发现渗水现象的最大水压值。

例如P8表示该试块能在0.8N/mm2的水压力下不出现渗水现象。

现行规范规定，通过试验确定的施工配合比，其抗渗等级应比设计要求提高一级（0.2MPa）。

因此，试配时应采用水灰比最大的配合比做抗渗试验，其试验结果应符合式（17-1）的要求：

（17-1）

式中pt——6个试件中4个未出现渗水时的最大水压值（MPa）；

P——设计要求的抗渗等级。

混凝土拌合用水量与砂石材料、搅拌条件等因素有关，为了便于试拌进行初步配合比设计，提供表17-5以作参考，但用水量应根据试配最后选定。

混凝土拌合用水量参考表（kg/m3）表17-5

坍落度（mm）

砂率（%）

35

40

45

10~30

175~185

185~195

195~205

30~50

180~190

190~200

200~210

注：

1．表中石子粒径为5~20mm。

若石子最大粒径为40mm，用水量应减少5~l0kg/m3。

表中石子按卵石考虑，若为碎石应增加5~10kg/m3。

2．表中采用的是火山灰质水泥，若用普通水泥则用水量可减少5~10kg/m3。

根据例题设定的混凝土强度等级、抗渗等级以及坍落度，可初步确定水灰比为0.55，水的用量为190kg/m3。

计算水泥用量：

已知W/C＝0.55

水泥用量mco＝mwo/0.55＝190/0.55＝345kg/m3

式中mco——水泥用量（kg/m3）；

mwo——水用量（kg/m3）。

（2）选用砂率：

砂率可根据石子空隙率和砂的平均粒径，参考表17-6选用。

石子空隙率按式（17-2）计算：

石子空隙率＝（1－

石子堆积密度

石子表观密度

）×

100%（17-2）

砂率选用表（%）表17-6

石子空隙率（%）

30

50

砂的细度模数

0.70

1.18

36

1.62

37

2.16

38

2.71

39

3.25

1．本表是按石子粒径为5~30mm计算，若采用粒径为5~20mm时，砂率应增加2%。

2．施工条件如钢筋很密，埋件很多，厚度较小，不易浇捣时可适当提高砂率至40%左右。

例题已初步选定砂率为38%。

（3）根据选定的砂率，按式（17-3）计算砂石混合密度：

ρsg＝ρsβs＋ρg（1－βs）（17-3）

式中βs——砂率；

ρsg——砂石混合密度；

ρs——砂的密度；

ρg——石的密度。

根据例题已知数代人式（17-3），则

ρsg＝2.6×

38%＋2.7×

（1－38%）＝2.66

（4）按式（17-4）计算砂石混合用量：

（17-4）

式中α——砂石混合用量（kg/m3）；

mwo——水用量（kg/m3）；

ρw——水的密度；

mco——水泥用量（kg/m3）；

ρc——水泥的密度。

根据例题，将已知数代入式（17-4）：

（5）按式（17-5）和式（17-6）计算砂、石的用量。

mso＝Bs×

α（17-5）

mgo＝α－mso（17-6）

式中mso——砂的用量（kg/m3）；

Bs——砂率（%）；

α——砂石混合用量（kg/m3）；

mgo——石子的用量（kg/m3）。

根据例题的设定以及计算中的已知数代入式（17-5）和式（17-6），分别求出砂、石的用量：

mso＝38%×

1858kg/m3＝706kg/m3

mgo＝（1858－706）kg/m3＝1152kg/m3

（6）得出初步配合比：

由以上各步骤计算出的每立方米混凝土材料用量，可以列出初步配合比为：

石＝mco：

mso：

mgo

水灰比＝W/C＝0.55

根据例题计算结果列出配合比为：

345：

706：

1152＝1：

2.05：

3.34

则混凝土的计算密度为

345＋706＋1152＋190＝2393kg/m3

（7）试配与校正：

按照初步配合比进行试拌，试拌结果若与工程要求不符，应按实际情况进行校正，调整比例，直至达到工程要求。

2外加剂防水混凝土

不同的外加剂，其性能、作用各异，应根据工程结构和施工工艺等对防水混凝土的具体要求，适宜地选用相应的外加剂。

选择和使用外加剂应注意下列各点：

1．熟悉外加剂生产厂提供的技术资料，以及产品说明书。

2．以工程实际所用材料（包括水泥、砂、石、水等）的性能、用量、配合比，结合现场施工条件（施工方法、施工温度等）的要求，进行模拟试验，以试验效果评定所选外加剂是否可以采用。

采用的外加剂应符合国家或行业标准一等品以上的质量要求。

3．参考普通防水混凝土配合比的技术参数，通过试配求得外加剂的最佳掺量。

4．加强施工管理，严格遵循外加剂掺量和使用注意事项。

随时进行现场监督检查，发现问题及时采取措施，以保证混凝土施工质量。

5．按有关规定做好外加剂的制备、储存和使用。

6．选用外加剂应进行经济效益分析，根据工程实际情况，做多方案比较，选择技术经济全面合理的方案。

2-1引气剂防水混凝土

引气剂防水混凝土是在混凝土拌合物中掺入适量的引气剂配制而成的混凝土。

1．简述

在混凝土拌合物中加入引气剂后，会产生大量微小、密闭、稳定而均匀的气泡，而使混凝土黏滞性增大，不易松散和离析，可以显著地改善混凝土的和易性；

还可以使毛细管的形状及分布发生改变，切断渗水通路，从而提高了混凝土的密实性和抗渗性；

同时，因弥补了混凝土内部结构的缺陷，抑制其胀缩变形，故可减少因干湿及冻融交替作用而产生的体积变化，有效地提高混凝土的抗冻性，通常可较普通混凝土提高3~4倍。

引气剂防水混凝土适用于对抗渗性和抗冻性要求较高的工程结构，特别适合寒冷地区使用。

常用的引气剂有松香酸钠（松香皂）、松香热聚物；

另外还有烷基磺酸钠、烷基苯磺酸钠等。

2．混凝土配制要点

（1）掌握好引气剂的掺量

混凝土的含气量直接影响着引气剂防水混凝土的质量，而含气量的大小则主要取决于引气剂的掺量。

根据现行规范规定，混凝土含气量应控制在3%~5%。

实践经验表明，含气量在此范围内，混凝土可获得较高的抗渗性和抗冻性；

相应此最佳含气量的引气剂掺量为：

松香酸钠0.1‰~0.3‰；

松香热聚物0.1%。

（2）水灰比的控制

对于引气剂防水混凝土，水灰比的控制很必要，因为水灰比的大小直接影响混凝土内部气泡的数量与质量。

适宜的水灰比可使混凝土获得最佳含气量和较高的抗渗性，配制混凝土时要注意调整水灰比。

（3）砂子细度的选择

砂子的细度影响混凝土内部气泡的生成。

粗砂生成的气泡较大，混凝土抗渗性较差；

中砂、细砂有利于混凝土的物理力学性能和抗渗性。

实践表明，采用细度模数约2.6的砂较好。

3．施工注意事项

（1）采用机械搅拌。

投料时，先将砂子、水泥、石子倒入搅拌机，再将引气剂与拌合水搅匀后投入搅拌机。

不得单独将引气剂直接投入搅拌机，以免气泡分布不匀，影响混凝土质量。

（2）及时按规定检测混凝土拌合物的坍落度及含气量，使之严格控制在规定范围内。

（3）浇筑后采用高频振捣器振捣，排除大气泡，保证混凝土质量。

（4）住意养护。

要保持湿润养护。

冬期施工要注意蓄热保温，否则影响混凝土质量。

引气剂防水混凝土在低温（5℃）下养护，会完全丧失抗渗能力。

2-2减水剂防水混凝土

减水剂防水混凝土是在混凝土拌合物中掺入适量的减水剂配制而成的混凝土。

减水剂是一种表面活性剂，它以分子定向吸附作用将凝聚在一起的水泥颗粒絮凝状结构高度分散解体，并释放出其中包裹的拌合水，使在坍落度不变的条件下，减少了拌合用水量；

此外，由于高度分散的水泥颗粒更能充分水化，使水泥石结构更加密实，从而提高了混凝土的密实性和抗渗性。

减水剂防水混凝土适用于一般工业与民用建筑的防水工程，也适用于大型设备基础等大体积混凝土，以及不同季节施工的防水工程。

常用的减水剂有木质素磺酸钙、多环芳香族磺酸钠、糖蜜等。

2．配制及施工要点

（1）选择减水剂品种及其适宜掺量。

应根据结构要求、施工工艺、施工温度，以及混凝土原材料的组成、特性等因素，正确地选择减水剂品种。

对所选减水剂，应经试验复核产品说明书所列技术指标。

不能完全依赖说明书推荐的“最佳掺量”，应以实际所用材料和施工条件，进行模拟试验，求得减水剂适宜掺量。

各类减水剂适宜掺量可参考表17-7。

不同品种的减水剂适宜掺量参考表表17-7

品种名称

适宜掺量（占水泥重量%）

说明

木钙、糖蜜

0.2~0.3

掺量不应大于0.3%，否则会使混凝土强度降低、且缓凝仅略增混凝土造价

NNO、MF

0.5~1.0

JN

0.5

UNF-5

与0.5%三乙醇胺共用，抗渗效果好

腐殖酸类

0.2~0.35

三聚氰胺类

0.5~2.0

（2）混凝土配合比，可以参考普通防水混凝土配合比各项技术参数，但应注意控制水灰比，充分发挥减水剂的估越性，并应在试配过程中，特别注意所用水泥是否与所选减水剂相适应，在有条件的情况下，宜对水泥和减水剂进行多品种比较，不宜在单一的狭隘范围内寻求“最佳掺量”。

此步骤应结合经济效益一并分析考虑。

（3）施工中，应严格控制减水剂掺量，误差宜控制在1%以内。

如减水剂为干粉状，宜在使用前，先将干粉倒入60℃左右的热水中搅匀，制成20%浓度的溶液（以比重计控制溶液浓度），再根据实际情况决定减水剂掺加方法（先加法或后加法）。

严禁将减水剂干粉倒入混凝土搅拌机内拌合。

（4）若以粉煤灰为粉细料掺入混凝土，由于粉煤灰含有一定量的碳，可降低减水效果，应调整减水剂用量。

（5）使用引气型减水剂，为消除过多的有害气泡，可采取高频振动、插入振动，或与消泡剂复合使用等方法，含气量应控制在3%~5%，以增加混凝土的密实性。

（6）注意养护，特别是早期潮湿养护。

2-3三乙醇胺防水混凝土

三乙醇胺防水混凝土是在混凝土拌合物中随拌合水掺入定量的三乙醇胺防水剂配制而成的。

它抗渗性能良好，且具有早强和强化作用，施工简便，质量稳定，有利于提高模板周转率、加快施工进度和提高劳动生产率。

三乙醇胺防水剂对水泥的水化起加快作用，水化生成物增多，水泥石结晶变细，结构密实，因此提高了混凝土的抗渗性，抗渗压力可提高3倍以上。

1．三乙醇胺防水剂的配制

三乙醇胺为橙黄色透明黏稠状的吸水性液体，无臭、不燃烧、呈碱性，pH值8~9,相对密度为1.12~1.13，工业品纯度为70%~80%。

它能吸收CO2，而不随水蒸气一同挥发，应避光保存。

它对钢铁不起作用，而对铜、铝及其合金等破坏很快。

配制三乙醇胺防水剂的原材料均为市售成品，使用前应预先配好备用。

配制防水剂时将组成材料按比例溶于水中，防水剂浓度应适当。

三乙醇胺防水剂配方有三种：

见表17-8。

表17-8

型号

三乙醇胺

氯化钠

亚硝酸钠

1

0.05%

1．表中百分数为水泥重量的百分数

2．1号配方适用于常温和夏季施工，2号、3号配方适用于冬期施工

2

0.5%

3

1%

配制100kg三乙醇胺防水剂材料用量见表17-9。

表17-9

材料

1号配方

2号配方

3号配方

水（kg）

98.75/98.33

86.25/85.83

61.25/60.83

表中数据分子为采用100%纯度三乙醇胺的量，分母为采用75%工业品三乙醇胺的用量

三乙醇胺（kg）

1.25/1.67

抓化钠（kg）

12.5/12.5

亚硝酸钠（kg）

25/25

配制防水剂溶液时，可按表17-9所给数据先将水放入容器中，再将其他材料放入水中，搅拌直至完全溶解，即成防水剂溶液。

使用时，拌合混凝土每50kg水泥随拌合水掺入2kg三乙醇胺防水剂溶液即可。

2．三乙醇胺防水混凝土配制要点

（1）严格按配方配制防水剂溶液，并应充分搅拌至完全溶解，防止氯化钠和亚硝酸钠溶解不充分，或三乙醇胺分布不匀而造成不良后果。

（2）三乙醇胺对不同品种的水泥作用不同，若调换水泥品种，则应重新进行试验，以确定能否采用。

（3）严格掌握掺量，并不得将防水剂材料直接投入搅拌机中，致使拌合不均匀而影响混凝土的质量。

配好的防水剂应和拌合用水掺合均匀使用。

（4）在重要的防水工程中，为防钢筋锈蚀，可采用加入亚硝酸钠阻锈剂的3号配方配制三乙醇胺防水混凝土；

靠近高压电源和大型直流电源的防水工程宜采用1号配方，不宜采用2号或3号配方。

（5）在寒冷地区冬期施工，可掺用三乙醇胺外加剂，以增加混凝土的早强抗冻性，但应结合本地区的具体条件，进行配合比试验，选择外加剂适宜掺量，确保混凝土强度的增长及混凝土抗渗质量。

2-4氯化铁防水混凝土

氯化铁防水混凝土是在混凝土中掺入适量的氯