硫铝酸钙类膨胀剂在地下工程刚性防水施工中的应用

穆艳君，贾福杰，何有磊，葛志强，李涛

（1.山东聊建集团有限公司，山东　聊城　252000；2.中国建筑材料科学研究总院绿色建筑材料国家重点实验室，北京100024；3.山东华泰股权投资管理有限公司，山东　聊城　252000）

硫铝酸钙类膨胀剂在地下工程刚性防水施工中的应用

穆艳君1，贾福杰2，何有磊1，葛志强3，李涛3

（1.山东聊建集团有限公司，山东聊城252000；2.中国建筑材料科学研究总院绿色建筑材料国家重点实验室，北京100024；3.山东华泰股权投资管理有限公司，山东聊城252000）

本文介绍了硫铝酸钙类膨胀剂在某建筑项目地下工程刚性防水施工中的应用，通过对膨胀剂的选择、膨胀混凝土的配合比设计、施工过程中的节点处理等措施，提高了地下建筑工程混凝土的抗裂防渗性能，达到了的刚性防水的设计目标。

刚性防水；硫铝酸钙；裂缝控制；节点处理

0　工程概况

本工程为聊城市艾科农产品大市场金融能源中心地下工程项目，采用框架剪力墙结构，基础类型为筏板基础。整个建筑物形状为 L 型，南北长65.5m，东西长50.4m。分为主楼和裙楼，结构设计参数见表1，后浇带设置见图1。

表1　设计参数

图1　后浇带设置

1　刚性防水设计

1.1膨胀混凝土刚性防水概念

高延继[1]将刚性防水技术划分为三类：

（1）混凝土结构本体自防水：主体是防水混凝土，一般使用减水剂、膨胀剂、防水剂、密实剂等。

（2）混凝土结构表面防水：主体是表面涂防水层、防渗层，一般使用树脂涂料，聚合物水泥涂料，防水砂浆，渗透结晶型材料等。

（3）注浆灌浆：主要是针对构造节点和缺陷进行灌注处理，采用特种水泥、树脂等；也包括新建工程的预处理。

现在我们国家常用的两类地下室防水技术包括柔性防水和刚性防水。在大量的工程中发现柔性防水存在很多问题：（1）寿命与结构不同步，结构设计寿命多为50～70年，甚至百年耐久，而有机类柔性防水材料的寿命最多十几年；（2）对施工操作依赖度高，需要良好的施工操作才能保证质量，这点在工程中往往很难实现，而且在桩头等节点部位很难处理好；（3）不可维修，地下室回填后发现渗漏，则不可能将土挖开，对卷材防水进行修补。

而结构自防水恰恰在这些方面表现出了优势：（1）耐久性好，与结构寿命同步；（2）节点部位容易处理；（3）可维修，后期发现渗漏点可在背水面进行防水处理。实际上 GB50208－2011《地下防水工程质量验收规范》也将防水混凝土列为应选项目，提醒重视混凝土结构自身防水质量。

结构自防水是建筑物防水环节中最重要的永久防线，是从根本上解决建筑结构混凝土的抗裂防渗功能。

1.2膨胀混凝土刚性防水的发展概况

建筑工程防水技术的发展包括以下三个阶段：（1）以排为主；（2）防排结合；（3）以防为基础。这是建筑工程师们在长期的防水施工实践中摸索出来的经验。现在业界的统一认识为，以防为基础，其根本在于实现建筑物的刚性防水，我国在设计规范上也将刚性防水作为必选项。在国外防水工程的设计与施工中，亦大多采用刚性结构自防水，刚性结构自防水实现的技术途径就是使用防水混凝土。

防水混凝土的历史发展大致包括以下四个时间阶段：

（1）集料连续级配（1950－1960）：该技术最早由德国提出，调整混凝土配合比集料的级配以得到最小空隙率，提高混凝土密实度，以此来提高混凝土抗渗防水性能。我国最早使用是在解放初期，由于此技术路线对石子的级配要求非常严格，需要按照自然级配或者级配计算选择相应级配的石子，十分繁琐且成本较高，不切合实际，在实际应用过程中难以推广。

（2）富砂浆（1960－1970）：主要通过提高水泥用量和砂率实现刚性防水。该技术最早由我国冶金部建筑研究总院等提出，认为混凝土抗渗防水能力主要取决于砂浆的密实性，其中调整混凝土中的灰砂比、砂率、石子粒径、水灰比为关键，另外需加强早期养护以保证表面浆体强度和密实性。

（3）外加剂防水混凝土（1970－1980）：主要通过掺入各种外加剂，减少孔隙率等实现刚性防水。上世纪70年代后，外加剂防水混凝土得到了大规模应用，主要技术途径是在混凝土中加入三乙醇胺、有机硅防水剂和高效减水剂等外加剂。提高混凝土的和易性，减小毛细孔数量，提高混凝土的密实度，增加了混凝土的抗渗防水性。

（4）补偿收缩混凝土（1980－）：主要为膨胀混凝土，通过掺入膨胀剂，实现抗裂防渗。

地下工程的渗漏水主要是由于混凝土结构开裂导致，混凝土裂缝约20% 为荷载裂缝，与荷载应力和不均匀沉降有关，其余80% 为变形导致的裂缝，主要是由于混凝土干燥收缩、温度收缩、自收缩及化学收缩等变形引起的。

对于解决水泥收缩问题，工程师们很早就提出了利用各种膨胀水泥或膨胀剂使混凝土产生适度体积膨胀，以补偿混凝土的收缩。经过40多年的研究[2]，膨胀水泥和膨胀剂的生产制备工艺、膨胀速率和膨胀量的可调控性、膨胀混凝土的性能和应用技术已得到全面解决，先后在俄、美、日和我国投入生产，我国在80年代已进入实用化阶段，形成了补偿收缩混凝土结构自防水技术的新阶段。

1.3补偿收缩混凝土结构自防水技术

从结构的防水功能角度看，抗裂比抗渗重要，对于大部分的结构，在大多数情况下，不开裂就不会渗漏。一般的防水混凝土仅在原有基础上提高了自身的抗渗性，不具有膨胀性能，起不到补偿收缩抵抗变形开裂的功能，这样的防水混凝土结构抗渗性很高，可是一旦结构由于收缩而开裂，就会产生渗漏水，影响使用，甚至锈蚀钢筋，使钢筋混凝土产生耐久性问题。综上所述，抗裂才是混凝土结构刚性防水的根本，是解决防水问题的关键环节，具有抗裂和防渗双重功能的补偿收缩混凝土将是实现混凝土结构自防水的关键。

经过大量的工程应用实践工作，1992年《UEA 补偿收缩混凝土防水工法》被建设部施工管理司列为国家级工法(YJGF22－92)。GB50108－2001《地下工程防水技术规范》把膨胀剂列为防水混凝土的首选外加剂。这是我国结构自防水技术的重大进展。2009年制定的建工行业标准 JGJ/T178－2009《补偿收缩混凝土应用技术规程》，明确规定：当地下结构或水工结构采用补偿收缩混凝土作结构自防水时，在施工保证措施完善的前提下，迎水面可不做柔性防水[2]。

2　膨胀剂类型的选择

硫酸酸钙类膨胀剂[2]是指与水泥、水拌合后经水化反应生成钙矾石的混凝土膨胀剂。比较有代表性的产品是日本电气化学工业公司的 CSA、我国的 UEA、ZY、FEA、PNC、CSA 等。目前我国市场上销售的膨胀剂大都属于硫铝酸钙类混凝土膨胀剂。采取固定 SO3，变换 Al2O3的技术路线，SO3一般由硬石膏提供，通过改变 Al2O3来源，如铝酸钙、硫铝酸钙、明矾石、含铝矿渣、煅烧矾土、高铝煤矸石、高铝粉煤灰、煅烧高岭土、地开石等，各生产厂据此制定不同的生产配方，形成不同品牌的膨胀剂。另外，根据 W.L.Repette , N.P.Mailvaganam 的研究结果，硫铝酸钙类膨胀剂在中等强度混凝土（30～35MPa）中补偿收缩效果显著[3]，本工程选用的是寿光利飞外加剂混凝土有限公司提供的 UEA-D 混凝土膨胀剂，检测结果见表2。

表2　UEA-D 检测结果

3　膨胀混凝土配合比设计

根据工程的实际情况，结合混凝土试配结果，制定膨胀混凝土配合比如表3所示。

表3　膨胀混凝土配合比　kg/m3

3　施工过程中存在的问题

对于使用膨胀剂的补偿收缩混凝土，在工程应用环节有一些需要特别注意的关键点：

3.1补偿收缩混凝土的搅拌

膨胀剂均匀的掺到混凝土中产生体积微膨胀可以补偿结构自身的变形收缩，然而，混合不均匀会造成局部膨胀量过大而造成局部强度损伤，所以在使用膨胀剂生产补偿收缩混凝土的时候应延长搅拌时间，并在运输的过程中利用罐车继续搅拌。

3.2养护

硫铝酸钙类膨胀剂需要及早与水发生反应才能产生膨胀，并建立预压应力，在混凝土后期发生收缩时可以补偿收缩，标准及规范要求混凝土施工完后要养护14d，而在实际操作过程中，很少有工程能做到，一般能养护3d 就不错了。而早期的保湿和水养护恰恰直接决定了混凝土结构可以储存膨胀效能，所以，在使用膨胀剂生产补偿混凝土过程中，应务必注意加强养护，以确保膨胀剂可以发挥效应。

3.3膨胀剂的检验

施工过程中对膨胀剂产品的检验是为了保证所设计的补偿收缩混凝土补偿性能的实现，而往往在实际应用过程中，由于现场监理以及质检部门缺乏专业的检测手段和设备，亦或是检测过程繁琐而忽视了膨胀剂的检测，这也导致了很多不良厂商销售假冒伪劣膨胀剂，或以次充好，结果就是掺了膨胀剂的混凝土并没有产生补偿收缩的效果，使业主蒙受了损失。GB23439－2009《混凝土膨胀剂》附录 C，提出了烧杯法和啤酒瓶法等简单的试验方法，操作性非常好，非常适合现场对膨胀剂和掺膨胀剂的补偿收缩混凝土进行膨胀率的定性检测，结合权威质检部门的定量检测，可以有效的检测出膨胀的质量，从而保证补偿收缩混凝土的质量。

4　工程效果

基础筏板和地下室外墙施工如图2、图3所示，拆模后观察，没有发现有害裂缝，通过对膨胀剂的选择、膨胀混凝土的配合比设计、及施工环节的管控，后期对施工缺陷的处理，达到了地下室刚性防水的目的。

图2　基础筏板施工图

图3　地下室外墙施工图

[1] 高延继，赵顺增，邵高峰．刚性防水技术阐述．刚性防水技术[M]．北京：中国建筑工业出版社，2012.

[2] 赵顺增，游宝坤．补偿收缩混凝土裂渗控制技术及其应用[M]．北京：中国建筑工业出版社，2010.

[3] W.L.Repette, N.P.Mailvaganam, 刘立译．硫铝酸钙类膨胀剂的综述[J]．膨胀剂与膨胀混凝土，2005(1).

［通讯地址］山东省聊城市东昌路139号山东聊建集团有限公司（252000）

穆艳君（1966－），女，工程师。