地下结构防水材料应用技术

唐本涪，杨 勇

（上海市建设工程监理有限公司，上海 200080）

1 地下防水工程概述

在建筑业领域，防水工程是至关重要的分部(子分部)工程，尤其是地下防水更凸显出举足轻重的地位。一旦出现渗漏，不但施工难度大，还会影响建筑功能和使用要求，需耗费巨资进行堵治，导致社会效益和经济效益的双重损失。

因地制宜、多重设防、刚柔相济，是地下防水技术实践经验的总结，也是合理确定防水方案必须遵循的原则。而防水材料的科学选用，则是防水工程首当其冲的关键一环。地下结构所采用的防水材料一般为防水混凝土、防水砂浆、防水卷材和防水涂料等。

本文结合在建的某超高层大型项目，就地下结构防水材料的应用，在技术层面上进行简要的分析与探讨。

2 工程概况

该项目位于长江之滨，与其水力联系十分紧密，承压水头标准高度年变化幅度达 4 m 以上。本工程塔楼地下室 6层，基础底板总面积 36000 m2，埋深 23 m～31 m，底板厚度1.2 m～5 m，其地下连续墙同时又作为地下室结构外墙，对地下结构防水要求很高，为1 级防水等级。

3 防水混凝土的应用

防水混凝土是利用混凝土自身的密实性而具有一定防水功能的混凝土结构形式。作为地下结构的一种主要防水材料，已成为地下防水工程之首选，其品种主要有普通防水混凝土、外加剂防水混凝土和新型防水混凝土。

3.1 普通防水混凝土

普通防水混凝土应用技术在我国已有 50多年的历史，是以调整和控制混凝土配合比各项技术参数而获得最小孔隙率来提高混凝土的抗渗性能。通过精确的混凝土配合比设计计算以及试配的方法，求得符合设计要求的防水混凝土的最佳配合比。

3.2 外加剂防水混凝土

根据地下工程结构特点和施工工艺等对防水混凝土的具体要求，在混凝土中掺入引气剂、减水剂、三乙醇胺、氯化铁等外加剂，使水泥水化更充分，水泥石结构更密实，从而提高混凝土的抗渗性。

孔隙和裂缝是混凝土自身的缺陷，也是混凝土结构产生渗漏水的两大主因，而在普通混凝土中掺入适量膨胀剂配制而成的补偿收缩混凝土，能同步抑制因孔隙和裂缝导致混凝土渗漏的弊端。它在硬化初期，由于水泥水化生成物结晶体体积增大而产生膨胀，将水泥石中的孔隙填充，并堵塞、切断混凝土内连通的毛细孔道。同时，由适度膨胀产生的限制收缩应力(自应力)可大致抵消混凝土在干缩、徐变时产生的拉应力，使混凝土的拉应变值小于所允许的极限拉伸变形值或接近于零，因而混凝土可减少或不出现裂缝。该混凝土优异的特性在建筑工程的地下防水结构中获得广泛应用，并应用于UEA 无缝设计施工新技术中。

本工程地下连续墙和大而厚的基础底板的结构防水材料即采用补偿收缩混凝土。

3.3 新型防水混凝土

随着社会的进步，建筑物不断向高、长、宽和地下空间发展，大体积、大尺寸、形状复杂的混凝土结构使其内应力增加，裂缝增多。作为地下结构的一种主要防水材料的防水混凝土，其抗裂性尤显重要。因此，纤维抗裂防水混凝土、自密式高性能防水混凝土、聚合物防水混凝土等新型改性防水混凝土应运而生，迅速发展。

纤维抗裂防水混凝土中所加入的纤维，可阻止混凝土在水化时生成的细微裂缝的连通而达到抗裂效果，它是诸多混凝土改性技术中进展最大、效果最明显的应用技术之一。

自密式高性能防水混凝土选用萘系高效减水剂作为外加剂。它具有高强度、高流动性、高抗渗性和低体积收缩性，可避免因振捣不足或不便振捣而造成的混凝土空洞、蜂窝、麻面等缺陷，适用于浇筑量大、筋密、形状复杂或浇筑困难的地下防水工程，是防水混凝土应用技术的一个发展方向。

聚合物防水混凝土中的聚合物增加了同水泥水化产物的粘结强度，减少了混凝土裂缝，使抗渗性能显著提高，其潜能和作用不可低估。

4 防水砂浆的应用

水泥砂浆抹面防水历史悠久，施工方便，价格低廉，被土木建筑领域广泛采用。它是一种刚性防水层，但质脆、韧性差，在湿度和温度的变化下易产生空鼓、开裂现象。为了克服这一缺陷，在普通水泥砂浆中掺入不同类别的防水剂，可有效提高砂浆抹面防水层的抗渗能力。

4.1 掺小分子防水剂的防水砂浆

在普通水泥砂浆中掺入氯化物金属盐类无机质或有机硅等这些小分子物质，经化学反应生成的化合物、晶体、胶体、能够填充水泥水化过程中形成的毛细孔道和裂隙。有机类的反应生成物还可降低水的表面张力，形成憎水层，呈现所谓“反毛细管效应”，从而有效地增加水泥砂浆的密实度，提高其水密性、疏水性、抗渗性。

4.2 掺塑化膨胀剂的防水砂浆

在普通水泥砂浆中掺入塑化膨胀剂(膨胀剂复合减水剂)，可减少砂浆拌合用水量，并使其在水化反应的早、中期产生化学自应力作用，补偿砂浆因温度和湿度变化而引起的收缩，达到防止砂浆空鼓、开裂的作用。

本工程在地下连续墙内侧设置通长的内衬砖墙砌体，内壁抹面做防水防潮处理，采用掺硫铝酸钙型塑化膨胀剂防水砂浆，其净浆及砂浆的配合比如表1。

表1 净浆及砂浆的配合比

4.3 聚合物水泥防水砂浆

聚合物水泥防水砂浆与聚合物水泥混凝土防水机理相似，普通水泥砂浆中掺入不同类型的聚合物，不但可提高砂浆的抗渗性，还可提高其粘结性，增加抗折、抗拉强度及早期强度。

此外，还有合成纤维聚合物和钢纤维聚合物水泥防水砂浆。因纤维的弹性模量大，在聚合物水泥硬化体中呈三维无规则分布，分散了其内应力，进一步提高了砂浆的抗裂能力，防水效果更胜一筹。

5 卷材防水的应用

20 世纪 80年代以来，新型防水卷材及其应用技术发展迅猛，它具有重量轻、抗拉强度高、延伸率大、耐候性好，使用温度幅度大，寿命长、污染小等优点，已取代传统的“二毡三油”，是防水卷材应用技术的突破性成果。

卷材防水层适用于受侵蚀性介质作用或受振动作用的地下工程防水结构，主要有高聚物改性沥青防水卷材和合成高分子防水卷材两大类。

5.1 高聚物改性沥青类防水卷材

高聚物改性沥青类防水卷材以合成高分子聚合物(如SBS、APP、APAO、丁苯胶等)改性沥青为涂盖层，纤维织物或纤维毡为胎体，粉粒状、片状或薄膜材料为覆面材料制成。

本工程地下室采用热熔型 SBS 改性沥青防水卷材，铺设在结构底板垫层上表面和地下连续墙外表面，以形成结构底板、侧墙以至墙体顶端以上外围的外包封闭防水层，其主要物理性能如表2。

表2 高聚物改性沥青类防水卷材主要物理性能

5.2 合成高分子防水卷材

合成高分子防水卷材以合成橡胶、合成树脂或其共混体为基料，加入适量的化学助剂和填充料，经不同工序加工而成；或将上述材料与合成纤维等复合形成多层防水卷材。主要类型有：硫化橡胶类、非硫化橡胶类、合成树脂类和纤维胎增强类。其主要物理性能见表3。

表3 合成高分子防水卷材主要物理性能

6 涂料防水的应用

防水涂料是无定形材料经现场制作、涂覆，可在结构物表面固化形成具有防水能力的膜层材料。它的优点是使形状复杂、节点繁多的作业面操作简单、易行，防水效果可靠；可形成无接缝的连续防水膜层；使用时无需加热。缺点是成型受环境温度制约；其力学性能受成型环境温度与湿度影响；受基面平整度影响，膜层有薄厚不均的现象。

6.1 水乳型氯丁橡胶沥青涂料

水乳型氯丁橡胶沥青涂料多是阳离子水乳型产品，属聚合物改性沥青涂料，兼有橡胶和沥青的双重优点，成本低，无毒、无燃爆，施工时无环境污染。

6.2 反应型聚氨脂防水涂料

反应型聚氨脂防水涂料属高分子防水涂料，适用于地下室结构外防水，涂刷在地下室结构面上，所形成的涂膜防水层能够适应结构改变。本工程地下室顶板涂刷单组份聚氨脂防水涂料，其力学性能显现出橡胶材料特性，在很宽的温度范围内具有较高的伸长率和抗拉强度，涂层致密，具有优良防水抗渗性、弹性及低温柔性，主要性能如下：固体含量＞94%；拉伸强度≥1.65 MPa；断裂延伸率≥350%；柔度-30℃；不透水性 0.3 MPa，30 min 不渗漏。

6.3 硅橡胶防水涂料

硅橡胶防水涂料是以硅橡胶乳液及其他乳液的复合物为主要基料，掺入无机填料及各种助剂配制而成，属高分子防水涂料，兼有涂膜防水和浸透性防水材料两者的优良性能，具有良好的防水性、渗透性、成膜性、弹性、粘结性和耐高低温性。

6.4 水泥基渗透结晶型防水涂料

水泥基渗透结晶型防水涂料是以硅酸盐类水泥、石英砂等为基料，掺入活性化学物质组成的刚性防水涂层材料。它可向混凝土内部渗透，在混凝土中形成不溶于水的结晶体，填塞毛细孔道，从而使混凝土致密、防水。其技术特点是无毒，无味，无污染，运输储存、施工方便，具有裂缝自愈能力，能承受一定的外力作用。缺点是无抗变形能力，适用于地下工程结构防水。

7 特殊部位构造防水材料的应用

止水带是地下工程特殊部位必用的防水材料，形状多样，它可以阻止大部分地下水沿沉降缝进入室内，当缝两侧建筑沉降不一致时可以变形，继续起止水作用；而沉降缝中一旦渗水，可以此为衬托，进行堵漏修补。使用较多的是橡胶止水带。

7.1 施工缝

本工程地下室混凝土结构施工缝采用水泥基渗透结晶型防水涂料并铺设遇水膨胀止水条。在地下连续墙与底板连接位置，沿地连墙周边设置两道遇水膨胀橡胶止水条，并预埋注浆管。同时将垫层面上的防水系统延伸至地连墙保护层，在地连墙顶端的混凝土压顶梁上安装4 mm 厚镀锌止水钢板。

7.2 变形缝

本工程在底板变形缝处设置中埋式橡胶钢板止水带，两侧预贴聚苯乙烯泡沫板。

7.3 后浇带

本工程在相邻两幅地连墙槽段接头位置和底板上设后浇带，采用外贴式止水带。

8 结 语

综上所述，随着我国社会主义市场经济的发展和建筑技术的进步，人们对工业生产、公用设施以及住宅建筑的功能需求日益增高，建筑造型趋向功能化、个性化、多样化，对防水材料的要求越来越高，不但要求有卓越的防水性能，而且要求有优良的环保性能，使得基于无机材料和高分子合成材料的建筑材料科学不断发展，新材料，新技术、新工艺层出不穷。地下结构防水工程应用技术由单一防水向多重设防、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；加之国外产品不断涌进国内市场，它们的推广应用无疑将促使我国地下防水应用技术水平有新的飞跃和提高。最后必须指出的是，施工质量的优劣直接影响着防水材料的抗渗功能，因此，精良的施工是地下结构防水材料应用技术的根本保证。