水是人類寶貴的資源，隨著水資源的匱乏，節(jié)水和水資源保護(hù)在我們生活中越來(lái)越重要。但是水若侵入不應(yīng)該或人們不需要它的地方，也會(huì)給我們的生產(chǎn)生活帶來(lái)不便和困擾，所以我們要采取方法防止水對(duì)人的活動(dòng)產(chǎn)生危害，即防水。本文將介紹防水之水的來(lái)源、水的作用方式和滲透途徑。
1.1 雨水
雨水又稱降水，是一種大氣中的水汽凝結(jié)后以液態(tài)水或固態(tài)水降落到地面的現(xiàn)象，是自然界中發(fā)生的雨、雪、露、霜、霰、雹等現(xiàn)象的統(tǒng)稱。降水是地表徑流的本源，亦是地下水的主要補(bǔ)給來(lái)源。雨水在向土壤下滲的過(guò)程中，會(huì)向地下室內(nèi)滲透。
圖1 雨水
雨水從天而降，屋面和外墻必須防止雨水的侵入。雨水是間歇性的，防水層也是間歇性起作用。降雨期間，雨水排水流經(jīng)的表面存在任何的裂縫、孔、洞都會(huì)造成滲漏水的出現(xiàn)。外墻防水有時(shí)由于風(fēng)壓作用，水隨風(fēng)對(duì)墻體產(chǎn)生壓力，水的滲透加劇。瓦屋面、金屬屋面等在風(fēng)壓的作用下，雨水會(huì)從瓦和金屬板的縫隙滲透，產(chǎn)生滲漏現(xiàn)象。
1.2 地下水
地下水，是指賦存于地面以下巖石空隙中的水，狹義上是指地下水面以下飽和含水層中的水。在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《水文地質(zhì)術(shù)語(yǔ)》（GB/T 14157-93）中，地下水是指埋藏在地表以下各種形式的重力水。
地下水位是指地下水的水面相對(duì)于基準(zhǔn)面的高程。通常以絕對(duì)標(biāo)高計(jì)算。地下水位又分為潛水位和承壓水位，潛水位是指潛水面的高程，承壓水位是指承壓水面的高程。根據(jù)鉆探觀測(cè)時(shí)間可分為初見(jiàn)水位、穩(wěn)定水位、豐水期水位、枯水期水位等。一般在地質(zhì)勘測(cè)報(bào)告中都會(huì)表明豐水期水位和枯水期水位。
當(dāng)鉆孔揭穿承壓含水層的隔水頂板時(shí)，就見(jiàn)到地下水，此時(shí)井孔中的水面高程稱為初見(jiàn)水位。此后井中水位不斷上升，到一定高度后便穩(wěn)定下來(lái)，不再上升，此時(shí)水面的高程稱為穩(wěn)定水位，即承壓含水層的承壓水位，如圖2所示。
圖2 潛水和承壓水
一年中，雨季或融雪補(bǔ)給時(shí)期，地下水水位升高至最高點(diǎn)，稱為豐水期水位。無(wú)雨或少雨季節(jié)，地下水得不到補(bǔ)充，水位降低至最低點(diǎn)，稱為枯水期水位。
地下水會(huì)對(duì)地下工程產(chǎn)生滲漏的可能，地下工程必須進(jìn)行防水設(shè)防。地下水位是在變化的，因此地下工程與地下水的位置關(guān)系存在三種情況：一是地下工程埋深在枯水期水位以下，地下工程長(zhǎng)期處于地下水的浸泡下，地下水隨時(shí)可能侵入地下工程內(nèi)；二是地下工程埋深在枯水期水位和豐水期水位之間，地下工程在多雨時(shí)期浸泡在地下水中；三是地下工程埋深在枯水期水位以上，地下工程不受地下水的浸泡。但是即使是第三種情況，仍有灌溉等生活用水的存在，防水設(shè)防還是必要的。
1.3 生活用水
圖3 澆灌
2、水的作用方式
除了重力作用下的流動(dòng)之外，水還有多種作用方式，這些作用方式對(duì)建筑工程的防水產(chǎn)生不同的影響和危害。
2.1吸濕作用
任何物質(zhì)在與氣態(tài)的水蒸氣和液態(tài)的水接觸時(shí)，都能將其吸附在自己的表面，這種現(xiàn)象稱為吸濕，見(jiàn)圖4。磚石、混凝土等建筑材料均是非均質(zhì)的多孔材料，在空氣和水中都具有很強(qiáng)的吸濕作用。吸濕作用的強(qiáng)弱與材料的孔隙率、周圍介質(zhì)的溫濕度有關(guān)，孔隙率越大、濕度越大、溫度越低，吸濕作用就進(jìn)行得越強(qiáng)烈。
圖4 水的吸濕現(xiàn)象
2.2 毛細(xì)作用
大部分物質(zhì)的結(jié)構(gòu)中有許多肉眼不易看見(jiàn)的縫隙，稱其為毛細(xì)管。這些毛細(xì)管遇水后，只要彼此有附著水，水就會(huì)潤(rùn)濕管壁沿著這些毛細(xì)管上升，直至水的重量超過(guò)其表面張力時(shí)才會(huì)停止上升，如圖5。毛細(xì)管越細(xì)，上升水的重量越不易超過(guò)表面張力，因此水位也升得越高，物質(zhì)也就越容易透水。毛細(xì)管吸水現(xiàn)象在許多建筑材料中都可以看到，有些甚至可上升數(shù)米之高。地下水能被有孔的建筑材料吸收產(chǎn)生毛細(xì)上升現(xiàn)象，毛細(xì)作用不僅可使地下工程受到損害，而且還能傳到地面建筑。在建筑墻體中設(shè)置防潮層是阻斷水的毛細(xì)作用的典型。
圖5 水的毛細(xì)作用
2.3 滲透作用
地下工程的滲漏水在很多情況下都是由滲透作用引起的。建筑工程的圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料如磚石、混凝土等均有大量的毛細(xì)孔、施工裂縫，在有一定壓力的水作用時(shí)，水就會(huì)沿著這些孔隙流動(dòng)而產(chǎn)生滲透作用。如有地下水作用的地下工程，有風(fēng)壓作用的外墻等。地下水位或風(fēng)壓產(chǎn)生的滲透壓越大，滲透作用也就越嚴(yán)重。
圖6 水的滲透
水對(duì)建筑物的侵蝕主要表現(xiàn)在酸、鹽及有害氣體對(duì)建筑結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的損害，侵蝕程度決定于水的侵蝕性、建筑材料特性、結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度和密實(shí)性等，不致密的混凝土、不堅(jiān)固的石材或多孔砌塊等襯砌的地下構(gòu)筑物及房屋基礎(chǔ)最易受到侵蝕的影響。水對(duì)混凝上的侵蝕主要表現(xiàn)在碳酸侵蝕、溶出性侵蝕、碳酸鹽侵蝕等幾個(gè)方面。同時(shí)，水中含有的一些腐蝕性介質(zhì)，會(huì)使鋼筋出現(xiàn)銹蝕，鋼筋銹蝕后體積膨脹，進(jìn)一步加劇混凝土裂縫的擴(kuò)大，對(duì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性造成嚴(yán)重危害。
圖7 被水侵蝕的混凝土
建筑物一般是由多孔性無(wú)機(jī)材料組成，這些材料內(nèi)部存在孔洞、縫隙、毛細(xì)管等，極易吸水。嚴(yán)寒地區(qū)的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料，如磚砌體、吸水率較大的保溫材料、不致密的混凝土等，吸水后產(chǎn)生冰脹，使材料的孔隙加大吸水量增加。周而復(fù)始，在水的反復(fù)凍融作用下，大大加速建筑材料的損壞速度，對(duì)建筑物產(chǎn)生巨大的破壞作用。
圖8 混凝土的凍融破壞
水的汽化是指水從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)的相變過(guò)程。汽化有蒸發(fā)和沸騰兩種形式，蒸發(fā)是溫度低于沸點(diǎn)時(shí)發(fā)生在液體表面的汽化過(guò)程。蒸發(fā)現(xiàn)象在任何溫度下都能發(fā)生。沸騰是在一定溫度下，液體內(nèi)部和表面同時(shí)進(jìn)行的劇烈汽化現(xiàn)象。
水在受熱后變成水蒸汽，其體積發(fā)生的變化，會(huì)對(duì)防水層產(chǎn)生危害。在一個(gè)大氣壓條件下，將0℃水加熱到100℃成為水蒸汽，其體積將增大約1700倍。黑色屋面夏季最高溫度可以達(dá)到85℃，根據(jù)理想氣體方程，在一個(gè)大氣壓條件下，85℃的液態(tài)水完全蒸發(fā)汽化，其體積增加約1445倍，這種體積的增大會(huì)對(duì)約束它的建筑材料產(chǎn)生很大的破壞作用。在防水工程中，當(dāng)屋面防水層下的構(gòu)造層含水時(shí)，水汽化常常造成防水層與基層之間產(chǎn)生剝離、防水層起鼓、搭接縫開(kāi)裂等缺陷，從而導(dǎo)致防水層下出現(xiàn)竄水、防水層的壽命降低等問(wèn)題。
圖9 水的汽化
從防水工程的角度看，水的滲透途徑，一般有毛細(xì)孔、孔洞、裂縫、人為設(shè)置的縫等滲水通道。
3.1 毛細(xì)孔、孔洞的滲透
現(xiàn)代建筑的結(jié)構(gòu)材料有磚、砌塊、混凝土等。屋面、橋梁、地下工程、隧道涵洞、水池均以鋼筋混凝土為主。磚、砌塊均是多孔材料，而砌體灰縫的空隙更大?；炷凛^密實(shí)，但混凝土是多集料不均勻體，在成型過(guò)程中會(huì)留下諸多的孔隙。這些孔隙包括：澆筑初期混凝土中裹入空氣形成的氣泡，混凝土中的多余水分蒸發(fā)后形成毛細(xì)孔，砂漿或水泥漿不能完全包裹粗骨料產(chǎn)生空隙，骨料沉降形成的骨料上部孔隙等。施工不規(guī)范會(huì)增加毛細(xì)孔、空洞的數(shù)量、大小、形態(tài)等。另外混凝土中多余水的蒸發(fā)，會(huì)使混凝土中初期已有孔洞產(chǎn)生毛細(xì)孔收縮壓，使混凝土收縮，收縮率約為0.04%~0.06%，這種收縮也會(huì)改變或增加毛細(xì)孔、空洞的數(shù)量、大小、形態(tài)等，最終形成滲水通道。
連續(xù)整體的柔性防水層因?yàn)楦鞣N原因出現(xiàn)孔洞時(shí)，水就會(huì)穿過(guò)孔洞從一側(cè)達(dá)到另外一側(cè)，孔洞就成為滲水的途徑了。
圖10 毛細(xì)孔滲透造成的滲漏
點(diǎn)或孔的連接就成為線或縫，在混凝土、砂漿或柔性防水層中，裂縫貫穿整個(gè)斷面時(shí)，水就會(huì)滲透。
造成混凝土結(jié)構(gòu)或砂漿層開(kāi)裂的原因較多，混凝土中多余水蒸發(fā)，產(chǎn)生的毛細(xì)孔收縮壓而導(dǎo)致干縮裂縫，尤其是早期塑性裂縫；大體積混凝土澆筑時(shí)內(nèi)外溫差過(guò)大產(chǎn)生溫度裂縫；氣溫變化的溫差產(chǎn)生脹縮裂縫；抗拉強(qiáng)度小于承受的拉應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫；結(jié)構(gòu)正常受力后在允許變形下條件下的裂縫等，這些裂縫都是造成滲水的通道。就目前的技術(shù)能力，要完全克服混凝土結(jié)構(gòu)和砂漿層的裂縫還是不可能的。
柔性防水層也會(huì)產(chǎn)生開(kāi)裂現(xiàn)象。防水層開(kāi)裂是由于防水層所承受的拉應(yīng)力超過(guò)了其斷裂應(yīng)力所致。當(dāng)防水層與基層粘結(jié)非常牢固時(shí)，基層開(kāi)裂產(chǎn)生的應(yīng)力很容易傳遞給柔性防水層，使防水層產(chǎn)生拉應(yīng)力；防水層在使用過(guò)程中的收縮受到基層約束時(shí)防水層也會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力；地基沉降、結(jié)構(gòu)熱脹冷縮、結(jié)構(gòu)和找平層材料的收縮等原因造成的基層變形應(yīng)力傳遞給防水層也會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力。柔性防水層斷裂產(chǎn)生的裂縫也是水滲透的途徑之一。
圖11 裂縫滲漏
任何工程的結(jié)構(gòu)均不是無(wú)限連續(xù)，防水層也同樣不可能無(wú)限連續(xù)，為避免各種變形或施工需要，要求建構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)在一定距離內(nèi)設(shè)置分縫，如變形縫、分格縫、后澆帶、誘導(dǎo)縫等，將變形集中在一處進(jìn)行統(tǒng)一處理，以避免或減少在分縫距離內(nèi)出現(xiàn)裂縫。防水卷材為施工方便和適應(yīng)不同部位的尺寸，每幅卷材均要進(jìn)行搭接。這些分縫或搭接縫就成為防水的薄弱環(huán)節(jié)。而且分縫，是變形集中的部位，是動(dòng)態(tài)的，隨時(shí)間變化的，一旦處理不當(dāng)，便會(huì)產(chǎn)生滲漏，這是防水工程設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵部位。另外，卷材的接縫，一般采用粘結(jié)劑粘合，但它的工藝復(fù)雜，受施工環(huán)境、人為因素影響大，所以要達(dá)到100%完全可靠，難度非常大，只要接縫有針孔大的漏洞，就會(huì)成為水的滲透通道，這使防水施工的難點(diǎn)之一。
圖12 搭接縫翹邊
防水層與基層未全部粘結(jié)存在空隙時(shí)，防水層一旦發(fā)生滲水點(diǎn)，水滲到防水層下就會(huì)到處流竄而無(wú)法控制，遇到混凝土或砂漿基層的孔隙、裂縫，滲漏就發(fā)生了。機(jī)械固定的卷材防水層，空鋪、條鋪、點(diǎn)鋪的卷材防水層一旦出現(xiàn)破損滲透，一定會(huì)出現(xiàn)竄水現(xiàn)象。因此與基層不粘接或粘結(jié)能力較弱的防水層，必須保證防水層的完好性，不會(huì)發(fā)生滲漏，同時(shí)防水層周邊的收頭也要保證密封嚴(yán)密。