SP工法在防水工程中的研究、設計及應用

論文類別:工學論文 > 工程建築論文
論文標簽:防水工程論文
論文作者: 未知
上傳時間:2006/8/29 11:19:00

摘要: SP工法是一種建築物防水構造层次的復合工法,它是指用SBS單組份橡膠防水塗料1~2厚+氯化聚乙烯——橡膠共混卷材1.0~1.5厚作為一個防水層粘結復合整體,用於屋面、地下室等防水工程的一種施工新工法。这種方法的關鍵點在於用SBS塗料作為防水層、卷材和基面粘結層、密封層,使塗料和卷材密封粘結在一起共同工作,充分發揮了塗料和卷材防水材料的優点、擯棄了兩者的弱點,從而使该復合防水層成為最有效的防水層。

關鍵詞: 防水工程 建築防水

一、前言

(一)研究背景

隨著建築防水工程技術的發展,越來越多的人們開始接受並使用新型的防水材料,而對於屋面、地下室等部位來說,防水設計和使用的決策者們往往碰到一个長久爭論、至今懸而未决、面臨兩難選擇的问題,就是到底是選用卷材好還是塗料好?特別是遇到多雨潮湿的南方,選用塗料派似乎占了上風。然而,防水塗料和卷材卻是各有千秋。塗料的優點是粘結和防水二合為一,能適應各類復杂的施工基面,能與基面緊密結合,不會出現“一點漏全部漏”的局面,但是它的缺點也是很明顯的,即厚薄不均、容易偷工減料,使質量難以保證,另外,它與基面粘結得太牢固反而會出現“零變位現象”(後面詳述)——即基面的開裂把它拉裂。而選用的卷材如果是改性瀝青類的,則其延伸率、抗拉強度等力學指標往往難盡如人意,並且容易老化、耐久性差;如果選用合成高分子卷材,則這类卷材的優點是抗拉強度高(大於7Mpa)、延伸率好(大於450%)、耐老化性能好、厚度一致,缺點是搭接口多,用普通丁基类粘膠劑只可以粘住卷材於基面上,但由於膠粘劑厚度不足和揮发性強、固含量低,造成卷材与基面、卷材與卷材之间只可以粘結卻不可以密封;此外,丁基類膠粘劑長期泡水後粘結強度降低达30%以上,故無法保证防水效果。為此,人們開始考慮,合成高分子卷材的缺點,恰恰是合成高分子塗料的優点,反之亦然,那麽能否把它們结合起來,使之優勢互补呢?為了解決這個問題,本公司經過多年反復多次研究實踐,研制了LB-SP工法來解決了這個問題。

(二)復合防水層概念的起源

事實上,“復合防水层”這個概念並非我公司首創,多年以前,國際上很多防水工程技術專家就已經意識到這個問題並开始研究、實踐。他們認為,所謂的“復合防水層”概念應該是這样的:有二~三個不同功能層次组成一個整體的防水構造層,是基於所謂的“漸變緩沖理论”基礎上的。下面以三層為例展開具體的闡述說明:第一層選擇柔性高的耐高低溫的高聚物,其性能特點是高柔軟度、低變形強度、高延伸率,功能是緩沖基面變形及所造成的應力而產生开裂,避免應力作用下高分子材料的老化加速,對基層有大於自身抗拉變形力的粘結力;第二層選擇具有一定韌性的網狀結構的高聚物,其性能特點和功能作用是:緩冲第一層的變形,增強第一層的強度,力學性能特點是介於底層和上層之間;第三層的性能特點和功能作用是:高强度、耐老化、有一定的彈性、硬度大,起保護作用,並且该層必須是厚薄均勻的卷材。上述第一層如果選用延伸率小、粘结力大於300%定伸抗拉變形强度的材料,當基層產生開裂时,開裂應力將傳不到开裂處的周邊而集中在開裂部位,因此即使是很小的开裂也會造成防水底層的被拉断——這就是“零變位原理”。如果能將防水底層集中的開裂應力分散開去,就可以消除防水層受到破壞的因素,從而構成優良的防水層。再有,組成防水底層的材料厚度,應該在0.8~1.5mm,如果太薄則達不到抗裂作用,相反太厚也不見得能提高多少抗裂能力。

在通常情況下,專家們認為为了簡化及經濟原因起見,可以略去中間的第二層次,只保留底層和上層也可以达到上述漸變緩沖的目的,後来的許多研究實踐也基本都是只有二層的。

真正的“復合防水層”應該符合下列條件:不同層次之間無界面、共同协調工作。不同層次的材料最好是同质、同材,至少是相融合,能夠聯合成為一個整體防水層,共同變形,在形式上不是1+1=2,而是1+1=1,但是在功能特點和技術指標上卻要求1+1>2。這聽起來好象很簡單,但是事實上卻是建築防水界一個世界性的前沿技術難題。

(三)復合防水層的探索過程

幾十年來屋面、地下室等防水工程屢屢出現問題,究其原因,關鍵在於材質、材性不过關,二是對基層的零變位適應性差。即使在伸長時防水層的材性對零變位过了關,但是如果把它暴露在自然環境下,材料在應力作用下也必定加速老化而產生針孔,最後也必然破裂、漏水。為攻克此難關,國內外一般采取下列辦法:加輔助層、加附加空鋪層、卷材點粘法、采用帶孔卷材等手段,但是效果不佳,仍然未能克服漏水問题。

在二十世紀九十年代初,英國富斯樂公司開始研究並推出了二層復合的自粘型防水卷材,该種疊層材料的第一层是軟性、塑性不硫化的、可以自粘的,第二層是強度大的保護层,很快就在國際上得到比較廣泛的推廣和應用,但是在實踐中人们發現,由於現場的多變性,使自粘卷材與基层的粘合整體受到挑戰,廣州地鐵一號線最先选用該產品,卻由於它與基層粘合不佳的原因而被地鐵棄用;在幾乎是同時期,日本在國际著名的防水專家小池迪夫先生的帶領下,也研究開發並應用了一種復合工法,即是用水泥基EVA乳液塗料(聚醋酸乙烯酯乳液水泥基涂料)+EVA卷材作為整體防水層(筆者在1997年有幸在日本參觀了該防水層試验過程並和小池迪夫先生就此論題進行討論和交換了雙方意见);此外,包括美國、德國等國家也紛紛推出了復合的疊層防水材料,由此可見復合的疊層防水材料是世界防水材料發展的方向,其主要功能是有效解決零變位、卷材防水有效性和塗料防水缺陷等問題。但是,目前世界上復合疊層防水材料基本上是采用改性瀝青為基材,其耐老化性、耐久性不能满足現代建築物的要求。

我公司也在幾年前就開始了復合防水層的實踐和研究。首先我們采用聚合物水泥基復合防水塗料(以下简稱JS塗料)+合成高分子防水卷材(如三元乙丙、橡塑共混卷材等)的方式,結果發現由於JS塗料是一種水泥基類的塗料,它根本無法和任何合成高分子類的卷材再進行融合,最後還是變成兩層防水層,达不到“復合防水層”的要求。接著我們采用聚氨酯防水塗料(以下簡稱PU塗料)+合成高分子防水卷材(同樣是三元乙丙、橡塑共混卷材等)的方式,結果發現由於PU涂料是一種雙組分的反應固化型塗料,其固化成膜時間非常短,根本來不及粘貼卷材,只好在PU塗料的面上再塗一層氯丁類粘結膠水來進行卷材的鋪貼,可是由於該種胶水會使PU塗料溶化,使卷材起鼓、不粘貼,同樣達不到“復合防水層”的要求,還是二層防水。此外,我们還準備研究采用丙烯酸酯塗料+同質卷材的方式,但是由于找不到該類卷材而擱浅。

最後,我們才在多次反復研究實验中發現了LB-SP工法。以下就做詳細的闡述。

二、設計依據及方法

根據國家規範GB50207-94《屋面工程技术規範》,在進行屋面防水設防时,應考慮其防水層耐用年限。对於一般的工業與民用建築物,即數量眾多的普通民用住宅、辦公大楼等,其防水層耐用年限最少為10年,其屋面防水設防要求為最少有一道防水設防或兩種防水材料復合使用;另外根據新編國家規範GB50108-2001《地下工程防水技術規範》,在进行地下室主體防水設防時,明挖法的二、三級防水等級最少应有一道防水設防,暗挖法從一級起也要求最少有一道防水設防。

在這些情況下,若只選用一道卷材進行防水設防,可以采取满粘法、條粘法、點粘法、空鋪法,換言之,其最保險的做法就是滿粘法。目前對於卷材的冷粘貼工藝,人們一般采用氯丁類粘結劑,此類粘結劑屬於挥發固化型塗料,所以一般塗得很薄以便它能盡快幹固;此外,它長期泡在水裏面時,其粘結強度的損失也較大,達到30%以上,很容易與基面脫開,令到“滿粘”變成“空鋪”,达不到密封效果,如果某一點出現滲漏,就會影響到全部,在修補時很難判斷出真正的滲漏點。而另一種更多的選擇是只选用一道塗料進行防水设防,合成高分子防水塗料的厚度一般不小於2mm,而高聚物改性瀝青防水塗料的厚度則要求更厚(大於3mm)。单就防水塗料的冷塗工藝來說,它普遍存在厚度難以控制、抗拉強度不高(約1.8Mpa左右)、塗膜防水層的變形力太大、耐老化性能差等缺點,使它容易隨著混凝土基層的開裂而開裂,最終達不到整體防水的效果。

現在我們把防水卷材和塗料結合在一起成為一個整體或者是“一道”防水層,那麽就可以達到既經濟、又符合防水效果的目的了。具體的设計方法及構造層次是:

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1、混凝土基層;

2、水泥砂漿找平層;

3、LB-20SBS单組份橡膠防水塗料1~2厚;

4、復合粘貼氯化聚乙烯——橡膠共混卷材1.0~1.5厚;

5、其他相關層次。

在本LB-SP复合工法中,比較關键的一點在於使用的防水塗料不是一般的塗料,而是我公司研制的LB-20SBS單組分橡膠防水塗料(以下简稱SBS塗料),它是三嵌段的熱塑性彈性體SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)、特種橡膠與活性助劑復合的一種單組分溶劑揮發型塗料,其塗膜有著與現在比較普遍使用的聚氨酯雙組分防水塗料強三倍的力學性能:抗拉強度較高、延伸率高、高溫穩定、低温柔軟、粘結力強、防水性能優良;另外它還具有獨特的自修復功能,在塗層被刺穿一段時間後會自我修復刺孔,這一特點是其他防水塗料所不可比的,這是因為它永遠不會完全硫化,所以它永遠有表面的粘结力。此外,該塗料最大的特性为300%定伸抗拉强度很低,只需要0.1Mpa,而斷裂抗拉強度很高,達3.2Mpa。由於它所具有的驚人的高延伸率及高柔軟性,所以用它來作為底層來適應基層變形即“零變位應力”是最好的選擇,即它擔當了前面所說的“緩沖層”,还有SBS塗料作為一種稠度較低的塗料,能充分有效地湿潤基面、滲入基面的毛細孔,與基層達到緊密結合,這點比起自粘卷材更具優勢;而選用的共混卷材則因為其耐老化性能优越、抗拉強度高而作为上層即前面所述的“保護层”。

在此還要特別說明的一點是關於復合材料的相容性問題,要做到前面所述的復合防水層“無界面、協同工作”,就要做到兩者紧密粘結在一起,這也是本工法選材的前提。由於SBS塗料中的苯乙烯與共混卷材中的氯化聚乙烯的分子結構是同質的,且氯化聚乙烯有不飽和鍵,所以它们能很好地互相粘結,即它們的親和性很好,加上上面所述SBS塗料有不硫化特性永遠具有表面粘結力,從而能夠和卷材緊密結合成為一個整體,符合前面所述的復合防水层的條件。相反,如果選用的卷材是其它品種,例如三元乙丙卷材,由於它是饱和鍵,所以和SBS塗料不能很好地相容。

LB-SP工法和其它復合防水層比較更能符合“復合防水層”的要求:自粘卷材和基層不能很好地粘結,而SBS塗料正好相反;JS、PU等涂料不能和卷材緊密結合,而本工法卻能彌補這個缺陷。

三、施工要點

基面清理:清除浮塵等雜物,處理凹凸部位,使其堅實、平整、幹凈、幹燥,要求含水率不大於8%;

節点處理:對地漏、管口、陰陽角位等節點先进行SBS塗料局部增強處理;

塗刷底涂:將LB-20SBS配套專用底塗料均勻塗刷於基面上,要求不露底,待底塗幹透後(約6~8小時)方能塗主料層,底塗用量約5m2/kg;

塗料塗刷:該塗料為單组分,無須混合使用,應分四次以上進行塗刷,每次厚度為0.3~0.5mm,每層相隔時間為6小时,用量為每mm厚1.6~1.7kg/m2;

鋪貼卷材:在塗完塗料並完全幹固後,應進行防水卷材的彈线和試鋪工作;在塗最後一層涂料後30分鐘後1小時內,待溶劑揮發完感覺涂料在手指觸摸時粘成膠糊狀(但不粘起)即可進行卷材鋪貼,具体時間需視氣溫、風力、濕度而定,其搭接長度、方法按照国家有關規範進行。

註:卷材搭接縫應用專用粘結劑或者双面粘膠帶粘合,周邊及封口處用2厚SBS單組分橡膠塗料封嚴,端部按設計要求釘壓密封。正如前面所述,SBS塗料必須大於0.8mm厚,才能起到密封、抗裂作用。

其他層次施工:按照設計進行。

四、经濟及社會效益分析

經濟性:1.5厚的SBS塗料工程總造价為32元/m2,1.2厚的氯化聚乙烯——橡膠共混卷材工程總造價為38元/m2,復合總造價為70元/m2,基本上相當於目前高檔的聚氯乙烯PVC卷材1.5厚的熱焊法工程造價,但是前者充分發揮了防水塗料及卷材的優點,擯棄了兩者的弱點,使SBS塗料層成為防水層、卷材與基面的粘結層、密封層,從而使該復合防水層成為了“一道”最有效果的防水層,是同等造價中的最優方案。

社會效益:SBS塗料是一種單組分揮發型塗料(不含煤焦油),它與合成高分子類卷材的復合使用具有上述眾多優點,且價格合理、施工方便,對於滿足一般的工業與民用建築物的屋面及地下室防水二級設防要求來說是比較理想的,因而廣受設計、業主、施工等建築同行的贊賞和采納,其推廣應用前景廣闊,可以進一步提高防水工程技術的應用水平。

五、工程應用實例

1、深圳市體育館屋面維修防水工程,8000m2,施工時間2001年5-10月;

2、廣州市番禺長隆夜間動物園長隆酒店屋面整體防水工程,17000m2,施工時間2001年7-11月;

3、廣州市麗江花園住宅小區屋面維修防水工程,10000m2,施工時間2001年9月-2002年1月;

4、廣州市中山圖書館屋面維修防水工程,4000m2,施工時間2001年10-12月;

5、廣州市省口腔醫院屋面維修防水工程,4000m2,施工時間2001年11月-2002年1月。

上述工程已經完工,防水效果良好。

六、結論

LB-SP工法施工方法容易,防水效果顯著,工程造價合理,符合國家防水設防要求,值得推廣。SBS塗料的優點是粘結力強、延伸率高(大于1500%)、回彈率高(大於95%)、幹固后能長期保持粘結力和自修復能力、密封性能好、易施工(單組分),缺點是厚度難於控制、抗拉強度不及合成高分子卷材高(約3Mpa)、耐老化性能比卷材差;橡塑共混卷材的優點是抗拉強度高(大於7Mpa)、延伸率適中(大於450%)、耐老化性能好、厚度一致,缺点是搭接口多、用普通氯丁粘結劑沒有密封性能及厚度不足致使泡水後粘结強度降低,無法保證防水效果。本工法充分發揮了兩種不同防水材料的優點、擯棄了兩者的弱點,從而使該復合防水層成為最有效的防水層,它是本公司在長期實踐中研究總結而成,現已經在多個工程中應用,取得了良好的效果。

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