半岛·体育体育场看台防水复古工程构造及新材料应用

　　半岛·体育体育场看台防水复古工程构造及新材料应用（1.先进土木工程材料教育部重点实验室（同济大学），200092上海；2.上海安济建筑工程有限公司，200333上海)要：上海市重点保护文物——已服役70余年的某体育场看台出现破损情况。针对该体育场看台的防水及修复要求，采用渗透结晶型材料、耐碱玻璃纤维无纺布、聚合物改性水泥基防水材料，并结合所研制的防水复古砂浆进行多层复合化施工，最后采用渗透型硅氧烷憎水剂对防水复古砂浆表面进行喷涂处理，达到增强防水性和“修旧如旧”相结合的理想效果。关键词：文物；体育场看台；防水；复古；防水材料中图分类号：TU579；TU746.3文献标识码：B文章编号：1000-4726（2009）07-0603-04CONSTRUCTIONSNEWMATERIALSOLDSTYLERESTORATIONSTADIUMSTANDSUNZhenpingJIANGZhengwuWANGXinyouGUOweiminKeyLaboratoryCivilEngineeringMaterial（TongjiUniversity200092，Shanghai，China；ShanghaiAngleConstructionEngineeringCo．Ltd．，200333，Shanghai，China）Abstract：Damagehasakenplacestadiumusedmorethan70yearswhichmunicipalantiqueShanghai.Accordingrequirementsoriginalappearancestand,perviouscrystalmaterial,alkaline-resistantglassfibrenon-textileclotheimprovedcement-basedpolymerwaterproofdevelopedwaterproofmortar,waterproofmortarurfacmaterialwereused,multi-layerconstructionfinallypervioussilica-alkylwaterrepellentold-styledexpectedeffectsenhancingwaterproofperformanceoldbuildingintold-styledone.Keywords：culturalrelic；stadiumstand；waterproof；originalappearancerestoration；waterproofmaterial当前，越来越多的既有建筑物需要进行加固和防水处理，以恢复其原有使用功能或进行有效保护以延长寿命。然而，对于重点保护文物，则要求在加固和防水处理过程中，不得破坏其原有结构和本来面目，这样才能收到“修旧如旧”的效果，实现加固、防水与文物保护的完美结合[1-3]无论是加固、防水，还是进行文物保护，均对功能性建筑材料的品种和性能指标提出了很高要求，要多种新型建筑材料相互配合使用，并且要求其表层材料不仅具有较好的防水性能和保护性能，而且在色彩、质感和纹理等方面与原有文物表面完全相同，最终实现修旧如旧的建筑文物保护目标。本文介绍的是对具有70余年历史的体育场看台行加固、防水和复古的原则，以及为满足此防水、复古原则所设计的细部构造和施工步骤，最后着重阐述了工程所采用的各种新型建筑材料的性能特点。希望对同类文物建筑的防水与复古工程具有一定参考价值。工程现状某体育场(以下称“体育场”)位于上海市重点规划开发的中心区域，地理位置相当优越。体育场始建于20世纪30年代初，多年来一直作为上海市重大体育竞技尤其是足球比赛的场地。由于其特殊的结构及重要的历史价值，该体育场被上海市文管局认定为市级重点保护文物。经勘察，该体育场看台踏步为预制钢筋混凝土构件，看台踏步表面为水泥砂浆保护层。随着时间推移及时代变迁，该体育场看台虽经多次修缮，但至今仍满目疮痍，具体表现为以下几个方面。表面水泥砂浆保护层虽经多次修补，但空鼓（经检测，空鼓面积的比例达到30%左右）、开裂现象十分严重，且部分已经脱落，未脱落的部分则普遍脱砂对表层砂浆取样后进行抗压强度检测，结果最收稿日期：2009-02-27基金项目：上海市青年科技启明星计划资助（04qmx142作者简介：孙振平（1969－），新疆奇台人，先进土木工程材料教育部重点实验室（同济大学），副教授，上海市四平路1239号同济大学材料科学与工程学院，200092，e-mail：04加固、防水、复古方案及细部构造针对体育场看台的破损现状，曾有专家提出过对表层砂浆进行压力注浆修复的方案，即借助于压力管向砂浆空鼓处注入环氧树脂，增强砂浆层与看台基层之间的粘结强度，但此方案最终未被采纳。其原因主要在于：（1）砂浆层与基层之间本来空鼓面积较大，粘结薄弱，若采用压力注浆半岛·体育中国官方网站平台登陆，势必会破坏原有粘结较好的部位；（2）进行压力注浆前首先要彻底修补砂浆层表面的裂缝，而大多数部位的砂浆表面开裂现象十分严重，如此则需大量人工；（3）采用压力注浆必须事先钻取大量注浆孔，而砂浆层本来裂缝很多，再加上砂浆为脆性材料，钻孔过程中必然会引发新裂缝，或使原有裂缝进一步扩展，加剧砂浆层的破坏；（4）无论是对裂缝进行修补，还是对注浆完成后的钻孔进行填补，均会破坏看台表面原有外观和风貌，更谈不上修旧如旧的复古效果。为在保护文物建筑的前提下，满足该体育场看台承载、防水要求，经研究，决定在看台底面采用环氧树脂粘结碳纤维的措施进行加固(图3)，而在上表面采用15.0MPa，最小值为5.0MPa，平均只有9.0MPa，其原因在于砂浆层起砂、开裂及已完全被碳化。单就表面砂浆层的抗压强度来看，该看台已不适合继续服役，需要进行彻底加固和修复。伸缩缝的铁皮盖板锈蚀严重，伸缩缝的防水功能已部分失效。看台间矮墙已遭破坏，暴露的钢筋混凝土表面亦存在风化现象，有的已局部露出配筋，并有多处明显裂缝。看台底面大面积渗漏，局部相当严重，且表面粉刷层已脱落，周边已发霉，除掉粉刷层可以看见明显的裂缝及裸露的钢筋(图2)。工程设计基本原则经上海市体育局、文管局及相关职能部门研究讨论，拟将该体育场改建为集运动、休闲、商业、娱乐于一体的多功能建筑，重点对体育场看台进行加固和防水改造，但又不得改变原有风貌，即要“修旧如旧”，体现文物建筑的历史沧桑感。孙振平，等：体育场看台防水复古工程构造及新材料应用20099605防水、复古材料的性能特点本项目选用了多种新材料，设计为刚柔结合的防水构造。在所利用的材料中，除防水复古砂浆为课题组研制成功后委托商品砂浆生产厂代为加工外，其他所有产品均为商品化供应。 4.1 渗透结晶型防水材料 看台预制混凝土结构体和砂浆层均为多孔材料， 且经过多年使用后表面和内部已产生大量微裂纹。 裂纹的存在使材料内部孔隙连通，形成易渗水的通道。为全面提高原有混凝土和砂浆的抗渗性， 本项目采用 渗透结晶型防水材料对原有砂浆层表面进行涂刷。 种材料涂刷后，晶体渗透深度可达15 cm 左右。 部渗透，渗透进入的离子通过化学反应，一开始在砂浆 的表面或邻近部分进行结晶， 以后这种渗透结 晶作用 会逐步深入到混凝土预制构件之中。 渗透结晶型防水材料具有以下特点。 如果基体不产生明显的大裂缝，渗透结晶型防水材料的防水作用是永久的， 而且具有一定的自我 修复能力。 它依靠独特的枝蔓状结晶体的生长使混凝 土内部密实，从而增强其防水能力。这种结晶体在正常 条件下不会老化、变质，涂层不怕刺破。另一方面，由于 渗透结晶型防水材料中独有的催化剂， 活，促使水泥石中再产生新的晶体，所以采用此种材料处理过的混凝土结构， 若干年后因为振动或其他原因 产生新的细微缝隙，一旦有水渗入，又会产生新的晶体 将水堵住。 能耐高温、耐潮湿、耐化学侵蚀、耐紫外线、耐辐射、耐氧化、耐碳化，所以不受环境因素的影响。 渗透结晶作用使混凝土密实度提高，因而使混凝土强度提高约 5%，并增强其对内部配筋的保护作 施工方便。只需按一定比例加水搅拌成为一 定稠度的浆体，便可进行涂刷。 涂刷处理过的混凝土或砂浆表面，仍可进行后续作业，如涂刷油漆、环氧树脂，施作水泥灰浆、石灰 膏或砂浆等。 4.2 耐碱玻璃纤维无纺布 耐碱玻璃纤维无纺布起到将聚合物改性水泥基防 水材料层与原有砂浆层相隔离的作用， 也同时可以作 为聚合物改性水泥基防水材料层的载体。 采用特殊粘 结剂(无色)将耐碱玻璃纤维无纺布粘贴于看台原有砂 浆层之上。 为保证今后能方便地除去渗透结晶材料层 以上的部分，恢复看台本来面目，耐碱玻璃纤维无纺布 聚合物改性水泥基防水材料复合耐碱玻璃纤维无纺布进行防水处理， 并在防水层之上施作防水复古砂浆保 护层。为达到既不影响表面复古砂浆的外观，又进一步 增强表面复古砂浆防水、防尘性能的目的，最后对防水 复古砂浆表面进行憎水化处理。 除采用碳纤维加固外，从看台承载、防水、文物保 护等多方面综合考虑， 定了严格的施工工序。 设计了一套综合处理措施并制 具体如下： 表面处理，彻底清洗看台原有砂浆层表面多年沉积的灰尘和油污， 保留返砂层， 复原修复缺损部 在防水复古砂浆表面喷洒憎水剂两遍。根据本施工方案确定的加固、 防水及复古工程的