节能减排的防水技术

刘绪光，齐冬有，游宝坤

（中国建筑材料科学研究总院，北京 100024）

1 前言

2010年一号文件公之于众，“三农”问题成为中央一号文件的主题，而“加快城镇化”则成为其中引人瞩目的亮点，有舆论指出，这“拉开了中国城镇化大幕”，“中小城市建设迎来了黄金期”。我国目前城镇化的水平为46%，有专家测算，我国城镇化每提高1个百分点，将有近1500万农村人口转移至城市，同时拉动1500亿元的内需和近6000亿元的住房消费。与工业化国家普遍超过70%城镇化水平相比，我国还有巨大的发展空间，这将是中国经济未来二十年保持持续快速增长的根本动力。

城镇化与房屋建筑密切相关，而房屋的建筑防水关系到老百姓的安居乐业。根据国家的环保政策，各行各业都在开发节能环保技术。在2010年的中国建筑学会防水技术专业委员会专家联谊会上，原建设部总工程师许溶烈教授指出：我国建筑防水材料和施工技术取得了很大成就，现在国家提出节能减排方针，即低碳经济，他希望大家要开发节能减排的建筑防水材料和防水技术，这是个新方向。

我听了许溶烈教授的话后，很受启发，本文就此问题进行了一些探讨，以供大家交流。

2 节能减排的防水材料

防水材料分为二个种类，一是刚性防水材料，如防水混凝土和防水砂浆；二是柔性防水材料，如SBS防水卷材、聚氨酯防水涂料等。从节能减排角度来说，刚性防水材料最优，其次是柔性的防水材料。

2.1 刚性防水材料

在《地下工程防水技术规范》GB50108—2008中，把主体结构的防水混凝土放在首位。防水混凝土可通过调整配合比，或掺入外加剂，掺合料等措施配制而成，其抗渗等级不得小于P6。众所周知，混凝土原料来源广泛，价格低廉，是用途最广、用量最大的建筑材料。

我国水泥混凝土科技工作者对节能减排作出巨大贡献。以往水泥熟料主要用回转窑煅烧而成，水泥熟料单位能耗为1100～1500大卡/kg，1990年后，我国开发了窑外分解的新型干法窑和余热发电，水泥熟料单位能耗降至700～800大卡/kg。据国家统计，2009年我国水泥产量达16亿吨，占全世界总产量的50%，由于我国所有大型水泥厂都采用新型干法窑生产熟料，由此可见，为国家节省多少煤炭资源。

混凝土平均密度约为2400kg/m3，而水泥用量一般在250～400 kg/m3，只占混凝土重量的10%～15%，其余为砂、石、掺合料和外加剂。1990年后，我国开发了高效减水剂，由此大力推广了绿色高性能混凝土，在掺入高效减水剂情况下，混凝土中的水泥用量可少用一些，细磨掺合料可多用一些，配制成大流动度的预拌混凝土。以C30防水混凝土为例，按传统的技术，水泥用量为340～380 kg/m3，按现代的新技术，水泥用量为220～260 kg/m3，二者对比，每立方混凝土大约节省100 kg水泥。由此可见，为国家节省多少水泥，减排多少CO2，这些都显示了科技的力量。

如何提高防水混凝土的质量？掺入有机或无机防水剂能堵塞、填充毛细孔缝，可提高混凝土的防水质量。然而，混凝土的致命弱点是收缩开裂，近20年来，我国开发了具有抗裂防渗功能的混凝土膨胀剂，补偿混凝土收缩，减免混凝土结构收缩开裂，基本做到结构自防水，一般情况下迎水面可不作柔性防水，这能进一步节能减排。

防水砂浆包括聚合物水泥防水砂浆，掺外加剂或掺合料的防水砂浆。按规范规定，水泥砂浆防水层可用于地下工程主体结构的迎水面或背水面。由于防水砂浆主要用水泥、砂子和外加剂配制而成，它比起防水卷材或防水涂料节能更多，排CO2更少。

如何提高防水砂浆的质量？近十年来，我国已研制出几种多功能防水剂，如在水泥和砂子中，掺入膨胀剂和减水剂的抗裂防水砂浆，掺入有机硅的防水砂浆，掺入减缩剂和憎水剂的防水砂浆，工厂配制成干拌防水砂浆，在工地加适量水拌制成湿拌砂浆，厚度宜为18～20mm，操作方便，防水质量有保证，应大力发展。

从以上分析，防水混凝土和防水砂浆是以水泥、砂、石、掺合料和外加剂拌制而成的刚性防水材料，节能减排最优，应在技术和政策上给与支持和引导。

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钠基膨润土防水毯等。这些柔性防水材料具有良好的弹性，可塑性和防水密封性，是粘附在防水结构主体表面的防水层，提高整体防水的保险系数，同时，对于侵蚀介质中的工程，也是起到对防水混凝土的防腐作用。

随着我国住房、公共建筑和地下空间的开发利用，柔性防水材料的应用得到很大发展，据不完全统计，2009年防水卷材约6亿m2，防水涂料约100万吨，密封材料约5万吨，其中质量较差的纸胎油毡已淘汰，而SBS和APP等改性沥青防水卷材用量上升到全部防水卷材的70%。高质量的高分子防水卷材主要包括三元乙丙橡胶、氯化聚乙烯、橡塑共混等防渗片材，其用量占20%，膨润土防水毯占10%左右。

不同类型的柔性防水材料采用不同的原料和生产工艺制造而成，除膨润土防水毯外，它们都是用石油化工原料如沥青、橡胶、聚乙烯、聚胺脂、丙烯酸等，在一定的温度和压力下合成加工成为具有不同性能的防水卷材、防水涂料和密封材料。这些石油化工原料和防水材料的生产过程都要消耗不少能源，同时排放有损生态环境和人体健康的气体和污水。为此，国家环保部已制定和颁布了《环境标志产品技术要求防水卷材（HJ455—2009）》、《环境标志产品技术要求，防水涂料（HJ457—2009）》和《环境标志产品技术要求，刚性防水材料（HJ456—2009）》，将有效地减少防水材料在生产、施工、使用过程中对环境和人身健康的影响。

从节能减排和绿色环保的意义出发，我们认为：

（1）在保证防水工程质量的前提下，以能耗比较低和对环境污染较少的刚性防水材料代替部分柔性防水材料，是节能减排一种措施。

（2）柔性防水材料存在老化、破损和失效的缺点。防水寿命只有10～20年，而且不可再生利用，因此，大力开发高分子防水材料，研制防水寿命更长的柔性防水材料对节能减排具有重要意义。

柔性防水材料和刚性防水材料的生产过程和性能很不相同，各有优缺点，刚柔结合，互为补充。这两大类防水材料在节能减排方面，在科研和生产工艺上尚有开发的空间，以适应国家的低碳经济的要求。

3 节能减排综合防水技术

低碳经济的核心是节能减排，所谓节能减排的防水技术是以刚性防水材料为主，以柔性防水材料为辅的刚柔结合的防水技术。

中国工程建设标准化协会防水专业委员会秘书长高延继高级工程师，在2009年无锡会议上，发表了《工程建设防水技术学术交流引言及概述》一文中，阐述了对于刚性防水与柔性防水的关系，他说：如何认识刚柔结合问题，防水自从提出了“刚柔结合”，刚性防水就不能在建筑防水，尤其是建筑的地下防水工程独立使用了。实际上是对“刚柔结合”理解的片面性所造成的。“刚柔结合”不仅是面与面的结合，最主要的是缝的结合。无论是刚性防水还是柔性防水，接缝都是应该采用柔性处理（或其他的办法）。历史上建筑工程防水不乏刚性防水的杰作。例如古罗马水道、罗马万神庙，现代的悉尼歌剧院外墙防水为瓷砖防水，隧道盾构工程、面板坝工程、沉箱的海底隧道等都是刚性防水。原国标《地下工程防水技术规范》（GBJ108—87）第2.1.4条规定：“地下工程的防水，宜用防水混凝土自防水结构，并根据需要可设附加防水层或采用其他防水措施”。现在看来，这个规定也是适宜的。按现在的规定增加了附加防水层（尤其防水卷材）的地下防水工程为什么还存在大量的渗漏水的现象？还有人讲，防水卷材对于混凝土起保护作用。但是，改性沥青防水卷材的自身寿命能够达多少年？改性沥青防水卷材在我国建筑地下防水工程开始应用的也就10多年，2001年才列入GB50108地下防水规范。刚性防水技术也得到了快速的发展，应当结合具体的情况制定适宜的防水要求。我们完全赞同高延继的意见。

在1990年，我们就提出“结构自防水是根本，防裂比抗渗更重要”的防水新概念。为减免混凝土收缩开裂，我院先后研制成功UEA、AEA、ZY、HSCA膨胀剂，以等量取代胶凝材料8%～12%拌制成补偿收缩混凝土，以此开发了地下结构自防水，以膨胀加强带取代后浇带的无缝设计施工和大体积混凝土裂渗控制三大应用技术，在全国许多重要地下和水工工程应用，受到工程界的欢迎。但是，2001年颁布《地下工程防水技术规范》后，设计人员片面理解，不管何等防水级别和水文地质情况，几乎都用防水卷材把地下主体结构全包起来，为增加防水保险，这样的设计无可非议。但是，且不说防水卷材的寿命多长，由于地下结构十分复杂，施工人员大多为农民工，难以做到天衣无缝，防水质量和耐久性都存在问题。我们认为，不能千篇一律都要外包防水卷材，要根据地下工程的实际情况进行防水设计，采用新材料和新工艺设计地下防水工程。

从节能减排出发，我们提出以下地下工程综合防水技术。

3.1 地下工程混凝土结构主体防水

根据《地下工程防水技术规范》GB50108-2008，结构主体规定选用防水混凝土，它可通过调整配合比，或掺加外加剂，掺合料等措施配制而成，抗渗等级不得小于P6。现今多用大流动度的商品混凝土，收缩裂缝大为增加，渗漏增多，影响了使用功能和耐久性。经过多年的研究和工程实践，提出在混凝土中掺入膨胀剂的补偿收缩混凝土作结构的主体防水。

3.2 关于附加防水

根据《地下工程防水技术规范》的强制性条文：“地下工程迎水面主体结构应采用防水混凝土，并应根据防水等级的要求采取其他防水措施”。按规范推荐迎水面的附加层有防水卷材，防水涂料和防水砂浆等。鉴于用防水卷材铺贴难以做到天衣无缝，且防水卷材存在老化腐烂的问题，其防水寿命只有10～15年，与混凝土的寿命不同步。因此，建议采用抗裂防水砂浆（20mm厚）作底板防水附加层，施工简易，成本低，抗裂防水剂是用膨胀剂、密实剂和憎水剂配制而成，其掺量为水泥用量的10%，与二份砂子拌制成抗裂防渗砂浆，抗渗等级＞S20。其性能达到《水泥·砂浆防水剂》建材行业标准JC474—2006的技术要求。当然，使用防水卷材也是可以的。

对于边墙防水附加层，建议采用聚合物水泥防水涂料，这种涂料既有水泥类的无机材料强度高，耐久性好的优点，又有橡胶类材料良好的弹性和防水性能，这种涂料可湿作业，连续涂抹，粘结力强。聚合物水泥防水涂料建材行业标准JC／T894—2001，该产品已列入防水技术规范，涂层厚度不小于1.2mm。当然，边墙防水附外层也可选用防水卷材或其他防水涂料。

根据以上技术分析和大量的工程实践，节能减排的地下工程的防水技术方案归纳如表1。

4 技术经济分析

按本技术方案设计施工，进行如下经济分析：

（1）外防水作业费（防水卷材+混凝土保护层）一般为80元/m2，如底板采用抗裂防水砂浆作为防水层，一般为10元/m2，边墙采用聚合物水泥防水涂料作外防水层，一般为30元/m2，则可节省50%的外防水费。

表1 地下室防水材料推荐

（2）采用补偿收缩混凝土结构自防水和无缝施工，可缩短工期30d以上，可大大节省人工管理费。

（3）节省降水费用，节约后浇带两侧的橡胶止水带的费用等。

20年来，我院以本技术为全国500多个重大防水工程提供技术服务，以北京为例，有当代商城（90 m×90m），北京西客站（165m×200m），北京邮政综合楼（88 m×59m），北京古胜庄小区1号楼（174m×62m）北京力鸿花园（122m×70m），北京深房大厦（133m×105m），北京希格玛中心（103m×66m），上海世贸商城地下室（240m×110m），北京奥运会“鸟巢”体育场，国家会议中心，昆明国际机场新航站楼等，至今无渗漏，受到用户好评。

本技术方案适用于二、三级防水等级的地下防水，经济适用房和城镇民用住宅的地下工程。