防水混凝土配合比的設(shè)計(jì)

曹　昱

地下混凝土構(gòu)筑物,長期受地下水的浸透作用和滲透作用,防水效能直接影響結(jié)構(gòu)的安全使用功能和整個(gè)建筑物的耐久性,還有其他一些地下構(gòu)筑物如排水方渠、排水管線,若防水效能不佳,它自身的滲漏將污染環(huán)境,直接影響人民的生活。因此在進(jìn)行具有防水要求的混凝土構(gòu)筑物施工時(shí),必須設(shè)法保證它的防水效能,筆者僅就此問題從配合比設(shè)計(jì)上談一些看法。

一、一般情況下,設(shè)計(jì)時(shí)不要過多地顧及防水混凝土的強(qiáng)度標(biāo)號(hào)。因?yàn)樵谝?guī)范中已規(guī)定了防水混凝土的最少水泥用量不低于320kg/m3,水泥標(biāo)號(hào)不低于425#,最大水灰比為0.6,而防水混凝土的設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)一般為20Mpa,在這種條件下是能夠達(dá)到的。因而設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注重采取各種措施,增加混凝土的密實(shí)性,隔斷滲水通道,盡可能提高混凝土的抗?jié)B性能。主要措施有以下幾種:

1.嚴(yán)格控制水灰比。水灰比除了影響防水混凝土結(jié)構(gòu)的抗壓強(qiáng)度及抗?jié)B性能外,還影響混凝土結(jié)構(gòu)的抗凍性及耐久性。在滿足水泥完全水化及浸潤砂石表面所需要的水灰比僅為0.2～0.25,但考慮到施工和易性要求及其他因素,水灰比都取的較大。例如對(duì)塑性混凝土來說,水灰比在0.4～0.7,水灰比小于0.4的混凝土屬于干硬性或半干硬性混凝土。水灰比過小時(shí),混凝土的和易性不好,施工操作困難,影響混凝土的密實(shí)度和抗?jié)B性;水灰比過大時(shí),用水量太多,混凝土在施工時(shí)泌水現(xiàn)象嚴(yán)重。水泥在水化過程中,混凝土中的游離水蒸發(fā),不可避免地在混凝土內(nèi)部留下大量孔隙,這些孔隙相互貫通,形成開放性毛細(xì)管通道,使混凝土結(jié)構(gòu)抗?jié)B性能大為降低,透水性增高。水灰比越大,硬化后的混凝土的毛細(xì)管孔徑越大,泌水現(xiàn)象越嚴(yán)重。因此水灰比是影響混凝土抗?jié)B性能的一個(gè)重要因素,只有最適宜的水灰比才能使混凝土的防水性能達(dá)到最佳狀態(tài)。據(jù)有關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,當(dāng)水灰比大于0.65以后,混凝土的抗?jié)B性能急劇下降。因此國內(nèi)外對(duì)防水混凝土的水灰比都規(guī)定了一定限值,有的國家還以水灰比來控制防水混凝土的防水等級(jí)。

2.選擇最佳砂率。砂率表示1m3混凝土中水泥砂漿的體積。在相同水泥用量情況下,砂率的大小影響混凝土的抗?jié)B性能,與普通混凝土相比,防水混凝土采用富砂率。因?yàn)樗嗌皾{不僅起黏結(jié)填充作用,還要形成一定厚度的砂漿保護(hù)層,這層砂漿保護(hù)層包裹在粗骨料的表面,并使這些粗骨料顆粒相互離開一定距離。這樣一方面使混凝土達(dá)到了最大密實(shí)度,另一方面又能切斷混凝土內(nèi)部的毛細(xì)管首,從面提高了抗?jié)B性。粗細(xì)骨料要有良好的級(jí)配,各組粒徑要在篩分曲線范圍內(nèi)。砂率選擇要得當(dāng)。當(dāng)砂率過大時(shí),由于砂子用量過多,水泥漿不能包裹砂子表面,使結(jié)構(gòu)不密實(shí),降低了混凝土的抗?jié)B性和抗壓強(qiáng)度。同時(shí),砂率過大也必然要增加水泥用量和用水量,由此可導(dǎo)致混凝土的流動(dòng)性增大。混凝土在施工振搗時(shí),粗骨料產(chǎn)生不均勻下沉,混凝土各部分離析,導(dǎo)致硬化后混凝土勻質(zhì)性變差,結(jié)構(gòu)上部產(chǎn)生收縮裂縫,下部稀疏空洞,同樣降低結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性和強(qiáng)度。所以,在設(shè)計(jì)防水混凝土配合比時(shí)選擇最佳砂率對(duì)提高抗?jié)B性至關(guān)重要。根據(jù)實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn),在滿足規(guī)范要求條件下,砂率一般在0.36左右較為理想。

3.選擇最掛灰砂比。防水混凝土是一種富砂混凝土,撥開系數(shù)通常取得較大。粗骨料之間的水泥砂漿是非常飽滿的,灰砂比表明了水泥砂漿中水泥的濃度及水泥砂漿包裹砂粒的數(shù)量,這與砂率所表明的概念不同,前者表明水泥砂漿的數(shù)量,后者表明水泥砂漿的質(zhì)量。灰砂比選擇得當(dāng),就能得到密實(shí)度較高,符合設(shè)計(jì)要求的混凝土。當(dāng)灰砂比偏大時(shí),水泥和水的用量偏大,容易發(fā)生不密、不均勻和收縮大等現(xiàn)象,使混凝土抗?jié)B性能下降;當(dāng)灰砂比偏小時(shí),水泥和水用量偏小,混凝土拌合物易出現(xiàn)干澀和黏結(jié)力不好等現(xiàn)象,使施工和易性變差,降低了密實(shí)度,導(dǎo)致抗?jié)B性能下降。

4.合理選擇外加劑。混凝土在攪拌過程中所使用的水遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過水泥水化所需要的水,多余的水使混凝土的抗?jié)B性下降。所以減水是抗?jié)B的重要方法之一。此外,設(shè)法堵塞滲水通道,使混凝土結(jié)構(gòu)致密等也是提高抗?jié)B的重要方面,因此合理選擇外加劑,從而改善混凝土某些預(yù)期性能是防水混凝土配合比設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一。

這一類外加劑種類很多,有為引氣使用的松香酸鈉和松香熱聚物,微沫劑屬于此類產(chǎn)品;有加快水泥水化作用并使用結(jié)晶致密的三乙醇胺;有能與水泥水化生成物反應(yīng)而生成膠體的氯化鐵等。在設(shè)計(jì)抗?jié)B標(biāo)號(hào)要求不高時(shí),也可采用普通減水劑。

(1)松香酸鈉和松香熱聚物屬于引氣型外加劑,加入混凝土中以后,混凝土中將產(chǎn)生大量微小而均勻的氣泡,使混凝土黏滯性增大,不易松散離析,抑制沉降和泌水作用。這些氣泡是非開放性的,由于它們的存在,使毛細(xì)管性質(zhì)發(fā)生了改變,有效地提高了抗?jié)B,抗凍性也有所提高,但使用時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制用量,否則將顯著降低強(qiáng)度。在試配時(shí)應(yīng)適當(dāng)提高試配標(biāo)號(hào),以彌補(bǔ)強(qiáng)度損失。

(2)水泥在水化過程中生成氫氧化鈣,加入氯化鐵防水劑后,則生成難溶于水的氫氧化鐵膠體,這種膠體充滿混凝土或砂漿中的毛細(xì)孔道,從而堵塞滲水通道,增加了密實(shí)性,提高了抗?jié)B性,達(dá)到防水目的,摻量為水泥重量的3%較為適宜。

(3)三乙醇胺防水劑對(duì)水泥水化有加強(qiáng)作用,因而可作為常溫下的早強(qiáng)劑。另外三乙醇胺能使水泥水化生成物增多,水泥石結(jié)晶變細(xì),因而混凝土更趨密實(shí),提高了結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性能。三乙醇胺防水劑在常溫下可摻入水用量0.05%,其摻量少,施工工藝簡單,應(yīng)用中不損傷機(jī)具,一般都使用此方法。

二、各種因素對(duì)防水混凝土的質(zhì)量影響是互相牽制的,不能孤立地強(qiáng)調(diào)某一因素而忽視另一因素。例如:為了保證一定的施工和易性要確定一個(gè)適宜的坍落度,坍落度的選擇要依據(jù)結(jié)構(gòu)部位、一次澆注高度和施工季節(jié)而定。對(duì)于壁板結(jié)構(gòu)來說,通常選用4～6cm。坍落度的大小與用水量有直接關(guān)系,而用水量的確定又與所使用的粗骨料的最大顆粒徑和水泥用量有關(guān),還與水泥的品種有關(guān)。例如:使用火山灰水泥就比使用普通水泥用量多5kg/m3左右,當(dāng)摻用外用劑時(shí)用水量將在一定范圍內(nèi)波動(dòng),水灰比和水泥用量依據(jù)所采用的水泥品種和標(biāo)號(hào)以及設(shè)計(jì)所要求的抗壓強(qiáng)度的抗?jié)B標(biāo)號(hào)而定,同時(shí)必須滿足規(guī)范要求最大水灰比不大于0.6和最低水泥用量不低于320kg/m3。

防水混凝土配合比經(jīng)過理論計(jì)算后,要在試驗(yàn)室內(nèi)反復(fù)試驗(yàn),直至配出既符合設(shè)計(jì)要求的抗?jié)B標(biāo)號(hào)和抗壓強(qiáng)度,又便于現(xiàn)場施工的防水混凝土。□

(編輯/劉佳)