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地下混凝土工程的防水機理及其防水工程之涵義
發布時間：2014-07-15
近十余年來，我國采用混凝土的地下工程建設飛速發展，但地下工程的防水質量卻在不斷下降：綜合多項統計表明，我國近年混凝土地下工程滲漏率竟高達65%-80%。自1991年我國實施“治理屋面滲漏”和“提高防水工程質量”政策以來，我們為改善地下工程防水質量做了大量工作，各種嚴厲措施也執行至今，但工程滲漏率卻屢創歷史新高、市場依然混亂。
地下混凝土工程防水質量之所以舊貌難改，主要原因還是在于科學發展觀念薄弱以及與國際脫節。面對當前狀況，除了要繼續大力提升防水材料質量，我們似乎還應關注在防水技術和管理機制等方面是否還存在一些更深層次的問題。歷史證明，面對任何技術，找到一種健康的發展模式和正確定位的制度，將比盲目追求數字上的突破更有意義。
我國地下工程混凝土防水技術的發展歷程
結構本體防水技術發展階段(1950年以前)。
在此期間，地下工程結構主要采用磚、石結構，地下工程防水采取結構本體防水技術。當時采用的工藝主要是在結構施工中盡量縮小砌塊間隙，砌塊之間做到緊密銜接，同時采用性能優良的接縫黏結料等，以解決滲漏問題。
結構本體防水及以結構本體防水為主外加防水層為輔的技術發展階段(1950-2000年)。
結構本體防水技術。上世紀60年代大量磚砌“人防工程”是典型例子，當時的主要做法是：用氯化鐵、氯化鋁等無機金屬鹽類防水劑配制水泥砂漿，用于磚的砌筑以及磚砌體表面的抹灰，達到磚結構地下工程結構本體防水目的。
鋼筋混凝土結構的結構本體防水主要做法：地下工程結構設盲溝、集水井、疏水層等排水措施;結構設計中正確選型和采取結構防裂、抗裂設計;變形縫和施工縫等部位進行防水處理;防水混凝土的配制和使用;1950-1960年采用集料連續級配防水混凝土;1960-1970年采用富砂漿普通防水混凝土，1970年以后開始采用外加劑防水混凝土;上世紀90年代中期開始采用以美國杜拉纖維為代表的聚丙烯纖維防水混凝土等。我國地下工程結構本體防水在上世紀五、六十年代取得良好效果。上世紀60年代曾對我國70個本體自防水工程進行系統調研，可測得滲漏水的工程僅3例，占4%。
以結構本體防水為主外加防水層為輔的防水技術。自1980年起的十年內，我國建筑防水中除傳統的瀝青防水卷材(瀝青油氈)和幾種橡膠瀝青類防水涂料外，聚氨酯防水涂料(PU)、三元乙丙橡膠卷材(EPDM)、SBS改性瀝青防水卷材、APP改性瀝青防水卷材等相繼進入建筑市場。為地下工程防水質量的提升創造了有利條件，以結構本體防水為主外加防水層為輔的防水技術逐漸形成并在工程中被廣泛采用。
以外加防水層防水為主的發展階段(2000年—現在)。
在此期間，建筑防水材料產業迅速發展，建筑市場出現了數十種新型建筑防水材料。我國建筑防水領域推行以防水材料為主導的防水技術方針，地下工程防水逐漸采取了以外加防水層為主的技術路線，防水工程被界定為防水層施工工程。
地下混凝土工程的防水機理
混凝土地下工程是埋入地下的空間結構，具有靜壓力的地下水會透過微孔和裂縫等空隙進入混凝土，然后選擇那些能貫通結構的通道進入地下空間，造成滲漏。
觀察地下空間結構內部(背水面)是否滲漏，是判別地下工程是否具備防水功能的直接方法。由于“滲漏是透過結構或防水層的水量大于該部位的蒸發量，并在背水面形成濕漬或滲流的一種現象”，因此地下工程發生滲漏必須具備兩個條件：第一，結構存在滲漏源(貫通性空隙);第二，透水量大于蒸發量。
地下空間結構的滲漏如何形成以及對滲漏源怎樣治理是地下工程防水機理的核心內容。
地下混凝土工程滲漏源的形成：
地下混凝土工程的滲漏源。對大量地下工程的調查表明，滲漏通常出現在如下部位：①混凝土結構蜂窩麻面處;②混凝土結構收縮裂縫處;③混凝土結構中變形縫、誘導縫、施工縫、后澆帶、穿墻管(盒)、預埋件、預留通道接口等部位;④貫通性結構裂縫處(會造成嚴重漏水)。
地下混凝土工程滲漏源的成因：①混凝土品質差，由于防水混凝土配合比設計失當、大體積混凝土水化熱控制不善、混凝土澆筑、振搗操作不嚴格、水養護不足等原因，導致混凝土疏松、出現蜂窩、產生溫差裂縫和過大的收縮裂縫等，使混凝土質量低下。②混凝土各種縫施工質量不良：如對變形縫、施工縫等一系列部位的接縫由于施工不夠嚴謹、細致等原因留下裂縫。③結構裂縫的產生：混凝土結構設計中抗裂設計考慮不周以及混凝土施工不良等多種原因都會造成結構裂縫。
地下工程滲漏源的治理：
組織和抑制滲漏源在混凝土結構中的形成。
①正確選擇地下混凝土空間結構的防水設計
根據工程所處環境條件和需要決定是否采取并如何采取排水措施;在結構選型上要有利于防止滲漏源產生;正確的結構抗浮設計;正確選擇防水混凝土;周到的抗裂設計，以杜絕結構裂縫，特別是貫通性結構裂縫的發生等。
精確的細部設計：對變形縫、施工縫等部位有明確可靠的密封防水設計等。
②高質量防水混凝土的制備
防水混凝土由混凝土攪拌站專門生產，含有防水外加劑或微纖維等特殊成分的專用防水混凝土配方由混凝土工程師通過精確試配確定，并負責拌制質量，將優質產品運送工地現場，供地下混凝土結構工程施工使用。
③精心的地下混凝土空間結構防水施工
由結構施工工程師負責，嚴格執行施工規程，在防水混凝土的澆筑、振搗、濕養護等方面進行精心施工，確保抗裂防滲混凝土質量;在混凝土結構施工過程中，安排專人負責監督、落實各個細部構造的密封措施;正確安裝止水帶、止水板、密封圈等配件，準確就位不讓偏移;止水帶等兩側的混凝土填灌飽滿密實，不留空隙隱患等。
外加防水層對滲漏源的封閉。在地下混凝土結構的迎水面設置防水層將滲漏封閉，在一定程度上可以起到阻止地下水進入地下空間的作用，但須特別注意如下問題：
①地下工程防水層材料必須具有較長的預期使用年限，方能符合地下工程外防水層往往無法維修和無法更換的使用條件。
②地下工程防水層材料應與屋面防水材料有別，它們必須滿足地下工程的特殊要求：有長期耐水性以符合防水層長期泡水的條件;有較好的機械力學性能和耐微生物腐蝕性、耐污水化學腐蝕性以及耐植物根穿刺性等一系列特殊性能。
應該指出，根據防水機理、滲漏定義和混凝土腐蝕原理，能防水的混凝土結構多數并不同時具有防腐蝕功能。因為盡管水以及其他能腐蝕鋼筋混凝土的介質已從防水混凝土迎水面的空隙進入混凝土組織內部，但只要混凝土結構內部的空隙不連成貫通，或從貫通空隙進入室內的透水量小于蒸發量，該結構就沒有滲漏現象，說明該結構是防水的，但進入混凝土組織內部的水分和一系列腐蝕介質卻在對混凝土進行腐蝕。可見地下混凝土結構的防水機理和防腐蝕機理并不相同。因此，鋼筋混凝土結構防護與建筑防水是兩個不同的概念、兩個不同的工程技術范疇。
地下工程混凝土防水的存在問題
當前我國解決地下工程混凝土防水問題基本是在如下的機制下運作：防水工程被界定為外防水層施工工程;工程所用防水材料必須有國家標準、并只須滿足這些標準的要求;防水工程在土建工程中單列外分包;防水工程規定由具有專業施工資質的防水工程公司承包(大多數防水材料生產廠商都在兼營)并對防水工程質量負責。
目前我國地下混凝土工程防水主要存在如下一些問題：
工程防水質量差，長期以來，滲漏率不斷攀升。近數年大型地下空間工程發展較快，但工程結構嚴重開裂、大面積滲漏事故不斷出現;工程才竣工，灌漿堵漏隨即開工現象絕非少見。
工程防水設計未能反映工程實際需求。目前我國地下混凝土工程防水設計基本以建筑師對防水層材料的選擇和防水層道數的確定為主，應由結構設計工程師履行職責的、對工程防水功能起重要作用的結構本體防水設計則被忽視。
土建總包方在結構施工中只重視結構安全質量，而忽視對結構本體防水的眾多措施。對于分包給專業防水公司的防水層施工缺乏照顧、配合，影響防水層施工質量。
當前我國多數主要防水材料的耐久性較大程度低于國外同種產品水平，造成防水層耐用性普遍不佳。
工程防水質量責任模糊。出現問題時結構土建總包方與防水工程(防水層施工工程)分包方互相推諉，滲漏事故往往無人真正承擔責任。
地下工程混凝土的防水工程與防水后施工工程
長期大量工程實踐說明，混凝土地下工程的防水工程應是指，完成該工程結構防水功能的工作過程。不過從前述的防水機理分析得知，復雜的地下工程防水功能不可能只靠一項操作造就，所以地下混凝土工程的防水工程實際是一個工程概念，是一個由多種工作有機結合的工作過程。
至于地下工程的防水層施工工程則是使用防水材料，在工程結構表面設置防水層的一項具體工作過程。
可見地下混凝土工程的防水工程與防水層施工工程有明顯的區別，但當今我國建筑防水領域將地下混凝土工程的防水工程界定為防水層施工工程，自然會給工程防水帶來諸多負面效應。
筆者認為，不宜將地下混凝土工程的防水工程界定為防水層施工工程有如下幾點理由：
①從地下混凝土工程防水機理及大量工程實踐說明，地下工程防水功能主要甚至基本是由結構本體防水造就，防水層設置是個重要環節，但其作用并非主要，更不是唯一者。
②石油瀝青和合成高分子材料是世界防水材料的基本來源，但它們實現工業生產分別只有近200年和60余年的歷史，可見之前數千年人類地下工程的防水是靠結構本體而非依靠外加防水層。
③由于將地下混凝土工程的防水工程界定為防水層施工工程會令人產生錯覺，認為防水層的設置是工程獲得防水功能的主要甚至是唯一的手段，誤導結構土建總承包方忽視結構本體防水措施，釀成工程防水質量低下的惡果。
④地下混凝土工程的防水工程被界定為防水層施工工程并單列分包于外，會誤導結構土建總承包方認為工程防水質量已有專業防水工程公司負責，與己關系不大，為保土建工程利益最大化，不惜將分包他人的防水工程造價壓至非理智水平。
⑤地下混凝土工程的防水質量是地下工程質量的重要組成部分，理應由工程結構土建總承包方承擔責任，但防水工程被界定為防水層施工工程并單列分包給專業防水工程公司，總包方并無參與其中，工程防水質量似乎又是專業防水工程公司負責之事，責任模棱兩可，無人真正承擔責任。
根據國內外地下工程混凝土防水技術發展經驗及針對當前我國存在的問題分析，筆者認為，我國地下工程的防水工程應做如下界定：以結構本體防水為主、外加防水層防水為輔的綜合工作過程。
地下混凝土工程防水工程的施工，貫穿于地下工程結構設計、結構施工和防水混凝土配制等環節之中，而外防水層的設置是作為工程結構施工過程中一道工序予以完成。
地下混凝土工程防水功能主要依靠結構本體防水形成。但優質外加防水層的設置不可忽視，它在完善與提高工程防水質量、防治滲漏未病等方面起重要作用，對于使用壽命要求特別高的混凝土地下空間工程(如地下軌道交通空間等)，除了須極大提高混凝土質量、增強結構本體防腐蝕功能外，防水層必須采用耐久、優質材料按防護層的高水準要求實施。
結論
①結構本體防水是地下混凝土工程獲得防水功能的主要條件。
②地下混凝土工程結構本體防水功能的形成是結構設計、防水混凝土配制和結構施工協同工作的結果。
③外防水層對完善和提高地下混凝土工程防水質量和防治滲漏未病有重要作用，但使用時須結合實際情況確定，且防水層的材料須符合地下工程的一系列特殊要求。
④地下混凝土工程的防水工程是造就地下工程防水功能的整個工作過程，故它可界定為：以結構本體防水為主外加防水層防水為輔的綜合施工過程，防水層的設置是結構工程施工中的一道重要工序，工程防水質量應由土建施工總包方承擔。
⑤地下混凝土工程的防水與防腐蝕(提高耐久性)有不同的作用機理，不可等同。
⑥我國當前地下混凝土工程防水技術的發展模式和制度定位尚存在一些改革的空間。
作者介紹：
蒙炳權，廣東省肇慶市人，廣東省建筑科學研究院原副院長、高級工程師，廣東省建設工程質量安全監督檢測總站原副站長兼總工程師，現任廣東省建筑科學研究院專家顧問，廣東省土木建筑學會特聘資深專家。1967年負責成功研究中國第一個建筑防水涂料——氯丁橡膠瀝青防水涂料。
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