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　　 [提要]本文通過對目前常見的屋面工程外防水作法的認識和探討，提出了結(jié)構自防水是屋面防水設防的關鍵因素，并給出屋面結(jié)構防水的若干原理和相關要素，以及在實際工程中應用的例子。 

　　[關鍵詞]屋面外防水  結(jié)構自防水  原理  運用 

  　1 屋面防水體系的歷史與現(xiàn)狀

　　住宅是人居住的場所，它除了具有能夠供人居住的功能外，還有防風、防曬、保溫、防雨、抗?jié)B等最原始，最基本的功能，并且隨著人類文明進步和科學的進程人們對居住的房子——生存及工作場所的建筑基本功能也提出了越來越高的要求，其中抗?jié)B防水功能是人們一直在努力苛求的功能之一。其中砼結(jié)構防水從最初的簡單的結(jié)構自防水逐步過渡到以砼結(jié)構外防水材料設防的變化，九十年代以前的傳統(tǒng)的砼結(jié)構外防水作法是以我國傳統(tǒng)的石油瀝青紙?zhí)ビ蜌譃橹鞯?a href='http://m.zigbeehf.com.cn' target='_blank' title='屋面防水'>屋面防水設防，九十年代后出現(xiàn)高聚物改性瀝青防水材料和合成高分子防水材料，近年來更是開發(fā)出了各種品種繁多的其他高科技術防水材料。并且在使用過程中視屋面的防水重要性出現(xiàn)了復合防水設防體系的作法，如防水涂料與胎布、防水涂料與卷材以與剛性防水屋及壓型鋼板等復合防水作法，使屋面防水作法不斷更新和提高。由于過份重視屋面結(jié)構外防水，目前衡量屋面防水等級主要依據(jù)外防水的耐用年限，以此劃分屋面防水等級，這種劃分不涉及屋面結(jié)構自防水本身，因此容易使人產(chǎn)生結(jié)構自防水并沒有具體的強制性規(guī)定的錯覺。而實際上結(jié)構自防水是最關鍵的一道防水線，設計與施工方面應就工程結(jié)構及施工的具體情況進行深入的設計與施工考量，才能有針對性地處理好砼結(jié)構自防水問題，只有將結(jié)構自防水的放在第一要素的位置，整個屋面防水體系才能作到剛?cè)岵�濟，多道設防，防排結(jié)合，綜合治理的效果，達到設計和使用的初衷。

　　2 屋面防水等級的劃分及實踐情況

　　目前新頒布的《屋面工程技術規(guī)范GB50345-2004》根據(jù)建筑物的性質(zhì)，重要程度，使用功能的要求以及防水層耐用年限將屋面防水劃分為四個等級。對于一般的工業(yè)與民用建筑，屋面防水等級為Ⅲ級，防水層的耐用年限為10年，以此作為屋面防水設計、施工和使用要求的標準。姑且卷材防水層能保證10年內(nèi)不發(fā)生屋面滲漏現(xiàn)象，而10年后屋面的防水就只能靠結(jié)構自身了，而一幢建筑的使用壽命均在50年以上，這就顯示出結(jié)構自防水作為屋面防水體系中的第一要素的地位了。

　　從福州市使用情況看， 有相當多的屋面防水層未到設防年限就已發(fā)生了滲漏現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為兩種情況：其一為防水層空鼓、脫層、破損，只要防水層發(fā)生局部破損，就可以發(fā)生全面滲入現(xiàn)象，這在那些柔性防水層采用空鋪、點鋪的施工方法中也很常見，此時的柔性防水體系尤如“萬里長城”一樣，只要一點被突破，就全線失效了，如果屋面砼結(jié)構已發(fā)生裂縫現(xiàn)象，則滲漏視砼結(jié)構的裂縫開展情況不可避免地產(chǎn)生了；其二是在大部分防水層與結(jié)構層粘結(jié)良好，容易發(fā)生因砼屋面結(jié)構層動態(tài)的伸縮和彈（塑）性的開裂造成柔性防水層破損現(xiàn)象，這就是“零變位現(xiàn)象”，使得防水層發(fā)生瞬間的開裂現(xiàn)象，尤其在柔性防水層與屋面結(jié)構層緊密結(jié)合的情況下。當反復進行這種變化時，防水層就容易出現(xiàn)破損，其主要的預防措施 也是在提高結(jié)構自防水性能、減少引發(fā)結(jié)構出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象的諸因素的作用。

　　由于砼結(jié)構是彈塑性體，在溫差的作用下必然會發(fā)生自然的伸縮作用，但是我們必須限制結(jié)構體產(chǎn)生集中的過大的拉伸作用的出現(xiàn)，即過大的裂縫現(xiàn)象，這就必須在提高設計和施工水平時，另外尋找更好的辦法克服屋面結(jié)構的先天性的自身的薄弱環(huán)節(jié)，提高結(jié)構自防水功能。

　　3 屋面結(jié)構自防水的原理分析與控制措施　

　　從歷年的工程實踐看，影響結(jié)構自防水主要的因素有結(jié)構體的密實性和結(jié)構的裂縫，近年來工程實踐表明屋面砼結(jié)構的裂縫是影響到結(jié)構自防水的關鍵因素。這種裂縫是隨著外界環(huán)境的變化而變化，并且與結(jié)構本身的剛度與物理性能有關系，只要分析清楚結(jié)構裂縫發(fā)生的機制，有效地控制住微裂縫的發(fā)生，就能有效地保證了結(jié)構體的密實性，從根本上堵住了結(jié)構的滲漏通道。使砼結(jié)構產(chǎn)生裂縫的諸因素均能在屋面結(jié)構中出現(xiàn)，但有別于其他結(jié)構裂縫發(fā)生的情形，屋面裂縫有它自己持殊的作用條件和機理，主要表現(xiàn)在以下五個方面。

　　（1）屋蓋的剛度對抵抗溫度應變所產(chǎn)生的裂縫的作用

　　屋面結(jié)構直接承受著日曬雨淋，是天氣乍冷乍熱最直接的感受者，對溫度的變化十分敏感。其一，屋面砼結(jié)構層受烈日曝曬時，表面產(chǎn)生張力，并表現(xiàn)出了向日一面起拱現(xiàn)象，表面容易出現(xiàn)超出常態(tài)的裂縫，溫度越高，裂縫寬度越大：結(jié)構剛度越小，起拱越大，裂縫越寬。其二，當溫度過低時，結(jié)構體則出現(xiàn)收縮現(xiàn)象，通常裂縫容易沿著平行于屋面現(xiàn)澆板短方向開展，并且隨著溫度的變化而變化，此時如果結(jié)構體內(nèi)配筋率不夠，斷面或剛度不足，就容易出現(xiàn)過寬的裂縫。當屋面結(jié)構由于自身剛度和抗力不足，在溫差反復無常的作用下其裂縫的寬度變化會越來越敏感，則造成的“零變位現(xiàn)象”就越顯著。為了有效地提高屋面的剛度，通過提高屋面板的厚度和配筋率的方式不經(jīng)濟，實際運用中通常都將建筑找坡層與結(jié)構層一起整體澆搗，并且將鋼筋直接地提高到上層，從而能顯著地提高屋蓋的剛度，減輕了屋蓋的變形。并且降低了屋面的設計荷載。

　　（2）溫度收縮應力對砼屋面板裂縫開展的影響

　　由于屋面板有一面與外界環(huán)境接觸，通常砼樓板的比較薄，其體表比λ=S/V很大，因而在風力或溫差的作用下，其表面積因素遠比其體積因素對裂縫的產(chǎn)生影響大，也就是說砼板表面積在外界風力和溫差作用下對砼結(jié)構所產(chǎn)生的應變，遠比砼體積本身因水泥化合作用和溫差應力、自身的干縮應力的影響來的大。在砼硬化的早期，由于風力的作用，新澆砼板表面將迅速蒸發(fā)，因干縮而開裂，其在砼板表面的分布不規(guī)則，在砼硬化的后期，常出現(xiàn)為板大角方向的45°斜裂縫，少數(shù)表現(xiàn)為平行于板邊的跨中水平裂縫，呈中間大，兩端逐步縮小的橄欖狀。因此屋面砼板應盡量采用早期覆蓋養(yǎng)護的方式，避免早期受風導致的面層失水過速，控制砼板的干縮裂縫。后期則依靠屋面的保溫隔熱或防水層的屏蔽作用來減少外界環(huán)境對屋面的不良作用。

　　另一方面，砼肋梁對屋面板的約束程度可用公式Y(jié)= LS/ S,表示，LS為約束砼板的周邊肋梁的周長，S為砼板表面積，研究表明，Y值越大，砼樓板在溫度及收縮應力作用下越容易出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象。

　　因此對于跨度和面積較大的砼屋面板，沒法在跨中設置暗梁以阻斷溫度和收縮應變在板中的傳遞，顯著降低約束系數(shù)Y，有效地阻止溫度和收縮應變裂縫的發(fā)生。

　　（3）風振頻率導致的共振現(xiàn)象所產(chǎn)生的屋面板裂縫

　　福州地處沿海地區(qū)，屬亞熱帶雨林氣候，風壓大、風振頻繁常年基本風壓可達0.7KN/m2以上，風壓隨著建筑的高度上升不變增大。根據(jù)對幾幢高層住宅樓盤調(diào)查發(fā)現(xiàn)，當層數(shù)超過9層高度超過25m時，風荷載對建筑樓板已產(chǎn)生了相當?shù)奈：Γ�如不采取某些特殊的措施，極易引起砼板的裂縫現(xiàn)象，這里主要表現(xiàn)在風荷載的振動頻率對薄板產(chǎn)生的共振動影響，當風振能量較大時不可忽略，按日本的經(jīng)驗，對于四邊簡支的砼板，在第一自振頻率f0小于15HZ（赫芝）的情況下，受風振動時容易出現(xiàn)振裂效應，要使f0值增大，需要增加板厚或小梁，f0值可按下列公式計算：f0=（1/LX2+1/Ly2）×1.35×105×δ，LX、Ly、δ分別為板的長短邊及板厚，當風振頻率接近砼樓板的自振頻率時，砼板就極易形成共振破壞，因此砼樓板在達到齡期后，應及時砌筑圍護結(jié)構，可以部分屏蔽風振的影響，使砼板成品得到及時的保護。

　　（4）砼結(jié)構自應力松馳產(chǎn)生的后期裂縫現(xiàn)象

　　眾所周知，砼結(jié)構自防水的設防年限與屋面砼結(jié)構的耐久性有直接的關系。由于屋面砼結(jié)構長期暴露在惡劣的環(huán)境中經(jīng)受反復的溫差變化、日曬雨淋，因此易導致砼結(jié)構耐久性和受力性能下降，從而使其內(nèi)部自應力產(chǎn)生松馳現(xiàn)象，致使結(jié)構出現(xiàn)裂縫，針對這種現(xiàn)象，除了在屋面結(jié)構中進一步采用高性能混凝土外，還可采用預加應力結(jié)構，可有效地防止砼結(jié)構內(nèi)部自應力松馳的產(chǎn)生，若采用預應力鋼筋混凝土結(jié)構雖也能達到目的，但造價較高，且對提高砼的耐久性作用不大。而采用高性能膨脹混凝土對砼結(jié)構施加預加應力則是提高結(jié)構自防水功能極為有效的途徑。常見的高性能膨脹混凝土通常同時摻入外加劑有膨脹劑、減水劑和早強劑，他們對提高結(jié)構的密實性、預防裂縫以及增強砼施工質(zhì)量從而提高自防水功能方面的功用各不相同。

　膨脹劑的作用是使砼結(jié)構在有配筋和鄰位約束的情況下，可以抵消和補償因各種收縮和溫差作用造成的結(jié)構體酥松和裂縫現(xiàn)象，膨脹劑有效地利用了砼抗壓性能高的優(yōu)點，彌補了砼抗拉性能低的弱點，在結(jié)構內(nèi)產(chǎn)生0.2—0.7MPα左右的自應力，這一預壓力可大體補償砼硬化過程中產(chǎn)生的溫差和干縮的拉應力，同時提高砼密實性，有效地增強了結(jié)構的粘結(jié)性和密實性，有利于預防結(jié)構開裂。常見的膨脹劑有 UEA、AEA、CEA、HEA等，在實際工程使用過程中通常與減水劑或早強劑一起多摻使用，起到更好的抗?jié)B防裂效果，近年來在超長屋面結(jié)構無縫施工中越來越得到業(yè)主設計方施工方的親睞。

　　（5）砼施工工藝問題導致的屋面板裂縫現(xiàn)象

     由于屋面結(jié)構的特殊性，因此澆搗屋面砼的施工工藝自然與樓面板不同，但是大多數(shù)技術人員未能充分認識到這點。屋面板不同于樓面板之處在于：其一，屋面砼結(jié)構是密實性混凝土，施工結(jié)果必須使結(jié)構體保證一定的密實度，這就要講究澆筑工藝，在屋面砼澆筑過程中不認真振搗或過度振搗均容易導致屋面砼結(jié)構出現(xiàn)裂縫，前者導致密實度不足，易出現(xiàn)凝縮裂縫、沉縮裂縫。而后者易導致粗細骨料分離以及漿體離析上浮現(xiàn)象。對于這類問題需從施工工藝上加以進一步改進，近年比較成熟的施工工藝主要有：二次抹壓、二次振搗、二次輾壓、早期覆蓋養(yǎng)護及二次蓄水養(yǎng)護等工藝，可有效地避免砼施工缺陷的產(chǎn)生。

　　4 超長屋面結(jié)構自防水無縫施工技術

　　福州市鑫高新苑7#樓，東西向總長69m，按照設計和施工規(guī)范要求，建筑總長度超過50m就要設置變形縫及設置后澆帶，以滿足建筑溫差變化和自身收縮的需要。本工程屋面施工期適逢夏季高溫天氣，工程工期緊急，原先設計考慮設置變形縫和后澆帶，但這樣做前者將影響建筑外觀，增加造價，而后者將延長工期達1個月以上，其二隔熱層和防水層施工滯后將造成屋面結(jié)構長時期處于烈日的反復的曝曬之下，對結(jié)構體極為不利，因而取消設置變形縫和后澆帶，經(jīng)過設計部門和甲、乙方研究決定屋面砼結(jié)構采用高性能混凝土施工，在砼配合比中分別內(nèi)摻入，水泥量12％的UEA膨脹劑(由福州市科研所提供)，外摻0．25％的TW--1早強型減水劑(由省建科院提供)制成補償收縮抗?jié)B防裂高性能混凝土，由于膨脹砼有效地抵消了砼體的早期自身收縮應變，從而貯存并提高了今后抵抗溫差應變的能力，經(jīng)過計算，大抵可補償砼結(jié)構的自身收縮和溫度應力造成的應變及裂縫現(xiàn)象。在屋面結(jié)構平面的變斷處，也就是屋面應變和應力集中處，增設2道UEA加強帶(內(nèi)摻20％UEA)，以代替原先的后澆帶。施工時加強帶與其他砼帶采取連續(xù)澆搗的辦法，不留施工縫。為了彌補取消變形縫可能造成的結(jié)構體在后期溫度應力作用下產(chǎn)生溫度裂縫，還在結(jié)構上采取了以下技術措施：在屋面梁板下部所有的隔墻位置處增設樓層所沒有的小梁，屋面板采用雙層連續(xù)分布的鋼筋，同時改建筑找坡為結(jié)構找坡，并將雙層鋼筋網(wǎng)的上層鋼筋提至砼表面，這樣就極大地提高了屋面結(jié)構的剛度和強度，進一步提高了結(jié)構體的抗應變能力，在施工方面，于砼澆搗4小時后及時采用二次抹壓和二次輾壓，并用濕草簾及時進行早期覆蓋養(yǎng)護，以避免盛夏時干燥的東南季風持續(xù)作用于屋蓋上造成的早期干縮和溫差裂縫，12小時后在屋面周圍砌磚將覆蓋養(yǎng)護轉(zhuǎn)為蓄水養(yǎng)護共14天。防水層采用高分子改性瀝青防水涂膜，上鋪擠塑型聚苯乙烯保溫隔熱板，外加40