1、屋面防水材料及技术应用与发展趋势【摘要】屋面防水工程一直是建筑中容易出现质量问题的节点和难题，而且屋面防水层的合理使用年限较之建筑物主体结构的合理使用年限少很多，且需要经常性的后期维护。本文根据不同类型屋面防水材料及构造特点,主要就平屋面着重说明屋面构造组合的原则,并就有关案例进行对比分析，优化屋面构造组合。并对其发展趋势简单分析。 【关键词】 屋面防水材料；屋面构造；防水；保温；节能；环保 中图分类号：TU57 文献标识码：A 随着新的国家标准屋面工程技术规范GB50345-2012 和与屋面相关的新国家建筑标准设计图集的颁布以及新材料、新技术、新工艺的推广应用，屋面质量问题已得到较好的控制
2、，尤其是对防水问题，行业整体有的很大改观。 屋面工程是一个涉及防水、保温、隔热、节能、环保等诸多功能综合性工程，而屋面防水是其中最容易出现问题的环节，出现问题后难以彻底解决。这不仅与材料质量、施工质量有关，也与屋面构造设计有关。在此通过近几年在实际设计工作中对屋面防水工程的总结和归纳，并调研其他同事同行的实际经验和相关理论研究，浅析屋面防水材料及技术应用与发展趋势。 屋面防水分类 可分为柔性防水和刚性防水两大类。柔性防水主要为卷材防水和部分涂膜防水；刚性防水有金属板屋面防水、水泥基渗透结晶型防水（部分涂膜防水） 、瓦屋面防水、玻璃面板防水等。本文根据实例主要对柔性防水材料及其构造特点进行分析，
3、浅析屋面防水材料及技术应用与发展趋势。 1.1 卷材防水 经常用的卷材防水材料有高聚物改性沥青防水卷材和高分子卷材两大类。 1.1.1 高聚物改性沥青防水卷材用于屋面防水的主要有：弹性体改性沥青防水卷材（即 SBS） 、塑性体改性沥青防水卷材（即 APP） 。作改性材料的高聚物改性沥青防水卷材，以聚酯胎和玻纤胎为主。其优点是分子结构稳定、老化期长、具有良好的耐高温和低温以及耐老化性能，拉伸强度高、伸长率大、施工简便。施工工艺普遍采用热熔法进行施工。在我国是目前应用最广最经济、技术成熟较早的防水材料。 1.1.2 高分子卷材主要有：合成橡胶类（三元乙丙橡胶防水卷材-EPDM、氯化聚乙烯防水卷材-
4、CPE） 、合成树脂类（聚氯乙烯-PVC） 、橡塑共混型（氯化聚乙烯-橡胶共混防水卷材） 、热塑性类（聚烯烃类防水卷材-TPO）等。其优点是拉伸强度高、抗撕裂强度高、耐热性能好、均质性好、低温柔性好、无需保护层等； 其缺点是粘结性差，施工技术要求高，后期收缩大等缺陷。另外价格也较贵。 1.2 涂膜防水 经常用的涂膜防水材料有高分子防水涂料、聚合物水泥防水涂料、高聚物改性沥青防水涂料等。 按反应类型分：挥发固化型（硅橡胶防水涂料、丙烯酸防水涂料、EVA 防水涂料等） 、反应固化型（单组分聚氨酯防水涂料、双组分聚氨酯防水涂料、聚脲防水涂料等） 、复合型（聚合物水泥防水涂料-JS 等） 。 涂膜防水
5、对基层要求高，受基层变形影响大，施工工艺要求高。但防水完整性好，特别是对于形状复杂的部位容易施工。 1.3 金属板屋面防水 金属板屋面重量轻节省材料，跨度大，施工便捷，寿命长。适用于建筑屋面板、墙板，尤其适用于大跨度厂房、仓库及活动房屋建筑的屋面、围护结构等。但金属板屋面温度变大，容易造成渗漏隐患。金属导热性好，不利于保温节能。 1.4 太阳能光伏一体化屋面 太阳能发电，与建筑屋面一体设计。现阶段太阳能光伏一体化屋面技术日趋成熟，但限于我国国情，由于受太阳能电池板及其发电系统造价高因素限制，前期一次性投入大，大范围应用推广缓慢。但是太阳能光伏一体化屋面是一种发展趋势。 2. 高聚物改性沥青防水
6、卷材和高分子卷材以及涂膜防水的比较和构造特点。 2.1 有关专家对沥青防水卷材、高聚物改性沥青防水卷材、合成高分子防水卷材以及多种防水涂料进行抗冲击和不透水性试验,结果表明3.5mm 厚的高聚物改性沥青卷材在所有取样中,其抗冲击与不透水性不仅优于各类涂膜防水层,也比 1.2mm 厚的合成高分子防水卷材类好。这说明在防水性能上,其厚度起决定作用,特别是通过长期考验热法施工的沥青防水卷材屋面,其防水性是毋庸置疑的。至于防水材料的抗裂性,根据基层开裂零延伸和满粘法施工时卷材在初始开裂时有一定剥离长度的理论,给出了多种防水材料最大承受的裂缝宽度。在各类防水卷材中,APP 及SBS 改性沥青卷材,虽然延
7、伸率远小于合成高分子防水卷材,但因材料厚度的关系,其最大承受裂缝宽可达 6.9mm,说明这类卷材屋面抗裂性较好。通过以上分析,建筑的屋面防水层一般应选择卷材作为主要防水材料,且应优先采用防水性与抗裂性较好的高聚物改性沥青防水卷材。如果有饰面砖等材料压在卷材防水层上,因此可不考虑大风作用在屋面上产生的负压力,所以在多数情况下卷材不必采用满粘法施工。但对女儿墙以及距泛水边 800mm 处、水落口周围等部位,卷材应采用满粘,而且粘结得越牢越好,确保屋面防水的可靠性。较好的设计方案必须通过科学的施工工艺,才能达到优良的工程质量。为此在涂膜防水层中,应采用“二布多涂”的铺贴工艺(即底涂网格布中涂网格布面
8、涂,涂料涂刷次数视其成膜厚度而定)。在涂膜防水层中增铺耐碱玻纤网格布,其主要原因是防止基层砂浆开裂而影响涂膜防水的质量。当用卷材防水时，采用空铺法施工，空铺法铺贴卷材,有利于抵抗屋面温度变形和防止地基不均匀沉降。 2.2 屋面构造层次一般分为结构层、找坡层、找平层、保温层、隔汽层、防水层、隔离层、保护层、隔热层、饰面层等。并根据各地气候条件及使用要求有所取舍。 现以平屋面传统卷材防水屋面和倒置屋面两种屋面做法形式分析其优缺点。 以我单位 2012 年建设项目安全实验室为例，屋面为平屋面传统卷材防水屋面，卷材选用高分子材料的三元乙丙橡胶防水卷材-EPDM。经过一年多的时间，室内出现屋面漏水情况。
9、通过检查，发现防水出现的问题主要原因为两点，一是由于高分子卷材粘结性差、后期收缩大的自身缺陷，引起搭接接缝部位出现开裂，导致漏水。再就是多出卷材防水层鼓泡，尤其是雨水口附近局部防水卷材层隆起高达十多毫米。造成这一现象，是隐蔽于屋面材料中的水分，因温度递增产生蒸气分压力，而顶破貌似坚固的水泥砂浆找平层和卷材防水层。 通过建筑物理学可知，当空气温度在 0时，饱和水蒸气的最大张力值为 0.61 千帕。而当气温增加到 40时，此值为 7.38 千帕，增加了十几倍。国外研究还表明，当屋面温度为 60时，屋面内部的蒸气分压力可达 4.9 兆帕。以上数值足以引起各类卷材隆起、破损从而导致屋面的渗漏。这是屋面
10、基层内部水分在温度作用下，产生“汽化”后破坏坚固物质的科学解释。 而我单位 2012 年同期同院区内建设的餐厅食堂，其屋面由于采用了上人屋面做法，面层的铺砖起到了对防水层的保护作用，没有出现上述类似情况。但是“热胀冷缩”不仅仅是水蒸气性质，对于屋面的其他材料也有同样的作用。 “热胀冷缩”是由屋面环境温度的变化而引起的,属周期性发生,其作用是长期的。因此对于水泥砂浆找平层,必须按一定间距(如 4 至 6m)留设分格缝;如在卷材防水层上作水泥砂浆保护层及铺贴饰面砖时,则应在两者之间铺设隔离层,即使铺设很薄的聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE)材料都会起到很好的隔离作用，可以避免卷材防水层被拉裂。 屋面工
11、程中实际存在不仅是上述的“热胀冷缩” ，还存在“湿胀干缩”现象。 “湿胀干缩”主要是由屋面找坡层、保温层以及找平层的湿作业引发的,它随龄期的增长而逐步减少。由于水泥类材料初期收缩很大,因此在下道工序施工时必须有一定的技术间歇时间。例如常见的水泥砂浆找平层,在夏天施工时 2 至 3d 即具备相当的强度,但收缩值大,如立即铺贴卷材(即便是延伸性较好的合成高分子防水卷材)会因基层开裂破坏卷材防水层而引起渗漏,且卷材与基层开裂的位置相对呼应。 另外,屋面找坡层目前多数采用工业废渣与水泥拌合而成。如屋面坡度为 2%,按通常 12m 流水长度计算,找坡层最高处厚度可达 1270mm(最薄处厚度设定为 30
12、mm)。如在施工过程中遇到雨水,后果不堪设想。虽然可以采取排汽措施,但是 1 至 2 年甚至更长时间内,其中多余水分无法通过汽化而逸出。找坡层中多余水分在夏天会穿透找平层使防水层起鼓；在冬天结冰时,如屋面四周嵌固稍差,因体积膨胀引起的破坏更为严重,过去砖砌女儿墙的推裂就是最好的例证。现在还没有更好的替代找坡材料,所以对于平屋面,其排水坡度最好由结构找坡的办法解决。 由以上实例并结合其他案例以及相关理论研究，屋面温度应力的破坏仍是当前渗漏水的重要原因之一。 传统卷材防水屋面防水材料暴露于最上层，加速其老化，缩短了防水层的使用寿命，故应在防水层上加做保护层，这又将增加额外的投资。其次，对于封闭式保
13、温层而言，施工中因受天气、工期等影响，很难做到其含水率相当于自然风干状态下的含水率：如因保温层和找平层干燥困难而采用排汽屋面的话，则由于屋面上伸出大量排汽孔，不仅影响屋面使用和美观，而且人为地破坏了防水层的整体性，排汽孔上防雨盖又常常容易碰踢脱落，反而使雨水灌入孔内。即使是按规范设排汽道、排汽孔有时还会出现防水层起鼓现象。 倒置式屋面则改善了传统卷材防水屋面因为“热胀冷缩”和“湿胀干缩”现象所带来的问题。 倒置式屋面是将憎水性保温材料设置在防水层上的屋面。防水层在下面，保温隔热层在上面。与传统施工法相比该工法第一能使防水层无热胀冷缩现象，延长了防水层的使用寿命；第二保温层对防水层提供一层物理性
14、保护，防止其受到外力破坏。 倒置式屋面采用保温板（常用挤塑聚苯乙烯保温隔热板)直接铺设于防水层上，上做配筋细石混凝土，如需美观，还可再做铺砖等。这种做法适用于上人屋面，经久耐用，缺点是不便维修。倒置式屋面还可采用保温板直接铺设于防水层，再敷设纤维织物一层，上铺卵石或天然石块或预制混凝土块。优点是施工简便，经久耐用，方便维修。 综合以上分析笔者认为现阶段以及将来一段时间内卷材防水仍然是屋面防水的主要形式之一，在进一步改良高聚物改性沥青防水材料同时，应大力研发和改进弹性涂膜防水材料。屋面防水构造方面应优先考虑倒置式屋面。 在更远一点的将来，太阳能电池板及其发电系统的成本下降有了突破性的进展（又或煤
15、和石油两大能源来源和卷材、涂料原材料来源极度匮乏枯竭时） ，太阳能光伏一体化屋面肯定会成为主导。 参考文献: 1中国建筑标准设计研究院.建筑产品选用技术专刊，2008CPXY-J179 总 241. 2叶琳昌.屋面工程技术规范执行中的几个问题.建筑防水工程渗漏实例分析M.北京:中国建筑工业出版社,2000.150-159. 3沈义,叶琳昌.略论屋面防水工程若干技术经济问题.建筑防水工程渗漏实例分析M.北京:中国建筑工业出版社,2000.408-415. 4中国防水材料工业协会.建筑防水手册M.北京:中国建筑工业出版社,2001.381-382. 5 叶琳昌. 第三次工业革命与绿色防水建造技术， 上海建材上海市建材科技情报研究所，2012 年 5 期 .
