关于自防水混凝土在地下工程中的应用研究

摘要：地下工程建设是城市发展的重要组成部分，包括地铁隧道、地下管网、地下室等。防水是地下工程的关键技术之一，关系到工程的安全性和使用寿命。传统的防水措施，如涂刷防水涂料、铺设防水卷材等，存在施工复杂、维护成本高等问题[1]。自防水混凝土凭借其自身优秀的防水性能，为解决这一问题提供了新的解决方案。本文主要从以下几方面对自防水混凝土在地下工程中的应用进行研究：1）自防水混凝土的发展历程；2）自防水混凝土的组成、防水机理及配方设计；3）自防水混凝土的性能特点；4）自防水混凝土在地下工程中的应用现状；5）自防水混凝土在地下工程中的施工技术；6）自防水混凝土在地下工程中的应用前景及发展趋势。通过对自防水混凝土在地下工程中的应用进行深入分析，旨在为推动自防水混凝土在地下工程中的推广应用提供理论支撑。

关键词：自防水混凝土；地下工程；防水；应用研究

1 引言

地下工程广泛应用于城市地下空间开发、地下管线建设、地下隧道等领域，具有占地面积小、节约用地等优势，在城市建设中发挥着重要作用。然而，地下工程建设中的防水问题一直是制约其发展的重要技术难点之一。传统的防水技术存在渗漏、易损坏等问题，难以满足地下工程对防水性能的要求。自防水混凝土凭借其优异的防水性能，为解决地下工程防水问题提供了新的解决方案。

2自防水混凝土的技术发展历程

自防水混凝土的研究始于20世纪90年代，早期的研究主要集中在材料的选择和修复机制的优化。随着技术的发展，自防水混凝土的应用范围逐渐扩大。

2.1早期发展阶段

早期的研究主要关注于修复剂的选择和实验室测试。研究人员发现，某些微胶囊和细菌能够有效地修复混凝土裂缝，但这些技术在实际应用中仍面临诸多挑战。

2.2技术成熟阶段

随着材料科学和生物技术的进步，自防水混凝土的性能得到了显著提升。许多研究者开始探索如何提高自防水混凝土的耐久性和经济性，同时考虑其在不同环境条件下的表现。

2.3现状与未来发展

当前，自防水混凝土已经在实验室和部分实际工程中得到了应用。未来的发展将重点关注如何降低成本、提高修复效率以及扩大应用范围。

3 自防水混凝土的组成、防水机理及配方设计

3.1自防水混凝土的组成、防水机理

自防水混凝土是在普通混凝土中掺入特殊的防水添加剂，使混凝土本身具有防水性能的一种新型建筑材料[2]，如聚合物乳液、膨胀型防水剂等，使其具有良好的抗渗透性能的新型混凝土。自防水混凝土的防水机理主要包括两方面：一是材料本身具有优良的防渗透性能，能够阻止水分进入混凝土内部；二是在混凝土凝固过程中，防水材料能够形成密实的网状结构，进一步增强了混凝土的防水性能。

3.2 自防水混凝土的配方设计

自防水混凝土的配方设计主要包括以下几个步骤[3]：

（1）确定混凝土强度等级，根据工程需求选择合适的强度等级。

（2）选择防水添加剂类型与掺量。常用的防水添加剂有聚合物乳液、硅烷/硅氧烷类、膨胀性材料等，掺量一般为水泥重量的1%-3%。

（3）调整水胶比，提高混凝土的致密性和抗渗性。

（4）优化骨料级配，提高混凝土的和易性和施工性能。

（5）进行试配，测试混凝土的抗渗性、抗压强度等性能指标，调整配比至符合要求。

4 自防水混凝土的性能特点

4.1 优异的防水性能

自防水混凝土通过在混凝土中掺入特殊的防水材料，可以大幅提高混凝土的抗渗性。相关研究表明，自防水混凝土的抗渗深度可达50-100mm，远高于普通混凝土的10-20mm[4]。

4.2 良好的力学性能

自防水混凝土的强度、模量等力学指标与普通混凝土基本一致。通过优化配合比，自防水混凝土的抗压强度可达C30-C50等级，满足地下工程的强度要求[5]。

4.3 优良的耐久性

自防水混凝土具有较强的抗化学侵蚀性、抗冻融性等，使用寿命长。相比传统防水措施，自防水混凝土无需定期维护，大大降低了维护成本[6]。

4.4 施工便捷性

自防水混凝土可以在浇筑时自动实现防水功能，无需采取其他防水措施，因此又称“一次成型防水混凝土”，施工工艺简单，缩短了工期，提高了施工效率[7]。

5 自防水混凝土在地下工程中的应用

5.1 地铁隧道

地铁隧道是典型的地下工程，对防水性能有很高的要求。自防水混凝土因其卓越的防水性能和施工便利性，在地铁隧道工程中得到了广泛应用。以北京地铁为例，近年来已有多条线路采用自防水混凝土作为隧道衬砌材料[8]。

5.2 地下管网

地下管网如给水管、排水管等，也需要良好的防水性能。自防水混凝土可以直接用于管道的制造和铺设，无需另外设置防水层，既提高了施工效率，又延长了管网的使用寿命[9]。

5.3 地下室

地下室作为地下空间开发的重要形式，防水性能直接影响其使用功能。自防水混凝土可广泛应用于地下室的基础、墙体等部位，有效防止渗漏问题的发生[10]。

6 自防水混凝土在地下工程中的施工技术

自防水混凝土的施工工艺与质量控制是确保结构耐久性和防水性能的关键。

6.1自防水混凝土施工工艺

6.1.1 材料选择

●水泥：应选择低氯离子含量的水泥，并根据设计要求选择适合的水泥等级。

●骨料：应使用干净、无机化学杂质的骨料，且粒径应符合设计要求。

●添加剂：可使用专用的自防水混凝土添加剂，如减水剂、防水剂等，提升混凝土的抗渗性和施工性。

6.1.2 混凝土配合比设计

●水胶比：自防水混凝土的水胶比一般控制在0.35～0.45之间，以确保混凝土的密实性和防水性能。

●骨料级配：合理的骨料级配可以减少混凝土的孔隙率，提高抗渗性。

6.1.3 混合与运输

●混合：应在混凝土搅拌机中充分搅拌，确保各成分均匀分布。

●运输：混凝土在运输过程中应避免分离和失水，运输时间应控制在合理范围内。

6.1.4 浇筑

●模板：模板应牢固，确保混凝土浇筑时不会出现变形或漏浆现象。

●振捣：浇筑过程中应进行充分的振捣，消除混凝土中的气泡，确保混凝土密实。

6.1.5 养护

●初期养护：浇筑后的混凝土应保持湿润，避免表面干裂。通常需要覆盖湿布或喷洒养护剂。

●后期养护：养护时间一般为7～14天，以确保混凝土达到足够的强度和防水性能。

6.2 自防水混凝土的质量控制措施

6.2.1原材料控制

●水泥：检查水泥的品牌、批号及其试验报告，确保其符合标准。

●骨料：骨料的含泥量、颗粒级配和表面干净度应符合要求。

6.2.2 混合控制

●配比：混凝土的配合比应严格按照设计要求进行调整和控制。

●搅拌时间：确保混凝土在搅拌机中充分搅拌，以保证均匀性。

6.2.3 浇筑质量

●检查：浇筑过程中应进行现场检查，确保混凝土分布均匀，振捣充分。

●温度控制：特别是在高温或低温条件下，需采取措施控制混凝土温度，避免出现裂缝。

6.2.4 养护管理

●养护记录：建立养护记录，记录每一批次混凝土的养护情况，包括开始时间和结束时间。

●质量检查：定期检查混凝土的强度、抗渗性等指标，确保符合设计要求。

6.2.5 缺陷处理

●检查：施工完成后，应进行全面的检查，发现缺陷及时处理。

●修复：如出现裂缝或渗水问题，应采取相应的修复措施，如打补丁、重新浇筑等。

通过以上工艺和控制措施，可以确保自防水混凝土的施工质量，提升结构的耐久性和防水性能。

7 结论

自防水混凝土因其优异的防水性能、良好的力学特性以及便捷的施工工艺，在地下工程中得到了广泛应用。本文从自防水混凝土的发展历程、概念、配方设计、性能特点以及在地下工程中的应用、施工技术等方面进行了系统研究，为自防水混凝土在地下工程中的推广应用提供了理论依据。未来，随着新型防水材料的不断发展，自防水混凝土必将在地下工程领域发挥更加重要的作用。

参考文献

[1]刘雁，石宏伟，王晶晶.自防水混凝土在地下工程中的应用[J].建筑材料学报，2016，19（6）：45-50.

[2]张健，刘志远，赵铁柱.自防水混凝土的配制技术及其应用[J].混凝土，2014，28（1）：47-50.

[3]GB/T 50209-2015，建筑材料防水性能试验方法标准[S].北京：中国建筑工业出版社，2015.

[4]孙永超，张辉.自防水混凝土的抗渗性能研究[J].材料导报，2017，31（4）：140-144.

[5]朱志强，李凯.自防水混凝土的力学性能研究[J].土木工程学报，2018，50（3）：98-105.

[6]王春雷，张帆.自防水混凝土的耐久性分析[J].建筑材料学报，2019，22（4）：65-70.

[7]李艳，马亚飞.自防水混凝土在地下工程中的施工技术[J].建筑技术，2020，51（2）：35-38.

[8]北京市市政工程设计研究院.北京地铁工程自防水混凝土应用实践[J].地下空间，2017，37（4）：1-6.

[9]张明，李慧.自防水混凝土在地下管网工程中的应用[J].给排水与热能工程，2018，36（2）：45-49.

[10]孙建国，李红.自防水混凝土在地下室工程中的应用研究[J].建筑技术开发，2019，46（12）：15-18.