建筑論文-SP工法在防水工程中的研究、設(shè)計及應(yīng)用
摘要： SP工法是一種建筑物防水構(gòu)造層次的復(fù)合工法，它是指用SBS單組份橡膠防水涂料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(jié)復(fù)合整體，用于屋面、地下室等防水工程的一種施工新工法。這種方法的關(guān)鍵點在于用SBS涂料作為防水層、卷材和基面粘結(jié)層、密封層，使涂料和卷材密封粘結(jié)在一起共同工作，充分發(fā)揮了涂料和卷材防水材料的優(yōu)點、擯棄了兩者的弱點，從而使該復(fù)合防水層成為最有效的防水層。關(guān)鍵詞： 防水工程 建筑防水
一、前言
（一）研究背景
隨著建筑防水工程技術(shù)的發(fā)展，越來越多的人們開始接受并使用新型的防水材料，而對于屋面、地下室等部位來說，防水設(shè)計和使用的決策者們往往碰到一個長久爭論、至今懸而未決、面臨兩難選擇的問題，就是到底是選用卷材好還是涂料好？特別是遇到多雨潮濕的南方，選用涂料派似乎占了上風(fēng)。然而，防水涂料和卷材卻是各有千秋。涂料的優(yōu)點是粘結(jié)和防水二合為一，能適應(yīng)各類復(fù)雜的施工基面，能與基面緊密結(jié)合，不會出現(xiàn)“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(zhì)量難以保證，另外，它與基面粘結(jié)得太牢固反而會出現(xiàn)“零變位現(xiàn)象”（后面詳述）——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(xué)指標往往難盡如人意，并且容易老化、耐久性差；如果選用合成高分子卷材，則這類卷材的優(yōu)點是抗拉強度高（大于7Mpa）、延伸率好（大于450%）、耐老化性能好、厚度一致，缺點是搭接口多，用普通丁基類粘膠劑只可以粘住卷材于基面上，但由于膠粘劑厚度不足和揮發(fā)性強、固含量低，造成卷材與基面、卷材與卷材之間只可以粘結(jié)卻不可以密封；此外，丁基類膠粘劑長期泡水后粘結(jié)強度降低達30%以上，故無法保證防水效果。為此，人們開始考慮，合成高分子卷材的缺點，恰恰是合成高分子涂料的優(yōu)點，反之亦然，那么能否把它們結(jié)合起來，使之優(yōu)勢互補呢？為了解決這個問題，本公司經(jīng)過多年反復(fù)多次研究實踐，研制了LB-SP工法來解決了這個問題。
（二）復(fù)合防水層概念的起源
事實上，“復(fù)合防水層”這個概念并非我公司首創(chuàng)，多年以前，國際上很多防水工程技術(shù)專家就已經(jīng)意識到這個問題并開始研究、實踐。他們認為，所謂的“復(fù)合防水層”概念應(yīng)該是這樣的：有二~三個不同功能層次組成一個整體的防水構(gòu)造層，是基于所謂的“漸變緩沖理論”基礎(chǔ)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(yīng)力而產(chǎn)生開裂，避免應(yīng)力作用下高分子材料的老化加速，對基層有大于自身抗拉變形力的粘結(jié)力；第二層選擇具有一定韌性的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高聚物，其性能特點和功能作用是：緩沖第一層的變形，增強第一層的強度，力學(xué)性能特點是介于底層和上層之間；第三層的性能特點和功能作用是：高強度、耐老化、有一定的彈性、硬度大，起保護作用，并且該層必須是厚薄均勻的卷材。上述第一層如果選用延伸率小、粘結(jié)力大于300%定伸抗拉變形強度的材料，當(dāng)基層產(chǎn)生開裂時，開裂應(yīng)力將傳不到開裂處的周邊而集中在開裂部位，因此即使是很小的開裂也會造成防水底層的被拉斷——這就是“零變位原理”。如果能將防水底層集中的'開裂應(yīng)力分散開去，就可以消除防水層受到破壞的因素，從而構(gòu)成優(yōu)良的防水層。再有，組成防水底層的材料厚度，應(yīng)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，專家們認為為了簡化及經(jīng)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達到上述漸變緩沖的目的，后來的許多研究實踐也基本都是只有二層的。
真正的“復(fù)合防水層”應(yīng)該符合下列條件：不同層次之間無界面、共同協(xié)調(diào)工作。不同層次的材料最好是同質(zhì)、同材，至少是相融合，能夠聯(lián)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(shù)指標上卻要求1+1>2。這聽起來好象很簡單，但是事實上卻是建筑防水界一個世界性的前沿技術(shù)難題。
（三）復(fù)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(xiàn)問題，究其原因，關(guān)鍵在于材質(zhì)、材性不過關(guān)，二是對基層的零變位適應(yīng)性差。即使在伸長時防水層的材性對零變位過了關(guān)，但是如果把它暴露在自然環(huán)境下，材料在應(yīng)力作用下也必定加速老化而產(chǎn)生針孔，最后也必然破裂、漏水。為攻克此難關(guān)，國內(nèi)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題。
在二十世紀九十年代初，英國富斯樂公司開始研究并推出了二層復(fù)合的自粘型防水卷材，該種疊層材料的第一層是軟性、塑性不硫化的、可以自粘的，第二層是強度大的保護層，很快就在國際上得到比較廣泛的推廣和應(yīng)用，但是在實踐中人們發(fā)現(xiàn)，由于現(xiàn)場的多變性，使自粘卷材與基層的粘合整體受到挑戰(zhàn)，廣州地鐵一號線最先選用該產(chǎn)品，卻由于它與基層粘合不佳的原因而被地鐵棄用；在幾乎是同時期，日本在國際著名的防水專家小池迪夫先生的帶領(lǐng)下，也研究開發(fā)并應(yīng)用了一種復(fù)合工法，即是用水泥基EVA乳液涂料（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驗過程并和小池迪夫先生就此論題進行討論和交換了雙方意見）；此外，包括美國、德國等國家也紛紛推出了復(fù)合的疊層防水材料，由此可見復(fù)合的疊層防水材料是世界防水材料發(fā)展的方向，其主要功能是有效解決零變位、卷材防水有效性和涂料防水缺陷等問題。但是，目前世界上復(fù)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、耐久性不能滿足現(xiàn)代建筑物的要求。
我公司也在幾年前就開始了復(fù)合防水層的實踐和研究。首先我們采用聚合物水泥基復(fù)合防水涂料（以下簡稱JS涂料）+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(jié)果發(fā)現(xiàn)由于JS涂料是一種水泥基類的涂料，它根本無法和任何合成高分子類的卷材再進行融合，最后還是變成兩層防水層，達不到“復(fù)合防水層”的要求。接著我們采用聚氨酯防水涂料（以下簡稱PU涂料）+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(jié)果發(fā)現(xiàn)由于PU涂料是一種雙組分的反應(yīng)固化型涂料，其固化成膜時間非常短，根本來不及粘貼卷材，只好在PU涂料的面上再涂一層氯丁類粘結(jié)膠水來進行卷材的鋪貼，可是由于該種膠水會使PU涂料溶化，使卷材起鼓、不粘貼，同樣達不到“復(fù)合防水層”的要求，還是二層防水。此外，我們還準備研究采用丙烯酸酯涂料+同質(zhì)卷材的方式，但是由于找不到該類卷材而擱淺。
最后，我們才在多次反復(fù)研究實驗中發(fā)現(xiàn)了LB-SP工法。以下就做詳細的闡述。
二、設(shè)計依據(jù)及方法
根據(jù)國家規(guī)范GB50207-94《屋面工程技術(shù)規(guī)范》，在進行屋面防水設(shè)防時，應(yīng)考慮其防水層耐用年限。對于一般的工業(yè)與民用建筑物，即數(shù)量眾多的普通民用住宅、辦公大樓等，其防水層耐用年限最少為10年，其屋面防水設(shè)防要求為最少有一道防水設(shè)防或兩種防水材料復(fù)合使用；另外根據(jù)新編國家規(guī)范GB50108-2001《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》，在進行地下室主體防水設(shè)防時，明挖法的二、三級防水等級最少應(yīng)有一道防水設(shè)防，暗挖法從一級起也要求最少有一道防水設(shè)防。
在這些情況下，若只選用一道卷材進行防水設(shè)防，可以采取滿粘法、條粘法、點粘法、空鋪法，換言之，其最保險的做法就是滿粘法。目前對于卷材的冷粘貼工藝，人們一般采用氯丁類粘結(jié)劑，此類粘結(jié)劑屬于揮發(fā)固化型涂料，所以一般涂得很薄以便它能盡快干固；此外，它長期泡在水里面時，其粘結(jié)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”，達不到密封效果，如果某一點出現(xiàn)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選用一道涂料進行防水設(shè)防，合成高分子防水涂料的厚度一般不小于2mm，而高聚物改性瀝青防水涂料的厚度則要求更厚（大于3mm）。單就防水涂料的冷涂工藝來說，它普遍存在厚度難以控制、抗拉強度不高（約1.8Mpa左右）、涂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(xiàn)在我們把防水卷材和涂料結(jié)合在一起成為一個整體或者是“一道”防水層，那么就可以達到既經(jīng)濟、又符合防水效果的目的了。具體的設(shè)計方法及構(gòu)造層次是：
1、混凝土基層；
2、水泥砂漿找平層；
3、LB-20SBS單組份橡膠防水涂料1~2厚；
4、復(fù)合粘貼氯化聚乙烯——橡膠共混卷材1.0~1.5厚；
5、其他相關(guān)層次。
在本LB-SP復(fù)合工法中，比較關(guān)鍵的一點在于使用的防水涂料不是一般的涂料，而是我公司研制的LB-20SBS單組分橡膠防水涂料（以下簡稱SBS涂料），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(fù)合的一種單組分溶劑揮發(fā)型涂料，其涂膜有著與現(xiàn)在比較普遍使用的聚氨酯雙組分防水涂料強三倍的力學(xué)性能：抗拉強度較高、延伸率高、高溫穩(wěn)定、低溫柔軟、粘結(jié)力強、防水性能優(yōu)良；另外它還具有獨特的自修復(fù)功能，在涂層被刺穿一段時間后會自我修復(fù)刺孔，這一特點是其他防水涂料所不可比的，這是因為它永遠不會完全硫化，所以它永遠有表面的粘結(jié)力。此外，該涂料最大的特性為300%定伸抗拉強度很低，只需要0.1Mpa，而斷裂抗拉強度很高，達3.2Mpa。由于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(yīng)基層變形即“零變位應(yīng)力”是最好的選擇，即它擔(dān)當(dāng)了前面所說的“緩沖層”，還有SBS涂料作為一種稠度較低的涂料，能充分有效地濕潤基面、滲入基面的毛細孔，與基層達到緊密結(jié)合，這點比起自粘卷材更具優(yōu)勢；而選用的共混卷材則因為其耐老化性能優(yōu)越、抗拉強度高而作為上層即前面所述的“保護層”。
在此還要特別說明的一點是關(guān)于復(fù)合材料的相容性問題，要做到前面所述的復(fù)合防水層“無界面、協(xié)同工作”，就要做到兩者緊密粘結(jié)在一起，這也是本工法選材的前提。由于SBS涂料中的苯乙烯與共混卷材中的氯化聚乙烯的分子結(jié)構(gòu)是同質(zhì)的，且氯化聚乙烯有不飽和鍵，所以它們能很好地互相粘結(jié)，即它們的親和性很好，加上上面所述SBS涂料有不硫化特性永遠具有表面粘結(jié)力，從而能夠和卷材緊密結(jié)合成為一個整體，符合前面所述的復(fù)合防水層的條件。相反，如果選用的卷材是其它品種，例如三元乙丙卷材，由于它是飽和鍵，所以和SBS涂料不能很好地相容。
LB-SP工法和其它復(fù)合防水層比較更能符合“復(fù)合防水層”的要求：自粘卷材和基層不能很好地粘結(jié)，而SBS涂料正好相反；JS、PU等涂料不能和卷材緊密結(jié)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、干凈、干燥，要求含水率不大于8%；
節(jié)點處理：對地漏、管口、陰陽角位等節(jié)點先進行SBS涂料局部增強處理；
涂刷底涂：將LB-20SBS配套專用底涂料均勻涂刷于基面上，要求不露底，待底涂干透后（約6~8小時）方能涂主料層，底涂用量約5m2/kg；
涂料涂刷：該涂料為單組分，無須混合使用，應(yīng)分四次以上進行涂刷，每次厚度為0.3~0.5mm，每層相隔時間為6小時，用量為每mm厚1.6~1.7kg/m2；
鋪貼卷材：在涂完涂料并完全干固后，應(yīng)進行防水卷材的彈線和試鋪工作；在涂最后一層涂料后30分鐘后1小時內(nèi)，待溶劑揮發(fā)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，具體時間需視氣溫、風(fēng)力、濕度而定，其搭接長度、方法按照國家有關(guān)規(guī)范進行。
注：卷材搭接縫應(yīng)用專用粘結(jié)劑或者雙面粘膠帶粘合，周邊及封口處用2厚SBS單組分橡膠涂料封嚴，端部按設(shè)計要求釘壓密封。正如前面所述，SBS涂料必須大于0.8mm厚，才能起到密封、抗裂作用。
其他層次施工：按照設(shè)計進行。
四、經(jīng)濟及社會效益分析
經(jīng)濟性：1.5厚的SBS涂料工程總造價為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(fù)合總造價為70元/m2，基本上相當(dāng)于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(fā)揮了防水涂料及卷材的優(yōu)點，擯棄了兩者的弱點，使SBS涂料層成為防水層、卷材與基面的粘結(jié)層、密封層，從而使該復(fù)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(yōu)方案。
社會效益：SBS涂料是一種單組分揮發(fā)型涂料（不含煤焦油），它與合成高分子類卷材的復(fù)合使用具有上述眾多優(yōu)點，且價格合理、施工方便，對于滿足一般的工業(yè)與民用建筑物的屋面及地下室防水二級設(shè)防要求來說是比較理想的，因而廣受設(shè)計、業(yè)主、施工等建筑同行的贊賞和采納，其推廣應(yīng)用前景廣闊，可以進一步提高防水工程技術(shù)的應(yīng)用水平。
五、工程應(yīng)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(qū)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(yī)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(jīng)完工，防水效果良好。
六、結(jié)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(shè)防要求，值得推廣。SBS涂料的優(yōu)點是粘結(jié)力強、延伸率高（大于1500%）、回彈率高（大于95%）、干固后能長期保持粘結(jié)力和自修復(fù)能力、密封性能好、易施工（單組分），缺點是厚度難于控制、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(yōu)點是抗拉強度高（大于7Mpa）、延伸率適中（大于450%）、耐老化性能好、厚度一致，缺點是搭接口多、用普通氯丁粘結(jié)劑沒有密封性能及厚度不足致使泡水后粘結(jié)強度降低，無法保證防水效果。本工法充分發(fā)揮了兩種不同防水材料的優(yōu)點、擯棄了兩者的弱點，從而使該復(fù)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(jié)而成，現(xiàn)已經(jīng)在多個工程中應(yīng)用，取得了良好的效果。
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