工程案例
業(yè)務(wù)范圍
建筑結(jié)構(gòu)裂縫控制與防水新技術(shù)
發(fā)布時間：2014-08-09
一、前言你好鋼筋砼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫是不可避免的，在保證結(jié)構(gòu)安全和耐久性的前提下，裂縫是人們可接受的材料特征。近十多年來，隨著鋼筋砼結(jié)構(gòu)的長大化和復(fù)雜化，以及商品砼的大量推廣和砼強度等級的提高，結(jié)構(gòu)裂縫出現(xiàn)機率大大增加，有些已危及結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性，有的地下工程裂滲已影響其使用功能。建設(shè)部對此十分重視，召開多次學(xué)術(shù)研討會，工程界各方專家提出許多技術(shù)措施，認為控制裂縫是個系統(tǒng)工程。針對地下工程裂滲比較普遍的現(xiàn)象，我國研制許多新型防水材料，建設(shè)部提出今后主要開發(fā)應(yīng)用環(huán)保型的中、高檔防水材料，剛?cè)峤Y(jié)合，全面提高我國防水工程的質(zhì)量和耐久性。
本文根據(jù)長期的科學(xué)研究和大量工程實踐，提出鋼筋砼結(jié)構(gòu)裂縫控制和防水一些新技術(shù)，供工程界參考，不妥之處請指正。
二、結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因
你好結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因很復(fù)雜，根據(jù)國內(nèi)外的調(diào)查資料［1］，引起裂縫有兩大類原因，一種由外荷載（如靜、動荷載）的直接應(yīng)力和結(jié)構(gòu)次應(yīng)力引起的裂縫，其機率約20％；一種是結(jié)構(gòu)因溫度、膨脹、收縮、徐變和不均勻沉降等因素由變形變化引起的裂縫，其機率約80％。裂縫發(fā)生與材料，設(shè)計、施工和維護有關(guān)，現(xiàn)作以下分析。
（一）材料缺陷
你好在變形裂縫中收縮裂縫占有80％的比例，從砼的性質(zhì)來說大概有：
1．干燥收縮
你好研究表明，水泥加水后變成水泥硬化體，其絕對體積減小。每100克水泥水化后的化學(xué)減縮值為7～9ml，如砼水泥用量為350kg/m3，則形成孔縫體積約25～30升/m3之巨。這是砼抗拉強度低和極限拉伸變形小的根本原因。研究表明，每100克水泥漿體可蒸發(fā)水約6ml，如砼水泥用量為350kg/m3，當(dāng)砼在干燥條件下，則蒸發(fā)水量達21升/m3。毛細孔縫中水逸出產(chǎn)生毛細壓力，使砼產(chǎn)生“毛細收縮”。由此引起水泥砂漿的干縮值為0.1～0.2％；砼的干縮值為0.04～0.06％。而砼的極限拉伸值只有0.01～0.02％，故易引起干縮裂縫。
2．溫差收縮
你好水泥水化是個放熱過程，其水化熱為165～250焦爾/克，隨砼水泥用量提高，其絕熱溫升可達50～80℃。研究表明，當(dāng)砼內(nèi)外溫差10℃時，產(chǎn)生的冷縮值εc=△T／α=10/1×10-5=
0.01%，如溫差為20～30℃時，其冷縮值為0.02～0.03％，當(dāng)其大于砼的極限拉伸值時，則引起結(jié)構(gòu)開裂。
3．塑性收縮
你好砼初凝之前出現(xiàn)泌水和水份急劇蒸發(fā)，引起失水收縮，此時骨料與水泥之間也產(chǎn)生不均勻的沉縮變形，它發(fā)生在砼終凝之前的塑性階段，故稱為塑性收縮。其收縮量可達1％左右。在砼表面上，特別在抹壓不及時和養(yǎng)護不良的部位出現(xiàn)龜裂，寬度達1～2mm，屬表面裂縫。水灰比過大，水泥用量大，外加劑保水性差，粗骨料少，振搗不良，環(huán)境溫度高，表面失水大等都能導(dǎo)致砼塑性收縮而發(fā)生表面開裂現(xiàn)象。
4．自生收縮
你好密封的砼內(nèi)部相對濕度隨水泥水化的進展而降低，稱為自干燥。自干燥造成毛細孔中的水分不飽和而產(chǎn)生負壓，因而引起砼的自生收縮。高水灰比的普通砼（OPC）由于毛細孔隙中貯存大量水分，自干燥引起的收縮壓力較小，所以自生收縮值較低而不被注意。但是，低水灰比的高性能砼（HPC）則不同，早期強度較高的發(fā)展率會使自由水消耗較快，以至使孔體系中的相對濕度低于80％。而HPC結(jié)構(gòu)致密，外界水很難滲入補充，在這種條件下開始產(chǎn)生自干收縮。研究表明［2］，齡期2個月水膠比為0.4的HPC，自干收縮率為0.01％，水膠比為0.3的HPC，自干收縮率為0.02％。HPC的總收縮中干縮和自收縮幾乎相等，水膠比越小自收縮所占比例越大。由此可知，HPC的收縮性與OPC完全不同，OPC以干縮為主，而HPC以自干收縮為主。問題的要害是：HPC自收縮過程開始于水化速率處于高潮階段的頭幾天，濕度梯度首先引發(fā)表面裂縫，隨后引發(fā)內(nèi)部微裂縫，若砼變形受到約束，則進一步產(chǎn)生收縮裂縫。這是高標號砼容易開裂的主要原因之一。
5．減水劑的影響
你好人們發(fā)現(xiàn)，自八十年代中期推廣商品（泵送）砼以來，結(jié)構(gòu)裂縫普遍增多，這是為什么呢？除了與砼的水泥用量和砂率提高有關(guān)外，人們忽視了減水劑引起的負面影響。例如過去干硬性及預(yù)制砼的收縮變形約為4～6×10-4，而現(xiàn)在泵送砼收縮變形約為6～8×10－4，使得砼裂縫控制的技術(shù)難度大大增加。研究表明，在砼配合比相同情況下，摻入減水劑的坍落度可增加100～150mm，但是它與基準砼的收縮值相比，卻增加120～130％。（見圖1）。
所以，在《砼減水劑》規(guī)范GB138076-97中規(guī)定摻減水劑的砼與基準砼的收縮比≤135％。研究表明，摻入不同類型的減水劑砼的收縮比是不相同的，一般是：木鈣減水劑>萘磺酸鹽減水劑>三聚氰胺減水劑>氨基磺酸減水劑>聚丙烯酸減水劑。這說明商品砼澆筑的結(jié)構(gòu)開裂機率大與減水劑帶來負面影響有關(guān)。其機理尚不清楚。
6．砼后期膨脹出現(xiàn)裂縫
你主要是：
（1）水泥中游離CaO過高，Ca(OH)2體積膨脹所致；
（2）水泥中MgO過高，Mg(OH)2體積膨脹所致；
（3）水泥和外加劑堿含量過高，與集料中活性硅等發(fā)生堿-集料反應(yīng)所致；
（4）有害離子Cl-、 、Mg++等侵入砼內(nèi)部，導(dǎo)致鋼筋銹蝕或形成二次鈣礬石膨脹破壞所致。
7．徐變
你好結(jié)構(gòu)物在任意內(nèi)應(yīng)力作用下，除瞬間彈性變形外，其變形值隨時間的延長而增加的現(xiàn)象稱為徐變變形。砼拉徐變時對抗裂有利，一般可以提高鋼筋砼極限拉伸值50％左右。而砼壓徐變很小，一般把收縮變形與徐變變形的計算一并加以考慮。
8．砼收縮計算公式
你 砼收縮經(jīng)驗公式很多，但是，實際工程所處條件變化較多。一般采用如下任意時間砼收縮計算公式
εy(t)=3.24×10-4(1-e-0.01t) M1.M2……Mn
你 式中M1.M2……Mn－為水泥品種、骨料，水灰比、溫度、養(yǎng)護和不同配筋率等修正系數(shù)。
你 其中不同配筋率的修正系數(shù)見表1。也即限制收縮與自由收縮之比，隨配筋率提高而減小。
表1
配筋率(%) 0.00 0.15 0.20 0.25 0.30 0.40 0.50
修正系數(shù)M 1.00 0.68 0.61 0.55 0.50 0.43 0.40
（二）設(shè)計問題
你好鋼筋砼結(jié)構(gòu)是由砼和鋼筋共同承擔(dān)極限狀態(tài)的承載力，結(jié)構(gòu)設(shè)計師根據(jù)地基情況，靜、動荷載、環(huán)境因素、結(jié)構(gòu)耐久性等控制荷載裂縫。這里不作討論。從國內(nèi)外有關(guān)規(guī)范可知，對結(jié)構(gòu)變形作用引起的裂縫問題，客觀上存在兩類學(xué)派［1］：
你好第一類，設(shè)計規(guī)范規(guī)定很靈活，沒有驗算裂縫的明確規(guī)定，設(shè)計方法留給設(shè)計人員自由處理。基本上采取“裂了就堵、堵不住就排”的實際處理手法。
你好第二類，設(shè)計規(guī)范有明確規(guī)定，對于荷載裂縫有計算公式并有嚴格的允許寬度限制。對于變形裂縫沒有計算規(guī)定，只按規(guī)范留伸縮縫，即留縫就不裂的設(shè)計原則。
你好大量工程實踐證明，留縫與否，并不是決定結(jié)構(gòu)變形開裂與否的唯一條件，留縫不一定不裂，不留縫不一定裂，是否開裂與許多因素有關(guān)。我們認為，控制裂縫應(yīng)該防患于未然，首先盡量預(yù)防有害裂縫，重點在防。我國結(jié)構(gòu)工程向長大化、復(fù)雜化發(fā)展，砼設(shè)計強度等級向C40～C60發(fā)展，設(shè)計師多注重結(jié)構(gòu)安全，而對變形裂縫控制考慮不周，這也是結(jié)構(gòu)裂縫發(fā)生增多的原因之一。
（三）施工管理問題
你好砼配合比設(shè)計是否科學(xué)合理，水泥與外加劑是否相適應(yīng)，砂石級配及其含泥量是否符合規(guī)范要求，砼坍落度控制是否合理，這些都影響到砼的質(zhì)量及其收縮變形。
你好砼澆筑震搗不均勻密實，施工縫和細部處理馬虎，會帶來結(jié)構(gòu)開裂的后患；過震則使浮漿過厚，抹壓又不及時，則砼表面出現(xiàn)塑性裂縫，十分難看。
你好邊墻拆摸板過早（1～3d），砼水化熱正處于高峰，內(nèi)外溫差最大；砼易“感冒”開裂。
你好砼養(yǎng)護十分重要，但許多施工單位忽視這一環(huán)節(jié)，尤其是墻體和柱梁的保溫保濕養(yǎng)護不到位，容易產(chǎn)生收縮裂縫。某些露天構(gòu)筑物盡管當(dāng)?shù)貪穸群艽螅捎诖碉L(fēng)影響，加速了砼水分蒸發(fā)速度，亦即增加干縮速度，容易引起早期表面裂縫，風(fēng)速對水分蒸發(fā)速度的影響見表2。這也許是夏季比秋冬季，南方比北方出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫較多的原因。
表2
風(fēng)速 (m/s) 水分蒸發(fā)速度 [kg/[m2.h)] 風(fēng)速 (m/s) 水分蒸發(fā)速度 [kg/(m2.h)]
0 8 16 0.074 0.186 0.304 24 32 40 0.417 0.539 0.662
你好從已建工程調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，底板養(yǎng)護較好，出現(xiàn)裂縫概率較低，而底板上外墻裂縫概率很高約占80％，這與保溫保濕養(yǎng)護不足有很大關(guān)系。
你好除上述技術(shù)因素外，施工管理不嚴，趕進度，偷工減料，工人素質(zhì)差，施工馬虎等也是造成結(jié)構(gòu)裂縫的人為因素。
（四）對維護缺乏認識
你好我們發(fā)現(xiàn)不少結(jié)構(gòu)是在澆筑完3～6月，甚至在1～2年內(nèi)出現(xiàn)裂縫。除荷載問題外，主要是環(huán)境溫度和風(fēng)速引起的收縮變形所致。有些地下室不及時復(fù)土；上部結(jié)構(gòu)不及時做好封閉；出入口長期敞開，屋面防水層破壞不及時修補等。這些與施工和業(yè)主對結(jié)構(gòu)維護缺乏認識有關(guān)。鋼筋砼結(jié)構(gòu)與其他物件一樣都存在“熱脹冷縮”的特征，尤其超長結(jié)構(gòu)更為明顯，所以，應(yīng)重視已澆結(jié)構(gòu)的保溫保濕維護工作。
三、有害裂縫與無害裂縫
你好裂縫按其形狀分為表面的、貫穿的、縱向的和橫向的等等。裂縫形狀與結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)有直接關(guān)系。裂縫分為愈合、閉合、運動 、穩(wěn)定的及不穩(wěn)定的等。例如寬度0.1～0.2mm裂縫，開始有些滲漏，水通過裂縫同水泥結(jié)合，形成氫氧化鈣和C-S-H凝膠，經(jīng)一般時間裂縫自愈不滲了。有的裂縫在壓應(yīng)力作用下閉合了。有的裂縫在周期性溫差和周期性反復(fù)荷載作用下產(chǎn)生周期性的擴展和閉合，稱為裂縫的運動，但這是穩(wěn)定的運動。有些裂縫產(chǎn)生不穩(wěn)定的擴展，視其擴展部位，應(yīng)考慮加固措施。
根據(jù)國內(nèi)外設(shè)計規(guī)范及有關(guān)試驗資料，砼最大裂縫寬度的控制標準大致如下：
無侵蝕介質(zhì)無防滲要求，0.3～0.4mm。
輕微侵蝕，無防滲要求，0.2～0.3mm。
嚴重侵蝕，有防滲要求，0.1～0.2mm。
判斷裂縫有害還是無害，首先視它是否有害結(jié)構(gòu)安全和耐久性，其次是否影響使用功能（如防水，防潮）。例如地下和水工工程，小于0.1～0.2mm裂縫視為無害裂縫，作簡單表面封閉即可，再作柔性防水層就更保險了。樓面裂縫0.3～0.4mm，對結(jié)構(gòu)是安全，視為無害裂縫，可不作處理。對于受力的梁、柱，涉及結(jié)構(gòu)安全，裂縫要妥當(dāng)處理。
你好既然變形裂縫一般不影響承載力，但它防水問題就值得研究了，根據(jù)工程調(diào)查，由裂縫引起的各種不利后果中，滲漏水占60％。水分子的直徑約0.3×10-6mm，可穿過任何肉眼可見的裂縫，從理論上講防水結(jié)構(gòu)物是不允許裂縫的，但實際情況不是這樣，工程實踐表明，裂縫寬0.2mm，開始漏水量5L/h，一年后只有10mL/h，這說明裂縫逐漸自愈。當(dāng)然，對有滲水裂縫要及時處理，這并不是難題。
工程實踐表明，結(jié)構(gòu)裂縫的發(fā)生的原因很復(fù)雜，也是不可避免的。如對建筑物抗裂要求過嚴，必將付出巨大的經(jīng)濟代價。科學(xué)的要求應(yīng)是將其有害程度控制在允許范圍內(nèi)。這些關(guān)于裂縫的預(yù)測、預(yù)防和處理工作，統(tǒng)稱之為“建筑物的裂縫控制”。我國科技界和工程界正在不斷探索，有許多成功經(jīng)驗值得借鑒。
四、建筑結(jié)構(gòu)的變形裂縫控制
你好荷載裂縫和地基變形裂縫（膨脹地基、濕陷地基、地基差異沉降等）的控制由結(jié)構(gòu)設(shè)計師去解決，這里不作研討。我們重點探索包括溫度（砼水化熱、氣溫）、濕度（自生收縮、失水干縮、塑性收縮等）引起的變形裂縫如何控制的問題，供各位專家參考。
（一）補償收縮砼的開發(fā)應(yīng)用
從上述分析可知，砼裂縫產(chǎn)生主要是由于砼干縮，冷縮和徐變引起的，這與砼的物理化學(xué)性質(zhì)有關(guān)，所以，我們通過水泥化學(xué)的研究，改善砼的應(yīng)變應(yīng)力狀態(tài)和孔結(jié)構(gòu)分布狀態(tài)是有可能使砼的裂縫控制在無害裂縫的允許范圍內(nèi)。
你好眾所周知，砼自由收縮是不會產(chǎn)生裂縫的，當(dāng)砼受到鋼筋和鄰位約束時，這種限制收縮才可能產(chǎn)生裂縫。因此，我們不僅要研究砼的變形（膨脹與收縮），還要研究對變形的限制、變形與限制這一對主要矛盾貫穿著收縮變形的全部過程。以自由膨脹補償自由收縮的概念是錯誤的，正確的理論應(yīng)是以砼的限制膨脹補償限制收縮。
你好補償收縮砼是一種適度膨脹的砼,其原理是：當(dāng)砼膨脹時,砼中的鋼筋對它的膨脹產(chǎn)生限制作用，鋼筋本身也因與砼一起膨脹而產(chǎn)生拉應(yīng)力σs，同時砼中就產(chǎn)生相應(yīng)的壓應(yīng)力（σc），
在鋼筋中：Fs=As.Esε2，
在砼中：Fc=Ac.σc
∵Fs=Fc
∴As.E3.εz=Ac.σc
設(shè)：μ＝As/Ac
則：σc =μ.Es.ε2
式中 ：σc—膨脹砼產(chǎn)生的予應(yīng)力（MPa）
μ—砼的配筋率（％）
Es-鋼筋的彈性模量(MPa)
ε2—砼限制膨脹率（％） 圖2 膨脹砼自應(yīng)力產(chǎn)生示意圖
需要說明的是，按GBJ119規(guī)定，砼限制膨脹率ε2是指在配筋率0.78%時，膨脹砼水中養(yǎng)護14天齡期的膨脹率或鋼筋延伸率。
按GBJ119補償收縮砼的技術(shù)要求，砼在濕養(yǎng)期間，在配筋率μ＝0.8％試驗條件下，它產(chǎn)生的限制膨脹率（ε2）應(yīng)大于0.015％，一般為0.02-0.03％，在砼中建立的予壓應(yīng)力（σc）為0.2～0.7MPa，這一予壓應(yīng)力能夠抵消導(dǎo)致砼開裂的全部或大部分應(yīng)力。與此同時，推遲了砼收縮的產(chǎn)生過程，抗拉強度在此間能獲得較大幅度的增長，當(dāng)砼收縮開始時，其抗拉力已經(jīng)增長到足以抵抗收縮應(yīng)力，從而防止和減少收縮裂縫的出現(xiàn)。這就是補償收縮砼的抗裂原理。而普通砼不具有膨脹作用，當(dāng)其收縮超過極限拉伸變形值εp時，變會開裂（見圖3）。
圖3 補償收縮砼的脹縮變形曲線
補償收縮材料有兩種：膨脹水泥和膨脹劑。膨脹水泥已有60年的研究歷史。這些膨脹水泥主要應(yīng)用于補償收縮砼工程。由于水泥價格和運輸保管的原因。膨脹水泥的開發(fā)應(yīng)用受到限制。1980年后，在膨脹水泥研究基礎(chǔ)上，我國研制成功明礬石膨脹劑（EA-L）、U型砼膨脹劑（UEA）、復(fù)合膨脹劑（CEA）和鋁酸鈣膨脹劑（AEA）、ZY高效膨脹劑等十多個品種。這些膨脹劑是以不同礦物組成的膨脹熟料與石膏等粉磨而成。見表3。
我國膨脹劑主要品種 表3
膨脹劑名稱 膨脹源 堿含量(%) 標準摻量(%) 單位摻量(kg/m3)
UEA普通膨脹劑 鈣礬石 0.50-0.70 12 45
ZY高效膨脹劑 鈣礬石 0.3-0.50 8 30
AEA膨脹劑 鈣礬石 0.50-0.70 10 38
CEA膨脹劑 鈣礬石,Ca(OH)2 0.40-0.60 10 38
上述膨脹劑以8－12％摻入水泥中（等量取代水泥）均可拌制成補償收縮砼。這些膨脹劑與水泥水化形成大量的膨脹結(jié)晶水化物-鈣礬石（C3A·3CaSO4·32H2O）。其反應(yīng)大部分在水化14d完成。作者通過大量研究，提出了鈣礬石形態(tài)和形成數(shù)量與水泥膨脹系數(shù)的關(guān)系，并首次提出凝膠狀鈣礬石的吸水膨脹與結(jié)晶狀鈣礬石產(chǎn)生膨脹壓力的膨脹機理［5］，對膨脹水泥的制造工藝及其物化性能研究具有指導(dǎo)意義。
我國《砼膨脹劑》建材行業(yè)標準J476-2001規(guī)定膨脹劑等量取代水泥，其水中7d膨脹率≥0.025%,干空21d收縮率≤0.02%，堿含量≤0.75％。2000年，我院研制成功高性能混凝土膨脹劑ZY，其補償收縮性能比其他膨脹劑更優(yōu)越。以我院為主的一批專家，經(jīng)過20多年的不懈研究，已掌握了膨脹劑的膨脹機理和可控制膨脹制造工藝，同時，掌握了補償收縮砼的流變性質(zhì)和物理力學(xué)性能，為大規(guī)模推廣應(yīng)用這一抗裂防滲砼打下了堅實的基礎(chǔ)。
1980年以前，我國補償收縮砼主要以膨脹水泥作為膠凝材料。1980年以后，則以砼膨脹劑為主，其原因是膨脹劑使用靈活方便，價格較低，可調(diào)節(jié)膨脹劑的摻量獲得不同膨脹系數(shù)的補償收縮砼。然而，工程界對這種材料有個認識過程，據(jù)我們統(tǒng)計，在1980－1988年期間，膨脹劑的年銷量約3000－5000T。1988年，以作者為首研制成功UEA膨脹劑，狠抓了UEA生產(chǎn)與應(yīng)用技術(shù)的研究，帶動了我國膨脹劑的開發(fā)應(yīng)用，1989年銷量突破萬噸大關(guān)。1992年為5.5萬噸，1994年為18萬噸，1995年為25萬噸，1999年達30萬噸，2001年達35—40萬噸。20年來累計銷量達300萬噸，折合成補償收縮砼達6500萬m3，其中ＵＥＡ膨脹劑占全國總銷量的80％。成功地應(yīng)用于上千個大、中型抗裂防滲工程，可以說，我國膨脹劑年銷量居世界第一，比首先開發(fā)膨脹劑的日本多10倍。
近年來，我國補償收縮砼的應(yīng)用之所以迅速發(fā)展，其主要原因是我院與各大設(shè)計，科研和施工單位的工程技術(shù)人員進行合作，大抓應(yīng)用技術(shù)，敢于在工程中實踐，進而總結(jié)推廣。現(xiàn)簡介這些應(yīng)用技術(shù)成果。
1. 結(jié)構(gòu)自防水技術(shù)
《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》GB50108-2001已實施，提出剛?cè)峤Y(jié)合，防排結(jié)合，因此制宜，綜合治理的設(shè)計和施工原則，并強調(diào)結(jié)構(gòu)防水是應(yīng)選的第一道防線，根據(jù)防水等級，輔以外包柔性防水。
鋼筋砼結(jié)構(gòu)既能承重又能防水，稱之為結(jié)構(gòu)自防水。表4是我國結(jié)構(gòu)自防水技術(shù)的發(fā)展過程。
表4
年代 自防水技術(shù) 技術(shù)特征
1950-1960 集料連續(xù)級配防水砼 集料級配獲得最小空隙率
1950-1960 富砂漿普通防水砼 提高水泥用量和砂率
1970-1980 外加劑防水砼 摻入防水劑, 減少孔隙率
1980-1999 UEA補償收縮砼 摻入10-12%UEA膨脹劑，抗裂、防滲
2000- ZY補償收縮砼 摻入6-8%ZY膨脹劑，抗裂、防滲
在1980年以前，結(jié)構(gòu)防水原理都是通過某種手段去減小砼的空隙和毛細孔縫，以提高砼的抗?jié)B性能。然而，工程實踐表明，這些防水技術(shù)往往得不到令人滿意效果。這是由于人們忽視了水泥砼收縮的致命弱點。盡管砼很密實，但砼干縮和冷縮會使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫，從而破壞了結(jié)構(gòu)的整體防水功能，導(dǎo)致防水失敗。
我院研制成功的UEA膨脹劑，以10－12％內(nèi)摻（替代水泥率）水泥中可拌制成補償收縮砼。通過大量試驗表明，它具有良好的抗裂性，抗?jié)B標號大于S30，對強度無影響，后期強度增長率高于不摻UEA的砼強度，對鋼筋無銹蝕，對水質(zhì)無影響。它是一種優(yōu)質(zhì)的抗裂防滲新材料。為結(jié)構(gòu)自防水砼提供了較理想的特種外加劑［5］。
UEA補償收縮砼首用于亞運工程的奧體中心田徑場和曲棍球場看臺、游泳館、體博館地下室、康樂宮戲水樂園獲得大面積成功。隨后在天津第一中心醫(yī)院，大連港指揮中心，青島王朝大酒店等高層建筑的地下室，取消防水卷材，靠砼自防水獲得成功。現(xiàn)在，UEA砼已在數(shù)千個高層建筑地下室、水廠和電廠的水工結(jié)構(gòu)、地鐵和隧道等防水結(jié)構(gòu)應(yīng)用。大部分是結(jié)構(gòu)自防水，對于特別重要建筑物，如北京西客站和首都國際機場新航站樓則采取UEA砼與卷材兩道防水措施。起到雙保險作用。我們認為，不管何種情況，結(jié)構(gòu)自防水是根本，防裂比抗?jié)B更重要，要防裂就要補償砼的收縮，要補償砼收縮最好的途徑就是加入膨脹劑。經(jīng)過上千個防水工程實踐和專家考察論證，1992年建設(shè)部施工管理司把《UEA補償收縮砼防水工法》列入國家級工法（YJGF22-92）。這是我國結(jié)構(gòu)自防水技術(shù)的重大突破，已在全國推廣。
高性能混凝土膨脹劑（ZY）是中國建筑材料科學(xué)研究院于新世紀初研制成功的第五代膨脹劑新產(chǎn)品。該產(chǎn)品是用回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)的特制膨脹熟料、石膏和膨脹穩(wěn)定劑共同粉磨而成的第五代膨脹劑。而一般膨脹劑是用立窯生產(chǎn)。因此，ZY的膨脹效能更高、質(zhì)量更穩(wěn)定，是目前國內(nèi)摻量最低、最先進的硫鋁酸鈣類混凝土膨脹劑。特點如下：
? 堿含量低。ZY堿含量R2O≤0.30%，? 混凝土不? 會因ZY的摻入而? 產(chǎn)生任何堿—骨料反應(yīng)。
? 摻量低。在混凝土中摻入6%左右ZY即可達到預(yù)期的膨脹效果，? 而? 一般膨脹劑摻量為12%左右。在同? 性能條件下，? ZY的摻量相對于一般膨脹劑可以減少40%左右，? 其可比價格有明顯優(yōu)勢。
? 施工性能好。ZY對混凝土坍落度沒有影響，? 凝結(jié)正常，? 可泵性優(yōu)于其它膨脹劑。
? 增強性能好。ZY對混凝土早期強度有增強作用，? 后期強度穩(wěn)定增長。而? 一般膨脹劑會降低混凝土早期強度。
? 大大提高混凝土抗?jié)B性，? 其抗?jié)B標? 號達P20～P30，? 可提高結(jié)構(gòu)自防水功能。
? 膨脹效能高。可在混凝土中建立0.2～0.7Mpa的自應(yīng)力值，? 補償混凝土收縮，? 增強鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂能力。
ZY主要工程應(yīng)用實例
深圳華為科研中心該工程由沉降縫分為五塊，其中1# 117×114ｍ，2# 117×132ｍ，3# 117×168ｍ，4# 126×168ｍ，5# 126×276ｍ，底板厚度200，500，800，1000ｍｍ不等,圍墻總長度1500m，厚度350～600ｍｍ不等，混凝土設(shè)計標號為C30/P8。采用摻ZY的補償收縮混凝土進行裂縫控制及結(jié)構(gòu)自防水，以膨脹加強帶取代多條后澆帶。該工程使用摻ZY的補償收縮混凝土15萬方，效果良好。
廣州白云國際機場西一指廊部分二、三層結(jié)構(gòu)平面尺寸為340.5×24m，沿長度方向設(shè)三條永久伸縮縫將結(jié)構(gòu)分為4段，其長度分別為: 84m、94.5m、94.5m、63m，均為超長鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，另外，本工程主梁高度為1000mm,寬度分別為2000mm、2500mm、3000mm不等，屬大體積混凝土，而混凝土設(shè)計標號達C40。航站樓、指廊、連廊梁板全部采用摻ZY的補償收縮混凝土進行裂縫控制。
2. UEA無縫設(shè)計施工新技術(shù)
考慮砼收縮變形，設(shè)計規(guī)范規(guī)定每30-40m設(shè)一道后澆縫，60d后再用膨脹砼填縫。這樣施工麻煩，延長工期，且易留下滲水隱患。設(shè)計院提出能否把后澆縫取消？我們通過理論計算和工程實踐，提出以UEA膨脹加強帶取代后澆縫（沉降縫除外），實現(xiàn)砼連續(xù)澆筑超長結(jié)構(gòu)的設(shè)計施工新方法，見圖4。
2000 鐵絲網(wǎng)
UEA10-12％ UEA10-12%
（或ZY6-8%） （或ZY6-8%）
膨脹加強帶，UEA14-15％（或ZY9-10%）
圖4 UEA砼取消后澆縫示意圖
該方法的原理是在結(jié)構(gòu)收縮應(yīng)力最大的地方給予較大的膨脹應(yīng)力。具體作法：加強帶一般設(shè)在后澆縫處。帶寬2M，帶的兩側(cè)分別架設(shè)密孔鐵絲網(wǎng)，目的是防止不同配比的砼流入加強帶內(nèi)。施工時，先澆帶外小膨脹砼（摻入10－12％UEA），澆到加強帶時，改用大膨脹砼（摻入14－15％UEA），該處砼強度等級比兩側(cè)砼高0.5個等級。如此連續(xù)澆筑下去，實現(xiàn)無縫施工。見圖4。
根據(jù)我院的《超長鋼筋砼結(jié)構(gòu)無縫設(shè)計與施工方法》（專利號93117132.6），已應(yīng)用于北京十三陵水庫九龍游樂宮（Φ49×12m）、北京當(dāng)代商城（90m×90m），北京西客站（主樓336m×102m），東西樓（187m×103m），廣州天匯大廈（90m×55m），釣魚臺國賓館酒店（100m×50m）福州長樂機場航站樓（348×36m）珠海拱北口岸廣場（245×190m，地下三層），武漢國際會展中心（243×153m，地下二層）等100多座超長地下建筑，以及超長樓面,獲得圓滿成功。補償收縮砼這一新的應(yīng)用技術(shù)為世界獨創(chuàng)，該方法已引起我國設(shè)計施工界的巨大關(guān)注，正在全國推廣。
3. 大體積結(jié)構(gòu)裂縫控制新方法
大體積砼工程因散熱降溫引起的冷縮比干縮更容易引起開裂，常規(guī)的溫控措施往往既復(fù)雜又費錢。吳中偉院士提出［2］：采用水化熱低，又有一定膨脹性能的補償收縮砼，同時加以適當(dāng)?shù)臏囟瓤刂疲陀锌赡茏龅郊冉?jīng)濟合理，又能有效地解決大體積砼的開裂問題。他提出的砼冷縮和干縮的聯(lián)合補償式見圖5。首先根據(jù)砼最大溫降值（℃）和砼的線膨脹系數(shù)α（通常取1×10－5/℃）計算最大冷縮值ST，同時考慮干縮值S2，最后選定適宜的限制膨脹率ε2和濕養(yǎng)膨脹時間t，對兩種收縮進行補償，當(dāng)（ε2－S2+εr）－ST=0或不超過極限拉伸εp，就能達到控制裂縫的目的。在這一理論指導(dǎo)下，我院以UEA膨脹劑，緩凝高效減水劑和粉煤灰或礦渣粉的“三摻”技術(shù)，在降低水泥熱的同時，通過UEA產(chǎn)生的前期膨脹以補償砼的冷縮，后期（14－60d）微膨脹以補償干縮，這種“抗”的方法較好地解決了大體積砼的裂縫控制問題。例如北京東方廣場底板（厚1.2-2.2m，局部5.1m，C40，S12），廣州天匯大廈底板（厚1.5-2.0m，C40，S10），青島中銀大廈底板（厚1.3-1.8m，C50，S12），上海世界貿(mào)易商城板（183×10l×1m，C40，S12），秦山核電站二期工程和西部衛(wèi)星發(fā)射井等大體積特種結(jié)構(gòu)，采用補償收縮砼獲得成功。
1－砼散熱冷縮變形和
氣溫變化引起的冷縮曲線
2－符合冷縮和干縮補償?shù)淖罱K變形曲線
ST－最大冷縮
D -最終變形
圖5 冷縮和干縮的聯(lián)合補償
砼收縮變形是砼的固有特性，試驗研究和大量工程實踐表明，從材料角度來看，只有采用膨脹水泥或摻膨脹劑的補償收縮砼，才能比較有效地解決砼硬化過程中的收縮裂縫難題。
(二) 結(jié)構(gòu)設(shè)計措施
王鐵夢在“工程結(jié)構(gòu)裂縫控制”[1]一書中，從結(jié)構(gòu)力學(xué)方面提出許多結(jié)構(gòu)設(shè)計措施，這里不詳述。我們根據(jù)大量工程實踐，提出補償收縮砼結(jié)構(gòu)設(shè)計措施，供設(shè)計界參考。
1.摻膨脹劑的補償收縮混凝土大多應(yīng)用于控制有害裂縫的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程。混凝土的膨脹只有在限制條件下才能產(chǎn)生予壓應(yīng)力。所以，構(gòu)造（溫度）鋼筋的設(shè)計對該混凝土有效膨脹能的利用和分散收縮應(yīng)力集中起到重要作用，結(jié)構(gòu)設(shè)計者必須根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)部位，采取相應(yīng)的合理配筋和分縫。以往絕大多數(shù)設(shè)計圖紙只寫混凝土摻入膨脹劑，強度等級，抗?jié)B標號。對混凝土的限制膨脹率沒有提出具體要求，造成膨脹劑少摻或誤摻，達不到補償收縮而出現(xiàn)有害裂縫。根據(jù)GBJ119規(guī)范要求，摻膨脹劑的補償收縮混凝土水中養(yǎng)護14d的限制膨脹率≥0.015%，相當(dāng)在結(jié)構(gòu)中建立的予壓應(yīng)力大于0.2MPa。實際上，混凝土的膨脹率最好控制在0.02～0.03%，填充用膨脹混凝土的膨脹率應(yīng)在0.035～0.045%。施工單位或混凝土攪拌站應(yīng)根據(jù)設(shè)計的要求，確定膨脹劑的最佳摻量，在滿足混凝土強度和抗?jié)B要求下，同時要達到補償收縮混凝土的限制膨脹率。只有這樣，才能獲得控制結(jié)構(gòu)有害裂縫的效果。所以，當(dāng)采用膨脹劑時，請結(jié)構(gòu)設(shè)計者在設(shè)計圖紙上注明：“采用摻膨脹劑的補償收縮混凝土，強度等級，抗?jié)B標號，水中養(yǎng)護14d的混凝土限制膨脹率≥0.015%（或更高些）”。
2．由于墻體受施工和環(huán)境溫濕度等因素影響較大，容易出現(xiàn)縱向收縮裂縫，混凝土強度等級越高，開裂機率越多。工程實踐表明，墻體的水平構(gòu)造（溫度）鋼筋的配筋率宜在0.4～0.6%，水平筋的間距應(yīng)小于150mm，采取細而密的配筋原則。由于墻體受底板或樓板的約束較大，混凝土脹縮不一致，宜在墻體中部或端部設(shè)一道間距為100mm、高1m的“水平暗梁”，水平構(gòu)造筋宜放在豎向受力筋的外側(cè)，這樣，有利于控制墻體有害裂縫的出現(xiàn)。
3．對于墻體與柱子相連的結(jié)構(gòu)，由于墻與柱的配筋率相差較大，混凝土脹縮變形與限制條件有關(guān)，由于應(yīng)力集中原因，在離柱子1～2m的墻體上易出現(xiàn)縱向收縮裂縫。工程實踐表明，應(yīng)在墻柱連接處設(shè)水平附加筋，附加筋的長度為1500～2000mm，插入柱子中200～300mm，插入墻體中1200～1600mm，該處配筋率提高10～15％。這樣，有利于分散墻柱間的應(yīng)力集中，避免縱向裂縫的出現(xiàn)。
4．結(jié)構(gòu)開口部和突出部位因收縮應(yīng)力集中易于開裂，與室外相連的出入口受溫差影響大也易開裂，這些部位應(yīng)適當(dāng)增加附加筋，以增強其抗裂能力。
5．對于超長結(jié)構(gòu)樓板，鑒于泵送混凝土的收縮值比現(xiàn)澆混凝土大20～30％，為減少有害裂縫（規(guī)范規(guī)定裂縫寬度小于0.3mm），可采用補償收縮混凝土澆筑，但設(shè)計上要求采用細而密的雙向配筋，構(gòu)造筋間距小于150mm，配筋率在0.6％左右，對于現(xiàn)澆混凝土防水屋面，應(yīng)配雙層鋼筋網(wǎng)，鋼筋間距小于150mm，配筋率在0.5%左右。樓面和屋面受大氣溫差影響較大，其后澆縫最大間距不宜超過50m。
6．由于地下室和水工構(gòu)筑物長期處于潮濕狀態(tài)，溫差變化不大，最宜用補償收縮混凝土作結(jié)構(gòu)自防水。大量工程實踐表明，與樁基結(jié)合的底板和大體積混凝土底板，用補償收縮混凝土可不作外防水。但邊墻宜作附加防水層。底板和邊墻后澆縫最大間距可延長至60m，后澆縫回填時間可縮短至28d。當(dāng)采用我院的無縫設(shè)計方法時，以膨脹加強帶替代后澆縫，可連續(xù)（或間歇）連續(xù)澆筑底板或樓板120m不留縫，但邊墻仍需以加強帶間距留后澆縫，28d后以大膨脹砼回填。
7．在設(shè)計推薦中，應(yīng)選用符合《砼膨脹劑》建材行業(yè)標準JC476-2001的砼膨脹劑，杜絕使用假冒偽劣的膨脹劑。
（三）施工技術(shù)措施
1．應(yīng)用于結(jié)構(gòu)工程的膨脹劑應(yīng)符合JC476-2001《混凝土膨脹劑》標準的規(guī)定。必須指出，近年我國膨脹劑的牌號較多，標準摻量也不一，還有假冒偽劣的膨脹劑也流入市場，用戶難以識別，有些工程用了膨脹劑達不到預(yù)期效果。所以，加強對膨脹劑質(zhì)量的檢測非常必要，為防范造假，GBJ119-2001規(guī)范規(guī)定：“用戶須對現(xiàn)場膨脹劑抽檢，品質(zhì)合格后方可使用，否則退貨”。也即確定用某家的膨脹劑后，用戶應(yīng)從倉庫中抽取20個不同部位的膨脹劑，混合后送當(dāng)?shù)貦z測單位或本公司試驗室，按廠家規(guī)定的標準摻量以JC476方法檢測到現(xiàn)場的膨脹劑品質(zhì)是否合格，合格者才能用，不合格者則退貨。
由于膨脹劑的品種和摻量不同，它與水泥、化學(xué)外加劑和摻合料存在適應(yīng)性問題。因此，要通過混凝土試配，確定各種原材料的選用，這些原材料必需符合國家有關(guān)標準的要求。
2．摻膨脹劑的混凝土配合比設(shè)計參照《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》。鑒于我國混凝土大多摻入粉煤灰、礦渣粉或沸石粉等摻合料，而膨脹劑可視為特殊摻合料，因此，規(guī)定膨脹混凝土（砂漿）的最低膠凝材料用量（水泥、膨脹劑和摻合料的總量），這與高性能混凝土配合比設(shè)計相適應(yīng)。水灰比改為水膠比更合理，其水膠比不宜大于0.5。
3．我國膨脹劑品種有10多個，按JC476標準規(guī)定，膨脹劑最大摻量（替代水泥率）不得超過12％。近年我國已研制生產(chǎn)低堿低摻量膨脹劑，其標準摻量為8％。因此，對于補償收縮混凝土，膨脹劑推薦摻量為8～12％，單位膨脹劑摻量≥30kg/m3。對于填充用膨脹混凝土，膨脹劑推薦摻量為10～15％，單位膨脹劑摻量≥40kg/m3。當(dāng)摻入粉煤灰等摻合料時，膨脹劑要分別取代水泥和摻合料。
考慮到抗?jié)B混凝土在滿足強度要求下，還應(yīng)達到設(shè)定的抗?jié)B等級，這要有足夠的水泥砂漿包裹集料，所以，其水泥用量應(yīng)比同等級的非抗?jié)B的混凝土的水泥用量高7％左右，從抗?jié)B耐久性要求，這樣比較科學(xué)合理。根據(jù)我國《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》，防水混凝土水泥用量不得低于320kg/m3（含膨脹劑），當(dāng)摻入摻合料時，水泥用量不應(yīng)低于280kg/m3。
由于我國水泥、砂、石摻合料和減水劑品質(zhì)各異，不管廠家提供的膨脹劑的標準摻量如何，用戶都應(yīng)按JC476標準檢驗進入工地的膨脹劑品質(zhì)是否合格，然后設(shè)計膨脹混凝土的配合比，按規(guī)范要求，砼水中14d的限制膨脹率≥0.015％，干空28d限制收縮率≤0.03％。。這就要求各混凝土攪拌站和建筑公司試驗室添置測定膨脹劑水泥砂漿和膨脹混凝土的限制膨脹率的儀器設(shè)備，以及有專門的檢驗 員，這樣才能檢測入庫膨脹劑品質(zhì)是否合格，配制的膨脹混凝土是否達到本規(guī)范的膨脹率要求。這是保證摻膨脹劑混凝土質(zhì)量的關(guān)鍵。
4．粉狀膨脹劑應(yīng)與混凝土其他原材料有序投入攪拌機中，膨脹劑重量應(yīng)按施工配合比投料，重量誤差小于±2％，不得少摻或多摻。考慮混凝土的勻質(zhì)性，其拌制時間比普通混凝土延長30s。
5．摻膨脹劑的混凝土澆筑方法和技術(shù)要求與普通混凝土基本相同，考慮結(jié)構(gòu)要達到抗裂防滲要求，要避免出現(xiàn)冷縫。混凝土的震搗必須密實，不得漏震、欠震和過震。在混凝土終凝以前，要用人工或機械多次抹壓，防止表面沉縮裂縫的產(chǎn)生，以免影響外觀質(zhì)量。后澆縫中雜物必須清除干凈，充分予濕，然后以填充用膨脹混凝土灌縫。
6．摻膨脹劑的混凝土要特別加強養(yǎng)護，膨脹結(jié)晶體鈣礬石（C3A?3CaSO4·32H2O）形成需要水，補償收縮混凝土澆筑后1－7d內(nèi)是膨脹變形的主要階段，應(yīng)特別加強澆水養(yǎng)護，7－14d仍需濕養(yǎng)護，才能發(fā)揮混凝土的膨脹效應(yīng)。如不養(yǎng)護或養(yǎng)護馬虎，就難以發(fā)揮膨脹劑的補償收縮作用。底板或樓板較易養(yǎng)護，能蓄水養(yǎng)護最好，一般用麻包袋或草席復(fù)蓋，定期澆水養(yǎng)護。墻體等立面結(jié)構(gòu)，受外界溫度、濕度和風(fēng)速影響較大，容易發(fā)生縱向裂縫。工程實踐表明，因混凝土澆筑完3～4d內(nèi)水化熱溫升最高，而抗拉強度很低，如果早拆模板，墻體內(nèi)外溫差較大而易于開裂。因此，墻體模板拆除時間宜不少于5d。墻體澆筑完后，應(yīng)從頂部設(shè)水管噴淋，模板拆除后繼續(xù)養(yǎng)護至14d。冬季施工不能澆水養(yǎng)護時，底板用塑料薄膜和保溫材料進行保溫保濕養(yǎng)護，而墻體帶模養(yǎng)護不少于7d，并進行保溫養(yǎng)護。
（四）維護措施
砼結(jié)構(gòu)澆筑完后，地下室應(yīng)盡早作柔性防水層和保護層，然后用三七灰土回填。對于地上結(jié)構(gòu)，尤其在北方進入冬季前，應(yīng)作好外墻維護結(jié)構(gòu)。對于層面工程，應(yīng)及時做好防水層和保溫層。出入口和通風(fēng)廊道在臺風(fēng)或氣溫驟降之前要臨時關(guān)閉或掛簾，這些都是防止環(huán)境溫差和風(fēng)速對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形裂縫的有效措施。應(yīng)引起施工和業(yè)主的重視。
五、建筑防水技術(shù)的新發(fā)展
防水工程是建筑中的一個重要組成部分，它又是一個相對獨立的系統(tǒng)。上面介紹了以控制裂縫為主的結(jié)構(gòu)自防水技術(shù)，下面則介紹結(jié)構(gòu)外圍的建筑防水一些新技術(shù)。
防水工程質(zhì)量的影響程度概括為：設(shè)計是前提，材料是基礎(chǔ)，施工是關(guān)鍵。作者根據(jù)實施的《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》GB50108-2001和《屋面工程技術(shù)規(guī)范》（GB50207-94），作簡要介紹。
（一）設(shè)計質(zhì)量保證措施
設(shè)計質(zhì)量對防水工程質(zhì)量起著決定作用。保證設(shè)計質(zhì)量的要素有以下幾個環(huán)節(jié)（圖6所示）。
防水工程設(shè)計質(zhì)量保證要素 圖6
戶市 范制 合 精 提 現(xiàn)施 工參
調(diào)場 標修 理 心 資供 場工 程與
研及 準訂 選 設(shè) 料設(shè) 分過 驗防
用 規(guī) 材 計 計 析程 收水
圖6所示幾大要素中，精心設(shè)計是直接要素。恰恰在這一環(huán)節(jié)上，目前尚存在問題，調(diào)查表明，由于設(shè)計選材不合理，設(shè)計內(nèi)容不具體造成建筑物滲漏的占滲漏工程的26％。提高設(shè)計質(zhì)量有以下技術(shù)措施。
1．遵循防水設(shè)計原則
地下防水工程：遵循“防排結(jié)合，剛?cè)峤Y(jié)合，因地制宜，綜合治理”的原則進行設(shè)計。地下工程防水耐久性在50－100年，應(yīng)以補償收縮砼結(jié)構(gòu)自防水為主，柔性防水層可采用防水卷材、防水涂料。
屋面工程：遵循“以防為主，防排結(jié)合，多道設(shè)防，整體密封”的設(shè)計原則。屋頂結(jié)構(gòu)層宜用補償收縮砼澆筑，防水層可用防水卷材或涂料。
廚房、衛(wèi)生間等屋內(nèi)防水：應(yīng)以防為主，防排結(jié)合，防水層宜用防水涂料。
2．正確劃分防水等級，堅持多道設(shè)防。
在防水設(shè)計之前應(yīng)根據(jù)建筑物的功能、用途、建造標準、重要程度等實際情況，合理確定防水等級，依據(jù)等級按規(guī)范進行防水設(shè)計。
我國已經(jīng)頒布的《屋面工程技術(shù)規(guī)范》（GB5020-94）和即將頒布的《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》，把建筑劃分四個防水等級，對不同等級建筑的防水設(shè)防都有明確要求，見表5、表6。不同防水等級的適用范圍見表7。地下工程防水設(shè)防見表8和表9。
一般情況下，防水設(shè)計應(yīng)按規(guī)范設(shè)防。地下工程是百年大計，不管何種防水等級，規(guī)范規(guī)定都以結(jié)構(gòu)自防水砼為第一防線，輔以柔性防水層。對于大體積砼底板，或樁板結(jié)構(gòu)的底板，可用摻膨脹劑的補償收縮砼澆筑而成，鑒于底板受溫差影響小，且養(yǎng)護條件好，該砼的抗裂防滲功能有保證，所以可不作外防水，但是，地下室邊墻受溫差影響大，易出現(xiàn)裂縫缺陷，宜用防水涂料作防水附加層。
屋面防水等級和設(shè)防要求 表5
項目 屋面防水等級
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ
建筑物類別 特別重要的民用建筑和防水有特殊要求的工業(yè)建筑 重要的工業(yè)與民用建筑、高層建筑 一般的工業(yè)與民用建筑 非永久性建筑
防水層 耐用年限 25年 15年 10年 5年
防水層 選用材料 宜選用合成高分子防水卷材、高聚物改性瀝青防水卷材、合成高分子防水涂料、細石防水混凝土等材料 宜選用高聚物改性瀝青防水卷材、合成高分子防水卷材、合成高分子防水涂料、高聚物改性瀝青防水涂料、細石防水混凝土、平瓦等材料 應(yīng)選用三氈四油瀝青防水卷材、高聚物改性瀝青防水卷材、合成高分子防水卷材、高聚物改性瀝青防水涂料、合成高分子防水涂料、瀝青基防水涂料、剛性防水層、平瓦、油氈瓦等材料 可選用二氈三油瀝青防水卷材、高聚物改性瀝青防水涂料、瀝青基防水涂料、波形瓦等
設(shè)防要求 三道或三道以上防水設(shè)防，其中應(yīng)有一道合成高分子防水卷材，且只能有一道厚度不小于2mm的合成高分子防水涂膜 二道防水設(shè)防，其中宜有一道卷材。也可采用壓型鋼板進行一道設(shè)防 一道防水設(shè)防，或兩種防水材料復(fù)合使用 一道防水設(shè)防
地下工程防水等級 表6
防水等級 標 準
一級 不允許滲水，結(jié)構(gòu)表面無濕漬。
二級 不允許漏水，圍護結(jié)構(gòu)和內(nèi)襯結(jié)構(gòu)表面可有少量、偶見濕漬。工業(yè)與民用建筑總濕漬面積不應(yīng)大于總防水面積（包括頂板、墻面地面）的1/1000，100m2防水面積的濕漬不超過1處，單個濕漬的最大面積不大于0.1m2。 其它工程：總濕漬面積不應(yīng)大于總防水面積的6/1000；任意100m2防水面積上的濕漬不超過4處，單個濕漬的最大面積不大于0.2m2。
三級 有少量漏水點，不得有線流和漏泥沙。 任意100m2防水面積上的漏水點數(shù)不超過8處，單個漏水點的最大漏水量不大于0.25L/m2·d，單個濕漬的最大面積不大于0.3m2。
四級 有漏水點，不得有線流和漏泥沙。 整個工程平均漏水量不大于2L/m2·d；任意100m2防水面積的平均漏水量不大于4L/m2·d。
地下工程不同防水等級的適用范圍 表7
防水等級 適 用 范 圍 工 程 舉 例
一級 人員長期停留的場所；因有少量、偶見濕漬會使物品變質(zhì)、失效的貯物場所及嚴重影響設(shè)備正常運轉(zhuǎn)和危及工程安全運營的部位；極重要的戰(zhàn)備工程。 住宅、文物庫、電站控制室、指揮工程、軍事地下庫等。
二級 人員經(jīng)常活動的場所；在有少量、偶見濕漬的情況下不會使物品變質(zhì)、失效的貯物場所及基本不影響設(shè)備正常運轉(zhuǎn)和工程安全運營的部位；重要的戰(zhàn)備工程。 一般生產(chǎn)車間、一般公路隧道拱部、人員掩蔽工程等。
三級 人員臨時活動的場所；一般戰(zhàn)備工程。 非電氣化鐵路隧道、一般公路隧道側(cè)墻等。
四級 對滲漏水無嚴格要求的工程。 自流污水排放隧道、涵洞等。
明挖法地下工程防水設(shè)防 表8
工程部位 主 體 施 工 縫 后 澆 帶 變形縫、誘導(dǎo)縫
防 水 措 施 防 水 混 凝 土 防 水 砂 漿 防 水 卷 材 防 水 涂 層 金 屬 板 防 水 板 平 縫 遇水 膨脹 止水條 中 埋 式 止 水 帶 外 貼 式 止 水 帶外 抹 防 水 砂 漿外 涂 防 水 涂 層膨 脹 混 凝 土 平 縫 或 企 口 縫外 貼 式 止 水 帶防 水 嵌 縫 材 料中 埋 式 止 水 帶外 貼 式 止 水 帶可 卸 式 止 水 帶防 水 嵌 縫 材 料防 水 卷 材 外 涂 防 水 涂 層防 水 等 級一級應(yīng)選應(yīng)選二至三種應(yīng)選應(yīng)選二至三種應(yīng)選應(yīng)選二至三種應(yīng)選應(yīng)選二至三處
二級 應(yīng)選 應(yīng)選二種 應(yīng)選 應(yīng)選一至二種 應(yīng)選 應(yīng)選一至二種 應(yīng)選 應(yīng)選一至二種
三級 應(yīng)選 宜選一種 應(yīng)選 宜選一至二種 應(yīng)選 宜選一至二種 應(yīng)選 宜選一種
四級 應(yīng)選 - 應(yīng)選 宜選一種 應(yīng)選 宜選一種 應(yīng)選 宜選一種
暗挖法地下工程防水設(shè)防 表9
工程部位 主 體 內(nèi) 襯 砌 施 工 縫 內(nèi)襯砌的變形縫、誘導(dǎo)縫
防 水 措 施 復(fù) 合 式 襯 砌 離壁 式襯 砌、 襯套 貼 壁 混 凝 土 噴 射 混 凝 土 外貼 式止 水帶 遇水 膨脹 止水 條 防 水 嵌 縫 材 料 中 埋 式 止 水 帶 外 涂 防 水 涂 層 中埋 式止 水帶 外貼 式止 水帶 可卸 式止 水帶 防 水 嵌 縫 材 料
防 水 等 級 一級 應(yīng)選一種 — 應(yīng)選二種 必選 應(yīng)選二至三種
二級 應(yīng)選一種 應(yīng)選一至二種 必選 應(yīng)選一至二種
三級 — 應(yīng)選一種 宜選一至二種 應(yīng)選 宜選一種
四級 應(yīng)選一種 宜選一種 應(yīng)選 宜選一種
原規(guī)范砼抗?jié)B標號選用表是參照水工砼的有關(guān)規(guī)定制定的，是按最大作用水頭（Ｈ）對建筑物最小壁厚（h）之比來確定，見表10。通過長期工程實踐表明，以H/h比值設(shè)計抗?jié)B等級與實際有很大差距，往往選用的抗?jié)B標號等級偏高，這不但造成工程成本加大，而且砼的水泥用量提高而增加了水化熱，對抗裂不利。因此，新標準改為以工程埋置深度作為設(shè)計選用抗?jié)B等級，見表11。
原規(guī)范抗?jié)B標號選用表 表10
水力梯度（H/h） 設(shè)計抗?jié)B標號
10－15 Ｓ8
15－20 Ｓ12
25035 Ｓ16
>35 Ｓ20
修改后規(guī)范抗?jié)B等級選用表 表11
工程埋置深度（m） 設(shè)計抗?jié)B等級
<10 S6
10-20 S8
20-30 S12
30-40 S14
屋面不宜做剛性防水，成功率低。柔性防水層大多做在保溫層上。近年來，倒置式屋面是防水層做在保溫層之下，見圖6、圖7。這種節(jié)能型保溫防水屋面已列入規(guī)范中。
另一種為斜堆屋面，造型美觀、多樣化。斜坡屋面結(jié)構(gòu)防水砼為斜面澆筑，其上涂抹聚合物水泥基防水涂料（不宜用防水卷材），然后作掛瓦條，最后掛琉璃瓦或波形瓦。
（二）合理選用防水材料
調(diào)查表明，由于材料質(zhì)量問題造成滲漏比例占22％，說明把好防水材料質(zhì)量關(guān)是十分重要的，要從設(shè)計生產(chǎn)和施工三個環(huán)節(jié)把關(guān)。
設(shè)計者應(yīng)根據(jù)不同結(jié)構(gòu)部位選用不同的防水材料；生產(chǎn)單位要按標準生產(chǎn)防水材料；施工和質(zhì)檢部門要在現(xiàn)場抽檢，防止使用假冒偽劣產(chǎn)品。
圖7 圖8
近年來，我國研制許多新型建筑防水材料，建設(shè)部提出21世紀主要發(fā)展環(huán)保型的無毒無害的防水材料，淘汰如石油瀝青紙?zhí)ビ蜌帧Ｏ拗剖褂肞VC煤焦油柔性油氈，塑料煤焦油油膏，建筑防水粉（如憎水粉、拒水粉），氰凝，雙組分煤焦油聚胺酯防水涂料等有害人身和污染環(huán)境的落后產(chǎn)品。1998年建設(shè)部發(fā)出10號公告推薦13種防水材料：聚脂胎的SBS、APP改性瀝青卷材、三元乙丙、氯化聚乙烯橡塑共混、PVC防水卷材；聚合物水泥基復(fù)合防水涂料、石油瀝青聚胺脂涂料、丙烯酸涂料、硅橡膠涂料、硅酮密封膠、聚胺酯密封膠、水性丙烯酸密封膠、遇水膨脹橡膠止水帶等。我國建筑防水材料使用情況見表12，由此可見，目前我國大多使用低檔次的紙?zhí)r青油氈和煤焦油瀝青聚胺脂涂料（851涂料），由于它們使用壽命短和污染環(huán)境，將逐步淘汰。今后主要推廣高分子片材和聚合物水泥基防水涂料（JS涂料），JS防水涂料與聚胺酯涂料相比，主要優(yōu)點在于無毒無味和可濕作業(yè)，在歐洲、北美、日本已大量使用，這種環(huán)保型涂料我國在近五年起步，方興未艾。 我國建筑防水材料使用情況 表12
種類 1994年 1995年 1996年 1999年
實際 比例
紙?zhí)ビ蜌?nbsp;84000萬m2 82
改性油氈 2500萬m2 7.37 3000萬m2 3500萬m2 4500萬m2
高分子片材 1600萬m2 4.71 2000萬m2 2000萬m2 3000萬m2
防水涂料 13萬噸 5.47 15萬噸 16萬噸 18萬噸
我國南方建筑外墻漏水問題相當(dāng)嚴重，廣東省DDJ15-97《建筑防水工程技術(shù)規(guī)范》中首次規(guī)定外墻需要專門設(shè)計防水層。防水層宜用摻具有補償收縮的抗裂防水劑水泥砂漿或聚合物水泥砂漿，飾面膠結(jié)層宜用聚合物水泥基防水涂料或聚合物水泥砂漿。一個兩全其美的方法。就是只要打底層很平整，防水層不用單獨做，用聚合物水泥基（1：2）防水涂料直接粘貼飾面層，把粘結(jié)層與防水層合二為一，粘結(jié)效果好，防水效果也不降。
填滿窗（框）與外墻之間的空腔，目前最有效的方法有兩種：用聚合物水泥基（1：3）密封材料和發(fā)泡硬質(zhì)聚胺酯灌漿嵌縫。
對于外墻飾面層，國外已逐漸棄用飾面磚，在平直光滑的砼外墻上，直接做彩色防水涂料，主要用丙烯酸涂料。我國已有該類化學(xué)建材，今后要大力發(fā)展。
（三）保證防水工程施工質(zhì)量的技術(shù)措施
即使設(shè)計合理，材料也是高質(zhì)量的，但施工不當(dāng)也是無濟于事。調(diào)查表明，由于施工不當(dāng)造成滲漏占46％。所以，施工是保證防水工程質(zhì)量的關(guān)鍵。
從圖8可以看出，防水工程質(zhì)量是涉及諸多方面。在設(shè)計合理和材質(zhì)保證的前提下，施工的技術(shù)準備和施工過程的正確操作，以及掌握一定技巧是必須的。每種防水材料都應(yīng)按相應(yīng)工法進行精心施工，例如，改性瀝青防水卷材熱熔工法、合成高分子防水卷材冷粘工法、防水涂料施工工法、UEA補償收縮砼防水工法（YJGF22-92）等。特別要精心處理好細部節(jié)點。這里不一一介紹。
防水工程施工質(zhì)量保證體系
施工隊伍 施工機具 原材料控制 施工過程 工程指揮部驗收 總體驗收
個 個 防 制 施 施 正 按 施 根 嚴 施 標 驗 標 驗
人 人 水 定 工 工 確 設(shè) 工 據(jù) 格 工 準 收 準 收
培 持 施 施 機 機 使 計 前 標 按 過 及 及
訓(xùn) 證 工 工 具 具 用 要 制 準 施 程 方 方
上 隊 工 研 制 求 定 檢 工 質(zhì) 法 法
崗 伍 法 究 作 購 材 驗 規(guī) 量
資 材 料 范 管
質(zhì) 檢 設(shè) 理
等 驗 計
級 辦 要
證 法 求
書
（四）重視防水工程的維護
工程驗收后交業(yè)主使用，但有些業(yè)主不重視建筑防水的維護，例如在屋面上亂堆雜物，排水不暢，鑿孔做廣告牌，廁浴間亂翻新等。有機防水材料存在老化破裂問題，不能一勞永逸，業(yè)主要定期檢查，要進行翻修，以免滲漏。以往大多大揭蓋、清除十分麻煩。現(xiàn)在推出的聚合物水泥基防水涂料可直接在失效的防水層涂膜，粘結(jié)牢靠，防水耐用期10－15年，施工簡便、滲漏的浴廁間，地下室也可用這種涂料修補完好。
六、結(jié)語
隨著我國建筑工程規(guī)模的快速發(fā)展，鋼筋砼結(jié)構(gòu)裂縫出現(xiàn)機率增多，已引起政府和工程界的關(guān)注。其原因是多方面的，結(jié)構(gòu)裂縫控制是門邊緣科學(xué)，也是一個系統(tǒng)工程，必須從材料、設(shè)計、施工和維護四個方面綜合解決。本文著重從水泥砼收縮開裂的原因分析，提出摻膨脹劑的補償收縮砼是減免結(jié)構(gòu)有害裂縫一個重要措施，并提出相關(guān)的設(shè)計和施工方面的措施，可供工程界參考。至于荷載裂縫的控制，請結(jié)構(gòu)設(shè)計師從結(jié)構(gòu)力學(xué)方面多多考慮。
地下工程防水應(yīng)以結(jié)構(gòu)自防水為主，剛?cè)峤Y(jié)合，防排結(jié)合。近年我國建筑防水材料發(fā)展較快，品種繁多，落后產(chǎn)品應(yīng)淘汰，應(yīng)多采用環(huán)保型防水材料，從耐久性出發(fā)，高分子防水卷材和聚合物水泥基復(fù)合防水涂料的應(yīng)用是個方向。合理的設(shè)計和精心施工，以及執(zhí)行防水工程質(zhì)量保證期制度，是徹底解決建筑物滲漏的重要手段。我們相信，認真貫徹我國制定的地下工程和屋面工程技術(shù)規(guī)范，堅決執(zhí)行有關(guān)法規(guī)制度，大力推廣新材料和新技術(shù)，一定能全面提高我國建筑結(jié)構(gòu)和防水工程質(zhì)量。
本文不妥之處請專家們批評指正。
參考文獻：
（1）王鐵夢，《工程結(jié)構(gòu)裂縫控制》，中國建筑出版社，1997。
（2）吳中偉，《膨脹混凝土》中國鐵道出版社，1991。
（3）游寶坤，《建筑結(jié)構(gòu)裂滲控制新技術(shù)》中國建材出版社，1998。
防水工程設(shè)計與施工，全國防水技術(shù)專業(yè)委員會六屆學(xué)術(shù)年會論文集，2000年，天津。
作者簡介：
游寶坤：
中國建筑材料科學(xué)研究院教授級高級工程師。國務(wù)院特津?qū)＜遥型翆W(xué)會砼外加劑專委員會副主任委員，中國建筑學(xué)會防水技術(shù)委員會委員。北京中巖特種工程材料公司總工，UEA、ZY膨脹劑主要發(fā)明人，《混凝土膨脹劑》標準JC476-2001，《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》GBJ119-2001主要負責(zé)人員。
李光明：
中國建筑材料科學(xué)研究院高級工程師，北京中巖特種工程材料公司副總工，UEA-H、ZY膨脹劑主要發(fā)明人，《混凝土膨脹劑》標準JC476-2001，《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》GBJ119-2001參加人員。
黃春江：
中國建筑材料科學(xué)研究院高級工程師，北京中巖特種工程材料公司總經(jīng)理， ZY膨脹劑主要發(fā)明人，《混凝土膨脹劑》標準JC476-2001，《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》GBJ119-2001參加人員。
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