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    膨脹劑防水機理


    [ 2012-04-10 16:37:36 ]
     

    一. 混凝土結構開裂、滲漏水的原因
    通;炷猎诳諝庵杏不瘯r,由于干縮、冷縮、化學自收縮等原因,在混凝土內部會產生一定的收縮應力即拉應力,此拉應力可使混凝土產生2.0~3.0×10-4的最大收縮值,而普通混凝土的極限拉伸值一般在1.0~1.5×10-4數量級,所以在沒有補償收縮等其他措施的情況下,混凝土都會出現開裂(可見或不可見裂縫。當混凝土收縮值趨近于下限,混凝土極限拉伸值趨近于上限時,可能出現不可見裂縫;當混凝土收縮值趨近于上限,而混凝土極限拉伸值趨近于下限時,則可能出現可見裂縫),從而造成滲漏甚至結構破壞。
    另外,如果混凝土配合比中膠凝材料量偏低,或混凝土在生產及施工過程出現攪拌不均勻、和易性差、振搗不密實、泌水嚴重等現象,往往會造成混凝土不均勻沉降、密實度差,出現峰窩、孔洞、縫隙等,亦會造成滲漏甚至結構破壞。
    其他還有諸如地基不均勻沉降、養護不周、負荷超限等自然的或人為的因素,也會導致混凝土結構開裂滲漏甚至結構破壞。
    二. 防止混凝土結構建筑物滲漏的基本途徑
    1、采用外設柔性防水層方法。在收縮變形較大的部位(如屋面等)較常采用,所用材料多為有機物(如 防水卷材、防水涂料等),部分優材料有較好的防水作用,但對防止混凝土開裂,對結構的破壞無幫助,且有機材料普遍存在老化現象,一般在5-10年后失效,施工也 較為復雜工期長,造價亦較高。
    2、采用剛性結構自防水方法分兩種方式:
    (1)在混凝土中摻入普通防水劑(如氯化鐵防水劑、有機硅防水劑、增密防水劑等)配制成防水混凝土:通過 降低混凝土的用水量,密封或減少混 凝土結構中的毛細孔,增加混凝土的密實度,使混凝土結構自身致密,或在混凝土表面或內部形成憎水官能團,降低混凝土的吸水率,從而提高混凝土地抗滲能力,達到防水效果。此種方法具有不易老化、施工方便、對混凝土施工性能基本無影響等優點。但也有幾大弊端:如氯離子對混凝土耐久性有危害;只能解決混凝土的抗滲問題,不能解決混凝土最根本的抗裂問題。有些技術人員在考慮混凝土的防水問題時,只關心混凝土的抗滲標號達到多少(如S8、S10等),但在許多工程實例中,往往檢測混凝土試件的抗滲標號能達到要求,但在實際工程中混凝土結構開裂嚴重,不但防水抗滲無從保障,而且影響混凝土結構的安全性能。
    (2)在混凝土中摻入混凝土膨脹劑或膨脹型抗裂防水劑(如硫鋁酸鈣類膨脹劑、氧化鈣類膨脹劑、多膨脹源膨脹劑、膨脹型抗裂防水劑等),配制成具有補償收縮功能的微膨脹抗裂防水混凝土:目前在國內應用最廣泛的混凝土膨脹劑(以下簡稱膨脹劑)為硫鋁酸鈣類膨脹劑(或是硫鋁酸鈣為主要膨脹源的膨脹劑),它的基本作用原理是膨脹劑內的Al2O3和SO3與水泥水化產物 Ca(OH)2及膨脹劑本身含有的活性氧化鈣發生化學反應,生成水化硫鋁酸鈣即鈣礬石晶體,該晶體結構致密,化學穩定性好,呈針狀或棒狀,廣
    泛分布于混凝土結構的毛細孔中,能填充和切斷混凝土中的毛細孔,使混凝土結構 更加致密,提高混凝土的抗 滲能力。同時,當鈣礬石晶體隨著水泥水化過程的進行而不斷生成長大時,就會在混凝土內部形成一定的膨脹效應,即在混凝土內部產生一定的膨脹應力即壓應力,此壓應力能部分或全部補償混凝土干縮、冷縮產生的拉應力,從而阻止或減小混凝土的收縮。在合理的摻量和配合比下,摻入膨脹劑的混凝土能產生1.5×10-4 以上的膨脹率,此膨脹率與混凝土的總收縮值相疊加后,能使混凝土的收縮值小于1.0~1.5×10-4 的極限拉伸值,從而防止或減少混凝土的開裂,達到抗裂防水目的,同時保護混凝土結構,提高混凝土的耐久性,延長建筑物使用壽命。
    但普通的硫鋁酸鈣類膨脹劑會對混凝土的施工使用性能有一定影響,即降低混凝土的流動性,增加同一流動度下的混凝土需水量(需水量增加,強度會有一定下降),加快混凝土的塌落度損失,對于要求泵送施工的預拌商品混凝土有一定影響。本公司產品通過控制鈣礬石生成速度,從而減少混凝土塌落度損失;同時,硫鋁酸鈣類膨脹劑的膨脹源--鈣礬石只有在水分充足的環境條件下才能生成,所以在難以充分保證濕養件時,其膨脹效應的發揮是有限的,因而摻硫鋁酸鈣類膨脹劑的混凝土一定要保證充分的保濕養護。另外,普通的硫鋁酸鈣類膨脹劑因為采用明礬石作為原材料,致使堿含量較高,存在堿-集料反應導致混凝土耐久性降低的風險。
    三. 補償收縮混凝土剛性結構自防水與柔性外防水的幾點比較

    四、補償收縮混凝土剛性結構自防水工程結構設計

    原則及無縫施工介紹(供設計單位參考)采用補償收縮混凝土澆筑的結構自防水工程,其結構設計原則應遵循中華人民共和國住房和城鄉建設部行業標準《補償收縮混凝土應用技術規程》JGJ/T178-2009的相關規定,結構設計中的要點如下:
    1. 補償收縮混凝土的強度設計
    強度設計應符合國家標準《混凝土結構設計規范》GB50010的規定,用于后澆帶和膨脹加強帶的補償收縮混凝土的設計強度應比兩側混凝土提高一個等級,補償收縮混凝土的膨脹應力在強度設計中不予考慮。
    2. 補償收縮混凝土的限制膨脹率設計設計使用補償收縮混凝土時,應在設計圖紙中明確注明不同結構部位的限制膨脹率指標要求,限制膨脹率的
    設計取值應符合下表要求

    1) 約束程度大的樁基礎底板等構件
    2) 強度等級大于C50的混凝土
    3) 結構總長度大于120m的構件
    4) 屋面板結構
    5) 氣候干燥地區、夏季炎熱且養護條件差的構件
    6) 室內結構越冬外露施工

    3. 大面積、大體積及超長補償收縮混凝土結構的后澆帶、膨脹加強帶的設計(無縫施工介紹)在傳統大面積結構工程中,采用普通混凝土澆筑時,要留設后澆帶,帶后澆帶兩邊混凝土收縮變形基本穩定后再澆筑后澆帶部分混凝土,后澆帶間距為一般為30~40米,該后澆帶規定整體結構澆搗完成至少60天后方可澆搗,嚴重影響工程進度,而且后澆帶新舊混凝土銜接處往往容易出現結合不良等問題,從而造成該部位出現開裂、滲漏等工程隱患。使用補償收縮混凝土,可應用補償收縮混凝土無縫設計施工工法,在一定的結構尺寸范圍內,實現無縫連續施工,不留后澆帶,即在預留后澆帶的部位(即應力集中部位)設置膨脹加強帶,獲得較高的膨脹率及產生較大的膨脹應力,兩邊部位為普通膨脹混凝土,使混凝土獲得不同的膨脹應力,在應力最大處予以較大的補償,在應力均勻處予以適當補償,從而有效防止大面積混凝土結構的開裂。其平面結構示意圖如下圖所示。

    設計要求:
    1. 加強帶處需設置加強鋼筋(增加鋼筋約15%,寬約3m),并在兩側設置鋼絲網;
    2. 加強帶寬約2m;
    3. 加強帶間距30-40m;
    4. 加強帶砼強度應增加一個等級。

    當然,無縫施工不是無限的,對于不同的結構尺寸和結構部位,膨脹加強帶可采用連續式、間歇式或后澆式施工。補償收縮混凝土的澆筑方式和構造形式應參照下表進行。

    4.補償收縮混凝土鋼筋配置設計
    補償收縮混凝土的配筋率應符合現行國家標準《混凝土結構設計規范》GB50010的有關規定,應采用雙排雙向配筋,鋼筋間距宜符合下表的要求。當地下室外墻凈高度大于3.6m時,在墻體高度的水平中線部位上下500mm范圍內,水平筋的間距不宜大于100mm。(相當于加密配筋,設置一道暗梁)

    注:在結構截面變化處、出入口位置、構造復雜的突出部位、樓板預留孔洞、標高不同的相鄰構件連接處等,宜配置加強筋。

    5.補償收縮混凝土剛性結構自防水工程的附加防水措施
    1)對于正負零以下部位的地下工程,混凝土底板不需要采用其他防水措施,外墻及頂板迎水面可做防水砂漿或柔性防水附加層。
    2)對于部分外墻高出正負零以上的半地下室,混凝土底板不需要采用其他防水措施,正負零以上的外墻及頂板宜做柔性防水附加層。
    3)對于部分池壁高出正負零以上的水池,混凝土底板不需要采用其他防水措施,正負零以上的池壁宜做防水砂漿附加層。
    4)對于正負零以上的大面積結構轉換層樓板,屋面樓板,宜做柔性防水附加層。

    五、混凝土膨脹劑、膨脹型抗裂防水(劑的應用現狀和存在的問題)

    1.應用現狀
    混凝土膨脹劑自 20 世紀 90年代初問世以來,已成功應用于大量混凝土結構工程,使用數量過千萬噸,為我國工程建設領域作出了積極的貢獻,創造了良效果。隨著社會經濟的發展,地下工程,大面積結構工程大量增加,混凝土膨脹劑、膨脹型抗裂防水劑的應用也越來越廣泛,用量也日益增加。
    2.存在的問題
    1)產品質量參差不齊,偽劣產品充斥市場
    因原材料價格不斷上漲,市場競爭日益加劇,市場上出現了一些假冒偽劣產品,有些企業試圖通過不正當的競爭手段來占領市場,采用一些完
    全沒有膨脹功能的材料來冒充膨脹劑或抗裂防水劑,或部分摻假生產一些低成本偽劣產品來搶占市場,這些產品的使用直接導致了一些工程質量事故的發生,給膨脹劑市場造成了較大的沖擊和負面影響。有的廠家因離目標市場較遠,為節約運輸成本,在目標市場當地建立簡易生產車間,采用劣質原材料,無證照、無試驗檢測條件,生產劣質產品出售。有的廠家為搶占目標市場,在目標市場當地物色山寨工廠,低成本委托加工,對質量要求睜只眼閉只眼,致使劣質產品流入市場。

    2)部分結構設計人員對補償收縮混凝土及膨脹劑、膨脹型抗裂防水劑產品認知不夠,設計不規范,主要體現在如下幾點:
    ◎在設計圖紙中要求采用補償收縮(或微膨脹)混凝土,但對各部位的膨脹率沒有作具體要求。
    ◎在設計圖紙中提出了不同部位的膨脹率要求,但有的并不合理,有的偏大,有的偏小。
    ◎配制補償收縮混凝土的只能通過摻加膨脹劑或膨脹型抗裂防水劑實現,其他類型的防水劑是不具備膨脹功能的,有的設計人員在圖紙中要求
    采用
    補償收縮抗裂防水混凝土,還標明了防水劑的型號,但實際上該種型號的防水劑并不具備膨脹功能。
    ◎沒有對特殊部位的配筋布置提出應有的要求
    3)產品用戶(投資方、施工方、混凝土公司)對補償收縮混凝土及膨脹劑產品認知不夠,缺乏對補償收縮混凝土質量及膨脹劑產品質量的監督
    意識和有效手段,致使假冒偽劣產品的使用有了可趁之機。
    3.有宜于解決問題的有效措施
    1)打擊假冒偽劣產品
    發現假冒偽劣產品應及時舉報,有關部門應嚴厲打擊制假售假行為,從而減少工程質量事故的發生、使質量符合要求的優質產品更好地應用于
    建設工程中。
    2)采用簡易直觀的測試方法識別產品的真偽、優劣我公司于2009年參與了混凝土膨脹劑新國家標準(GB23439-2009)的編寫,在新標準中 提

    了一種快速直觀地檢測膨脹劑膨脹性能的簡易測試方法(即將摻 10% 膨脹劑的水泥凈漿或混凝土裝入啤酒瓶或觀察7天內啤酒瓶或燒杯是否出
    現脹裂,如出現脹裂,可基本判定膨脹率符合要求,如沒出現脹裂,則可判定膨脹率不符合要求,為假冒偽劣產品)。因為膨脹率的檢測只有在標準實驗室中才能進行,而且測 試通常會出現不準確,而且也不直觀,而該簡易測試方法可以使用戶很直觀地觀測到膨脹劑是 否發揮了膨脹效應,從而能有效防止假冒偽劣產品的使用。
    2)采用簡易直觀的測試方法識別產品的真偽、優劣我公司于2009年參與了混凝土膨脹劑新國家標準(GB23439-2009)的編寫,在新標準中 提
    出了一種快速直觀地檢測膨脹劑膨脹性能的簡易測試方法(即將摻 10% 膨脹劑的水泥凈漿或混凝土裝入啤酒瓶或觀察7天內啤酒瓶或燒杯是否

    出現脹裂,如出現脹裂,可基本判定膨脹率符合要求,如沒出現脹裂,則可判定膨脹率不符合要求,為假冒偽劣產品)。因為膨脹率的檢測只有在標準實驗室中才能進行,而且測 試通常會出現不準確,而且也不直觀,而該經濟效益和社會效益。大量地下工程采用混凝土剛性結構自防水方法,使用有補償收縮功能的抗裂防水混凝土進行澆筑,取得了良好的混凝土結構自防水效果。隨著社會經濟的發展,地下工程,大面積結構工程大量增加,混凝土膨脹劑、膨脹型抗裂防水劑的應用也越來越廣泛,用量也日益增加。
    2.存在的問題
    1)產品質量參差不齊,偽劣產品充斥市場因原材料價格不斷上漲,市場競爭日益加劇,市場上出現了一些假冒偽劣產品,有些企業試圖通過正當的競爭手段來占領市場,采用一些完
    全沒有膨脹功能的材料來冒充膨脹劑或抗裂防水劑,或部分摻假生產一些低成本偽劣產品來搶占市場,這些產品的使直接導致了一些工程質量事故的發生,給膨脹劑市場造成了較大的沖擊和負面影響。有的廠家因離目標市場較遠,為節約運輸成本,在目標市場當地建立簡易生產車間,采用劣質原材料,無證照、無試驗檢測條件,生產劣質產品出售。有的廠家為搶占目標市場,在目標市場當地物色山寨工廠,低成本委托加工,對質量要求睜只眼閉只眼,致使劣質產品流入市場。
    2)部分結構設計人員對補償收縮混凝土及膨脹劑、膨脹型抗裂防水劑產品認知不夠,設計不規范,主要體現在如下幾點:
    ◎在設計圖紙中要求采用補償收縮(或微膨脹)混凝土,但對各部位的膨脹率沒有作具體要求。
    ◎在設計圖紙中提出了不同部位的膨脹率要求,但有的并不合理,有的偏大,有的偏小。
    ◎配制補償收縮混凝土的只能通過摻加膨脹劑或膨脹型抗裂防水劑實現,其他類型的防水劑是不具備膨脹功能的,有的設計人員在圖紙中要求
    采用補償收縮抗裂防水混凝土,還標明了防水劑的型號,但實際上該種型號的防水劑并不具備膨脹功能。
    ◎沒有對特殊部位的配筋布置提出應有的要求
    3)產品用戶(投資方、施工方、混凝土公司)對補償收縮混凝土及膨脹劑產品認知不夠,缺乏對償收縮混凝土質量及膨脹劑產品質量的監督
    意識和有效手段,致使假冒偽劣產品的使用有了可趁之機。
    3.有宜于解決問題的有效措施
    1)打擊假冒偽劣產品
    發現假冒偽劣產品應及時舉報,有關部門應嚴厲打擊制假售假行為,從而減少工程質量事故的發生、使質量符合要求的優質產品更好地應用于
    建設工程中。
    2)采用簡易直觀的測試方法識別產品的真偽、優劣我公司于2009年參與了混凝土膨脹劑新國家標準(GB23439-2009)的編寫,在新標準中 提
    出了一種快速直觀地檢測膨脹劑膨脹性能的簡易測試方法(即將摻 10% 膨脹劑的水泥凈漿或混凝土裝入啤酒瓶或觀察7天內啤酒瓶或燒杯是否

    出現脹裂,如出現脹裂,可基本判定膨脹率符合要求,如沒出現脹裂,則可判定膨脹率不符合要求,為假冒偽劣產品)。因為膨脹率的檢測只有在標準實驗室中才能進行,而且測 試通常會出現不準確,而且也不直觀,而該簡易測試方法可以使用戶很直觀地觀測到膨脹劑是 否發揮了膨脹效應,從而能有效防止假冒偽劣產品的使用。

    3)結構設計人員、產品用戶應更加了解膨脹劑或膨脹型抗裂防水劑的產品性能、產品標準、設計及施工規范。結構設計人員、產品用戶手頭上應有產品國家標準《混凝土膨脹劑》GB-23439-2009 和中國住房和城鄉 建設部行業標準《補償收縮混凝土應用技術規程》 JGJ/T178-2009,能參照產品標準來選擇質量符合要求的優質產品,科學合理地進行結構設計和使用產品。

     

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