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刚性防水与柔性防水的内涵特点、适用范围及标准化进展
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1、刚性防水与柔性防水的相关术语及内涵

1.1、刚性防水




(1)刚性防水

刚性防水是指:采用混凝土结构自防水或刚性防水层实现工程防水的方法。


广义的刚性防水定义指:由不易变形的刚性板块通过构造连接而成的防水屏障,广义的刚性板块的材质可包括水泥基材料、金属板材、瓦等材料。


目前防水行业内经常提及的刚性防水是指:采用混凝土结构自防水或刚性防水层实现工程防水的方法。所指的刚性防水层所用材料主要是指防水混凝土、防水砂浆、水泥基渗透结晶型防水涂料、水泥基防水涂料等水泥基材料。

(2)刚性防水体系

刚性防水体系是指:主体防水采用刚性防水,细部构造节点采用相适应防水措施的防水体系。

行业内所指的刚性防水体系指不设置柔性防水层即能够独立承担防水功能的防水体系,即全刚性防水体系。在刚性防水体系中,“大面为刚,节点可柔”,大面采用刚性防水,细部构造节点根据需要可采用刚柔结合构造方式。以下防水体系均称为刚性防水体系:

1)混凝土结构自防水体系;

2)以混凝土结构自防水作为防水主体,外表面仅设置刚性防水层,不设置柔性防水层的防水体系;

3)建筑外墙防水工程中,墙体外表面整体防水仅设置刚性防水层,不设置柔性防水层的防水体系。

(3)刚性防水层

刚性防水层是指:以水泥基材料为主体的防水材料,设置在结构表面,能够阻止水渗透的构造层。

刚性防水层可包括砂浆防水层、水泥基渗透结晶型涂料防水层、细石混凝土防水层等。

(4)混凝土结构自防水体系

结构自防水体系是指:结构主体通过优化配筋和配置防裂构造措施,采用具有防渗抗裂性能的防水混凝土,并对变形缝、后浇带、施工缝等细部构造部位进行防水密封处理,使其不依赖于外设防水层,具有独立防水功能的防水体系。

(5)防水混凝土

防水混凝土是指:以阻止水的渗透(漏)为目标,采用优质常规原材料,合理掺加具有抗裂、防水功能的外加剂和矿物掺合料并经优化配合比,制成的具有良好抗渗性能和抗裂性能的混凝土。

(6)防水砂浆

防水砂浆是指:以水泥和细骨料为主要原材料,掺加外加剂、聚合物或纤维等一种或几种改性材料,制成的具有良好抗渗性能和抗裂性能的砂浆。未掺加聚合物的为水泥防水砂浆,掺加聚合物改性材料的为聚合物水泥防水砂浆。

(7)防水剂

能够提高混凝土或砂浆防水性能的外加剂,均可称为防水剂,目前防水剂的种类较多,从作用机理来看,工程市场上的防水剂种类已经超出了现行行业标准《砂浆、混凝土防水剂》JC/T 474-2008的范围,广义的防水剂定义可谓:掺入混凝土或砂浆中,可提高混凝土或砂浆的密实性、抗裂性、憎水性、自修复性中的一种或多种性能,从而阻止水渗透的外加剂。

1.2 柔性防水




(1)柔性防水

柔性防水是相对于刚性防水而言的,一般是指:主要采用柔性防水层实现工程防水的方法。

(2)柔性防水体系

柔性防水体系是指:以柔性防水层为防水主体的防水体系。行业内通常所指的柔性防水体系一般是指通过在混凝土结构表面铺设柔性防水层承担防水功能的防水体系。

(3)柔性防水层

柔性防水层是指:铺设在混凝土结构或找平层上的柔性防水材料。柔性防水材料是指以沥青或高分子聚合物等有机材料为主体材料,并添加各种助剂而制成的防水材料,按产品形态的不同可分为“防水卷材”和“防水涂料”,包括聚合物改性沥青防水卷材、高分子防水卷材(TPO、PVC等)、聚氨酯防水涂料等。



2、刚性防水材料与柔性防水材料的性能特点

2.1 材料范围

工程中常见的刚性防水材料与柔性防水材料见表1。防水行业经常提及的刚性防水材料主要是指水泥基防水材料。

表1 工程常见的刚性防水材料与柔性防水材料(包括但不限于表中所列种类)

图片

2.2 刚性防水材料性能特点




水泥基类的刚性防水材料为无机材料,主要优点是耐久性好、使用寿命长、与混凝土结构主体材料混凝土的相容性好。刚性防水层涂抹在主体结构上,粘接强度高,当粘接基面为潮湿状态时,仍然能够进行很好的粘接。

与柔性防水相比,刚性防水在施工中可省去保护层、节约工期。在施工后如果发生渗漏,可准确定位渗漏点,进行修缮,修缮效果有保证。 

刚性防水的缺点是材料缺乏柔韧性,适应变形的能力差。对于防水混凝土而言,其最终防水性能的体现除了要优选防水剂、控制原材料、优化配合比外,对施工过程控制依赖较高。

刚性防水材料适用于地下、室内、外墙等部位,在我国温差小、湿度大的南方气候区域,通过合理的构造设置,也可用于屋面工程。

2.3 柔性防水材料性能特点

柔性防水材料的优点是材料柔韧性好,适应基层变形能力强,材料本身对水的阻滞效果好。防水卷材除了上述优点外,因为在工厂生产成型,所以卷材厚度均匀,性能更稳定。与水泥基的刚性防水材料相比,柔性防水材料与水泥混凝土的粘接常常存在较大问题。

防水卷材缺点是与结构面很难满粘,容易存在窜水通道,存在大量接缝,容易发生接缝不严密,一旦发生渗漏,很难定位渗漏点,渗漏修缮难度大。

柔性防水涂料在现场成型,防水层没有接缝问题,但现场施工厚度很难控制,现场容易被破坏,大部分涂料的长期耐水性较差。

在耐候、耐老化方面,除TPO、PVC等特殊材料,大部分柔性防水材料受外界热、光等老化影响,使用寿命较短,无法和建筑同寿命。

柔性防水材料一般适用于屋面、地下、室内等部位。



3. 刚性防水体系与柔性防水体系的适用范围

3.1 地下防水工程




(1)国内外实际工程应用情况

从国外情况来看,欧洲、美国、日本等发达国家建筑法及相关技术标准并未要求建筑工程必须做外设防水层且必须设置一道防水卷材或防水涂料,因此在国外地下防水工程中,刚性防水体系占比很大。

从国内情况来看,国内地下防水工程大部分是采用柔性防水体系,这主要是跟我国地下防水规范的引导有关,进而形成了建筑设计师惯用的主流设计作法。实际上《地下工程防水技术规范》GB 50108-2008是有明确规定的刚性防水体系设计作法,但常常被忽略,使得我国地下工程采用刚性防水体系的案例占比远远小于国外发达国家。

(2)柔性防水体系应用在地下工程中的优缺点

柔性防水体系在地下工程应用的主要优点:

1)在部分工程中地基可能会产生沉降变形,在顶板部位车辆通行荷载等也可能会造成混凝土裂缝,此时柔性防水层能更好地适应这些变形,起到第一道防水的作用。

2)柔性材料本身的阻水性能优于刚性防水材料,材料由工厂预制,产品本身稳定性优于刚性防水材料。


柔性防水体系在地下工程应用的主要缺点:

1)柔性防水层对基面的要求高,地下工程基面潮湿时或遇到持续多雨、富水环境时,柔性防水层质量很难保证;

2)柔性防水材料耐久性较低,后期老化后,地下工程外防水层具有不可更换属性,无法像屋面工程进行防水层维修更换;

3)防水卷材与混凝土表面剥离即局部破损后造成窜水,防水层失效,外设柔性防水层因为缺陷失效后,绝大部分情况只能对混凝土结构进行修补堵漏。其实无形之中,柔性防水体系已经转变为刚性防水体系了;

4)从目前大量的地下防水工程案例来看,刚回填后的工程渗漏水非常普遍,这说明外设防水层已经失效。由于地下防水工程外防水层无法修补或更换,失效的防水层无法得到修补,就形同虚设,成为无效投资,从而造成大量的浪费;

5)柔性防水体系的渗漏水响应速度慢,大多滞后到使用期,对装饰、使用等造成破坏。一旦渗漏,经济损失更大。

6)柔性防水体系大量使用有机材料,有机材料对地下水土环境会造成一定的污染。

7)目前国内地下防水工程中的主流作法是采用柔性防水体系,但是渗漏现象还是比较普遍,说明柔性防水体系并未很好地解决地下工程渗漏问题。

(3)刚性防水体系应用在地下工程中的优缺点

刚性防水体系在地下工程应用的主要优点:

1)耐久性好,更有利于实现结构同寿命;

2)具有良好的抗渗性和抗裂性都是防水混凝土与高性能混凝土的本质要求,发展刚性防水体系有利于高性能混凝土的推广应用,有利于提高混凝土结构的工程质量,更有利于提高结构的耐久性;

3)有局部渗漏时便于维修,对渗漏水响应速度快,在一般施工期内即可显现,即使有缺陷,可在交工验收之前给予修复;采用自修复材料的刚性防水体系具有自愈合功能,可修复一定宽度内的混凝土裂缝,从而达到不渗漏的目的;

4)施工简单方便、节约工期、防水造价低;

5)刚性防水体系的推广,可以大量节省柔性防水材料等有机材料,有利于缓解我国石化资源紧缺的现状;

6)对使用部位的周围环境无污染,更绿色低碳环保。

7)对于富水、阴雨连绵天气施工导致基面无法干燥、基坑支护变形过大导致无法施作外设防水层等工况条件下,此时,柔性防水体系已完全不适用,只能选择刚性防水体系。


刚性防水体系在地下工程应用的主要缺点:

1)混凝土结构裂缝控制难度较大,施工中需要最大限度地避免混凝土的开裂,对混凝土施工过程控制的精细化要求很高;

2)刚性防水层变形能力差,容易开裂,在交工验收前,需要检查并进行修复处理。

实际上,对于地下工程而言,如果能在混凝土生产环节和施工期间最大限度地提高混凝土材料的抗裂性、降低混凝土的开裂风险、提高混凝土的自修复能力,在交工验收之前进行必要的缺陷修复处理,回填之后,工程处于一个恒湿且稳定的温度。究梢员苊庥刹牧弦蛩匾鸬幕炷量盐侍。一般来讲,材料因素占混凝土开裂原因的80%左右,荷载因素占20%左右。其实如果柔性外设防水层如果不能达到很好的密封和满粘效果,即使是荷载因素导致结构开裂,渗漏同样不可避免。

目前,虽然刚性防水体系在我国地下防水工程中应用的工程案例占比较。侨杂惺靠晒鄣挠τ冒咐。国内除了无法施作柔性防水层的工程如港珠澳大桥沉管箱涵、盾构工程外,选择刚性防水体系的工程也不胜枚举,如山东省潍坊市丰麓苑项目、贵州遵义会议中心、江苏南部新城项目、石家庄地铁3号线北乐乡站出入段、万科、碧桂园等地产公司开发的地产项目等工程,国内也有大量专门从事刚性防水的从业者和企业。

3.2 屋面防水工程




由于屋面工程受四季温差和昼夜温差的影响,温差较大,材料热胀冷缩程度较大,刚性防水材料与柔性防水材料相比变形能力差,目前屋面工程绝大部分采用柔性防水体系。柔性防水体系变形能力好,而且屋面工程的外设防水层不像地下防水工程一样,即便有缺陷,也可以维修更换,柔性防水体系比较适用于屋面工程。

但是屋面工程为暴露环境,柔性材料比较容易老化,导致使用寿命降低。目前国内在四川、重庆、湖南、浙江等中南部地区,也有不少屋面工程采用刚性防水体系的成功案例,这些地区相对北方地区温差较小、湿度大,屋面采用倒置做法,采用刚性防水体系可有效提高防水工作年限。在现行团体标准《刚性防水工程技术规程》T/CECS 1004-2022中规定:屋面工程的刚性防水体系可在温和地区(V区)、夏热冬暖地区(IV区)和夏热冬冷地区(III区)使用。

3.3 外墙防水工程




外墙不像屋面和地下工程那样受水的影响大,对于很多降雨量小、房屋高度不高、风压不大的外墙,不做整体防水层也不会发生渗漏。具体在什么条件下需要做整体防水层,目前的行业标准《建筑外墙防水工程技术规程》 JGJ/T 235中有相应的具体规定。

当外墙做整体防水层时,多采用刚性防水体系,主要原因是和基层粘结性能好、耐老化性能好,和外墙其他围护系统的适应性更好。

3.4 室内防水工程




对于室内防水工程,柔性防水体系和刚性防水体系均可使用,就工程实际应用现状而言,涂料类的柔性防水体系因其施工简便,应用较为普遍。

3.5 蓄水类防水工程




水池、游泳池等蓄水类防水工程基本都采用刚性防水体系。



4、刚性防水与柔性防水的标准化进展

目前,我国在刚性防水体系标准建设方面发展很快,不但制定了大量的专项标准和图集,而且在通用型标准方面也发展迅速,已经较全面地构建起了国家标准、行业标准、地方标准和团体标准各层级的标准体系,具体包括:团体标准《刚性防水工程技术规程》 T/CECS 1004-2022,行业标准《地下工程混凝土结构自防水技术规范》 JC/T 60014-2022;相应的国家标准也已立项或启动编制;在地方标准方面,很多省份制定了相应的地方标准,如《湖南省地下工程混凝土结构自防水技术标准》 DBJ43/T360-2020、广西地方标准《地下工程混凝土结构自防水应用技术规程》 DBJ/T45-036-2017、陕西省地方标准《混凝土刚性防水系统应用技术规程》 DBJ 61/T 159-2019、河北省地方标准《刚性复合防水系统应用技术规程》 DB13(J)/T 259-2018、安徽省地方标准《地下工程抗裂密实型混凝土结构自防水技术应用规程》等。中国工程建设标准协会刚性防水通用图集《刚性防水系统构造》业已启动编制。目前关于刚性防水体系方面的通用和专项的标准、图集总数量以百部计,刚性防水体系工程的应用推广已具备了相应的标准依据。

柔性防水体系标准建设相对于刚性防水体系而言,更为成熟完备,在此不做一一介绍。

目前,全文强制性标准《建筑和市政工程防水通用规范》已经基本编制完成,正在报批中,从已经公布的过程稿件内容来看,笔者认为《通用规范》其中一个突出的创新点和亮点是大幅提高了防水设计工作年限,无论对于刚性防水体系,还是柔性防水体系,都指明了努力方向。从历时和整个编制内容来看,该规范凝结了编制组很大心血和精力。

但《通用规范》自征求意见稿公布以后,其中的一些条款可谓“一石激起千层浪”,尤其以涉及较大行业利益相关方的“4.2.1地下工程现浇混凝土结构防水做法”争议最甚,笔者从事标准化工作多年,还从未遇到过如此争议大的标准条款,概括来讲,行业内主要反映的意见和建议如下:

(1)“4.2.1地下工程现浇混凝土结构防水做法”规定地下防水工程外设防水层应至少选择1道防水卷材或柔性防水涂料,该条款禁止了刚性防水体系的应用,具有排除、限制竞争效果。大量地下防水工程案例表明,刚性防水体系同样能够达到防水标准要求,且在防水寿命方面,比柔性防水体系更具优势。对于大量专门从事刚性防水的企业,该条相当于设置了不合理的市场准入条件,排斥了专门从事刚性防水的企业参与市场竞争。

(2)4.2.1条其实与《通用规范》第1.0.3条存在矛盾,第1.0.3条规定“创新性的技术方法和措施,应进行论证并符合本规范中有关性能的要求。”而正在实施的刚性防水体系标准和图集都经过了相应的立项、编制、征求意见、审查等程序,都经过了论证,并有大量的工程案例支撑可以得到相应的防水标准要求,而4.2.1条再明确禁止刚性防水体系,这应该是不合适的。

(3)《通用规范》作为强制标准,在防水设计要求中只需提出最终的目标要求即可,建议只进行目标导向,不宜规定具体作法,正如:条条大道通罗马,只要规定到目的地罗马即可,不宜规定必须走哪几条路到罗马。《通用规范》不规定具体的设计作法,并不意味标准的缺失,目前已有的屋面、地下、外墙和室内等国家和行业防水标准都有详尽的设计作法作为标准依据。这样对技术的发展也留有空间,也可避免行业争议。另外,关于地下工程防水等级标准的划分,行业内普遍认为国家标准《地下防水工程技术规范》GB 50108-2008设置更为合理。

(4)通用规范的通用性值得斟酌。按照《通用规范》前言中所述:“通用规范以实现工程建设项目功能性能要求的各专业通用技术为对象,以勘察、设计、施工、维修、养护等通用技术要求为主要内容。通用规范是对各类项目共性的、通用的专业性关键技术措施的规定。”而本《通用规范》限制了刚性防水体系的使用,过度强调柔性防水体系,行业内有人称其为一部柔性防水规范,如此的话,可能偏离了通用规范的定位要求。

从国外情况来看,欧洲、美国、日本等发达国家建筑法及相关技术标准并未要求建筑工程必须做外设防水层且必须设置一道防水卷材或防水涂料,这方面内容,建议参照发达国家相关防水技术标准作法。



5、结语

(1)柔性防水体系有很多优点,仍是我们国家主要的防水作法,但是任何事物都不是绝对的,都有其两面性,柔性防水体系也存在自身难以克服的缺点,需要刚性防水体系的有益补充和协同发展,国内外都有大量的工程应用案例。因此,在柔性防水体系发展的同时,也应支持刚性防水体系。从行业发展的角度出发,刚性防水体系和柔性防水体系不应走向有我没你的对立面,都应该允许彼此有技术发展和工程应用的空间,取长补短,协同发展,百花齐放,百家争鸣,才能全面地推进我国防水行业的进步。

(2)刚性防水体系因其自身的耐久性、与主体结构寿命的同步性,发展前景广阔。推广和发展刚性防水技术,提高建筑防水寿命,缩短施工周期,可以大幅度降低维修成本,同时也有利于高性能混凝土的推广应用,提升工程质量。刚性防水体系可大量节约石化资源,减少有机材料的大量使用。对使用部位的工程环境无污染,有利于资源的节约化和减量化,是一种绿色低碳的建造方式,在当前国家“双碳”目标的大政方针下,应予以鼓励和倡导。

(3)目前,我国在刚性防水体系标准建设方面发展很快,不但制定了大量的专项标准和图集,在通用型标准方面也发展很快,逐步构建了国家标准、行业标准、地方标准和团体标准各层级的全面的标准体系。目前关于刚性防水体系方面的通用和专项的标准、图集总数量以百部计,刚性防水体系工程的推广应用已具备了相应的标准依据。

(4)建议全文强制性标准《建筑和市政工程防水通用规范》取消对刚性防水体系的限制。建议强化目标导向,弱化方法规定,删除防水作法的具体条文规定。防水作法已由其他国标、行标等标准做了具体规定。这样既能避免标准之间的不协调和矛盾,也能消除行业的巨大争议,同时也有利于技术的创新和发展。


作者简介




王永海,中国建筑科学研究院有限公司建筑材料研究所 正高级工程师,防水防护材料专业总工程师,研究方向:防水、防护与修复技术及其标准化,高性能混凝土技术、混凝土耐久性及其标准化。


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