摘  要：MPS多脉冲防水系统技术是根据电渗透原理研发的防水防渗新技术，采用钛金属线网在混凝土表层构成正极电网，由专业控制装置产生一系列的低压脉冲电流，将渗入结构的水分子朝着结构体外负极方向移动，并不再倒流渗入结构内部，使结构保持永久的干燥状态。此项技术在广州地铁六号线东湖公园站试验段成功应用，治理了隧道的渗漏。

关键词：MPS多脉冲防水系统；电渗透；防水防渗；电离；极性

 

      MPS（Multi Pulse Sequencing）多脉冲防水系统是当今先进和完善的电渗透防水技术，主要应用于地下建筑结构（如混凝土、砖石结构等）防水、防渗、除湿的治理，已在美国、挪威、英国和香港等地区有了众多成功应用的案例。该技术通过电渗透的形式，利用电压和水的极性，将水分子从建筑结构毛细孔的一个点移动到另一个点，实现将水分迁移到预定区域的目的，使建筑物的室内或构筑物的结构壁内侧达到预期的干燥状态，从而实现防水、防渗。

      目前，在建筑防水堵漏工程中，通常使用防水材料进行治理，属于被动形式的整治，防水工程的寿命、防水效果受材料和施工等因素的制约。而MPS多脉冲防水系统长期不间断地通过脉冲电流将水分子从结构内迁移到结构外，是主动形式的防水措施，效果更长久稳定。

 

1.1 MPS多脉冲防水系统发展历史

      MPS多脉冲防水系统是一项应用于混凝土防渗堵漏的全新的治理技术。1807年，德国Reuss教授最先发现，在含有毛细孔的结构中液体会随着电流流动。1930年，瑞士Ernst兄弟发现，在含有毛细孔的结构中正负极之间施加电荷后，水会发生移动。1962年，E Fanke经过试验正式确定了电渗透理论。1987年，挪威发明家Kjell Aage Utklev发现，只要保证电源流通，所产生的电脉冲电流就会连续地使混凝土结构的水分迁移。1988年，Utklev获得理论专利，成立了Hydrotech公司，并正式建立了MPS多脉冲防水系统。随后，该系统在欧美等地广泛应用于地铁、地下室、大坝、海堤的防水渗漏处理。

1.2 MPS多脉冲防水系统工作原理

      在混凝土和砖石结构中，水分子可以通过多种方式渗入到结构内部，其中最简单的形式是水利用自身重力或侧向压力通过孔隙和各种裂缝渗入结构内部；同时水分子也可通过结构中的毛细孔渗入到结构内部，其原理如同植物从土壤中吸水然后分配到枝杆一样，并且毛细孔直径越小，吸水活动越明显（图1）。

      水分子是由两个H⁺和一个O^2-组成，MPS多脉冲防水系统的控制装置能产生一系列的低压脉冲电流，通过正、负电极作用到水分子上，将水电离化。图2为MPS多脉冲防水系统水的电离示意图。

      被电离的水朝着负电极方向移动，使进入毛细孔内的水排到结构外侧，潮湿的结构就会逐渐变干。只要系统保持电流开通的状态，水分子就会一直向结构外侧的负极移动，不会倒流入结构内侧，使结构保持干燥状态。图3为电离水分子迁移过程图。

      电极是以探针和导线的形式，按照设计要求安装在渗水结构（如地下室的顶板、侧墙和底板等）的表面形成电网。系统的正极（钛金属导线）埋在结构内侧表面以下约20 mm处（不能触到混凝土中的钢筋），并用导电水泥砂浆覆盖密实；负极（铜棒）则安装在丰水的结构外侧部位。建筑结构毛细孔内的水分子被电离化后，水分子被电场迁引的动力要远远大于重力及虹吸作用，因此会向结构外侧移动。图4为MPS系统作用下水迁移示意图。

      研究及实践表明，采用MPS多脉冲防水系统的建筑结构能在4~8周后持续保持干燥的状态，即使在600 m高压水头的情况下，也能成功地阻止水的渗入。图5为MPS防水系统工作示意图。

1.3 MPS多脉冲防水系统特点及优点

      1）MPS多脉冲防水系统可使带有毛细孔的建筑结构（如混凝土和砖石结构）彻底变干。应用于新建和已建的建筑结构时，能使遭受渗漏水侵害的工程（如水电工程、地下室和隧道工程等）保持永久的干燥状态，彻底解决渗漏水问题。一台MPS控制单元箱能控制大约1 500 m²的渗水部位。

      2）MPS系统为自动调节运行，当建筑结构内水分含量增加时，流经MPS系统的电流会以相应比例自动上升，使水分更多地渗出混凝土结构。

      3）MPS系统能使混凝土钢筋的腐蚀不再进一步恶化，有效解决混凝土内部的钢筋锈胀损害问题，增强混凝土结构的耐久性。

      4）MPS系统装置不会对混凝土、砖石结构产生任何损坏和副作用。

      5）MPS系统应用于结构防水时，随着结构中水分的减少，所需的电流强度会逐渐降低，并达到相对稳定的状态。安装后，工程整个干燥过程一般需要4~5周（特殊情况下最多需8~9周）。

      6）MPS系统耗电量少，安全可靠，人体接触无任何电伤危险，且运行成本低，使用寿命达50年以上。

      7）MPS系统没有移动配件，安装完成后，除需定期对电流进行检查外，无需其他保养。系统会进行自我调节，持续运行多年而不需要进行任何干预。

      8）MPS系统能降低地下结构内的相对湿度，防止机械、电气设备及其他物品受潮腐蚀，改善和提高地下结构的绝缘性能。

      9）MPS系统装置不会影响地下建筑物各类信号或其他控制系统。

      10）可消除空气中霉菌及细菌产生的异味并改善空气质量，保障人体健康。

1.4 MPS多脉冲防水系统应用范围

      1）高水位的地下室、地下商场、地铁车站、地下空间；2）水利水电工程及大坝水库；3）海洋结构和基础等工程；4）各类隧道、涵洞、大型输水管道、综合性管线管道；5）各类地下仓库、储备库、军工仓库。

 

2.1工程概况

      广州市地铁六号线东湖公园站位于广州市东湖公园旁边，地铁站周边为大型人工湖，并毗邻珠江，地下水压高。隧道采用暗挖法施工，一衬200 mm厚，二衬为400 mm厚C40混凝土，其抗渗等级为P8，该工程要求达到地下室一级防水的设防等级。2010年7月，MPS多脉冲防水系统在该工程的试验段进行了应用。

2.2施工工艺

2.2.1施工流程

      结构渗漏严重部位堵漏处理→正极线网定位、放线→负极定位→切割正极线网凹槽→清理线槽→安装正极线网并密封→安装负极并密封→测试系统连接线路→安装控制箱并连接系统→测试并试运行系统→跟踪检测结构湿度及系统数据。

2.2.2施工工具及材料

      1）施工工具主要有：注浆设备（备用），用于灌注化学注浆液；电动切割机，用于切割正极线网凹槽；金刚切割片，用于切割；吸尘器，用于除尘；砂浆灌注筒，用于灌注导电砂浆；钢筋定位仪器，用于测量结构钢筋分布；冲击钻，用于钻孔；电线插座，提供用电；铁锤、铁凿、毛扫等，用于打凿、清理；喷水器，用于湿润基面。

      2）施工材料主要有：化学注浆液（备用）：用于蜂窝、裂缝止水；速凝止水砂浆，用于止水；钛金属线，用于制作系统正极；铜棒，制作系统负极；电线，连接导线；钛金属线连接头，驳接使用；系统控制箱，控制电流；导电砂浆，用于密封、导电。

2.2.3施工准备

      由于MPS多脉冲防水系统无法对结构渗（涌）水严重的情况产生作用，故在安装MPS系统前必须对渗（涌）水严重的部位进行注浆堵漏处理，以获得一个干净、临时无水浸泡的工作状态。

2.2.4系统安装要点

      1）采用钢筋定位仪扫描需要安装正极线网的部位，避免混凝土内的钢筋影响凹槽施工，确定线网位置并进行定位放线。对于负极部位，应根据钢筋位置、基面湿度及结构pH值选出最佳部位，并标示清楚。

      2）正极（阳极）安装：①采用切割机切割正极线网凹槽，凹槽尺寸为8 mm宽、25 mm深，要求凹槽顺直、深度一致，并尽量避免碰到钢筋。②清理凹槽内尘土，可使用吸尘器或毛扫等工具。③安装正极钛线线网到凹槽时，用压件临时压实，要求安装顺直、不紧绷也不过度松弛，且钛线接头牢固无松脱。④采用喷水器轻微湿润凹槽，将专用导电砂浆用砂浆灌注筒缓缓注入槽内，注意填充饱满不得漏嵌。

      3）负极（阴极）安装：①在负极选定部位开凿150mm×150 mm×150 mm的凹陷部位，并在底部中央开钻Φ18 mm的孔洞，钻穿隧道一衬基层至土体。②将负极铜棒压入孔内，并压至凹陷部位底面，同时在负极接线端安装500~1 000 mm预留引线作为以后系统接线使用。③负极安装后，凹陷部位采用速凝止水砂浆嵌填密实。图6为负极安装示意图。

      4）MPS系统连接及调试：钛线线网及铜棒安装完毕后，必须进行两者连通驳接检查，如无断点现象就可连接MPS系统控制箱。通电后进行设备调试，并开始记录电流数据。图7为控制箱现场图片。

2.2.5系统运行监测

      1）系统安装调试后进入实际应用阶段，监测持续3个月以上（实际应用时可连续监测下去），主要监测结构体各个点的相对湿度和电流数值。每个监测点约监控100 m²的范围，渗水严重或重点部位可加密。

      2）相对湿度监测：主要是采用测湿仪对结构的湿度进行安装前后对比。MPS系统发挥其防水作用后，结构体内的相对湿度将随运行时间不断下降，最终达到稳定状态。根据标准BS 6150—1991《建筑物涂料实用规程》的要求，以油漆实干时结构体内相对湿度（93%）作为参考。广州地铁六号线东湖公园站试验段工程使用MPS防水系统后，混凝土表面达到了83%的相对湿度，体现出了MPS系统的干燥效果。检测湿度时，监测点开钻Φ20 mm、深10 mm的圆孔，并埋置测湿仪探头，24 h后读数并记录。

      3）电流监测：电流大小是另一个反映MPS多脉冲防水系统工作的重要指标。当系统开始工作时，由于结构体内水分充足，相对湿度最大，迁移结构体内水分需要很强的脉冲电场进行驱动，因而这时的工作电流最大。随着相对湿度的减小，脉冲电场强度自动降低，工作电流随之变小，并最终达到一个相对稳定的最低值，一般6个月内可由200 mA降至10~12mA。监测时，采用电流表直接对集线箱内的监测点接头进行读数并记录。

      4）综合监测结果：当结构体内的相对湿度和系统电流数值下降到相对较低的水平并持续稳定，表明MPS多脉冲防水系统发挥了作用且工作正常。本工程MPS系统运行监测点相对湿度和电流值见图8。图8显示平均相对湿度显著下降，最低数值为83%；所耗电流随结构体内相对湿度减少而明显降低，从起始工作标准电流200 mA下降至11 mA，说明MPS系统有效地发挥了防水防渗效果。

2.3注意事项

      1）应用范围：MPS防水系统只适用于毛细孔结构（混凝土及其砖石结构等）的防渗。

      2）正极：MPS系统使用钛金属线网作为正极，因为钛金属线具有高强度、高耐腐蚀性和良好的导电性。一般可根据混凝土强度等级、厚度、碱性、使用期等工程实际情况，来确定钛金属线网的间距。

      3）负极：建议在始终潮湿或含水丰富的地点设置负极（如要处理的结构墙后面和/或地板中）。

      4）裂缝：MPS系统未必能完全有效地阻止大于0.2 mm宽的结构裂缝的渗漏。但在安装MPS系统并通过迁移混凝土体内的水分后，缝宽较大的裂缝漏（涌）水点更容易暴露，此时可采用压力注浆的方法进行局部堵漏。

      5）能耗：MPS控制单元箱会产生36~40 V的电压、最高10 A的电流，MPS控制单元箱在1 d内、面积1 500 m²的用电消耗约40 W。