混凝土结构自防水及普通防水混凝土
混凝土结构自防水
以混凝土自身的密实性而具有一定防水能力的混凝土或钢筋混凝土结构形式称之为混凝土结构自防水。它兼具承重、围护功能，且可满足一定的耐冻融和耐侵蚀要求。随着混凝土工业化、商品化生产和与其配套的先进运输及浇捣设备的发展，它已成为地下防水工程首选的一种主要结构形式，广泛适用于一般工业与民用建筑地下工程的建（构）筑物。例如地下室、地下停车场、水池、水塔、地下转运站、桥墩、码头、水坝等。混凝土结构自防水不适用于以下情况：允许裂缝开展宽度大于0.2mm的结构、遭受剧烈振动或冲击的结构、环境温度高于80℃的结构，以及可致耐蚀系数小于0.8的侵蚀性介质中使用的结构。
混凝土结构自防水可采用不同品种的混凝土进行浇筑。
防水混凝土应用技术发展至今已获巨大进步，特别是在有效地提高混凝土密实性和抗裂性方面，一些新品种、新技术的开发已处于国际先进水平。现将简况叙述如下：
20世纪50年代以德国提出获得最小孔隙率的骨料连续级配曲线为理论依据，采用骨料级配防水混凝土。但因其对级配要求十分严格，必须按曲线筛分大量石子，费工费时，劳动强度大，施工效率低，不适合我国国情，难以推广。
60年代，冶金部建筑研究总院提出富砂浆理论，研制成以调整混凝土配合比各项技术参数而获得最小孔隙率的普通防水混凝土。由于其施工简便、节省劳力、效率高、工期短，适合我国国情，得到广泛应用。
70年代，因多种外加剂的开发，外加剂防水混凝土应运而生。它是用掺入适量外加剂的方法，改善混凝土内部微观结构，减小孔隙率、增加密实性、提高抗渗性。
上述各种混凝土均未能有效遏制混凝土开裂这一降低抗渗性的另一重要因素的产生。80年代后期，我国研制、开发并获得推广的补偿收缩混凝土有效地以自身适度膨胀抵消混凝土收缩裂缝；同时水泥水化物结晶体体积增大，将水泥石中的孔隙填充堵塞，减少孔隙率，而使抗渗性大为提高。
近些年来，又有一批新型防水混凝土应用在工程上。例如：聚合物水泥混凝土、纤维抗裂防水混凝土，以及高性能防水混凝土等。
普通防水混凝土
影响防水混凝土抗渗性的技术参数
普通防水混凝土应用技术在我国已有40多年的历史。根据经验，以调整和控制混凝土配合比各项技术参数的方法提高混凝土的抗渗性是行之有效的。
1．水泥用量：最少不得少于300kg/m3；当掺有活性掺合料时，不得少于280kg/m3。
2．砂率：宜为35%~45%；泵送混凝土的砂率可为45%。
3．灰砂比：宜为1：2~1：2.5。
4．水灰比：不得大于0.55。
5．坍落度：不宜大于50mm。
对于预拌混凝土，其入泵坍落度宜控制为100~140mm；入泵前坍落度每小时损失值不应大于30mm，总损失值不应大于60mm。
应予注意的是，不能以上述技术参数的限值组成混凝土配合比，而是应在技术参数的限值范围内进行选值、通过试配求得符合设计要求的防水混凝土最佳配合比。
选材要求
1．水泥
水泥强度等级不应低于32.5级。
在不受侵蚀性介质和冻融作用的条件下，宜采用普通硅酸盐水泥、硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥；若选用矿渣硅酸盐水泥，则必须掺用高效减水剂。
在受侵蚀性介质作用的条件下，应按介质的性质选用相应的水泥。例如：在受硫酸盐侵蚀性介质作用的条件下，可采用火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥，或抗硫酸盐硅酸盐水泥。
在受冻融作用的条件下，应优先选用普通硅酸盐水泥，不宜采用火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥。
不得使用过期或受潮结块的水泥；不得使用混入有害杂质的水泥；不得将不同品种或不同强度等级的水泥混合使用。
2．石子
石子最大粒径不宜大于40mm；泵送混凝土，石子最大粒径应为输送管径的1/4；石子吸水率不应大于1.5%；含泥量不得大于1%、泥块含量不得大于0.5%；不得使用碱活性骨料；其他要求应符合现行《普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》（JGJ 53-92）的规定。
3．砂
宜采用中砂；含泥量不得大于3.0%，泥块含量不得大于1.0%；其他要求应符合现行《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》（JGJ 52-92）的规定。
4．水
应符合现行《混凝土拌合用水标准》（JGJ 63-89）的规定。
5．掺合料
粉煤灰的级别不应低于二级，掺量不宜大于20%，其质量应符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB 1596标准的要求；硅粉掺量不应大于3%；其他掺合料的掺量应经过试验确定，例如磨细矿渣粉等。
混凝土配合比设计计算
1．配合比的设计原则
在设计普通防水混凝土配合比时应考虑以下原则：
（1）根据工程的要求，由混凝土的抗渗性和耐久性确定水泥的品种，由混凝土的强度确定水泥的强度等级。
（2）砂、石材料应合理地选用，一般应优先考虑当地的砂石材料，但必须符合工程要求，以及防水混凝土选材要求。
（3）水灰比主要依据工程要求的抗渗性和施工最佳和易性来确定。施工和易性要由结构条件（如结构截面、钢筋布置等）和施工方法（运输、浇筑和振捣等）综合考虑决定。
2．配合比的计算及举例
例题：配制C20强度等级、P6抗渗等级的普通防水混凝土，配筋较密，采用振捣器振捣，初步选定混凝土的坍落度为30~50mm，砂率为38%，所用的材料特性如下：
水泥：强度等级42.5，密度ρc＝3.1；
石子：最大粒径30mm 的卵石，密度ρg ＝2.7； 砂：中砂，密度ρs ＝2.6 按绝对体积法计算步骤如下：
（1）根据工程要求的抗渗等级、强度等级以及结构条件和施工条件选定坍落度，初步确定水灰比、用水量，并计算出水泥用量。
普通防水混凝土的水灰比可参考表17-4选用。
普通防水混凝土最大水灰比允许值 表17-4
①混凝土抗渗等级是表示混凝土试块在渗透仪上作抗渗试验时，试块未发现渗水现象的最大水压值。例如P8表示该试块能在0.8N/mm 2的水压力下不出现渗水现象。
现行规范规定，通过试验确定的施工配合比，其抗渗等级应比设计要求提高一级（0.2MPa ）。因此，试配时应采用水灰比最大的配合比做抗渗试验，其试验结果应符合式（17-1）的要求：
2.010
+≥
P
p t （17-1） 式中 p t ——6个试件中4个未出现渗水时的最大水压值（MPa ）；
P ——设计要求的抗渗等级。
混凝土拌合用水量与砂石材料、搅拌条件等因素有关，为了便于试拌进行初步配合比设计，提供表17-5以作参考，但用水量应根据试配最后选定。
混凝土拌合用水量参考表（kg/m 3） 表17-5
注：1．表中石子粒径为5~20mm 。若石子最大粒径为40mm ，用水量应减少5~l0kg/m 3。表中石子按卵石考虑，若为碎石应增加5~10kg/m 3。
2．表中采用的是火山灰质水泥，若用普通水泥则用水量可减少5~10kg/m 3。
根据例题设定的混凝土强度等级、抗渗等级以及坍落度，可初步确定水灰比为0.55，水的用量为190kg/m 3。
计算水泥用量：
已知W/C＝0.55
水泥用量m co＝m wo/0.55＝190/0.55＝345kg/m3
式中m co——水泥用量（kg/m3）；
m wo——水用量（kg/m3）。
（2）选用砂率：
砂率可根据石子空隙率和砂的平均粒径，参考表17-6选用。
石子空隙率按式（17-2）计算：
石子堆积密度
石子空隙率＝（1－
）×100% （17-2）
石子表观密度
砂率选用表（%）表17-6
注：1．本表是按石子粒径为5~30mm计算，若采用粒径为5~20mm时，砂率应增加2%。
2．施工条件如钢筋很密，埋件很多，厚度较小，不易浇捣时可适当提高砂率至40%左右。
例题已初步选定砂率为38%。
（3）根据选定的砂率，按式（17-3）计算砂石混合密度：
ρsg＝ρsβs＋ρg（1－βs）（17-3）
式中βs——砂率；
ρsg——砂石混合密度；
ρs——砂的密度；
ρg——石的密度。
根据例题已知数代人式（17-3），则
ρsg＝2.6×38%＋2.7×（1－38%）＝2.66
（4）按式（17-4）计算砂石混合用量：
)1000(c
co
w
wo
sg m m ρρρα-
-
= （17-4）
式中 α——砂石混合用量（kg/m 3）；
m wo ——水用量（kg/m 3）； ρw ——水的密度； m co ——水泥用量（kg/m 3）； ρc ——水泥的密度。
根据例题，将已知数代入式（17-4）：
3/1858)1
.3345
11901000(66.2m kg =--
=α （5）按式（17-5）和式（17-6）计算砂、石的用量。
m so ＝B s ×α （17-5） m go ＝α－m so （17-6）
式中 m so ——砂的用量（kg/m 3）；
B s ——砂率（%）；
α——砂石混合用量（kg/m 3）； m go ——石子的用量（kg/m 3）。
根据例题的设定以及计算中的已知数代入式（17-5）和式（17-6），分别求出砂、石的用量：
m so ＝38%×1858kg/m 3＝706kg/m 3 m go ＝（1858－706）kg/m 3＝1152kg/m 3
（6）得出初步配合比：由以上各步骤计算出的每立方米混凝土材料用量，可以列出初步配合比为：
水泥：砂：石＝m co ：m so ：m go 水灰比＝W/C ＝0.55
根据例题计算结果列出配合比为：
345：706：1152＝1：2.05：3.34
则混凝土的计算密度为
345＋706＋1152＋190＝2393kg/m 3
（7）试配与校正：
按照初步配合比进行试拌，试拌结果若与工程要求不符，应按实际情况进行校正，调整比例，直至达到工程要求。