屋面结构自防水的应用

　　1　屋面防水体系的历史与现状

　　住宅是人居住的场所，它除了具有能够供人居住的功能外，还有防风、防晒、保温、防雨、抗渗等最原始，最基本的功能，并且随着人类文明进步和科学的进程人们对居住的房子——生存及工作场所的建筑基本功能也提出了越来越高的要求，其中抗渗防水功能是人们一直在努力苛求的功能之一。其中砼结构防水从最初的简单的结构自防水逐步过渡到以砼结构外防水材料设防的变化，九十年代以前的传统的砼结构外防水作法是以我国传统的石油沥青纸胎油毡为主的屋面防水设防，九十年代后出现高聚物改性沥青防水材料和合成高分子防水材料，近年来更是开发出了各种品种繁多的其他高科技术防水材料。并且在使用过程中视屋面的防水重要性出现了复合防水设防体系的作法，如防水涂料与胎布、防水涂料与卷材以与刚性防水屋及压型钢板等复合防水作法，使屋面防水作法不断更新和提高。由于过份重视屋面结构外防水，目前衡量屋面防水等级主要依据外防水的耐用年限，以此划分屋面防水等级，这种划分不涉及屋面结构自防水本身，因此容易使人产生结构自防水并没有具体的强制性规定的错觉。而实际上结构自防水是最关键的一道防水线，设计与施工方面应就工程结构及施工的具体情况进行深入的设计与施工考量，才能有针对性地处理好砼结构自防水问题，只有将结构自防水的放在第一要素的位置，整个屋面防水体系才能作到刚柔并济，多道设防，防排结合，综合治理的效果，达到设计和使用的初衷。

　　2　屋面防水等级的划分及实践情况

　　目前新颁布的《屋面工程技术规范GB50345-2004》根据建筑物的性质，重要程度，使用功能的要求以及防水层耐用年限将屋面防水划分为四个等级。对于一般的工业与民用建筑，屋面防水等级为Ⅲ级，防水层的耐用年限为10年，以此作为屋面防水设计、施工和使用要求的标准。姑且卷材防水层能保证10年内不发生屋面渗漏现象，而10年后屋面的防水就只能靠结构自身了，而一幢建筑的使用寿命均在50年以上，这就显示出结构自防水作为屋面防水体系中的第一要素的地位了。

　　从使用情况看，有相当多的屋面防水层未到设防年限就已发生了渗漏现象，主要表现为两种情况：其一为防水层空鼓、脱层、破损，只要防水层发生局部破损，就可以发生全面渗入现象，这在那些柔性防水层采用空铺、点铺的施工方法中也很常见，此时的柔性防水体系尤如“万里长城”一样，只要一点被突破，就全线失效了，如果屋面砼结构已发生裂缝现象，则渗漏视砼结构的裂缝开展情况不可避免地产生了；其二是在大部分防水层与结构层粘结良好，容易发生因砼屋面结构层动态的伸缩和弹（塑）性的开裂造成柔性防水层破损现象，这就是“零变位现象”，使得防水层发生瞬间的开裂现象，尤其在柔性防水层与屋面结构层紧密结合的情况下。当反复进行这种变化时，防水层就容易出现破损，其主要的预防措施也是在提高结构自防水性能、减少引发结构出现裂缝现象的诸因素的作用。

　　由于砼结构是弹塑性体，在温差的作用下必然会发生自然的伸缩作用，但是我们必须限制结构体产生集中的过大的拉伸作用的出现，即过大的裂缝现象，这就必须在提高设计和施工水平时，另外寻找更好的办法克服屋面结构的先天性的自身的薄弱环节，提高结构自防水功能。

　　3　屋面结构自防水的原理分析与控制措施

　　从历年的工程实践看，影响结构自防水主要的因素有结构体的密实性和结构的裂缝，近年来工程实践表明屋面砼结构的裂缝是影响到结构自防水的关键因素。这种裂缝是随着外界环境的变化而变化，并且与结构本身的刚度与物理性能有关系，只要分析清楚结构裂缝发生的机制，有效地控制住微裂缝的发生，就能有效地保证了结构体的密实性，从根本上堵住了结构的渗漏通道。使砼结构产生裂缝的诸因素均能在屋面结构中出现，但有别于其他结构裂缝发生的情形，屋面裂缝有它自己持殊的作用条件和机理，主要表现在以下五个方面。

　　（1）屋盖的刚度对抵抗温度应变所产生的裂缝的作用屋面结构直接承受着日晒雨淋，是天气乍冷乍热最直接的感受者，对温度的变化十分敏感。其一，屋面砼结构层受烈日曝晒时，表面产生张力，并表现出了向日一面起拱现象，表面容易出现超出常态的裂缝，温度越高，裂缝宽度越大：结构刚度越小，起拱越大，裂缝越宽。其二，当温度过低时，结构体则出现收缩现象，通常裂缝容易沿着平行于屋面现浇板短方向开展，并且随着温度的变化而变化，此时如果结构体内配筋率不够，断面或刚度不足，就容易出现过宽的裂缝。当屋面结构由于自身刚度和抗力不足，在温差反复无常的作用下其裂缝的宽度变化会越来越敏感，则造成的“零变位现象”就越显著。为了有效地提高屋面的刚度，通过提高屋面板的厚度和配筋率的方式不经济，实际运用中通常都将建筑找坡层与结构层一起整体浇捣，并且将钢筋直接地提高到上层，从而能显著地提高屋盖的刚度，减轻了屋盖的变形。并且降低了屋面的设计荷载。

　　（2）温度收缩应力对砼屋面板裂缝开展的影响由于屋面板有一面与外界环境接触，通常砼楼板的比较薄，其体表比λ=S/V很大，因而在风力或温差的作用下，其表面积因素远比其体积因素对裂缝的产生影响大，也就是说砼板表面积在外界风力和温差作用下对砼结构所产生的应变，远比砼体积本身因水泥化合作用和温差应力、自身的干缩应力的影响来的大。在砼硬化的早期，由于风力的作用，新浇砼板表面将迅速蒸发，因干缩而开裂，其在砼板表面的分布不规则，在砼硬化的后期，常出现为板大角方向的45°斜裂缝，少数表现为平行于板边的跨中水平裂缝，呈中间大，两端逐步缩小的橄榄状。因此屋面砼板应尽量采用早期覆盖养护的方式，避免早期受风导致的面层失水过速，控制砼板的干缩裂缝。后期则依靠屋面的保温隔热或防水层的屏蔽作用来减少外界环境对屋面的不良作用。

　　另一方面，砼肋梁对屋面板的约束程度可用公式Y=LS/S，表示，LS为约束砼板的周边肋梁的周长，S为砼板表面积，研究表明，Y值越大，砼楼板在温度及收缩应力作用下越容易出现裂缝现象。

　　因此对于跨度和面积较大的砼屋面板，没法在跨中设置暗梁以阻断温度和收缩应变在板中的传递，显著降低约束系数Y，有效地阻止温度和收缩应变裂缝的发生。

　　（3）风振频率导致的共振现象所产生的屋面板裂缝福州地处沿海地区，属亚热带雨林气候，风压大、风振频繁常年基本风压可达0.7KN/m2以上，风压随着建筑的高度上升不变增大。根据对几幢高层住宅楼盘调查发现，当层数超过9层高度超过25m时，风荷载对建筑楼板已产生了相当的危害，如不采取某些特殊的措施，极易引起砼板的裂缝现象，这里主要表现在风荷载的振动频率对薄板产生的共振动影响，当风振能量较大时不可忽略，按日本的经验，对于四边简支的砼板，在第一自振频率f0小于15HZ（赫芝）的情况下，受风振动时容易出现振裂效应，要使f0值增大，需要增加板厚或小梁，f0值可按下列公式计算：f0=（1/LX2 1/Ly2）×1.35×105×δ，LX、Ly、δ分别为板的长短边及板厚，当风振频率接近砼楼板的自振频率时，砼板就极易形成共振破坏，因此砼楼板在达到龄期后，应及时砌筑围护结构，可以部分屏蔽风振的影响，使砼板成品得到及时的保护。

　　（4）砼结构自应力松驰产生的后期裂缝现象众所周知，砼结构自防水的设防年限与屋面砼结构的耐久性有直接的关系。由于屋面砼结构长期暴露在恶劣的环境中经受反复的温差变化、日晒雨淋，因此易导致砼结构耐久性和受力性能下降，从而使其内部自应力产生松驰现象，致使结构出现裂缝，针对这种现象，除了在屋面结构中进一步采用高性能混凝土外，还可采用预加应力结构，可有效地防止砼结构内部自应力松驰的产生，若采用预应力钢筋混凝土结构虽也能达到目的，但造价较高，且对提高砼的耐久性作用不大。而采用高性能膨胀混凝土对砼结构施加预加应力则是提高结构自防水功能极为有效的途径。常见的高性能膨胀混凝土通常同时掺入外加剂有膨胀剂、减水剂和早强剂，他们对提高结构的密实性、预防裂缝以及增强砼施工质量从而提高自防水功能方面的功用各不相同。膨胀剂的作用是使砼结构在有配筋和邻位约束的情况下，可以抵消和补偿因各种收缩和温差作用造成的结构体酥松和裂缝现象，膨胀剂有效地利用了砼抗压性能高的优点，弥补了砼抗拉性能低的弱点，在结构内产生0.2—0.7MPα左右的自应力，这一预压力可大体补偿砼硬化过程中产生的温差和干缩的拉应力，同时提高砼密实性，有效地增强了结构的粘结性和密实性，有利于预防结构开裂。常见的膨胀剂有UEA、AEA、CEA、HEA等，在实际工程使用过程中通常与减水剂或早强剂一起多掺使用，起到更好的抗渗防裂效果，近年来在超长屋面结构无缝施工中越来越得到业主设计方施工方的亲睐。

　　（5）砼施工工艺问题导致的屋面板裂缝现象由于屋面结构的特殊性，因此浇捣屋面砼的施工工艺自然与楼面板不同，但是大多数技术人员未能充分认识到这点。屋面板不同于楼面板之处在于：其一，屋面砼结构是密实性混凝土，施工结果必须使结构体保证一定的密实度，这就要讲究浇筑工艺，在屋面砼浇筑过程中不认真振捣或过度振捣均容易导致屋面砼结构出现裂缝，前者导致密实度不足，易出现凝缩裂缝、沉缩裂缝。而后者易导致粗细骨料分离以及浆体离析上浮现象。对于这类问题需从施工工艺上加以进一步改进，近年比较成熟的施工工艺主要有：二次抹压、二次振捣、二次辗压、早期覆盖养护及二次蓄水养护等工艺，可有效地避免砼施工缺陷的产生。

　　4　超长屋面结构自防水无缝施工技术

　　某工程，东西向总长69m，按照设计和施工规范要求，建筑总长度超过50m就要设置变形缝及设置后浇带，以满足建筑温差变化和自身收缩的需要。本工程屋面施工期适逢夏季高温天气，工程工期紧急，原先设计考虑设置变形缝和后浇带，但这样做前者将影响建筑外观，增加造价，而后者将延长工期达1个月以上，其二隔热层和防水层施工滞后将造成屋面结构长时期处于烈日的反复的曝晒之下，对结构体极为不利，因而取消设置变形缝和后浇带，经过设计部门和甲、乙方研究决定屋面砼结构采用高性能混凝土施工，在砼配合比中分别内掺入，水泥量12％的UEA膨胀剂（由福州市科研所提供），外掺0.25％的TW——1早强型减水剂（由省建科院提供）制成补偿收缩抗渗防裂高性能混凝土，由于膨胀砼有效地抵消了砼体的早期自身收缩应变，从而贮存并提高了今后抵抗温差应变的能力，经过计算，大抵可补偿砼结构的自身收缩和温度应力造成的应变及裂缝现象。在屋面结构平面的变断处，也就是屋面应变和应力集中处，增设2道UEA加强带（内掺20％UEA），以代替原先的后浇带。施工时加强带与其他砼带采取连续浇捣的办法，不留施工缝。为了弥补取消变形缝可能造成的结构体在后期温度应力作用下产生温度裂缝，还在结构上采取了以下技术措施：在屋面梁板下部所有的隔墙位置处增设楼层所没有的小梁，屋面板采用双层连续分布的钢筋，同时改建筑找坡为结构找坡，并将双层钢筋网的上层钢筋提至砼表面，这样就极大地提高了屋面结构的刚度和强度，进一步提高了结构体的抗应变能力，在施工方面，于砼浇捣4小时后及时采用二次抹压和二次辗压，并用湿草帘及时进行早期覆盖养护，以避免盛夏时干燥的东南季风持续作用于屋盖上造成的早期干缩和温差裂缝，12小时后在屋面周围砌砖将覆盖养护转为蓄水养护共14天。防水层采用高分子改性沥青防水涂膜，上铺挤塑型聚苯乙烯保温隔热板，外加40㎜厚钢筋网细石砼以及防滑地砖，从而构成了一个既保温又隔热的节能型屋面形态，最大限度地隔离了外界不利环境条件对屋面砼结构的的影响。此外加强屋面的排水系统的设计和施工，使屋面排水保持顺畅，注意细部节点的防水施工等，从各方面保证了屋面抗渗防水的科学性和整体性。

　　5　结语

　　本文认为应改变以往屋面结构防水作法强调单一外防水设防，忽视结构自防水造成的屋面抗渗防水周期短等不利因素。实践证明，加强结构自防水技术是提高屋面整体抗渗防水的关键所在。（考试考试网编辑整理）