胡骏：刚性防水与结构自防水_行业文库_行业资讯

防水材料招商网 > 行业资讯> 行业文库 > 正文

胡骏：刚性防水与结构自防水

来源: 湖南省建筑防水协会 相关栏目：聚王牌防水招商网投诉反馈

声明：本文及文中图片系网络转载，供学习交流使用，若来源标注有误或涉嫌侵犯著作权，请联系fsclzs@qq.com,核实后我们将立即修改/删除。

刚性防水与结构自防水

胡骏

（教授级高工，中国建筑防水协会专家委员会委员，杭州金汤建筑防水有限公司董事长）

0 前言

在现代高分子材料技术发展之前，混凝土、砂浆等刚性材料防水是主要的工程防水措施。随着聚合物改性沥青技术和高分子材料的发展，这些具有水密封性和延展性的材料被大量用于防水工程，以弥补刚性防水材料容易出现开裂的缺陷。近几十年来，世界各地的建筑工程防水，主要采用柔性防水材料为主。

随着我国建设工程高速发展，建筑工程防水技术与防水材料都得到了快速发展，其中刚性防水材料性能得到了较大改善，不依赖于外设防水的结构自防水体系理论也在不断地完善。

1 刚性防水相关概念

⑴ 刚性材料

在工程中“刚性”被用来表示物体抵抗变形的性能，刚性材料就是在外力作用下具有变形很小的材料性能，与“刚性”相对应有柔性、挠性、韧性、弹性等。

“刚性”经常伴随“脆性”出现，二者在很多情况下通用，但“刚性”更是指向材料像“刚体”一样在受力后不发生变形的特征，而“脆性”更倾向于表达在外力作用下不产生明显变形而突然发生破坏的特性，砂浆和混凝土是刚性材料也是脆性材料。

⑵ 材料的刚度和构件的刚度

材料的刚度是指材料在受力时抵抗弹性变形的能力，通常用弹性模量E来表征。

构件的刚度是指构件（结构）在受力时抵抗弹性变形的能力，构件变形比较小，即刚度比较大。在宏观弹性范围内，刚度是构件承受的荷载与形变量的比例系数，即引起单位形变所需的力。影响构件或结构刚度的因素是材料的弹性模量和结构形式，改变结构形式对刚度有显著影响。

2 刚性防水材料

刚性防水材料是指当外力作用的强度超过材料的极限时，出现脆性断裂的防水材料。一般指各种防水砂浆和防水混凝土。缓凝型水不漏、确保时、通用型防水浆料等薄质水泥类防水材料应归于防水砂浆类。无机快速堵漏材料、介于刚性与柔性之间的韧性防水材料，以及玻璃、透明塑料片用于防水时，一般都不宜称之为刚性防水材料。

膨胀剂、减水剂、内掺型水泥基渗透结晶型防水材料等改善混凝土抗裂性和密实性的外加剂，均无独立防水功能，故不应属于刚性防水材料，而掺入这些外加剂后的防水混凝土或防水砂浆属于刚性防水材料。

3 刚性防水体系

防水工程中，“刚性防水”主要是指“刚性防水体系”，刚性防水体系是与柔性防水体系相对应的一种防水体系，主要包括“刚性防水层防水”和“混凝土结构自防水”二种形式（表1）。

刚性防水层防水主要包括：整体刚性防水层防水、分区刚性防水层+接缝密封组合的防水层防水、采用刚性材料粘贴和搭接的卷材防水层防水。

混凝土结构自防水主要包括：现浇混凝土结构自防水、预制混凝土构件+接缝密封结构自防水。

表1 刚性防水体系

4 刚性防水层

刚性防水层是指当基层出现变形、开裂或温差产生的应力作用时，作用力超过防水材料强度极限值而发生开裂破坏现象的防水层，主要指无机材料承担防水功能的防水层。

刚性防水层主要有三种典型形式。

⑴ 整体刚性防水层

完全用刚性防水材料形成的防水层，如卫生间墙面砂浆防水层、水箱内侧砂浆防水层、建筑外墙整体等采用的防水砂浆防水层；

⑵ 分区刚性防水材料+柔性接缝组合

用刚性防水材料+柔性接缝组成的防水层，早些年屋面工程上使用的防水钢筋细石混凝土+密封胶接缝处理属于该类型防水。这种形式需要与预制混凝土构件+接缝密封的形式区分，刚性防水层的主要特征是防水层无结构受力功能，通常设置在结构层外侧。

⑶ 柔性卷材采用刚性粘结料铺贴及接缝的防水层

采用水泥粘结料铺贴卷材和搭接缝密封的湿铺改性沥青卷材防水层和聚乙烯丙纶复合防水层，采用这种工艺铺设的卷材防水层，其接缝渗透性和不适应基层变形的性质，应归类为刚性防水层。当基层变形、温度变形或其他外力作用时，搭接缝水泥胶结料很容易开裂进水，造成防水层破坏。这种防水层形式可以称之为“柔性材料刚性防水”。

但湿铺改性沥青卷材采用自粘搭接时可视为柔性防水层，聚乙烯丙纶采用非固化或其他柔性材料作为粘结剂和搭接边处理时，属于柔性防水层。

5 现浇混凝土结构自防水

现浇混凝土结构自防水是以混凝土结构为防水主体，可变形部位采用柔性密封的一种防水形式。按结构自防水设计的现浇混凝土结构地下室、现浇混凝土水池、小面积混凝土结构屋面等，利用混凝土结构兼作防水层，成为不依赖于外设防水层的防水体系。如果仅对混凝土性能提出防水要求而未针对结构提出抗裂防水要求，不应视为“混凝土结构自防水”，混凝土仅作为防水材料的一种防水形式。

⑴ 现浇混凝土结构自防水的两种形式

整体结构自防水：地下建筑工程的现浇混凝土地下室、现浇屋面工程、现浇混凝土的蓄水类构筑物等，整体按结构自防水体系进行防水设计，成为无外设防水层的整体结构自防水。

部分结构自防水：建筑地下工程中，因受环境或工程地质限制，侧墙或底板无法设置外设防水层时，该部位或区段的混凝土结构可通过提高结构刚度抗裂设计，达到结构自防水的效果。

⑵ 现浇混凝土结构自防水的5大要素

① 结构受力裂缝控制要素

－－混凝土结构应具有足够的刚度，减少因结构受力后出现的结构性开裂；

② 混凝土抗渗要素

－－混凝土抗渗性能达到工程抗渗要求；

③ 混凝土抗裂要素

－－混凝土具有良好的抗开裂性能或微裂缝自愈功能；

④ 位移部位柔性密封要素

－－采用柔性防水材料对允许变形部位进行防水处理；

⑤ 混凝土缺陷修复要素

－－采用化学灌浆或砂浆修补等方法，修复混凝土结构局部缺陷。

6 混凝土结构受力状态裂缝控制

结构自防水是利用主体结构自身进行挡水的一种防水体系，结构受力后的抗开裂性能（刚度）是保证整个体系不渗漏的关键之一。根据《混凝土结构设计规范》GB 50010规定，结构构件正截面的受力裂缝控制等级分为三级。

一级：严格要求不出现裂缝的构件，构件受拉边缘混凝土不应产生拉应力。

二级：一般要求不出现裂缝的构件，构件受拉边缘混凝土拉应力不应大于混凝土抗拉强度的标准值。

三级：允许出现裂缝的构件，构件的最大裂缝宽度不应超过表2规定限值，其中环境类别划分，见表3。

注：表中类别划分条件仅列举了与地下工程相关的部分内容。

除了特殊工程外，一般地下工程结构以节约钢筋用量和减小结构断面尺寸的三级裂缝控制设计，允许构件在0.2mm～0.3mm宽度裂缝状态下工作。当混凝土构件受力达到设计荷载时，正截面可能会出现相应宽度的正常裂缝。这些裂缝在混凝土收缩和温差应力等共同作用下，可能会贯通而造成渗漏。当地下工程采用结构自防水体系时，首先应通过增加结构刚度，以减少裂缝开展或减小裂缝宽度。增加结构刚度的主要方法有增加钢筋用量、增加构件断面尺寸、减小构件长度等。

以下对某工程提高刚度进行对比计算，将三级裂缝控制的裂缝宽度从0.2mm～0.3mm减小到0.1mm，测算钢筋用量所增加成本的大概比例。

某工程为单层地下室层高3.7m，主楼地下室面积48153㎡，顶板厚250mm，侧墙厚300mm，地下车库底板厚400mm，主楼底板厚800mm。减小裂缝宽度所增加成本计算结果见表4。

由于工程情况和结构情况不同，所测算的结果也不一定相同，虽然计算不一定十分精确，但从总体上看，适当提高结构刚度以减小裂缝宽度，会造成工程造价的大幅提高。

7 混凝土材料的抗渗和抗裂性能要求

在现代技术条件下，现浇混凝土的强度和抗渗指标达到设计要求相对比较容易，而解决混凝土开裂问题通常难度较大，也是世界性难度。

造成混凝土裂缝的原因很多而且复杂，通常是综合因素作用的结果。当塑性收缩、内外温差等产生的拉应力大于抗拉强度时，混凝土就会出现开裂。

为减少混凝土开裂，经常会掺入外加剂以改善混凝土抗裂性能。常用抗裂外加剂有膨胀剂、减水剂、水化热抑制剂等。各种外加剂对减少混凝土开裂的作用原理各不相同，根据不同的混凝土构件尺寸、强度、级配等因素，外加剂的掺量也不尽相同。从实际工程情况看，掺加外加剂后一定程度上改善了混凝土裂缝的开展，但由于受施工作业、环境条件、保养等因素影响，很多工程在掺入外加剂后还会出现裂缝，甚至有的工程裂缝还很多。

内掺型和外涂型水泥基渗透结晶型防水材料是一种可在混凝土内生成可堵塞毛细孔和微裂缝物质，达到增加混凝土抗渗性能和自修复微裂缝的特殊材料。在混凝土结构表面涂刮水泥基渗透结晶型材料是增强混凝土材料抗渗性能的一种措施，不应视为一道外设防水层，除非其同时具有防水砂浆相同的涂层独立抗渗防水性能。

8 预制混凝土构件+接缝密封结构自防水

盾构隧道、装配式混凝土结构外墙、装配式管廊、预制混凝土大板屋面等结构，混凝土预制构件既是结构构件，又是主要防水系统。这类结构的特点是预制混凝土构件具有很高的强度和刚度，并有很好的抗开裂和抗渗性能。由预制混凝土构件组成的结构具有优异的自防水功能。

预制混凝土构件的结构自防水中柔性接缝密封防水是防水系统的重要组成部分。在盾构隧道等地下工程中，由于柔性材料的不可更换性，要求密封材料有很好的耐老化性能。在混凝土装配式结构外墙工程中，受温差变形、紫外线老化、雨雪侵蚀等影响，柔性密封防水材料需要更好的弹性应变性能和耐候老化性能。

9 刚性防水的优势与存在问题

刚性防水比柔性防水更早运用于防水工程，在有机材料和沥青类材料在建筑工程上使用前，混凝土和砂浆已经作为防水材料广泛使用，有的工程已沿用上百年而且还在继续工作。随着建筑材料的研究和发展，柔性防水材料和刚性防水都得到了快速发展，用柔性防水材料弥补刚性材料易裂缝的缺陷已成为解决渗漏水问题的常规手段。

⑴ 刚性防水的优势

① 耐久性好

混凝土的高碱性水化体系中没有大量的高分子链，其化学稳定决定了在一般环境中有很好的耐久性。地下防水混凝土构件通常不暴露在空气中，不会受风蚀影响，碳化进程很小。处于静态非腐蚀性水质的地下工程，对刚性防水的不利影响因素很少。

② 机械强度高不易损伤

混凝土及防水砂浆强度较高，具有很好的抗刺穿、抗压和抗冲击性能，不容易受外力作用破坏，正常回填土的地下室侧墙可以不做保护层。

③ 与砂浆有很好的粘结性能

建筑外墙和卫生间墙面通常采用水泥砂浆抹灰或铺贴面砖，采用有机防水材料时很容易发生空鼓或脱落现象，而在砂浆防水层表面施工，可以避免出现类似情况。

④ 结构自防水工程出现渗漏水容易发现和修复

地下工程结构自防水出现渗漏很容易直接观察发现，并可采用化学注浆等方法方便渗漏维修。

⑤ 无法设置外设防水层时，结构自防水是唯一选择

逆作法地下工程、叠合式结构侧墙等地下工程无法在迎水面施作防水层时，采用混凝土结构自防水技术可达到防水抗渗目标。

⑥ 结构自防水可缩短施工工期

结构自防水工程其防水功能与混凝土结构施工同时完成，节省了外防水层和保护层的施工时间，可缩短工程施工工期。

⑵ 刚性防水存在的主要问题

① 砂浆防水层对基层变形适应能力较差

当基层开裂、变形、外力作用超过材料极限时，会造成砂浆防水层脆性开裂。虽然可以通过外加剂改性，但整体适应变形能力相对柔性防水相差很大。

② 刚性防水材料性能易受施工和环境因素影响

相对有机防水材料，防水砂浆和混凝土质量更容易受人或环境因素影响，施工操作、配合比、环境气温、保养等，都会直接影响质量和防水性能。

③ 刚性防水层比柔性防水层更重

相比柔性防水层，刚性防水层重量大，增加了结构荷载的同时也增加了工人施工作业的工作强度。

④ 易产生温度裂缝

在建筑物的外墙、屋面部位的刚性防水层，受温差影响产生破坏的概率较大。某些地区年极端温差可达70℃以上，10m长的构件自由伸缩可达0.5mm。看似地下室工程相对处于恒温环境，但在冬冷夏热地区，地下室在春节前后发生渗漏的机率最大，这与冬天低温结构收缩有直接关系。

⑤ 刚性防水存在一定的透水性

砂浆和混凝土都存在毛细孔和内部微裂缝，从微观上可以认为是属于透水性材料。即使像盾构管片强度与抗渗性能很好的构件，也会有一定量的水分子渗入。土体中的氡气和其他有害物质长期渗入到结构背水面，积聚在室内混凝土表面，对室内空气造成一定的污染。

⑥ 现浇混凝土结构自防水不适合用于有动荷载的部位

按三级裂缝控制设计的混凝土结构，在正常使用环境使用条件下，可能会出现开裂，特别在动荷载的反复作用下，裂缝会反复开闭而出现渗漏现象。如可行驶汽车的地下室顶板、反复蓄水与排空的水箱等。

10 探讨

任何防水材料、防水体系都有其优点、缺点和适用性，如果有一种防水材料或防水体系适用于任何工程，其他材料和体系就会自然淘汰。我们应该客观、科学地对待防水材料和防水工程运用技术中出现的问题。

⑴ 防水工程应科学地引入结构自防水体系

在混凝土中添加各种外加剂，包括水泥基渗透结晶材料，提高了混凝土材料的抗渗性能，对混凝土微裂缝有一定封闭修复作用。仅采取增加混凝土防水性能的措施，没有从结构受力角度减少裂缝开展，并结合柔性密封防水的方法，不应称为“结构自防水体系”。

结构自防水是由结构抗裂+混凝土材料抗渗抗裂+柔性密封的体系，应视为独立的防水功能。虽然结构成本较高，在耐久性要求较高和特殊的防水工程中可以独立使用或与柔性防水层结合使用。特别在地下防水工程中，可视为一道高质量的防水措施，采用结构自防体系的防水工程，其各防水等级的设防要求建议在现有规范基础上进行补充（表5）。

表5 地下防水工程防水等级与设防措施

⑵ 发挥柔性防水层与刚性防水的互补作用

柔性防水层是解决刚性防水容易出现裂缝渗漏的最经济方案，刚性防水除了在特定部位可以独立发挥防水作用外，在地下防水工程和其他防水工程中可以与柔性防水层相互弥补缺陷，共同发挥作用。目前地下防水工程中，采用柔性防水的工程和采用仅添加外加剂的“结构自防水”工程都存在渗漏水现象，大多数工程经堵漏修复后才能达到验收标准，这不是正常现象。无论采用哪种防水体系，都需要十分重视施工对防水工程质量的影响。

FR结构自防水技术系统

FR结构自防水技术系统，依据富瑞勒斯抗渗富余系数#174;理论，在结构混凝土中添加CF-S2型防水密实剂作为防水主体，结构迎水面抹压MF-S1型防水砂浆或喷涂W...