高温气候环境下混凝土屋面多层防水保温工艺研究

高温气候环境下混凝土屋面多层防水保温工艺研究

鲁芳志

中国水利水电第八工程局有限公司 湖南 长沙 410004

摘要 屋面防水保温一直是建筑工程中容易出现质量问题的环节之一，屋面防水保温因当地气候的差异所适合采用的方法也不尽相同。随着我国“一带一路”战略的推行，在东南亚、中东、非洲等地区的投资和建设不断增加，这些地区不乏高温气候环境的区域；根据国家新能源战略，也需要在国内一些高温气候环境下的区域（如新疆部分地区）开展光伏、风电建设。本文通过在伊拉克某项目高温气候环境下屋面防水保温施工的实践，设计研究并验证出一套在高温气候环境下行之有效、质量可靠、施工便利、具备一定经济性的屋面多层防水保温体系，提高屋面防水施工质量的可控性。

关键词 高温气候环境；干砂找坡层；多层多种材料防水；多层多种材料保温

0 前言

屋面保温和防水技术经历了长时间发展，防水技术从以结构自防水单一防水形式，到发展出沥青、聚氨酯类防水涂料，APP、SBS、高分子等防水卷材，到如今，大部分屋面防水要求使用2种或2种以上材料结合起来形成至少2层防水。屋面保温也随着生活水平提高和节能环保理念的推广，从单层屋顶保温，发展到架空隔热层，到使用轻质混凝土、泡沫混凝土、聚苯板、珍珠岩、无机保温砂浆等专用保温材料设置保温层。

由于我国大部分地区处于温带，气温和降水不均衡，国内对于屋面保温和防水层的研究以防水和保温材料专业生产厂家对新材料的研发为主，对工艺工法的研究为辅，缺乏针对高温气候环境下的防水保温工艺研究。针对高温环境，本工艺通过对防水层施工、防水保温层过渡、保温层施工、找坡层施工等环节进行了工艺改良，利用高温特点，采用多层柔性防水材料、干砂找坡层，解决了SBS防水卷材高温易脱落、传统保温层吸水强透气差的问题，消除传统屋面防水保温做法在高温气候环境下的一系列缺点，以确保质量稳定、功能性优秀并兼顾经济性。

1、研究背景和意义

1.1研究背景

传统的混凝土屋面防水保温做法多采用1~2层SBS防水卷材叠加作为防水层配合屋面混凝土自防水，采用泡沫混凝土、挤塑板等单一材料作为保温层。这样的做法面对温带气候具备广泛的适应性，但在长期40度以上的高温气候环境中，SBS防水卷材极易软化脱落、剥离，在昼夜温差作用下出现脱粘、渗漏的情况。而泡沫混凝土的耐久性和耐候性差，一旦吸水，既难以蒸发，又影响了其保温效果；挤塑板保温层通常需要在其下方增设水泥渣等轻集料材料作为找坡层，上方设水泥砂浆或细石混凝土找平层保护，一旦渗水至找坡层则难以排出水份，对防水不利。

1.2研究内容及意义

针对长期40度以上的高温气候环境，对建筑物屋面防水保温的工艺开展研究，通过设置多层非单一材料的防水层，和多层非单一材料的保温层的倒置式屋面做法，消除传统屋面防水保温做法在高温气候环境下的一系列缺点，以确保质量稳定、功能性优秀并兼顾经济性。

本工艺的研究内容为：

1、研究在高温气候环境下，在混凝土屋面使用沥青类柔性防水材料和SBS防水卷材相结合，形成多层防水层的工艺。

2、研究在高温气候环境下，砂层和聚苯板双层保温的工艺。

3、研究如何将上述防水层和保温层搭配，达到行之有效、质量可靠、施工便利、具备一定经济性的目标。

通过本工艺的研究，能解决以下问题和难点：

1、解决防水卷材容易空鼓、脱粘的质量通病，通过多种、多层材料共同作用，提高施工过程的容错能力，提高屋面防水施工质量的可控性。

2、解决倒置式屋面疏松的保温层容易被破坏的问题。

3、解决屋面保温材料因疏松多孔，导致容易吸纳雨水，产生滞水的问题。

2、工艺理论和实践依据

1、在实操过程中，因SBS防水卷材幅宽通常为1~1.5m，施工时存在大量横向和纵向搭接区，这些搭接区在施工完后随着使用周期内的气温冷热交替，经常发生脱粘的情况，导致屋面渗漏。因此虽然SBS卷材本身防水性能优秀，但其搭接处实际上是防水层的薄弱点。

2、沥青类材料，在30摄氏度以上发生软化，而低温开裂指数在零下18摄氏度以下，因此在高温气候条件下，沥青类材料可以确保不开裂，且长时间保持柔性的性状，具备缝隙防水的可行性。

3、砂层因其天然形状和结构，既可以承受荷载不沉降，也有丰富的孔隙可以起到一定的保温效果，同时有良好的透水性。

3、工艺技术要点

3.1屋面防水保温做法

屋面自下而上分别为：钢筋混凝土屋面板，冷底子油，第一层沥青油5mm，第一层SBS卷材，第二层沥青油2mm，第二层SBS卷材，第三层沥青油2mm，尼龙薄膜，薄砂层，50mm厚挤塑板（32~35KG/立方米），尼龙薄膜，干砂找坡层（40~200mm），预制混凝土面板（800*800*40mm）并用防水膏填缝。

3.2施工工艺流程与工艺原理

3.2.1 工艺流程

基层清理→涂刷冷底子油→交替涂刷3层沥青油和粘贴2层SBS卷材→蓄水试验→铺设尼龙薄膜→铺设薄砂→铺设挤塑保温板→铺设尼龙薄膜→铺设干砂找坡层→铺设预制混凝土面板→检查验收

3.2.2工艺原理

1、通过使用柔性的防水材料和SBS防水卷材组成多层防水层，使柔性防水材料弥补SBS防水卷材粘接处的薄弱点。

2、使用干砂替代其他材料作为找坡层，既可辅助保温，又可辅助排水，还易于维护。

3.3操作要点

3.3.1基层清理

1 检查混凝土屋面表面，基层表面凸部位铲平，凹陷部位应用聚合物砂浆填平，不得有空鼓、开裂及起砂、脱皮、翘起等缺陷。

2 阴阳角处应做半径不小于50mm的圆弧。

3 将混凝土屋面表面的砂、灰尘、油污清除并清洗干净。

3.3.2涂刷冷底子油

使用滚筒在基层混凝土上均匀涂刷冷底子油，不得漏刷或露底。涂刷完毕，必须经过4h（以不粘脚为标准）以上达到干燥程度方可下一步施工。

3.3.3交替涂刷3层沥青油和粘贴2层SBS卷材

1 沥青油涂抹均匀，不得漏刷或露底，涂抹区应大于SBS卷材铺设区域，盖过SBS卷材边缘。

2 对于阴阳角、管道根部以及变形缝等部位应做增强处理。方法是先按细部形状将卷材剪好，在细部贴一下，视尺寸、形状合适后，再将卷材粘贴在已涂刷1道密封材料的基层上，并压实铺牢。

3 两人配合施工卷材，一人站在卷材正面将卷材端部拉起，另一人站在卷材侧面手持液化汽火焰喷枪，使火焰对准卷材与基面交接处同时加热卷材底面与基层面，待卷材底面胶呈熔融状即进行粘铺，不得过分加热或烧穿卷材。再由一人以手持压辊对铺贴的卷材进行排气压实，不得有空鼓、皱折，铺到卷材端头剩下约30cm 时，将卷材端头翻放在隔热板上再行熔烤，最后将端部卷材铺牢压实。

4 卷材的短边和长边搭接宽度均为100mm。同一层相邻两幅卷材的横向接缝，应彼此错开，避免接缝部位集中。

5 上下层卷材不得相互垂直铺贴且上下两层卷材的接缝应错开，长边错开1/3—1/2幅宽卷材，短边错开至少1.5m。

3.3.4蓄水试验

1 蓄水时间不得少于24小时，蓄水高度应高出最高点处20-30mm。

2 如有渗漏，修复后再次蓄水试验24小时，修至不漏为止。

3.3.5铺设尼龙薄膜

1 尼龙薄膜需按同方向铺设，相互搭接，搭接长度至少20cm。

2 尼龙薄膜铺设须尽量平整，不得有明显鼓包和褶皱。

3.3.6铺设薄砂

1 薄砂铺设前须过筛，清除杂物。

2 须尽量摊薄，不产生明显厚度。

3.3.7铺设挤塑保温板

1 从屋面边角起铺设，减少材料裁切。

2 挤塑板之间按照预留的企口相互搭接，不留通缝。

3.3.8铺设尼龙薄膜

1 尼龙薄膜需按同方向铺设，相互搭接，搭接长度至少20cm。

2 尼龙薄膜铺设须尽量平整，不得有明显鼓包和褶皱。

3.3.9铺设干砂找坡层

1 干砂铺设前须过筛，清除杂物。

2 找坡层须按图纸要求的坡度方向放坡，确保最低厚度满足设计要求。

3 砂层表面用刮尺收面，确保坡度均匀，表面平整密实。

3.3.10铺设预制混凝土面板

1从屋面边角起铺设，减少材料裁切。

2 铺设好后使用胶粘剂勾缝，确保勾缝密实，勾缝完成后禁止踩踏，24h后方可上人。

3.3.11检查验收

1 每层防水层涂刷和铺设完毕，都需要检查其完整性和涂刷厚度，经监理工程师验收后再开展下一步施工。

2 找坡层铺设完成后须检查其坡度、标高是否满足设计要求。

3 面板铺设完成后再次检查其坡度、标高是否满足设计要求，经监理工程师验收通过。

4、工艺特点

4.1防水结构特点

常用的屋面防水采用单层或双层SBS卷材，在屋面涂刷冷底子油之后直接烘烤铺贴，但在长期高温气候环境下，两层SBS卷材之间、SBS卷材和混凝土屋面之间的粘接会软化，时间久了容易脱粘。

本工艺混凝土屋面上设置多层多种材料防水层，防水结构总体呈现3层沥青油+2层SBS卷材的5层“夹心”式防水层。在防水方面，表层混凝土预制面板起到排水作用，中间找坡层砂层可以将渗入的水疏导，并且水在高温下蒸发时水蒸气可以通过砂层排出，不破坏砂层有效性，两层尼龙薄膜可以起到隔水作用，使大部分渗下的水停留在尼龙薄膜层蒸发，底部2层SBS卷材结合3层沥青油密闭防水，在高温气候下，SBS卷材和沥青油能有效粘接，沥青油在高温气候下呈柔性，具备良好的粘接性和一定的自修复功能，可以有效防止SBS卷材脱粘和软化可能造成的缝隙，并且底层沥青油在高温气候下可将屋面混凝土的表面裂纹填充密实，结合屋面板钢筋混凝土自防水，使混凝土屋面在长期40度以上高温气候环境下能持久有效防水，达到优秀的防水效果。

4.2保温工艺特点

常见的屋面保温层采用单层挤塑板或泡沫混凝土、轻质混凝土等单一轻质材料，难以应对高温气候环境。

本工艺的保温层自下而上分别为挤塑板，尼龙薄膜，干砂找坡层，预制混凝土面板并用胶粘剂填缝。在保温方面，表层混凝土预制面板可以抵挡雨水冲刷和风吹，保护下方干砂找坡层的完整性，干砂具有优秀的耐久性、耐候性和承压性能，且具备一定的保温性能，主保温层采用50mm厚挤塑板（32~35KG/立方米），两种材料用尼龙薄膜隔离，可以防止砂漏到挤塑板空隙中，使两层材料有效结合达到良好的保温性能，干砂孔隙丰富具有良好的透水性，将干砂层置于挤塑板以上，有利于将渗入的水分快速蒸发排出。

4.3防水层和保温层过渡层设置

本工艺在防水层和保温层之间，设置了一层尼龙薄膜，在尼龙薄膜上铺设一层极薄的细砂，再放置作为保温层的挤塑板。这样的设置使得挤塑板不直接和沥青油接触，避免了石化产品长期接触可能发生的化学反应，同时细砂使得挤塑板和尼龙布之间的摩擦力减少，具备一定的滑动性，减少在施工过程中挤压导致的局部变形破损。

4.4干砂找坡层设置

砂层因其天然形状和结构，既可以承受荷载不沉降，也有丰富的孔隙可以起到一定的保温效果，同时有良好的透水性，因此使用干砂作为找坡层相较混凝土找坡层具有以下四点优势：

1、具备一定的保温作用，兼做保温层；

2、具备一定的疏水作用，且水分易蒸发，蒸发之后不易变形沉降产生空洞；

3、干砂密度仅为1400~1650Kg/立方米，较同体积混凝土重量大幅降低，减少屋面荷载；

4、在对下部挤塑板或防水层进行维修时，干砂便于移除，也可重复利用，维修经济性大大提高。

5、材料与设备

以1500 ㎡屋面为例，其主要施工设备：吊车起重机及起重工具、液化气喷枪、手推斗车、滑移装载机、叉车、水罐车、水准仪

主要施工材料及辅材：冷底子油、沥青油（高粘接性能）、SBS防水卷材、尼龙薄膜（高强度抗拉扯）、聚苯挤塑板（边缘带企口）、干砂（细颗粒、不含泥）、预制混凝土面板、防水膏。

6、质量控制

该工艺遵循国家标准。该工艺中的主要质量控制要点为：

6.1材料设备质量控制

1、原材料、设备由专人采购与管理，采购人员和施工人员之间对各种原材料有交接记录。

2、原材料、设备进场后，对原材料、设备的品种、规格、数量以及质量证明书等进行验收核查，并按有关标准的规定取样和复验

3、原材料、设备进场后，及时建立“原材料管理台账”，内容包括材料名称、品种、规格、数量、生产单位、供货单位、“质量证明书”编号、“复试检验报告”编号、检验结果以及进货日期等。“原材料管理台账”填写正确、真实、齐全。

4、各类原材料的运输和存放均应按设计要求选择合适的方式，防水卷材、尼龙薄膜、聚苯挤塑板和胶粘剂不得露天堆放暴晒。

6.2施工过程质量控制

1、施工前分别针对不同工种和工序开展技术交底，固定作业人员。

2、屋面基层处理应仔细全面，确保屋面混凝土无病害，表面平整无凸起物，表层清理干净。

3、防水层施工严格按要求层层验收，每层施工完成后均设停止点，待验收后再施工下一层。

4、保温层施工操作人员严禁穿钉鞋，严禁动火，施工过程中避免对下方防水层造成破坏。

5、挤塑保温板铺设须确保平整严密无遗漏，减少裁剪切割。

6、铺砂之前应对干砂过筛，剔除其中的大颗粒和杂质，干砂找坡层在铺设前应预先抄测标高，做好标记，铺设过程中确保坡度并避免对挤塑板造成破坏。

7、工艺效益分析

以本工艺应用的伊拉克某项目为例：

7.1经济效益

1、该屋面多层防水保温工艺，与常规做法的主要区别在于增加了3层沥青油防水，使用干砂找坡替代混凝土找坡，干砂市场价格仅为C20混凝土的13%，即使用工多于混凝土找坡层，综合计算3层沥青油防水施工加干砂找坡层施工的成本，较混凝土找坡层成本仍可节约20%左右。

2、该屋面多层防水保温工艺，采用防水层在下，挤塑板和干砂找坡层在上的倒置式屋面做法，具备更好的维修经济性。与现有常见的使用泡沫混凝土作为保温层、使用砂浆层找坡的屋面做法，在质保期内有更好的维修经济性。维修时上部的干砂和混凝土盖板均可重复利用，初步测算维修成本仅为常规屋面做法的50%~70%。

7.2社会效益

该屋面多层防水保温工艺，在高温气候环境下，防水做法较常用的单层或双层卷材防水屋面做法有更好的防水效果和耐久性，施工完后防渗率几乎为100%，返修率低。该屋面多层防水保温工艺，在高温气候环境下，保温做法较常用的聚苯板单层保温屋面或泡沫混凝土保温屋面做法有更好的保温性能，且兼具一定的疏水性。优秀的防水和保温性能，以及后续易维护的特性，使得使用该工艺的建筑在质保期有非常充分的质量保障。

7.3节能和环保效益

使用天然干砂代替混凝土作为保温层，减少了水泥和混凝土生产过程中的排放和能耗，有一定的节能和环保效益。

8、应用实例及前景

8.1应用实例

本工艺成功应用于伊拉克某项目，施工过程中蓄水试验和施工完成后经历数次降雨，未发生渗漏，防水效果优秀；施工完成后经历大风天气，面板封闭性优秀，干砂层未出现损耗，防水保温层具备相当的耐久度。

8.2应用前景

可以在国内外高温气候区域和近年处于气温上升趋势的区域，通过企业承包项目提出设计修改意见进行推广应用。尤为适合气候干燥但偶发暴雨，或雨季旱季分明的气候条件下。

9、结束语

  屋面作为建筑物围护体系的重要组成部分，既要具有良好的保温性能，又要具有优秀的防水性能。屋面施工质量的优劣将会直接影响房屋质量、人民生产生活质量等多方面。对高温气候环境下建筑物屋面防水保温的工艺开展研究，可以有助于提升建筑物屋面防水保温效果和质量稳定。我们更应该加强学术研究，探索新的屋面防水保温工艺，以应对更恶劣的自然环境。

参考文献

【1】 屋面工程技术规范（GB50345-2012） 住建部2012

【2】 屋面工程质量验收规范（GB50207-2012） 住建部2012

【3】 陈艳.倒置式屋面防水施工技术要点及质量控制措施【J】.中国建筑金属结构，2023-11-30