郭 瑞，祁 濤

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司 第一分局，四川 彭山 620860)

1 概 述

隨著現(xiàn)代化城市的高速發(fā)展，為集約化利用城市地上、地下的空間資源，減少道路的反復(fù)開挖，利于管線增容擴(kuò)容，有利于采用監(jiān)視系統(tǒng)進(jìn)行管線綜合管理等，市政公用管線遵循統(tǒng)一規(guī)劃、建設(shè)、管理，越來(lái)越多地采用地下管線廊道模式的要求。為保證管線的安全性和穩(wěn)定性，地下主體結(jié)構(gòu)的防滲性能尤為重要。常規(guī)地下結(jié)構(gòu)工程的防水設(shè)防要求一般為普通防水混凝土外包防水卷材的形式，該防水組合措施在一定程度上可提升結(jié)構(gòu)的防滲性能，但存在施工程序繁瑣、增加工期且在建筑物回填時(shí)極易造成破損等問(wèn)題。

根據(jù)工程實(shí)際，將自防水混凝土直接應(yīng)用于城市地下結(jié)構(gòu)工程的澆筑，取消了外包防水卷材，在保證防滲性能的前提下，可同時(shí)節(jié)約工期和造價(jià)。

2 自防水混凝土具有的主要特性

2.1 防水機(jī)理

自防水混凝土在攪拌過(guò)程中添加PNC-803添加劑，其可與混凝土拌和物中的水、Ca(0H)2發(fā)生反應(yīng)，生成不溶于水的結(jié)晶體，填充并封堵毛細(xì)孔和收縮裂縫，使混凝土因而變得致密，從而為混凝土提供有效和持久的防水保護(hù)[1]。無(wú)水時(shí)，活性成分處于休眠狀態(tài)；當(dāng)其再與水接觸時(shí)就會(huì)被重新激活，產(chǎn)生新的晶體，自動(dòng)修復(fù)微裂縫，使混凝土得到永久的防水保護(hù)。

2.2 材料特點(diǎn)

通過(guò)對(duì)類似工程的應(yīng)用情況進(jìn)行總結(jié)得知：自防水混凝土主要具有以下特點(diǎn)[2-4]：

(1)呼吸作用。通過(guò)生成晶體密實(shí)混凝土，防止任何方向水的滲入，但并不阻擋空氣分子的通過(guò)，不讓水蒸氣積聚，混凝土仍能保持正常的透氣、呼吸作用。

(2)自修復(fù)能力。當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)微細(xì)裂縫(寬度不超過(guò)0.4 mm)且有水滲入時(shí)，添加劑會(huì)再次反應(yīng)生成新晶體，自動(dòng)修復(fù)裂縫并填充孔隙。

(3)保護(hù)作用。添加劑結(jié)晶具有密實(shí)混凝土的功能，可最大程度降低化學(xué)物質(zhì)、離子和水分的侵入，使混凝土、鋼筋免受侵蝕。

(4)施工操作簡(jiǎn)單。添加劑在混凝土攪拌過(guò)程中加入，不受氣候條件的限制，極大程度地提高了施工效率。

(5)經(jīng)濟(jì)實(shí)用性。可完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)的防水做法，免去了外防水，既縮短了工期，又能節(jié)約造價(jià)。

3 工程應(yīng)用

3.1 工程概況

成都天府新區(qū)漢州路綜合管廊工程為城市地下結(jié)構(gòu)工程，地下埋深5～8 m，主體結(jié)構(gòu)凈空為4 m×3 m，結(jié)構(gòu)壁厚0.4 m，要求采用C40P8混凝土。入廊管線包括電力、通信、給水、中水等，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)防水等級(jí)為2級(jí)，防水標(biāo)準(zhǔn)為不允許漏水、結(jié)構(gòu)表面可有少量濕漬。

根據(jù)地下工程防水技術(shù)規(guī)范(GB50108-2008)，其他工程類二級(jí)防水標(biāo)準(zhǔn)為：總濕漬面積不應(yīng)大于總防水面積的2/1 000；任意100 m2防水面積上的濕漬不超過(guò)3處；單個(gè)濕漬的最大面積不大于0.2 m2。

3.2 配合比設(shè)計(jì)及驗(yàn)證

自防水混凝土中加入添加劑的參考摻量為每m3混凝土中水泥重量的0.8%～1.5%[1]，具體摻量應(yīng)結(jié)合混凝土強(qiáng)度等級(jí)、結(jié)構(gòu)防水等級(jí)等經(jīng)試驗(yàn)確定。

首先通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)，在普通混凝土配合比基礎(chǔ)上作添加劑最優(yōu)摻量分析，然后在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行模型水壓試驗(yàn)用以觀測(cè)滲水情況，驗(yàn)證摻加特定添加劑的自防水混凝土代替防水卷材作為綜合管廊輔助防滲材料的可行性。

(1)初始配合比。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，混凝土等級(jí)為C40，結(jié)合當(dāng)?shù)夭牧?，?jīng)計(jì)算與試驗(yàn)得知：C40普通混凝土配合比見表2。

根據(jù)工程所在地的實(shí)際情況，水泥選用P.O42.5普通硅酸鹽水泥；F-Ⅱ類粉煤灰；細(xì)骨料采用機(jī)制中砂；粗骨料為碎石、最大粒徑25 mm；PCA-1高效緩凝減水劑；HEA混凝土膨脹劑。

(2)摻量擬定。在C40普通混凝土配合比的基礎(chǔ)上，選取5組不同添加劑摻量的混凝土進(jìn)行抗?jié)B性能試驗(yàn)，依次取水泥質(zhì)量的0%、0.8%、1%、1.2%、1.4%。

(3)室內(nèi)試驗(yàn)。

①試驗(yàn)設(shè)備?；炷翝B透儀：應(yīng)符合現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)混凝土抗?jié)B儀(JG/T249)的規(guī)定，并應(yīng)能使水壓按規(guī)定的要求穩(wěn)定地作用在試件上?？?jié)B儀施加水壓力范圍應(yīng)為0.1～2 MPa。

試模：采用上口內(nèi)部直徑為175 mm、下口內(nèi)部直徑為185 mm和高度為150 mm的圓臺(tái)體。

密封材料：采用石蠟加松香或水泥加黃油。

輔助設(shè)備：包括螺旋加壓器、烘箱、電爐、淺盤、鐵鍋和鋼絲刷等。

②試件的制作、養(yǎng)護(hù)、密封及安裝。按不同添加劑摻量的混凝土試驗(yàn)配合比制作5組試樣，每組為6個(gè)試件。制作完成后成型24 h拆模，用鋼絲刷刷去兩端的水泥漿膜，送至標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)28 d，養(yǎng)護(hù)室的溫度為25 ℃，濕度≥95%。

表2 C40普通混凝土配合比表

在達(dá)到試驗(yàn)齡期的前一天，從養(yǎng)護(hù)室取出試件并擦拭干凈。待試件表面晾干后用石蠟密封，在試件側(cè)面裹涂一層熔化、內(nèi)加少量松香的石蠟，然后采用螺旋加壓器將試件壓入經(jīng)過(guò)烘箱預(yù)熱過(guò)的試模中，使試件與試模底平齊，并在試模變冷后解除壓力。試模的預(yù)熱溫度以石蠟接觸試模緩慢熔化但不流淌為準(zhǔn)。

③試驗(yàn)步驟。試件備好后，啟動(dòng)抗?jié)B儀并開通6個(gè)試件下的閥門，使水從6孔中滲出，充滿試位坑，關(guān)閉抗?jié)B儀，將密封好的試件安裝在抗?jié)B儀上。

試驗(yàn)時(shí)，水壓從0.1 MPa開始，以后每隔8 h增加0.1 MPa的水壓，并隨時(shí)注意觀察試件端面的情況。當(dāng)6個(gè)試件中有3個(gè)試件表面出現(xiàn)滲水時(shí)即停止試驗(yàn)，并記下此時(shí)的水壓力。

(4)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果分析。根據(jù)普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 50082-2009)，混凝土的抗?jié)B等級(jí)以每組6個(gè)試件中有3個(gè)試件未出現(xiàn)滲水時(shí)的最大水壓力乘以10確定，按下式計(jì)算：

P=10H-1

式中P為混凝土抗?jié)B等級(jí)；H為6個(gè)試件中有3個(gè)試件滲水時(shí)的水壓力，MPa。

通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)并經(jīng)計(jì)算，所取得的結(jié)果見表3。

表3 滲透試驗(yàn)結(jié)果表

通過(guò)以上分析后認(rèn)為：選取添加劑摻量為1%時(shí)，既可以節(jié)省材料，又能大幅度提高混凝土的抗?jié)B性能。

(5)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)體試驗(yàn)。在工地現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制摻1%的添加劑自防水混凝土綜合管廊結(jié)構(gòu)，通過(guò)水壓試驗(yàn)驗(yàn)證混凝土結(jié)構(gòu)的防滲效果。

①實(shí)體模型。采用凈空尺寸為2 m(寬)×2 m(高)×2 m(長(zhǎng))的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，斷面形式為矩形。

②試驗(yàn)步驟?；炷两Y(jié)構(gòu)分兩次澆筑成型，側(cè)墻施工縫之間采用中埋式普通鋼板防滲。

在混凝土結(jié)構(gòu)側(cè)墻及頂板內(nèi)共預(yù)埋了5根Φ10 cm預(yù)埋鍍鋅鋼管，單根長(zhǎng)50 cm，外露15 cm；待混凝土結(jié)構(gòu)施工完成等強(qiáng)后(28 d)，再接長(zhǎng)Φ10 cm鍍鋅鋼管焊接至加壓主管上，通過(guò)一臺(tái)打壓泵向混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)的不同部位打壓，水壓從0.1 MPa開始，以后每隔8 h增加0.1 MPa水壓。

③試驗(yàn)結(jié)果?，F(xiàn)場(chǎng)水壓試驗(yàn)結(jié)果表明：在壓力值持續(xù)加壓至1.2 MPa時(shí)，防水混凝土模型均未出現(xiàn)滲水情況且表面無(wú)濕漬?，F(xiàn)場(chǎng)水壓試驗(yàn)驗(yàn)證了室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果的可靠性，即當(dāng)添加劑摻量為1%時(shí)混凝土的抗?jié)B等級(jí)至少可達(dá)P10，能夠滿足綜合管廊的設(shè)計(jì)防滲要求。

3.3 施工工藝

(1)原材料控制。嚴(yán)格按照試驗(yàn)確定的配合比計(jì)算使用原材料，以確?；炷翉?qiáng)度與抗?jié)B等級(jí)，同時(shí)避免浪費(fèi)材料。

(2)拌和使用。添加劑的使用方法主要有3種，分別為[5]：

①攪拌站干拌法：在混凝土攪拌站，先將添加劑加入到石子和砂中，充分?jǐn)嚢?～3 min后，再加入水和水泥攪拌均勻。

②攪拌站預(yù)拌法：在混凝土攪拌站，先將添加劑與水拌和成薄漿，倒入混凝土攪拌運(yùn)輸車中攪拌均勻。

③工地現(xiàn)場(chǎng)摻加法：預(yù)拌混凝土?xí)r扣除制漿時(shí)的用水量，在混凝土運(yùn)輸車到達(dá)工地現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，將添加劑與水拌和成薄漿倒入混凝土攪拌車，充分?jǐn)嚢? min左右。

經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證，以上3種方法均能滿足要求，工程應(yīng)用時(shí)可結(jié)合實(shí)際情況選用。

(3)混凝土澆筑。混凝土澆筑采用連續(xù)澆筑，澆筑時(shí)間不超過(guò)混凝土初凝時(shí)間。分層下料、分層振搗，每層澆筑厚度不超過(guò)30 cm。

采用混凝土泵車澆筑，入倉(cāng)時(shí)注意泵車卸料口接近倉(cāng)面，緩慢下料，避免擾動(dòng)鋼筋或預(yù)埋件?；炷琳駬v主要采用φ50插入式振搗器，局部輔以人工搗固。每點(diǎn)振搗時(shí)間以表面泛漿、混凝土表面不下沉或不冒氣泡為準(zhǔn)；在振搗上一層混凝土?xí)r，插入下層中5～10 cm以消除兩層之間的接縫，同時(shí)在振搗上層混凝土?xí)r，需在下層混凝土初凝前進(jìn)行。

混凝土澆筑至頂面后用平板振搗器振平，并采用圓盤抹光機(jī)粗抹一遍、精抹一遍，最后人工收面壓光。

(4)施工縫處理。按混凝土的硬化程度，采用鑿毛、沖毛或刷毛等方法清除老混凝土表層的水泥漿薄膜和松弱層并沖洗干凈，排除積水；待混凝土強(qiáng)度達(dá)到2.5 MPa后方可進(jìn)行上層混凝土澆筑的準(zhǔn)備工作；臨澆筑前，水平縫鋪一層2 cm厚、摻加添加劑的水泥砂漿，垂直縫刷一層摻加添加劑的水泥凈漿。

(5)拆模養(yǎng)護(hù)?；炷翝仓瓿珊?，在收漿后及時(shí)覆蓋毛氈布并灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于28 d，同時(shí)派專人做好養(yǎng)護(hù)記錄。覆蓋毛氈布時(shí)不得損傷或污染混凝土表面。為防止風(fēng)吹擾動(dòng)影響?zhàn)B護(hù)效果，毛氈布四周均采用沙袋壓穩(wěn)。

待混凝土強(qiáng)度能保證其表面及棱角不致因拆模而受損壞時(shí)方可拆除(一般在混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到2.5 MPa時(shí)拆除)，模板拆除按先支后拆、后支先拆的順序進(jìn)行，主要采用人工拆除。

3.4 質(zhì)量注意事項(xiàng)

(1)根據(jù)配合比結(jié)果，對(duì)各原材料的重量需嚴(yán)格控制，尤其是在工地現(xiàn)場(chǎng)摻加添加劑時(shí)，需采用電子秤稱重并安排專人復(fù)核。

(2)添加劑在存放時(shí)需注意通風(fēng)，且需存放在干燥的地方。

(3)添加劑進(jìn)場(chǎng)后需進(jìn)行材料檢測(cè)，滿足性能指標(biāo)后方可使用。

(4)混凝土澆筑前，需在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)坍落度，待其滿足要求后方可入倉(cāng)澆筑。

(5)混凝土澆筑過(guò)程中，必須保證振搗質(zhì)量，嚴(yán)格控制來(lái)料速度和澆筑時(shí)間，確?；炷猎诔跄龝r(shí)間內(nèi)完成澆筑。

3.5 應(yīng)用效果分析

自防水混凝土的實(shí)際應(yīng)用效果主要包括：

(1)防滲效果：在普通混凝土配合比基礎(chǔ)上，摻加1%的防水添加劑可達(dá)到P10等級(jí)，且工程實(shí)體無(wú)滲水及濕漬現(xiàn)像，完全滿足設(shè)計(jì)要求。

(2)工期效果：摻加1%的添加劑自防水混凝土可取代常規(guī)的防水形式，簡(jiǎn)化了施工步驟，節(jié)約了施工時(shí)間。

(3)經(jīng)濟(jì)效果：按1 km長(zhǎng)雙倉(cāng)綜合管廊結(jié)構(gòu)(凈空4 m×3 m、壁厚0.4 m)考慮，摻加1%添加劑的自防水混凝土可比常規(guī)的外包防水卷材設(shè)計(jì)形式節(jié)約220萬(wàn)元的投入。

4 結(jié) 語(yǔ)

摻加自防水混凝土應(yīng)用于城市地下結(jié)構(gòu)工程是一項(xiàng)意義重大的技術(shù)創(chuàng)新。經(jīng)工程實(shí)踐應(yīng)用表明：該材料的使用可保證工程結(jié)構(gòu)的防滲性能，且能加快工程進(jìn)度、節(jié)約工程造價(jià)，同時(shí)，該材料為一種無(wú)毒無(wú)公害的環(huán)保材料，值得類似工程推廣應(yīng)用。