建筑物混凝土结构自防水方式的试验探究

王嵩

（辽宁省水资源管理集团有限责任公司，辽宁 沈阳 110003）

国内建筑物建设规模及工程体量普遍较大，地下结构作为根基是影响整体质量的关键。为确保建筑物系统稳定性及整体品质，地下建筑物的防水质量尤为重要。统计发现，在我国有超过80%的建筑遭受着不同程度渗漏水的侵害与影响，而地下建筑物的渗漏水现象则尤为突出，并逐渐成为影响建筑质量的主要因素之一。地下室渗漏问题主要集中在混凝土后浇带、施工缝、底/顶板、剪力墙裂缝，以及混凝土疏松、振捣不充分等结构部位[1，2]。目前，传统建筑薄膜卷材防水技术（“雨衣式/面式”），由于其施工繁琐、复杂防水节点多、处理难度高、耐久性差，与此同时，施工过程中的搭接缝多、底板卷材容易开裂，极易导致“串水”而造成整个防水系统失效，而且后期维修难度大、成本高、耗时长。因此，研究一种新型的综合防水技术与方案显得尤为必要。

1 方案设计

对比传统防水方式及其施工材料因素造成的防水失效问题，在水利工程及建筑防水施工中，拥有抗渗性能的混凝土起到至关重要的作用。建筑物结构混凝土性能劣化，究其原因主要为长期处于恶劣的自然环境中（如严寒、临海地区等），而冻融劣化破坏、氯离子和硫酸根离子腐蚀等被认为是影响混凝土耐久性的主要因素[3，4]。本文从建筑物结构本身出发，从提高混凝土结构综合性能的角度出发，以一种“内掺+外涂”的施工方式，添加新型纳米防水材料，有效提升混凝土的整体力学性能，达到综合防水的效果和目的，以改善并解决地下渗漏水问题，确保建筑物整体防水系统及结构本身质量安全、使用寿命可靠。

2 材料选用

2.1 SJ自愈型无机增殖剂

SJ自愈型无机增殖防水剂是以无定形活性硅为主，辅以水化热抑制成分和微膨胀剂的天然无机防水材料，具有增密、防裂、抗渗、裂缝自愈、提高耐久性等功能。这种特殊的活性硅增殖防水剂，是借助空气中的水分或建筑物结构内部水源，使其与水泥中的氢氧化钙反应，生成不可溶的枝蔓状水化硅酸钙晶体，填充至混凝土内部渗水通道及毛细孔隙中，遏止游离态氢氧化钙的流失。随着硅酸钙结晶体的不断重复繁殖，混凝土的密实度得到不断增强，在提高其耐久性的同时，使其温度裂缝、收缩裂缝得到了自愈，形成了高密性、不透水躯体结构，从而达到了永久性的结构防水。反应原理：X-SiO3+mCa（OH）2+nH2O→mCaO·SiO2·nH2O+X-OH。

2.2 纳米硅酸盐浸透性改质剂

清华大学技术团队研发的SK纳米硅酸盐浸透性改质剂[5-8]，可以深入渗透到混凝土内部3～5 cm，内含纳米级硅离子可以跟混凝土中的钙离子发生化学反应，抑制碳酸气体、氯离子及水等劣化因子的侵入，提高混凝土密实性和强度，延长结构寿命。

3 混凝土抗渗性测试

3.1 试验方法

为探究SJ无机增殖剂（内掺型）和SK纳米硅酸盐溶液（外涂型）单独或共同使用对混凝土抗渗性能的影响，现设定基准、内掺、外涂和内掺+外涂共4组进行对比试验测试。

试验测试方法按T/CECS 848-2021《无机水性渗透结晶型材料应用技术规程》有关规定执行：所有试件标准养护至28 d，一半试件作为基准组留置于标养室继续养护至36 d；另一半试件作为受检试件从养护室取出，放置于温度为（20±2）℃、相对湿度为（60±5）%的恒温恒湿环境中养护1 d，然后在受检试件的迎水面下方垫不锈钢条，朝下在SK溶液中浸泡1 d，液面应高出试件10 mm以上，取出后，用滤纸抹去表面附着液，继续标准养护6 d备用。按照GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》有关规定进行试验[9]，并测定平均渗透高度。

3.2 混凝土配合比

参与测试各组试件的混凝土配合比，按照T/CECS 848-2021要求进行，具体如表1所示。

表1 试验各组混凝土配合比

3.3 试件成型及养护

抗水渗透压力试验用混凝土试件尺寸为上表面直径175 mm，下表面直径185 mm，高150 mm的圆台体，浸泡及养护按照GB/T 50082-2009要求进行：基准组和内掺组标准养护36 d（28 d+1 d+1 d+6 d）；外涂组和内掺+外涂组标准养护28 d，室内干养护1 d，SK溶液中浸泡1 d（成型面向下，且浸入液面高出试件不少于10 mm），取出后标准养护6 d。

3.4 结果及分析

内掺SJ无机增殖剂和外涂SK纳米硅酸盐溶液对基准混凝土抗水压渗透性能影响的试验研究，结果如表2所示。

表2 对基准混凝土抗水渗透压力的影响结果

同配合比参数条件下，表2试验结果表明：1）基准混凝土外涂SK溶液，渗透高度比为46%，即渗水高度降低54%；2）基准混凝土掺加无机增殖剂或和外涂SK溶液共用后，内掺组无机增殖剂渗透高度比为82%，即渗水高度降低18%；3）无机增殖剂和外涂SK溶液复合使用后渗透高度比为39%，即渗水高度降低61%。由此得出，内掺SJ无机增殖剂和外涂SK溶液对基准混凝土的抗水渗透性能均有不同程度的提高，其中以两者复合使用时的抗渗性能改善最为显著。

4 混凝土致密性测试

通常情况下，混凝土表面抗压强度与其致密性成正相关，混凝土越密实，其抗压强度越高。与此同时，混凝土致密性的增强，也就意味着其内部细微缝隙的减少及抗渗能力的增强[10]。为再次验证SK纳米硅酸盐溶液对混凝土表面抗渗性能的影响，现单独设置空白组及外涂试验组，通过测试混凝土外表面抗压强度的变化来间接推断其结构致密性及抗渗性的变化。试件制备与上文相同。基准空白组与喷涂1遍、喷涂2遍SK纳米硅酸盐溶液后，混凝土强度的测试结果见表3，图1，2。

图1 回弹强度增长值

表3 混凝土强度回弹测试值 MPa

测试结果表明：喷涂SK纳米硅酸盐溶液以后，混凝土表面回弹强度相比于空白组，1周后强度迅速提升，4周后强度增长速率放缓但仍在增长；6周后，空白组强度增长率仅为3.29%，喷涂1遍的增长率为14.28%，喷涂2遍的增长率为15.32%，且在测试期间一直保持增长态势。由此可知，混凝土表面使用SK溶液后养护时间越长，材料渗透深度越深，混凝土强度越大；继而得出，其致密性及抗渗防水性能，也随着SK溶液的使用而增强，且材料的渗透深度越深，混凝土结构的自防水性能越强。

图2 回弹强度增长率

5 结语

普通防水材料的使用寿命远不及结构混凝土自身，为改善依靠建筑物表面“贴皮式”抗渗防护的传统做法，本文提出的“内掺+外涂”式结构自防水，一方面通过混凝土拌合添加无机增殖剂，修复其内部结构细微裂缝；另一方面通过外涂纳米硅离子溶液的方式，改善混凝土表面密实性、抑制结构表面裂缝的产生，提高混凝土的抗折抗压、耐腐蚀、抗冻融、抗氯离子等耐久性能。内外结合，有效避免了传统防水的弊端，达到永久抗渗、综合提高建筑物整体防水及使用寿命的良好效果。