節能減排的防水技術

劉緒光，齊冬有，游寶坤

（中國建筑材料科學研究總院，北京 100024）

1 前言

2010年一號文件公之于眾，“三農”問題成為中央一號文件的主題，而“加快城鎮化”則成為其中引人矚目的亮點，有輿論指出，這“拉開了中國城鎮化大幕”，“中小城市建設迎來了黃金期”。我國目前城鎮化的水平為46%，有專家測算，我國城鎮化每提高1個百分點，將有近1500萬農村人口轉移至城市，同時拉動1500億元的內需和近6000億元的住房消費。與工業化國家普遍超過70%城鎮化水平相比，我國還有巨大的發展空間，這將是中國經濟未來二十年保持持續快速增長的根本動力。

城鎮化與房屋建筑密切相關，而房屋的建筑防水關系到老百姓的安居樂業。根據國家的環保政策，各行各業都在開發節能環保技術。在2010年的中國建筑學會防水技術專業委員會專家聯誼會上，原建設部總工程師許溶烈教授指出：我國建筑防水材料和施工技術取得了很大成就，現在國家提出節能減排方針，即低碳經濟，他希望大家要開發節能減排的建筑防水材料和防水技術，這是個新方向。

我聽了許溶烈教授的話后，很受啟發，本文就此問題進行了一些探討，以供大家交流。

2 節能減排的防水材料

防水材料分為二個種類，一是剛性防水材料，如防水混凝土和防水砂漿；二是柔性防水材料，如SBS防水卷材、聚氨酯防水涂料等。從節能減排角度來說，剛性防水材料最優，其次是柔性的防水材料。

2.1 剛性防水材料

在《地下工程防水技術規范》GB50108—2008中，把主體結構的防水混凝土放在首位。防水混凝土可通過調整配合比，或摻入外加劑，摻合料等措施配制而成，其抗滲等級不得小于P6。眾所周知，混凝土原料來源廣泛，價格低廉，是用途最廣、用量最大的建筑材料。

我國水泥混凝土科技工作者對節能減排作出巨大貢獻。以往水泥熟料主要用回轉窯煅燒而成，水泥熟料單位能耗為1100～1500大卡/kg，1990年后，我國開發了窯外分解的新型干法窯和余熱發電，水泥熟料單位能耗降至700～800大卡/kg。據國家統計，2009年我國水泥產量達16億噸，占全世界總產量的50%，由于我國所有大型水泥廠都采用新型干法窯生產熟料，由此可見，為國家節省多少煤炭資源。

混凝土平均密度約為2400kg/m3，而水泥用量一般在250～400 kg/m3，只占混凝土重量的10%～15%，其余為砂、石、摻合料和外加劑。1990年后，我國開發了高效減水劑，由此大力推廣了綠色高性能混凝土，在摻入高效減水劑情況下，混凝土中的水泥用量可少用一些，細磨摻合料可多用一些，配制成大流動度的預拌混凝土。以C30防水混凝土為例，按傳統的技術，水泥用量為340～380 kg/m3，按現代的新技術，水泥用量為220～260 kg/m3，二者對比，每立方混凝土大約節省100 kg水泥。由此可見，為國家節省多少水泥，減排多少CO2，這些都顯示了科技的力量。

如何提高防水混凝土的質量？摻入有機或無機防水劑能堵塞、填充毛細孔縫，可提高混凝土的防水質量。然而，混凝土的致命弱點是收縮開裂，近20年來，我國開發了具有抗裂防滲功能的混凝土膨脹劑，補償混凝土收縮，減免混凝土結構收縮開裂，基本做到結構自防水，一般情況下迎水面可不作柔性防水，這能進一步節能減排。

防水砂漿包括聚合物水泥防水砂漿，摻外加劑或摻合料的防水砂漿。按規范規定，水泥砂漿防水層可用于地下工程主體結構的迎水面或背水面。由于防水砂漿主要用水泥、砂子和外加劑配制而成，它比起防水卷材或防水涂料節能更多，排CO2更少。

如何提高防水砂漿的質量？近十年來，我國已研制出幾種多功能防水劑，如在水泥和砂子中，摻入膨脹劑和減水劑的抗裂防水砂漿，摻入有機硅的防水砂漿，摻入減縮劑和憎水劑的防水砂漿，工廠配制成干拌防水砂漿，在工地加適量水拌制成濕拌砂漿，厚度宜為18～20mm，操作方便，防水質量有保證，應大力發展。

從以上分析，防水混凝土和防水砂漿是以水泥、砂、石、摻合料和外加劑拌制而成的剛性防水材料，節能減排最優，應在技術和政策上給與支持和引導。

2.2 柔性防水材料

柔性防水材料包含有防水卷材，防水涂料密封材料和鈉基膨潤土防水毯等。這些柔性防水材料具有良好的彈性，可塑性和防水密封性，是粘附在防水結構主體表面的防水層，提高整體防水的保險系數，同時，對于侵蝕介質中的工程，也是起到對防水混凝土的防腐作用。

隨著我國住房、公共建筑和地下空間的開發利用，柔性防水材料的應用得到很大發展，據不完全統計，2009年防水卷材約6億m2，防水涂料約100萬噸，密封材料約5萬噸，其中質量較差的紙胎油氈已淘汰，而SBS和APP等改性瀝青防水卷材用量上升到全部防水卷材的70%。高質量的高分子防水卷材主要包括三元乙丙橡膠、氯化聚乙烯、橡塑共混等防滲片材，其用量占20%，膨潤土防水毯占10%左右。

不同類型的柔性防水材料采用不同的原料和生產工藝制造而成，除膨潤土防水毯外，它們都是用石油化工原料如瀝青、橡膠、聚乙烯、聚胺脂、丙烯酸等，在一定的溫度和壓力下合成加工成為具有不同性能的防水卷材、防水涂料和密封材料。這些石油化工原料和防水材料的生產過程都要消耗不少能源，同時排放有損生態環境和人體健康的氣體和污水。為此，國家環保部已制定和頒布了《環境標志產品技術要求防水卷材（HJ455—2009）》、《環境標志產品技術要求，防水涂料（HJ457—2009）》和《環境標志產品技術要求，剛性防水材料（HJ456—2009）》，將有效地減少防水材料在生產、施工、使用過程中對環境和人身健康的影響。

從節能減排和綠色環保的意義出發，我們認為：

（1）在保證防水工程質量的前提下，以能耗比較低和對環境污染較少的剛性防水材料代替部分柔性防水材料，是節能減排一種措施。

（2）柔性防水材料存在老化、破損和失效的缺點。防水壽命只有10～20年，而且不可再生利用，因此，大力開發高分子防水材料，研制防水壽命更長的柔性防水材料對節能減排具有重要意義。

柔性防水材料和剛性防水材料的生產過程和性能很不相同，各有優缺點，剛柔結合，互為補充。這兩大類防水材料在節能減排方面，在科研和生產工藝上尚有開發的空間，以適應國家的低碳經濟的要求。

3 節能減排綜合防水技術

低碳經濟的核心是節能減排，所謂節能減排的防水技術是以剛性防水材料為主，以柔性防水材料為輔的剛柔結合的防水技術。

中國工程建設標準化協會防水專業委員會秘書長高延繼高級工程師，在2009年無錫會議上，發表了《工程建設防水技術學術交流引言及概述》一文中，闡述了對于剛性防水與柔性防水的關系，他說：如何認識剛柔結合問題，防水自從提出了“剛柔結合”，剛性防水就不能在建筑防水，尤其是建筑的地下防水工程獨立使用了。實際上是對“剛柔結合”理解的片面性所造成的。“剛柔結合”不僅是面與面的結合，最主要的是縫的結合。無論是剛性防水還是柔性防水，接縫都是應該采用柔性處理（或其他的辦法）。歷史上建筑工程防水不乏剛性防水的杰作。例如古羅馬水道、羅馬萬神廟，現代的悉尼歌劇院外墻防水為瓷磚防水，隧道盾構工程、面板壩工程、沉箱的海底隧道等都是剛性防水。原國標《地下工程防水技術規范》（GBJ108—87）第2.1.4條規定：“地下工程的防水，宜用防水混凝土自防水結構，并根據需要可設附加防水層或采用其他防水措施”。現在看來，這個規定也是適宜的。按現在的規定增加了附加防水層（尤其防水卷材）的地下防水工程為什么還存在大量的滲漏水的現象？還有人講，防水卷材對于混凝土起保護作用。但是，改性瀝青防水卷材的自身壽命能夠達多少年？改性瀝青防水卷材在我國建筑地下防水工程開始應用的也就10多年，2001年才列入GB50108地下防水規范。剛性防水技術也得到了快速的發展，應當結合具體的情況制定適宜的防水要求。我們完全贊同高延繼的意見。

在1990年，我們就提出“結構自防水是根本，防裂比抗滲更重要”的防水新概念。為減免混凝土收縮開裂，我院先后研制成功UEA、AEA、ZY、HSCA膨脹劑，以等量取代膠凝材料8%～12%拌制成補償收縮混凝土，以此開發了地下結構自防水，以膨脹加強帶取代后澆帶的無縫設計施工和大體積混凝土裂滲控制三大應用技術，在全國許多重要地下和水工工程應用，受到工程界的歡迎。但是，2001年頒布《地下工程防水技術規范》后，設計人員片面理解，不管何等防水級別和水文地質情況，幾乎都用防水卷材把地下主體結構全包起來，為增加防水保險，這樣的設計無可非議。但是，且不說防水卷材的壽命多長，由于地下結構十分復雜，施工人員大多為農民工，難以做到天衣無縫，防水質量和耐久性都存在問題。我們認為，不能千篇一律都要外包防水卷材，要根據地下工程的實際情況進行防水設計，采用新材料和新工藝設計地下防水工程。

從節能減排出發，我們提出以下地下工程綜合防水技術。

3.1 地下工程混凝土結構主體防水

根據《地下工程防水技術規范》GB50108-2008，結構主體規定選用防水混凝土，它可通過調整配合比，或摻加外加劑，摻合料等措施配制而成，抗滲等級不得小于P6。現今多用大流動度的商品混凝土，收縮裂縫大為增加，滲漏增多，影響了使用功能和耐久性。經過多年的研究和工程實踐，提出在混凝土中摻入膨脹劑的補償收縮混凝土作結構的主體防水。

3.2 關于附加防水

根據《地下工程防水技術規范》的強制性條文：“地下工程迎水面主體結構應采用防水混凝土，并應根據防水等級的要求采取其他防水措施”。按規范推薦迎水面的附加層有防水卷材，防水涂料和防水砂漿等。鑒于用防水卷材鋪貼難以做到天衣無縫，且防水卷材存在老化腐爛的問題，其防水壽命只有10～15年，與混凝土的壽命不同步。因此，建議采用抗裂防水砂漿（20mm厚）作底板防水附加層，施工簡易，成本低，抗裂防水劑是用膨脹劑、密實劑和憎水劑配制而成，其摻量為水泥用量的10%，與二份砂子拌制成抗裂防滲砂漿，抗滲等級＞S20。其性能達到《水泥·砂漿防水劑》建材行業標準JC474—2006的技術要求。當然，使用防水卷材也是可以的。

對于邊墻防水附加層，建議采用聚合物水泥防水涂料，這種涂料既有水泥類的無機材料強度高，耐久性好的優點，又有橡膠類材料良好的彈性和防水性能，這種涂料可濕作業，連續涂抹，粘結力強。聚合物水泥防水涂料建材行業標準JC／T894—2001，該產品已列入防水技術規范，涂層厚度不小于1.2mm。當然，邊墻防水附外層也可選用防水卷材或其他防水涂料。

根據以上技術分析和大量的工程實踐，節能減排的地下工程的防水技術方案歸納如表1。

4 技術經濟分析

按本技術方案設計施工，進行如下經濟分析：

（1）外防水作業費（防水卷材+混凝土保護層）一般為80元/m2，如底板采用抗裂防水砂漿作為防水層，一般為10元/m2，邊墻采用聚合物水泥防水涂料作外防水層，一般為30元/m2，則可節省50%的外防水費。

表1 地下室防水材料推薦

（2）采用補償收縮混凝土結構自防水和無縫施工，可縮短工期30d以上，可大大節省人工管理費。

（3）節省降水費用，節約后澆帶兩側的橡膠止水帶的費用等。

20年來，我院以本技術為全國500多個重大防水工程提供技術服務，以北京為例，有當代商城（90 m×90m），北京西客站（165m×200m），北京郵政綜合樓（88 m×59m），北京古勝莊小區1號樓（174m×62m）北京力鴻花園（122m×70m），北京深房大廈（133m×105m），北京希格瑪中心（103m×66m），上海世貿商城地下室（240m×110m），北京奧運會“鳥巢”體育場，國家會議中心，昆明國際機場新航站樓等，至今無滲漏，受到用戶好評。

本技術方案適用于二、三級防水等級的地下防水，經濟適用房和城鎮民用住宅的地下工程。