作者：阿里熱扎?比帕爾瓦
理學(xué)學(xué)士、理學(xué)碩士、LEED 綠色建筑認(rèn)證專家
技術(shù)總監(jiān) | 凱頓國(guó)際公司
為地下結(jié)構(gòu)選擇合適的防水系統(tǒng)，是確保其長(zhǎng)期耐久性和使用性能的關(guān)鍵。核心考量因素包括結(jié)構(gòu)預(yù)期使用壽命、靜水壓力等級(jí)和排水系統(tǒng)配置。此外，還必須評(píng)估其他因素，如地下水位波動(dòng)、土壤滲透性以及是否存在腐蝕性化學(xué)物質(zhì)或污染物等。這些因素共同構(gòu)成了選擇防水解決方案的基礎(chǔ)，確保所選方案能適配項(xiàng)目面臨的特定挑戰(zhàn)。鑒于這些因素的復(fù)雜性和多變性，遵循既定指南和標(biāo)準(zhǔn)至關(guān)重要——它們提供了一個(gè)統(tǒng)一的框架，確保所選產(chǎn)品符合嚴(yán)格的性能標(biāo)準(zhǔn)，最終最大限度地降低防水失效風(fēng)險(xiǎn)，保障結(jié)構(gòu)免受水分滲透的侵害，維持其完整性并延長(zhǎng)使用壽命。
為有效落實(shí)這些考量因素，在規(guī)劃和設(shè)計(jì)階段盡早融入防水策略至關(guān)重要。根據(jù)英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)BS 8102第3部分規(guī)定，無論采用何種類型的防水系統(tǒng)，都必須在規(guī)劃和設(shè)計(jì)的最初階段就考慮防水相關(guān)策略，以有效降低水分侵入風(fēng)險(xiǎn)，確保地下結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期使用性能。
BS 8102標(biāo)準(zhǔn)中強(qiáng)調(diào)的另一個(gè)關(guān)鍵方面是可修復(fù)性，該標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)流程圖對(duì)此進(jìn)行了重點(diǎn)說明。該流程圖中的一個(gè)核心決策點(diǎn)是系統(tǒng)可修復(fù)性是否得到充分保障；若滿足要求，則必須進(jìn)行相應(yīng)的修改設(shè)計(jì)。對(duì)于地下防水系統(tǒng)而言，這一點(diǎn)尤為重要，因?yàn)檫@些系統(tǒng)一旦安裝完成就難以觸及，其維護(hù)和修復(fù)將極為困難。確保在初始設(shè)計(jì)階段就將可修復(fù)性納入考量因素，不僅有助于提升結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期耐久性，還能最大程度減少未來維護(hù)難題和潛在失效風(fēng)險(xiǎn)。
BS 8102標(biāo)準(zhǔn)還包含一份詳細(xì)表格，對(duì)不同類型（A型、B型和C型）的防水系統(tǒng)進(jìn)行了分類，并根據(jù)不同地下水位對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)因素，闡明了適用的防水方法。該表格總結(jié)了每種風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)下最適配的防水方案，為選擇能有效抵御潛在水分侵入的系統(tǒng)提供了寶貴指南，確保所選系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體條件提供有效保護(hù)。
然而，盡管該表格表明三種類型的防水系統(tǒng)均可用于不同水位和風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景，但不應(yīng)將其視為最終解決方案。該表格主要強(qiáng)調(diào)了每種系統(tǒng)的潛在適用性，但并未涵蓋設(shè)計(jì)可靠防水策略所需的詳細(xì)因素。要做出有效選擇，必須充分考慮每種類型的優(yōu)缺點(diǎn)，認(rèn)識(shí)到同一類別中不同產(chǎn)品之間的性能差異，并根據(jù)項(xiàng)目的獨(dú)特條件和限制定制最終解決方案。因此，在這一階段，有必要深入探究每種防水方法的具體細(xì)節(jié)，以做出全面知情的決策。可靠的規(guī)范指南和標(biāo)準(zhǔn)仍是指導(dǎo)這一過程并確保所選解決方案達(dá)到預(yù)期性能要求的最寶貴資源。
為地下結(jié)構(gòu)選擇防水系統(tǒng)時(shí)，必須關(guān)注 A 型和 B 型系統(tǒng)的施工應(yīng)用層面——這兩類系統(tǒng)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)度和最終性能有著顯著影響。A 型防水系統(tǒng)是直接涂刷或鋪設(shè)在現(xiàn)有混凝土表面的屏障式防護(hù)層，其施工通常需要額外時(shí)間，并且需要由熟練掌握產(chǎn)品正確使用方法的專業(yè)團(tuán)隊(duì)和施工人員進(jìn)行操作。施工團(tuán)隊(duì)的專業(yè)水平至關(guān)重要，因?yàn)榘惭b工藝及施工過程中可能出現(xiàn)的操作不一致，是影響產(chǎn)品性能的主要因素之一。值得注意的是，如美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)ASTM D7832所強(qiáng)調(diào)，由于安裝條件存在差異，防水膜的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果與其實(shí)際應(yīng)用性能之間難以建立精確關(guān)聯(lián)。
由于土壤中的化學(xué)物質(zhì)、設(shè)計(jì)方案、材料特性及施工工藝存在差異，因此無法建立防水膜的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果與安裝后的性能指標(biāo)之間的精確關(guān)聯(lián)。
—— 美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn) ASTM D7832
當(dāng)審視導(dǎo)致建筑工程缺陷的主要因素時(shí)，規(guī)范施工的重要性更加凸顯。BS 8102 標(biāo)準(zhǔn)指出，理想的防水系統(tǒng)應(yīng)無缺陷；但在實(shí)際應(yīng)用中，多種因素可能導(dǎo)致缺陷產(chǎn)生，其中施工工藝不佳和產(chǎn)品使用不當(dāng)被該標(biāo)準(zhǔn)列為主要誘因。相比之下，B 型防水系統(tǒng)通常直接融入混凝土配合比中，對(duì)施工工藝的依賴性更低，能減少人為失誤的可能性。這種方式簡(jiǎn)化了施工流程，有望縮短項(xiàng)目工期并提升整體性能，無需額外進(jìn)行表面處理工序。
圖1說明
圖1列出了為地下結(jié)構(gòu)制定可靠防水解決方案時(shí)需考量的核心因素與關(guān)鍵階段。
該流程圖表明，部分事項(xiàng)相互關(guān)聯(lián)，且因需兼顧施工可行性與可維修性，可能需要進(jìn)行一定程度的反復(fù)調(diào)整。各核心事項(xiàng)（方框內(nèi)容）不一定需要按圖示順序推進(jìn)，但均需逐一理解與評(píng)估。
美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)ASTM D7832指出，另一個(gè)關(guān)鍵考慮因素是地下防水系統(tǒng)需在結(jié)構(gòu)的整個(gè)使用壽命內(nèi)保持完整性。然而，傳統(tǒng)防水膜系統(tǒng)存在固有局限性——隨著時(shí)間推移，其性能會(huì)因老化而發(fā)生變化，因此往往難以完全滿足這一要求，尤其是在設(shè)計(jì)使用壽命較長(zhǎng)的現(xiàn)代建筑中更為凸顯。因此，市場(chǎng)對(duì)更先進(jìn)、更具韌性的防水解決方案的需求日益增長(zhǎng)，這類方案要能滿足長(zhǎng)期耐久性和使用性能的要求。
防水膜應(yīng)在建筑使用壽命內(nèi)，在持續(xù)或間歇性潮濕環(huán)境中保持防水完整性，且需能承受持續(xù)或間歇性靜水壓力。同時(shí)，防水膜應(yīng)具備抵御有害化學(xué)物質(zhì)侵蝕及植物根系穿刺的能力。
鑒于 A 型系統(tǒng)存在老化、長(zhǎng)期使用后效果可能下降等局限性，以及復(fù)雜設(shè)計(jì)中對(duì)防水方案的靈活性和可靠性要求不斷提高，B 型防水系統(tǒng)已成為一種可靠的替代方案。盡管 B 型系統(tǒng)已問世半個(gè)多世紀(jì)，但在部分市場(chǎng)的應(yīng)用仍相對(duì)較新。如前所述，這類整體式防水系統(tǒng)能改善混凝土自身性能，使其轉(zhuǎn)變?yōu)榉浪琳稀．?dāng)設(shè)計(jì)師評(píng)估項(xiàng)目需求并決定采用B型整體防水解決方案時(shí)，需特別考慮以下具體因素。
美國(guó)混凝土學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)ACI 212第15章指出，選擇合適的減滲外加劑（PRA）時(shí)，關(guān)鍵之一在于要認(rèn)識(shí)到減滲外加劑涵蓋范圍廣泛，不同產(chǎn)品的性能和效果存在顯著差異。因此，并非所有減滲外加劑都能達(dá)到相同的防水效果。必須仔細(xì)評(píng)估每款產(chǎn)品，選擇符合結(jié)構(gòu)獨(dú)特需求和使用環(huán)境的減滲外加劑，而非假設(shè)同一類別下所有產(chǎn)品性能都一致。具體而言，ACI 212標(biāo)準(zhǔn)第15.2節(jié)將減滲外加劑分為五大類。
其中，結(jié)晶型產(chǎn)品被認(rèn)為是適用于承受靜水壓力結(jié)構(gòu)的最有效選擇之一，屬于靜水條件用減滲外加劑（PRAH）類別。然而，值得注意的是，并非所有標(biāo)注 “結(jié)晶型” 的產(chǎn)品都必然符合有效PRAH的標(biāo)準(zhǔn)。ACI 212標(biāo)準(zhǔn)第15章為 PRAH 設(shè)定了明確標(biāo)準(zhǔn)，包括需證明能將混凝土滲透性降低50%以上，且具備自修復(fù)能力。因此，必須進(jìn)行全面評(píng)估，確保所選產(chǎn)品符合這些性能基準(zhǔn)，能有效承受靜水壓力，最重要的是，要有在承受靜水壓力的項(xiàng)目中成功應(yīng)用的可靠記錄。
選擇合適的防水外加劑時(shí)，另一個(gè)關(guān)鍵因素在于：提升混凝土的抗?jié)B性固然必要，但僅靠這一點(diǎn)不足以確保結(jié)構(gòu)具備長(zhǎng)期耐久性且獲得可靠防護(hù)。原因在于，混凝土即便質(zhì)地致密，在使用壽命內(nèi)也天然地容易產(chǎn)生裂縫。即便在高質(zhì)量、低滲透性的混凝土中，裂縫也會(huì)成為水分和腐蝕性化學(xué)物質(zhì)侵入的直接通道，從而嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的使用功能和耐久性。因此，要實(shí)現(xiàn)可靠的防水效果，需要構(gòu)建三層核心防護(hù)體系，如同三角凳的三條腿共同提供穩(wěn)固支撐：第一層防護(hù)是降低混凝土的滲透性，防止水初步滲入；第二層是盡量減少混凝土開裂傾向，進(jìn)一步防范滲透通道形成；最后，第三層防線是確保混凝土在裂縫產(chǎn)生后具備自修復(fù)能力，自動(dòng)封堵這些潛在滲入點(diǎn)。
這正是凱頓（Kryton）結(jié)晶型技術(shù)的突出優(yōu)勢(shì)所在。凱頓的結(jié)晶型技術(shù)不僅屬于結(jié)晶類產(chǎn)品，更完全符合美國(guó)混凝土學(xué)會(huì)（ACI）212標(biāo)準(zhǔn)第15章對(duì)靜水條件用減滲外加劑（PRAH）的性能要求。
減滲外加劑（PRAs）通常包括但不限于以下類別：
a) 疏水性憎水劑
b) 聚合物類產(chǎn)品
c) 超細(xì)固體材料
d) 疏水性孔隙封堵劑
e) 結(jié)晶型產(chǎn)品
這些材料可單獨(dú)使用，也可組合使用，以實(shí)現(xiàn)不同范圍的性能效果。
可靠的減滲外加劑（PRA）
1.抗?jié)B性 2. 抗裂性 3. 自修復(fù)性
其核心原理是通過親水性催化作用，與水分和未水化的水泥顆粒發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成不溶性針狀晶體。這些晶體能深入滲透并填充混凝土基體內(nèi)部的毛細(xì)孔隙和微裂縫，封堵滲透通道，有效阻止水分及水溶性污染物侵入，提供長(zhǎng)久且可靠的防水防護(hù)。
凱頓獨(dú)特的外加劑技術(shù)憑借先進(jìn)的化學(xué)配方，提供了一種可靠的防水解決方案，完全滿足理想防水系統(tǒng)的三大關(guān)鍵要求，它不僅能提高混凝土的抗?jié)B性，還能減少收縮及收縮引起的開裂，從而強(qiáng)化第二層防護(hù)；更重要的是，其自修復(fù)特性構(gòu)成了第三層也是最后一道防護(hù)，確保長(zhǎng)期使用中產(chǎn)生的任何細(xì)微裂縫都能被有效封堵。這一堅(jiān)固的三層防護(hù)體系已通過大量實(shí)驗(yàn)室測(cè)試驗(yàn)證，并在實(shí)際工程項(xiàng)目中得到充分證明——例如美國(guó)波音中心，凱頓技術(shù)已為該中心提供了超過 40 年的長(zhǎng)效防水保護(hù)。
除了滿足ACI 212標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)PRAH的要求，凱頓產(chǎn)品還符合多項(xiàng)其他標(biāo)準(zhǔn)，包括英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)BS 8102規(guī)定的兼容性要求。該標(biāo)準(zhǔn)明確，使用防水外加劑時(shí)，產(chǎn)品應(yīng)與同一制造商提供的其他防水組件配合使用，以確保兼容性和系統(tǒng)完整性。凱頓通過提供全系列配套解決方案來實(shí)現(xiàn)這一要求，這些產(chǎn)品可與凱頓結(jié)晶型內(nèi)部防水劑KIM?混凝土防水外加劑無縫協(xié)同，包括接縫密封解決方案、裂縫修復(fù)系統(tǒng)、表面涂層、管道貫穿處處理產(chǎn)品、對(duì)拉螺栓孔修復(fù)產(chǎn)品等。通過提供完整且兼容的防水系統(tǒng)，凱頓確保整個(gè)結(jié)構(gòu)都能得到有效防水保護(hù)，即便在極端環(huán)境下也能提供全面、可靠的解決方案。
總體而言，選擇合適的防水解決方案需要綜合考量多個(gè)因素，包括項(xiàng)目具體需求以及各類系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)。美國(guó)混凝土學(xué)會(huì)（ACI）350標(biāo)準(zhǔn)提供了寶貴指導(dǎo)，強(qiáng)調(diào)應(yīng)采用整體系統(tǒng)方案，而非單純依賴外部防水方法。該標(biāo)準(zhǔn)指出：“通過使用優(yōu)質(zhì)混凝土、合理設(shè)計(jì)接縫細(xì)節(jié)和充足配筋加固來抵御液體滲透，通常比依賴不透水防護(hù)屏障或涂層更經(jīng)濟(jì)、更可靠。” 這一表述凸顯了將優(yōu)質(zhì)混凝土施工、精心設(shè)計(jì)的接縫和配筋加固與防水解決方案相結(jié)合的必要性，唯有如此才能打造出堅(jiān)固耐用的結(jié)構(gòu)。
其原理與混凝土的水化反應(yīng)相似。
??未處理的混凝土
水泥 + 水 → 水化硅酸鈣（CSH） + 氫氧化鈣（CH）
??經(jīng)處理的混凝土
水泥+水 ???→凱頓產(chǎn)品水化硅酸鈣CSH+ 氫氧化鈣CH
+ 針狀晶體
*CSH = 水化硅酸鈣 *CH = 氫氧化鈣
《環(huán)境工程混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范要求（ACI 350-20）及注釋（ACI 350R-20）》
通常而言，通過使用優(yōu)質(zhì)混凝土、合理設(shè)計(jì)接縫細(xì)節(jié)以及充足配筋加固措施來抵御液體或氣體滲透，比依賴不透水防護(hù)屏障或涂層更經(jīng)濟(jì)、更可靠。
到目前為止，我們主要聚焦于選擇地下防水解決方案的技術(shù)層面。然而，在結(jié)束本節(jié)之前，有必要考慮另一個(gè)影響選擇過程的關(guān)鍵因素：成本。雖然項(xiàng)目預(yù)算肯定會(huì)影響建筑產(chǎn)品的選擇，但必須確保成本控制措施不會(huì)損害關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部件的質(zhì)量和安全性。犧牲這些核心因素可能導(dǎo)致長(zhǎng)期問題，其帶來的損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過初期節(jié)省的成本。整體建筑設(shè)計(jì)指南（WBDG）也強(qiáng)調(diào)了這一原則：地下防水系統(tǒng)不僅難以觸及，一旦安裝完成也無法輕易更換，因此這些系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和建造必須與結(jié)構(gòu)的整體使用壽命相匹配。
對(duì)于地下圍護(hù)系統(tǒng)而言，設(shè)計(jì)與材料的耐久性是強(qiáng)制性要求。不同于建筑全生命周期內(nèi)可能需要多次更換的部分構(gòu)件，地下系統(tǒng)的設(shè)計(jì)使用壽命需與建筑整體使用壽命大致相當(dāng)。地下系統(tǒng)一旦建成，通常難以進(jìn)行維修，若需維修或改造，成本將會(huì)極為高昂。因此，地下圍護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與材料選擇不能僅關(guān)注初始成本，而應(yīng)綜合考慮各類設(shè)計(jì)方案的全生命周期成本，尤其是被掩埋地下系統(tǒng)的維修或更換成本。
在評(píng)估地下防水方案時(shí)，必須考慮全生命周期成本，而非僅關(guān)注初始投資。雖然較低的初始成本看似具有吸引力，但往往會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)使用壽命內(nèi)更高的維護(hù)和維修費(fèi)用。因此，選擇優(yōu)先考慮耐久性和長(zhǎng)期性能的解決方案，最終將被證明更具成本效益和可靠性，并能確保防水系統(tǒng)滿足建筑的預(yù)期使用壽命要求。
