建筑防水理念的提升与新型材料的应用

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  【摘 要】 建筑防水新型材料的推广使用,尤其以聚合物水泥防水涂料和水泥基渗透结晶型防水材料,对传统的柔性和刚性防水体系的设计理念,技术特性和优点进行分析认识,并提出行之有效的“以刚性为主,柔性为辅” 的防水结构体系的新理念。
  【关键词】 新型防水材料;刚性材料;柔性材料;防水混凝土
  【中图分类号】 TU581.3 【文献标识码】 A 【文章编号】 1727-5123(2012)01-025-03
  近年来随着建设速度的提升与规模的扩大,建筑防水材料的研发应用得到更快发展,新型防水材料的推广使用中,尤其以聚合物水泥防水涂料和水泥基渗透结晶型防水材料,膨润土防水毯(垫)等一些新材料的设计和工程实际应用,促使人们以全新的视角对传统的柔性和刚性防水体系的设计理念,技术特性和优点及不足进行重新分析认识,找出传统防水体系设计方面存在的问题及不足,并提出行之有效的“以刚性为主,柔性为辅” 的防水结构体系的新理念。
  1 新型防水材料的应用及发展
  1.1 防水材料的应用机理及条件。防水结构体系是根据工程重要程度设计和采用的材料不同各异,现在一般是分为刚性和柔性两大类。新型防水材料的共性是无毒,无公害,既环保又节能,关键是防水性能优异,尤其是适用于在混凝土和水泥基面上应用。材料在施工过程中都能向基层混凝土或水泥砂浆中渗透,堵塞毛细孔和孔隙结构,并能与基层共同工作,从而使混凝土或水泥砂浆表面或内部变得更加致密,达到防水;对基层表面无特别要求,施工中可以直接在湿润的基面上涂抹作业,工艺简单方便,而且后期使用及维修也简单方便,费用低廉;防水的使用耐久年限可以达到同混凝土结构的同寿命,还具有保护和加强混凝土强度及耐久性,延缓结构件腐蚀和碳化进程,防止钢筋锈蚀的综合功能。
   同样也由于各类新型防水材料的防水机理各自不同,且适用条件又有差异,因此,要针对新型材料各自及建设工程的特点和现场实际,科学合理采用及施工控制,会得到更加切合工程需要的功能。
  1.2 刚性材料防水体系。刚性防水材料主要是指把防水材料掺入混凝土或者水泥砂浆中,也可以将其配置成浆料涂刷使之渗透进入混凝土或砂浆表面中,与其共同结合成刚性的结构自防水材料。刚性防水体系是通过封闭混凝土或水泥砂浆内部的毛细孔和互相贯穿微裂缝等缺陷,达到结构自防水的目的。
   结构自防水的优点是:能在混凝土或水泥砂浆内部形成结构自防水的整体功能,从微观结构分析材料全都会形成可靠的防水屏障。而缺点是不能适应因应力变形所引起的混凝土或水泥砂浆裂缝的形成和发展。如果结构一旦发生裂缝引起的渗漏水,修复也比较方便简单,费用也不高。刚性防水的渗漏传统的是采取综合的堵漏处理,而早期预防控制是最有效的手段防范措施。
  1.3 柔性材料防水体系。柔性防水材料主要是指以防水涂膜材料在建筑物需要防水的表面,通过涂刷所形成的一层或几层防水层,并能适应基层的变形用高分子合成的材料。柔性防水体系通过在建筑物需要防水的表面所形成的薄膜来阻隔水的渗透。施工中的涂抹使防水膜与建筑物表层紧密结合在一起,形成阻挡水的浸入。
   防水卷材也可以采取空铺的方式施工,不怕结构裂缝的影响。而用的最多的是采用满铺工艺施工。满铺时防水卷材的延伸率对基层出现的裂缝稍微可以调整功能,但是在约束条件下的防水卷材,因结构变形引起的基层宏观裂缝是不可以调整的。其最大的缺陷是:①无论对卷材采取空铺还是满粘结铺,一旦某一点遭受破坏,则整个防水层系统就遭到破坏;②防水层内外的结构构造不连续,会影响到建筑物的整体性,还会造成中间结构层的隐患。同时,由于大部分有机防水材料如改性沥青及橡胶塑料等的耐久性寿命较短,容易老化变脆;大部分满粘铺的柔性防水卷材对基层及施工操作条件要求很高,往往会满足不了施工要求;一些防水卷材与基层的粘结力较低,一旦产生渗漏水,会导致整个防水层与基层的脱离,并形成中间层的蹿水问题,而且一旦出现排查寻找极其困难,修复处理彻底是不可能的;柔性防水卷材的自身柔韧性是极其有限的,在约束条件下调整基层裂缝的能力极其有限,防水的实际效果与刚性防水结构体系基本相当,只是在适应条件下效果优良。
  1.3 柔性防水体系设计存在的问题。现在的实际情况是传统的防水设计材料使用中,防水失败及效果差的工程真不少,尤其是地下水位高的地下室及屋面防水工程,使用和维修中的渗漏处理一直困扰着设计和施工技术人员,存在问题分析探讨有以下几个方面。
  1.3.1 一些设计人员错误的认为,柔性防水卷材具有一定的延伸性特点,有调整混凝土或水泥砂浆基层开裂的能力。但大量工程实践表明:柔性防水卷材在有约束力(保护层)的条件下,基本不具备调整基层宏观开裂的能力,此时,柔性防水卷材在裂缝处必然承受较大的拉应力,膜层会被大大削弱甚至拉断。该部位如果存在压力水浸入,卷材与混凝土基层的粘结面会立即损伤,并逐渐出现层间的蹿水现象,进而导致整个防水体系及功能的失效。
  1.3.2 也有一些设计人员在工程中选择混凝土膨胀剂而不是防水剂来配制自防水混凝土。并错误的以为膨胀剂可提高混凝土的密实度,从而达到自防水的目的。但应用多年的效果表明:膨胀剂与水泥反应生成的组分是钙矾石晶体,它只有在氢氧化钙饱和溶液的弱碱性条件下才是稳定结构,根据水泥水化凝结硬化的理论,钙矾石属于粗大结晶矿物,是一种初级水化产物,在自然状态下随着水泥石的水化硬化,尤其是在混凝土碳化失水和中性化的过程中,钙矾石还会继续转化为最终产物:3CaO、Al2O3、O3SO4、12H2O。此时,于由钙矾石失去一部分结晶水,新生成的结晶产物体积会收缩,造成混凝土内部的孔隙率增多,强度也会下降,耐久性将大幅度降低。
  1.3.3 屋面的保温系统设计一直采用高吸水性保温材料。多年的应用实践表明:高吸水性保温材料是不适合做保温层的。屋面防水体系中一旦有一处损坏,保温层就会吸收大量水分且难以排出,此时屋面的保温功能丧失殆尽。由于屋面热导率在常温和负温下达到数十倍甚至更多,使屋面的混凝土结构伸缩变形急剧,再加上夏季炎热季节产生的水蒸气压力和冬季的冻胀循环压力,造成屋面防水层处于极端恶劣的周期性破坏环境中,因此,要彻底解决好屋面的不渗漏水,只有彻底清除原有的保温层及防水体系。
  1.3.4 多年形成的传统防水结构体系,即各层之间形成的不同位置,是否科学合理设计时并未有改进。但是在应用的数十年间,把柔性防水卷材安置在结构变形最大的表面是有一定问题的,尤其屋面夏冬季节的温差变形影响更大。还有大型公共建筑的地下室及平屋顶表层。这些部位因施工中及使用过程属于变形大及不稳定区域,因此极容易造成防水卷材的损伤破坏,防水失效产生渗漏水是习惯性的。
  1.5 刚性防水体系设计的新思念。现在国内对防水结构的设计理论有所转变,由原来的“以防为主.刚柔结合”改变为:“以刚为主,以柔为辅”的新理念。刚性防水的特点是强化了结构自身的、整体性的、基础的、甚至是微观结构部分的防水理念,并以堵漏技术作为配套手段,达到完善防水体系的效果。
  以刚性防水体系为主的设计防水新理念的建立完善,是以多年来的工程应用实践为基础的,同柔性防水技术相比,刚性防水体系具有使结构体系设计简洁,使用材料颜色环保,施工操作简单方便,防水功能稳定可靠,后续维修费用低的绝对优势。只要适用条件符合设计要求,该防水体系应当是首选体系。
  1.5.1 对于防水和保温材料的选择:①新的防水结构体系的设计理论在选择防水材料时,只要条件允许,首先考虑选择刚性或柔性防水技术方案及其材料。其优势是这些材料由于具有渗透性,因此与基层的结合力较好,不可能引起层间的蹿水问题,会大幅度提高防水层性能。②刚性或柔性防水材料中水泥基渗透结晶型防水材料,聚合物水泥防水涂料和聚合物水泥防水砂浆,因其具有的可渗透到混凝土基层并与其共同工作的特性。在做防水设计时可以不考虑防水层的保护和老化影响,尤其在背水面进行防水时,因为它们与结构基层混凝土或水泥砂浆的耐久性年限基本相同。③屋面保温层设计时对材料的选择基本原则是:不吸水及憎水,表面密度和热导率低,比热容应高,耐久性好的材料。而考虑将吸水率高的传统保温材料坚决不用淘汰出建筑市场。④现在建筑上可选择的主要防水结构体系用的材料是:聚乙烯发泡挤塑板、膨胀聚苯乙烯发泡摸塑板、轻质加气混凝土板、发泡聚氨酯板材等;也可以在现场发泡硬泡聚氨酯水泥、泡沫混凝土、陶粒混凝土等,其中现场发泡硬泡聚氨酯保温层具有保温和防水的双重功能。
  1.5.2 自防水混凝土用外加剂:①在设计采用自防水混凝土时应优先考虑使用混凝土防水剂,而不应是膨胀剂。因为防水剂在混凝土中产生的是凝胶体,其防水效果是耐久可靠的。而膨胀剂反应产生的是结晶体相对是不稳定的,用膨胀剂防水是没有什么保证的,而且存在隐患和风险,尤其是耐久性问题更突出;②虽然膨胀剂生成的水化硫铝酸钙即钙矾石,在混凝土水化凝结过程中产生的微膨胀作用能提高混凝土早期强度和致密性,补偿混凝土的收缩作用。但是由于其结晶结构的不稳定性,工程学术界一般认为是对混凝土耐久性有害的组分,因此,对于露天有耐久性要求的;有冻融循环破坏和软水浸蚀的混凝土结构,一般应避免使用混凝土普通膨胀剂较宜;③如果设计要考虑控制混凝土的硬化过程的收缩,如后浇带问题最好的处理措施是采取复合高效防水剂方案。通常是把混凝土防水剂与其它低碱高效膨胀剂复合使用,也可采取高分子聚合物,水泥基渗透结晶型防水材料与低碱高效膨胀剂复合应用,使得能发挥各自的优势互补,避免单独使用混凝土普通膨胀剂引起的不良后果;④对于自防水混凝土工程的附加外防水层设计,应突破传统的”一刚一柔”防水设计理念,改革提高选用与混凝土粘结力强,不会引起结合层中蹿水的刚性或刚柔相结合材料,例如现在用的水泥基渗透结晶型防水材料及聚合物水泥防水涂料,聚合物水泥砂浆等。这样即便个别点引起开裂防水层失效,也不会引起大范围的渗漏水,处理也相对容易。
  2 选择有自闭功能的防水材料
  2.1 材料使用特点。
  2.1.1 聚合物水泥防水涂料是属于渗透型防水涂料,它是一种通过涂刷在混凝土或砂浆表面,利用水性的高分子聚合物的渗透和填充作用,渗透深入到混凝土或砂浆层内部的结构毛孔中,并在覆盖表面形成防水膜层;可以通过直接封闭混凝土或砂浆中的毛细通道,达到整体共同的防水功能。
  使用聚合物水泥防水涂料会达到设计简单可靠,施工方便快速,对基层无特殊要求可以在潮湿表面涂刷施工。所形成的防水涂层可以渗透深入到混凝土或砂浆层内约2mm左右,与基层的粘结力较强,共同承担防水更安全可靠,也可以用于背水面进行防水,涂膜覆盖后还具有单向透气功效;此防水涂膜耐久性好,有保护层时基本上与混凝土基层的寿命相同;且使用维修方便,现在的新品种自闭树脂还具有修复基层混凝土微裂缝的能力。
  2.1.2 水泥基渗透型防水涂料:其材料的防水机理是通过涂刷在基层混凝土或水泥砂浆表面涂层中的活性化学物质,以水为载体渗透到基层的空隙中,利用其激发效应与未水化的水泥颗粒加快反应,形成无数量大的不溶于水的水化硅酸钙凝胶,并在内部产生作用,形成微结晶体堵填毛细孔封闭其通道,从而使基层混凝土或水泥砂浆更密实无渗水通道,因此对混凝土中<0.4mm的微小裂缝具有自行修复功能。
  2.2 应用时重视的问题。
  2.2.1 不论是聚合物水泥防水涂料还是水泥基渗透型防水材料,在使用中对于与涂层接触的基层凝土或水泥砂浆使用的水泥,应该是硅酸盐水泥或者普通硅酸盐水泥,防止基层表面因水泥的碳化使表面强度降低,影响涂层膜的粘结强度和自闭效果。
  2.2.2 要达到新品种自闭树脂能充分发挥其效益,就要特别重视与基层混凝土的相互作用及影响,设计中考虑主要作用在混凝土表层更好。因此,在混凝土设计时多采用其它方案,以避免设计和使用不当的质量问题。在施工中根据配合比和工艺采取不同的方法施工,对于变形较大和需要加强的构造部位,应该加铺一层无纺布或无碱玻璃纤维网格布,以增加涂膜的抗拉伸能力。
  2.2.3 水泥基渗透型防水涂料仍然是属于新型防水材料。现在建筑上设计使用的大部分是防水功能可靠稳定的进口合资产品,按照使用方法其材料可分为:防水涂料(浓缩剂)和防水剂(掺合剂)及其配套的堵漏剂。浓缩剂用于涂覆在混迹于表面; 掺合剂是掺入混凝土或防水砂浆中应用;堵漏剂是浓缩剂及掺合剂使用时,配合整个刚性防水系统堵漏时的配套材料。现在水泥基渗透结晶型防水涂料的施工方法主要是:刮涂法、刷涂和喷涂法,也可以用干撒法处治表面。不管那种方法施工其混凝土表面应清理干净,并洒水湿润;也可以直接撒布在混凝土垫层或未终凝的混凝土表面,作用效果是相同的。
  综上浅述可知,现在建筑防水材料的研发和新型防水材料的推广使用中,尤其以聚合物水泥防水涂料和水泥基渗透结晶型防水材料,膨润土防水毯(垫)等一些新材料的设计和工程实际应用,促使人们对传统的柔性和刚性防水体系的设计应用有所反思,对技术特性和优点及不足进行重新分析认识,找出传统防水体系设计方面存在的问题及不足,提出了行之有效的“以刚性为主,柔性为辅”的防水结构体系新理念,对促进建筑防水事业的发展前景看好。
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