17-1 混凝土结构自防水

17地下防水工程随着我国建筑业的发展，建筑防水领域的法制化建设和规范化管理正在逐步完善。遵循国家标准规范、严格执行强制性条文，是保证地下防水工程质量的关键。“防、排、截、堵相结合，刚柔相济，因地制宜，综合治理”的原则是我国建筑防水技术发展至今的实践经验总结。地下防水工程的设计和施工应遵循这一原则，并根据建筑功能及使用要求，按现行规范正确划定防水等级，合理确定防水方案。现行规范规定地下工程防水等级及其相应的适用范围见表17-1；地下工程防水设防要求见表17-2及表17-3。地下工程防水等级及其适用范围表17-1防水等级标准适用范围一级不允许渗水，结构表面无湿渍人员长期停留的场所；因有少量湿渍会使物品变质、失效的贮物场所及严重影响设备正常运转和危及工程安全运营的部位；极重要的战备工程二级不允许漏水，结构表面可有少量湿渍工业与民用建筑：总湿渍面积不应大于总防水面积（包括顶板、墙面、地面）的1/1000；任意100m2防水面积上的湿渍不超过1处，单个湿渍的最大面积不大于0.1m2其他地下工程：总湿渍面积不应大于总防水面积的6/1000；任意100m2防水面积上的湿渍不超过4处，单个湿渍的最大面积不大于0.2m2人员经常活动的场所；在有少量湿渍的情况下不会使物品变质、失效的贮物场所及基本不影响设备正常运转和工程安全运营的部位；重要的战备工程三级有少量漏水点，不得有线流和漏泥砂任意100m2防水面积上的漏水点数不超过7处，单个漏水点的最大漏水量不大于2.5L/d，单个湿渍的最大面积不大于0.3m2人员临时活动的场所；一般战备工程四级有漏水点，不得有线流和漏泥砂整个工程平均漏水量不大于2L/m2·d；任意100m2防水面积的平均漏水量不大于4L/m2·d对渗漏水无严格要求的工程明挖法地下工程防水设防表17-2工程部位主体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遇水膨胀止水条外贴式止水带防水嵌缝材料中埋式止水带外贴式止水带可卸式止水带防水嵌缝材料外贴防水卷材外涂防水涂料遇水膨胀止水条防水等级一级应选应选1~2种应选2种应选应选2种应选应选2种二级应选应选1种应选1~2种应选应选1~2种应选应选1~2种三级应选宜选1种宜选1~2种应选宜选1~2利应选宜选1~2种四级宜选-宜选1种应选宜选1种应选宜选1种暗挖法地下工程防水设防表17-3工程部位主体内衬砌施工缝内衬砌变形缝、诱导缝防水措施复合式衬砌离壁式衬砌、衬套贴壁式衬砌喷射混凝土外贴式止水带遇水膨胀止水条防水嵌缝材料中埋式止水带外涂防水涂料中埋式止水带外贴式止水带可卸式止水带防水嵌缝材料遇水膨胀止水条防水等级一级应选1种-应选2种应选应选2种二级应选1种应选1~2种应选应选1~2种三级-应选1种宜选1~2种应选宜选1种四级应选1种宜选1种应选宜选1种从表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。17-1混凝土结构自防水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。17-1-1普通防水混凝土17-1-1-1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。17-1-1-2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。例如：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。17-1-1-3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~C30C30以上P60.600.551．试块P值应比设计提高0.2N/mm22．严格控制水灰比小于表中数字P8~P120.550.50P12以上0.500.45①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：2.010Ppt（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（%）35404510~30175~185185~195195~20530~50180~190190~200200~210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（%）3035404550砂的细度模数0.7035353535351.1835353535361.6235353536372.1635353637382.7135363738393.253637383940注：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