海南地區(qū)屋面及墻面防滲漏系統(tǒng)試驗(yàn)研究*

廖利 王云燕 徐小輝 徐楠楠 許睿 劉文中 張國華

0 引言

隨著現(xiàn)代科技日新月異，建筑材料和建筑技術(shù)不斷完善和優(yōu)化，建筑各項(xiàng)性能指標(biāo)得到極大提升，但建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的防滲漏問題仍長期困擾著人們。圍護(hù)結(jié)構(gòu)將建筑物圍合成整體，使其結(jié)構(gòu)和內(nèi)部功能空間可免遭外界風(fēng)、太陽輻射、溫度、雨水等自然因素的破壞和侵?jǐn)_，建筑得以正常使用。建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)防滲漏問題的解決除了憑借圍護(hù)結(jié)構(gòu)自帶的防水性能，主要是依靠建筑工程技術(shù)和防水材料來實(shí)現(xiàn)。海南地區(qū)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的防滲漏系統(tǒng)一直面臨臺風(fēng)、高溫、高鹽霧等惡劣自然環(huán)境的不斷侵蝕，作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)主要部分的屋面及墻面的滲漏問題長期困擾該地區(qū)，其后期維修費(fèi)用一直居高不下，對社會生產(chǎn)、人民生活造成極大困擾。本文以海南文昌地區(qū)工業(yè)廠房類建筑為研究對象，對大型鋼骨架輕型屋面板和輕型墻面板制作模型進(jìn)行抗風(fēng)揭和水密性試驗(yàn)研究，并對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行技術(shù)分析。

1 氣候條件分析

文昌屬海南省直轄縣級市，位于海南省東北部，東、南、北三面臨海，海岸線長289.82km，該地區(qū)屬于熱帶海洋季風(fēng)氣候區(qū)，具有熱帶和亞熱帶氣候特點(diǎn)，夏天酷暑、冬有陣寒，雨量充足。年平均溫度23.9℃，歷史極端最低溫度4.7℃，最高溫度39.1℃，年平均濕度為80%，最小濕度為34%；年平均降雨量為1886.20mm；風(fēng)向春夏以東南風(fēng)、秋冬以西北風(fēng)為主，7—10月常受到強(qiáng)熱帶風(fēng)暴和臺風(fēng)影響，風(fēng)速可達(dá)60m/s。依據(jù)GB 50009-2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》和JGJ 235-2011《建筑外墻防水工程技術(shù)規(guī)程》，該地區(qū)10年，50年，100年風(fēng)壓分別為0.45，0.75，0.90kN/m2，最低、最高基本氣溫分別為10，37℃，年降水量為1651.90mm，日最大降水量為327.90mm。從氣候條件分析，該地區(qū)降雨量大，受臺風(fēng)影響，常年風(fēng)大對于圍護(hù)結(jié)構(gòu)是較大的挑戰(zhàn)。

依據(jù)GB 50009-2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》,海南文昌地區(qū)海拔高度為14.1m，10年、50年、100年重現(xiàn)期風(fēng)壓值分別為0.45，0.75，0.90kN/m2；依據(jù)JGJ 235-2011《建筑外墻防水工程技術(shù)規(guī)程》，日最大降水量327.9mm。根據(jù)相關(guān)研究，對空氣密度進(jìn)行換算，海南文昌地區(qū)100年重現(xiàn)期風(fēng)壓相當(dāng)于蒲福13級風(fēng)，極限最大風(fēng)速60m/s相當(dāng)于蒲福17級風(fēng)，60m/s風(fēng)速的風(fēng)壓為2.25kPa。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 試驗(yàn)原理

考慮到海南文昌地區(qū)為臺風(fēng)高發(fā)地區(qū)，因此屋面和幕墻構(gòu)件的水密性試驗(yàn)采用波動加壓方式進(jìn)行，其原理為將試件安裝在試驗(yàn)架上，并在試件周圍打密封膠與壓力箱密封。利用加壓裝置使試件板面內(nèi)外兩側(cè)形成壓力差，模擬試件受到風(fēng)荷載作用時(shí)的狀態(tài)，在施壓的同時(shí)向試件室外側(cè)淋水，模擬試件受到風(fēng)雨同時(shí)作用時(shí)阻止雨水向室內(nèi)側(cè)滲漏的能力，即水密性能檢測。

海南文昌地區(qū)屋面和墻體水密性和抗風(fēng)揭試驗(yàn)分別根據(jù)GB/T 51422-2021《建筑幕墻氣密、水密、抗風(fēng)壓性能檢測方法》和GB 50205-2020《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》，采用4L/（m2·min）的淋水量，距離構(gòu)件50cm進(jìn)行噴淋，最大波動加壓風(fēng)力值為2.0～2.5kPa進(jìn)行加壓；試驗(yàn)極限條件相當(dāng)于風(fēng)速49.0～63.2m/s（約17級風(fēng)）、雨量為4000mm/min（5760m/d）的狀況下屋面構(gòu)件的抗?jié)B漏安全性，降雨量和風(fēng)速均可體現(xiàn)文昌地區(qū)降雨量和風(fēng)速。

2.2 試驗(yàn)裝置

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室情況及規(guī)范要求，本次試驗(yàn)選擇在實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)臺上進(jìn)行，試驗(yàn)裝置由測試平臺、壓力箱體、風(fēng)壓供給系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)及測試系統(tǒng)構(gòu)成，風(fēng)壓和水壓由中控室進(jìn)行控制（見圖1，2）。幕墻水密和氣密性能試驗(yàn)裝置與屋面水密和抗風(fēng)揭試驗(yàn)裝置不同的是幕墻試件在框架上豎直安裝，淋水設(shè)備則是水平噴淋至幕墻上。

圖1 屋面系統(tǒng)抗風(fēng)揭試驗(yàn)裝置

圖2 幕墻水密及氣密性能試驗(yàn)裝置

2.3 試驗(yàn)步驟

抗風(fēng)揭性能試驗(yàn)為破壞性試驗(yàn)，試驗(yàn)步驟為先進(jìn)行水密性能試驗(yàn)，測得構(gòu)件的水密性能后再進(jìn)行抗風(fēng)揭性能試驗(yàn)，具體如下。

1）試驗(yàn)準(zhǔn)備 將試件鋼骨架焊接在試驗(yàn)裝置上并采用密封膠將試件與壓力箱密封，形成氣密空間。

2）水密性試驗(yàn)預(yù)備加壓 首先施加3個(gè)壓力脈沖，每個(gè)脈沖壓力差絕對值為500Pa，每個(gè)脈沖作用時(shí)間持續(xù)10s，泄壓后保持2min再施加下級壓力。

3）淋水 調(diào)整淋水系統(tǒng)噴嘴角度，對整個(gè)試件均勻淋水，淋水量為4L/（m2·min），持續(xù)15min。

4）正式加壓 在淋水的同時(shí)施加波動壓力，波動壓力穩(wěn)定作用時(shí)間為30min或幕墻固定部位產(chǎn)生嚴(yán)重滲漏為止。試驗(yàn)過程中，通過安裝在板底的攝像頭觀察記錄箱體內(nèi)試件滲漏狀況和滲漏部位。

5）抗風(fēng)揭試驗(yàn)準(zhǔn)備 再次檢查試件密封情況，漏氣部位重新用密封膠嵌填密實(shí)，保證不漏氣。

6）抗風(fēng)揭加壓 在正負(fù)壓檢測前分別施加3個(gè)壓力脈沖。壓力差絕對值為500Pa，加壓速度為100Pa/s，持續(xù)時(shí)間為3s，待壓力回零后開始進(jìn)行檢測。變形檢測每級升、降壓力不超過風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值的10%，每級壓力作用時(shí)間≥10s。壓力的升、降達(dá)到檢測壓力（風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值的40%）時(shí)停止檢測，記錄每級壓力差作用下各個(gè)測點(diǎn)的面法線位移量、功能障礙或損壞的狀況和部位。

2.4 試驗(yàn)構(gòu)件設(shè)計(jì)

將海南文昌地區(qū)工業(yè)廠房常用的輕型混凝土板作為屋面結(jié)構(gòu)。考慮到需要研究結(jié)構(gòu)板拼縫對屋面防滲漏系統(tǒng)的影響，保障構(gòu)件尺寸與3.0m×3.0m試驗(yàn)平臺尺寸匹配，屋面采用105mm厚1.5m×3.0m鋼骨架輕型混凝土板，設(shè)計(jì)DB240邊肋，縱向留板拼縫，其屋面系統(tǒng)構(gòu)件如圖3所示。墻面為鋼網(wǎng)架混凝土板幕墻構(gòu)件，為研究拼縫性能，采用120mm厚1.5m×3.0m板材，QB120燕尾槽，構(gòu)件由2塊板拼接，外刷涂料，幕墻系統(tǒng)試件如圖4所示。

圖3a 平面

圖3b1-1 剖面

圖3c2-2 剖面

圖3 屋面系統(tǒng)構(gòu)件

圖4a 平面

圖4b1-1 剖面

圖4c2-2 剖面

圖4 幕墻系統(tǒng)試件

3 試件制作

3.1 屋面系統(tǒng)試件制作流程

如圖5所示，焊接鋼骨架（120mm×60mm×5mm）→將105mm厚鋼骨架輕型混凝土板焊接于鋼骨架上→以填縫劑處理屋面板縫隙→屋面板縫隙填塞擠塑聚苯板進(jìn)行隔熱處理→支模板→干鋪30mm厚擠塑聚苯板→20mm厚1:2.5水泥砂漿找平→刷基層處理劑1道→1.5mm厚聚氨酯防水涂料施工→3mm厚自粘橡膠瀝青聚乙烯防水卷材2道→保護(hù)層混凝土防裂鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)→40mm厚混凝土保護(hù)層澆筑。

圖5 屋面及墻面試件制作完成效果

3.2 墻面系統(tǒng)構(gòu)件制作流程

焊接鋼骨架（120mm×60mm×5mm）→將120mm厚鋼網(wǎng)架發(fā)泡混凝土墻板構(gòu)件焊接于鋼骨架上→板縫處理→彈性涂料施工。

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 屋面防滲漏系統(tǒng)

1）經(jīng)檢測，屋面系統(tǒng)的水密性結(jié)果為1500Pa（1125～1875Pa），破壞現(xiàn)象為在波動加壓情況下，2000Pa（1500～2500Pa）時(shí)發(fā)生滲漏。以對應(yīng)情況進(jìn)行分析，該系統(tǒng)水密性能可滿足規(guī)范關(guān)于文昌地區(qū)重現(xiàn)期為100年風(fēng)壓情況下不滲漏的要求，但不能滿足極端最大風(fēng)速60m/s作用下的抗?jié)B漏要求。

2）經(jīng)抗風(fēng)揭試驗(yàn)，屋面系統(tǒng)構(gòu)件抗風(fēng)揭承載力為7.7kPa，其破壞形態(tài)為負(fù)風(fēng)壓接近8.4kPa時(shí)，構(gòu)件防水涂料連帶下方的水泥砂漿找平層與擠塑聚苯保溫層分離，水泥砂漿找平層破碎。7.7kPa的抗風(fēng)揭承載力是海南文昌極端風(fēng)速60m/s對應(yīng)風(fēng)壓值2.25kPa的3.42倍，該系統(tǒng)構(gòu)件構(gòu)造完全滿足海南文昌地區(qū)極限狀態(tài)風(fēng)壓的要求，且有較大的余量，該系統(tǒng)構(gòu)件應(yīng)用于海南文昌，抗風(fēng)壓安全。構(gòu)件抗風(fēng)揭的薄弱部位為干鋪擠塑聚苯板與結(jié)構(gòu)的連接處。

4.2 墻面防滲漏系統(tǒng)

1）該墻面系統(tǒng)構(gòu)件水密性能試驗(yàn)結(jié)果證明，試件在最大加壓2000Pa的情況下未發(fā)生滲漏，水密性能滿足文昌地區(qū)極限風(fēng)荷載下防滲漏要求，墻體水密性能分級可達(dá)到五級（最高級）要求。

2）經(jīng)抗風(fēng)揭試驗(yàn)，屋面系統(tǒng)構(gòu)件在P3=±5000Pa下未發(fā)生損壞，可達(dá)到9級抗風(fēng)壓，最大風(fēng)壓值Pmax=±7500Pa。該抗風(fēng)壓值是文昌地區(qū)極限風(fēng)壓2.25kPa的3.33倍，承載力遠(yuǎn)大于極限狀態(tài)下最大風(fēng)壓，可滿足文昌地區(qū)氣候條件要求且有較大的安全余量。

4.3 優(yōu)化建議

1）根據(jù)GB 50010-2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，建議本構(gòu)造保護(hù)層混凝土的強(qiáng)度等級由C15提高到C20，以滿足規(guī)范要求，提高保護(hù)層抗裂性能。

2）建議防水層和40mm厚保護(hù)層間增加無紡布隔離層，以解決防水卷材和保護(hù)層變形模量不一致，由于溫差等原因拉扯防水卷材導(dǎo)致防水失效等問題。

3）建議保溫層厚度由30mm增加為40mm或50mm，一方面直接增加屋面保溫性能，另一方面可采用2層保溫板錯(cuò)縫鋪貼，避免1層鋪貼保溫板間產(chǎn)生冷縫，同時(shí)保溫板厚度增加10mm。