首都师范大学附属中学高二四班 北京 100037
摘要：针对目前建筑防水材料对混凝土墙面中渗水封堵能力评价方法缺乏，优选石油天然气行业使用以封堵前后液相渗透率下降幅度评价不同材料封堵性能方式，初步建立防水材料防水效果评价方法。定义防水材料封堵性能参数，表征防水材料降低混凝土墙面中清水渗透率幅度。室内利用3枚Ф25mm×50mm混凝土柱塞端面与防水材料钢塑泥直接粘结模拟防水材料直接涂于墙面效果，实验测定3枚柱塞中防水材料封堵性能系数均为100%。室内利用3枚Ф25mm×50mm混凝土柱塞端面先后与水溶性蜡笔、防水材料粘结模拟防水材料与墙面间含有空隙，实验测定3枚柱塞中防水材料封堵性能系数同样均为100%，与防水材料实际防水效果吻合。研究表明，利用封堵前后渗透率降幅评价防水材料封堵效果可行。
关键词：建筑防水封堵效果渗透率 室内实验
1 防水材料质量评价方法现状
在高楼林立的今天，建筑领域蒸蒸日上，但建筑工程中渗漏水问题依然屡见不鲜，如外墙面渗漏、地下室渗漏、屋面渗漏等。导致建筑渗漏水的主要原因包括：房屋沉降不均匀、墙体有裂缝或空洞、装修钻孔打洞时的较大震动导致防水层损坏、上下水管破裂或接头处结合不良、气候的冷暖变化严重导致热胀冷缩、风霜雨雪与霉菌的侵蚀等[1]，众多的问题导致防水材料失效，最终引起渗漏水问题。因此实际防水材料防水性能必须满足对外界温度和外力具有一定适应性，即材料的抗拉强度要高，裂伸长率要大，能承受温差变化以及各种外力与基层伸缩、开裂所引起的变形，保持自身的粘合性，能与基层粘结。综上，我们可以将防水材料渗漏的原因归结为两类：（1）材料自身的耐受性差。（2）材料与墙体配合性差。
根据四川省建工局十大队（1972）调查结果，墙面渗漏往往是气泡造成，共剖开26个含气泡墙体察看，其中19个气泡是在基层与防水材料之间产生的。在另一个工程调查中剖开14个气泡，只有2个气泡产生于卷材层之间，其余12个都在基层与卷材层之间发生[2]。牛光全（1994）发现太原钢铁厂粘结较好的抹面使用8年后依然具有较好的防水性能，而同期的粘结较差的在1年后即产生鼓泡脱皮现象[3]。朱今天（1995）通过日本JISA6008标准测定国产粘合剂，认为国内粘合效果全部不及格[4]。朱志锋（2008）认为防水屋面渗漏的原因之一是卷材铺贴在含水率较大的基层上，又未采取相应的技术措施[5]。可见，实际应用中，由于建筑本身应变应力对防水材料与建筑基层伤害最为严重。但由于行业质量检测标准的缺乏，对于防水质量的检测，只处于对材料本身的测试，并未涉及材料与混凝土配合效果。为此，迫切需要寻找适合多类型材料防水性能合适评价方法。
2 渗透率评价方法机理及应用现状
渗透率是指在一定压差下，岩石允许流体通过的能力，是岩石固有的物理性质。渗透率也是目前石油天然气行业用于评价岩石结构中液体流动能力常用方法，岩心柱塞中液测渗透率大小计算用达西公式见公式（1）[6]。
（1）
式中，K：岩心柱塞液测渗透率，×10-3μm2；?P：岩心柱塞两端压差，MPa；Q：岩心柱塞出口稳定流量，cm3/s；A：岩心柱塞端面横截面积，cm2；L：岩心柱塞长度，cm；μ：流体黏度，mPa·s。
岩石液测渗透率测量使用岩样尺寸为圆柱形柱塞，横截面积根据实际需求，包括Ф25mm、Ф38mm、Ф50mm、Ф75mm、Ф100mm等多种范围，柱塞长度一般为直径1.5~2.5倍。岩石柱塞中液测渗透率测量常用方法包括恒压法、恒流量法两大类。其中，恒压法通过控制柱塞两端流体流动压差恒定不变，测量岩样柱塞出口端面流体流量稳定值，以此参考达西公式计算岩心柱塞液测渗透率大小。与此相对应，恒流量法控制岩心柱塞入口端流体流量稳定不变，测量岩心两端稳定压力大小，再利用达西公式计算岩样柱塞渗透率[7]（胡昌蓬，2012）。此外，针对特殊类型地层岩石，其他渗透率测量方法包括压力脉冲法[8]（Brace W F，1980）、压力振荡法[9]（Cowan，1960）、核磁共振法[10]（Timur A，1968）等，但这些方法应用范围相对较小，测量设备昂贵。
目前石油天然气行业评价地层中液体流动封堵效果仍然缺少具体标准，不同学者往往以封堵前后地层渗透率下降幅度评价不同材料封堵效果（温哲豪，2015）[11]、（朱立国，2016）[12]。考虑混凝土墙体中渗水问题与岩石中液相流动形式相似，防水材料封堵混凝土中液相流动效果与石油天然气开发过程中封堵材料封堵地层岩石中液相流动效果接近。为此，将以渗透率下降幅度为指标引入室内实验评价防水材料封堵效果理论可行。
3 防水材料室内封堵效果评价实验
室内实验利用混凝土制作柱塞状样品，通过评价混凝土柱塞初始状态下稳定压差驱替清水渗透率表征混凝土中原始渗水能力。再优选目前市面上使用较多钢塑泥作为实验评价目标防水材料，实验评价混凝土柱塞一端粘结钢塑泥后稳定压差驱替清水渗透率，以防水材料封堵前后渗透率下降幅度表征防水材料封堵效果。考虑实际防水材料粘结混凝土墙面过程中可能存在空隙，室内分别评价防水材料直接粘结混凝土表面封堵效果以及含空隙防水材料粘结混凝土表面封堵效果实验。实验原理图见图1。
图1 防水材料封堵效果评价实验原理图
图1中，实验过程流体泵使用清水为民用自来水。
3.1防水材料直接粘结混凝土封堵效果评价实验
选择目前国内市场普遍使用墙面防水材料钢塑泥，室内实验对比混凝土表面粘结防水材料前后清水渗透率下降幅度，以此评价防水材料与混凝土直接粘结后封堵清水效果。（1）利用混凝土制作Ф25mm×50mm柱塞3枚，编号1#~3#。（2）柱塞出口端无压力，从柱塞入口以稳定压力1MPa持续注入清水，至柱塞出口端有清水稳定流出时，停止注入并记录此时渗透率大小Kp。（3）将3枚柱塞出口端分别粘结防水材料，再从入口端以1MPa压力持续注入清水，至柱塞出口端有清水稳定流出或者入口压力超过5MPa，停止注入并记录此时渗透率大小Kb。（4）定义防水材料封堵性能系数S，以混凝土柱塞粘结防水材料前后渗透率下降幅度计算，见公式（2）。
（2）
式中，S为防水材料封堵性能系数；Kp为混凝土柱塞未粘结防水材料前初始液测渗透率，×10-3μm2；Kb为混凝土柱塞粘结防水材料后液测渗透率，×10-3μm2。
计算1#~3#混凝土柱塞防水材料封堵性能系数，如图2。
实验中，测量1#~3#混凝土柱塞初始液测渗透率Kp分别为125.73×10-3μm2、146.09×10-3μm2、133.47×10-3μm2，柱塞出口端粘结防水材料后液测渗透率Kb均下降至0，3枚混凝土柱塞中防水材料封堵系数均为100%。实验表明，防水材料直接与混凝土粘结后降低整体材料中清水渗透率至0，防水效果理想。
图3 4#~6#混凝土柱塞中封堵性能系数分布
3.2 含空隙防水材料粘结混凝土封堵效果评价实验
选择目前国内常用墙面防水材料钢塑泥，室内实验模拟含裂缝结构混凝土柱塞，测定柱塞端面粘结防水材料前后清水渗透率大小，以此评价当防水材料与混凝土粘结结构间含有空隙时封堵清水效果。（1）利用混凝土制作Ф25mm×50mm柱塞3枚，编号4#~6#。（2）从柱塞入口端以稳定压力1MPa持续注入清水，至柱塞出口端有清水稳定流出时，停止注入并记录此时渗透率大小Kp。（3）将3枚柱塞出口端涂抹一层水溶性蜡后再黏结防水材料，利用清水注入并溶解水溶性蜡后，控制防水材料与混凝土柱塞端面间形成孔隙，模拟实际防水材料与墙面间空隙。（4）从混凝土柱塞入口端以1MPa压力持续注入清水，至柱塞出口端有清水稳定流出或者入口压力超过5MPa时，停止驱替并记录此时渗透率大小Kb。（5）计算4#~6#混凝土柱塞中防水材料封堵性能系数大小，如图3。
实验中，测量4#~6#混凝土柱塞初始液测渗透率Kp分别为149.24×10-3μm2、129.73×10-3μm2、115.63×10-3μm2，混凝土柱塞入口端粘结防水材料后液测渗透率Kb均下降至0，计算3枚混凝土柱塞中防水材料封堵系数均为100%。实验表明，防水材料与混凝土间存在空隙时仍然能够有效封堵混凝土中液相流动。
4 结论
1、针对现有防水材料封堵效果评价实验方法缺乏，以封堵前后混凝土中清水渗透率下降幅度定义封堵系数，能够有效评价防水材料封堵效果。
2、室内实验评价防水材料与混凝土直接粘结以及间隔空隙粘结两种情况下封堵系数大小，结果表明该类型防水材料有效降低混凝土中清水渗透率至0，封堵系数达100%，复合与实际防水效果，实验方法评价效果合理。
3、目前室内利用渗透率下降幅度评价防水材料封堵效果实验中，混凝土柱塞尺存、入口压力控制方法等参数仍然参考石油天然气领域措施，后续可根据防水材料使用环境，形成适合的防水材料封堵性能评价标准。
参考文献
[1]杨军，张贺霞. 试谈防水材料在建筑工程中的应用[J]. 科技信息, 2012, No.413(21): 366, 388.
[2]四川省建工局十大队. 卷材防水屋面气泡的成因及其改进意见[J]. 建筑结构, 1972, (4): 6-10.
[3]牛光全. 我国建筑防水材料及防水施工技术[J]. 建筑技术, 1994, (4):194,198-200.
[4]朱今天. 国内新型防水材料现行标准质疑[J].中国建筑防水材料, 1995, (1):12-13, 16
[5]朱志锋. 论屋面防水渗漏质量控制[J]. 四川建材, 2008, No.145(5): 33-34.
[6]GB/T 27192-2012岩心分析方法[S]. 北京: 中国标准出版社, 2013.
[7]胡昌蓬，宁正福. 室内渗透率测量方法对比分析[J]. 重庆科技学院学报（自然科学版），2012，14（1）：75-78.
论文作者:孟令琨
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第30期
论文发表时间:2018/3/14
标签：防水材料论文; 混凝土论文; 柱塞论文; 效果论文; 评价论文; 岩心论文; 系数论文; 《建筑学研究前沿》2017年第30期论文;