混凝土屋面工程防水等級的劃分*

徐洪濤,肖緒文,朱志遠,秦 越,霍倩男,朱 彤,盧海陸,周 輝

(1.中國建筑股份有限公司技術(shù)中心,北京 101300; 2.中國建筑股份有限公司,北京 100030;3.中國建材檢驗認證集團蘇州有限公司,江蘇 蘇州 215008; 4.中國建筑第七工程局有限公司,河南 鄭州 450004)

0 引言

我國工程防水標準多采用防水等級對性能、重要程度、構(gòu)造甚至材料性能進行規(guī)定,其兼具眾多功能,便于構(gòu)造、材料的選擇以及工程實施與驗收[1-2]。屋面工程防水相關(guān)標準依據(jù)建筑物類別確定防水等級,再依此規(guī)定防水層數(shù)[3-4],防水等級包括功能與措施屬性;地下工程防水等級的劃分則依據(jù)允許滲漏量,并對應(yīng)工程類型和防水措施[5]。對比兩者可看出,其定義與屬性并不一致[6],且分級依據(jù)并不明確[7],有必要厘清其屬性及分級依據(jù)。

1 研究方法

工程防水關(guān)鍵指標體系揭示了防水等級具有目標和結(jié)果屬性,防水等級相關(guān)因素包括防水使用環(huán)境、防水功能重要程度、防水構(gòu)造與構(gòu)成、材料防水有效性指標等,體現(xiàn)了可靠度。基于防水失效概率,可將使用環(huán)境、構(gòu)造、材料性能作為輸入量,得出防水失效概率,對分級依據(jù)進行研究。研究技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 研究技術(shù)路線

2 研究內(nèi)容

2.1 屬性辨析

防水等級便于工程人員選材、設(shè)計及實施,其作為目標時具有量化特征,如耐久性和滲漏量,作為結(jié)果時,體現(xiàn)為措施,在目標與結(jié)果之間主要依據(jù)主觀經(jīng)驗判斷。如果將工程防水分為建筑設(shè)計、組件集成、實施交付3個階段,各階段的相關(guān)要素如下。

1)建筑設(shè)計階段 工程人員需依據(jù)建筑功能,結(jié)合經(jīng)濟、社會、環(huán)境等條件,考慮滲漏風(fēng)險,設(shè)置防水等級,此時防水等級具有目標屬性。

2)組件集成階段 系統(tǒng)供應(yīng)商或分包商需結(jié)合目標,依據(jù)經(jīng)驗、可參考的依據(jù),結(jié)合建筑功能,考慮經(jīng)濟、社會、環(huán)境等條件,制定防水構(gòu)造,選擇材料,進行系統(tǒng)集成,此時防水等級具有結(jié)果屬性。

3)實施交付階段 工程人員需要依據(jù)防水等級規(guī)定的允許滲漏量,作為控制、檢查、驗收實施的依據(jù),形成結(jié)果,并校驗其是否符合目標要求。

將過程要素按照外因、功能、目標、結(jié)果、措施進行分類,與過程形成關(guān)聯(lián)矩陣,如圖2所示。

圖2 防水等級屬性分析

由圖2可知,防水等級具有目標(O)和結(jié)果(R)屬性,涵蓋使用環(huán)境、建筑功能、性能、措施等因素。

2.2 分級依據(jù)

2.2.1防水層數(shù)與防水等級的關(guān)聯(lián)性

設(shè)定屋面長度為100m,保護層分格6m,厚100mm,XPS保溫層,混凝土女兒墻,Dwa氣候區(qū)(北京),1～3道SBS改性瀝青防水卷材、自粘瀝青防水卷材、高分子自粘膠膜卷材,不同防水層數(shù)疊合的失效概率結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同防水層數(shù)構(gòu)造的失效概率

防水層數(shù)是劃分防水等級的主要指標,多道防水層疊合使用時,能更有效抵抗材料層變形的協(xié)同作用,降低防水失效概率。

2.2.2防水構(gòu)造與防水等級的關(guān)聯(lián)性

條件設(shè)定同2.2.1節(jié),2道SBS改性瀝青防水卷材進行3種組合:保溫層上2道、保溫層下2道、保溫層上下各1道。失效概率結(jié)果如圖4所示。

圖4 不同防水構(gòu)造的失效概率

雖然防水層數(shù)一致,但失效概率差別很大。當防水層位于保溫層下時,由于保溫層的防護作用,溫度波動幅度較低,防水失效概率隨之降低;當防水層位于保溫層上時,防水失效概率最大值位于女兒墻與防護層部位。用防水失效概率評價實際防水等級,其與構(gòu)造的關(guān)聯(lián)度非常大。

2.2.3防水材料類型與防水等級的關(guān)聯(lián)性

條件設(shè)定同2.2.1節(jié),選擇不同類型防水材料,均為1道,防水材料位于保溫層下,失效概率結(jié)果如圖5所示。

由圖5可知,當防水層數(shù)一致時,防水失效概率直接取決于材料的防水有效性。如果防水等級采用失效概率表征,其與防水材料的類型直接相關(guān)。理想條件下,假定防水組件無缺陷,如果導(dǎo)致變形的因素一致,防水系統(tǒng)的防水有效性直接取決于防水材料抵抗變形的能力與耐久性。

2.2.4防水材料組合方式與防水等級的關(guān)聯(lián)性

條件設(shè)定同2.2.1節(jié),防水材料均在保溫層下,選擇防水材料組合:由SBS改性瀝青防水卷材分別與SBS改性瀝青防水卷材、聚合物防水砂漿、聚氨酯防水涂料組合,防水層失效概率結(jié)果如圖6所示。

圖6 不同防水材料組合的失效概率

由圖6可知,當防水層數(shù)一致時,不同的防水材料組合,其防水失效概率相差很大。如果將防水層數(shù)與防水等級直接關(guān)聯(lián),實際的防水失效概率會存在明顯差異。

2.2.5使用環(huán)境與防水等級的關(guān)聯(lián)性

針對不同氣候區(qū)或不同的建筑微環(huán)境,選取2道SBS改性瀝青防水卷材,防水層位于保溫層上,失效概率結(jié)果如圖7所示。

圖7 同類防水構(gòu)造在不同氣候區(qū)的失效概率

由圖7可知,在不同氣候區(qū),同一類型構(gòu)造的防水失效概率相差很大,其實質(zhì)是不同的環(huán)境條件下材料服役條件、耐久性有差異,在低溫條件下材料的防水有效性相對較低。如果采用失效概率衡量防水等級,同一構(gòu)造的防水系統(tǒng),在不同氣候區(qū)應(yīng)用時,其實際防水失效概率并不一致。

3 討論

我國工程防水領(lǐng)域廣泛采用防水等級,并得到了業(yè)界廣泛認可[8]。防水等級屬性包含目標與結(jié)果屬性,采用防水失效概率可客觀評價防水等級。

防水等級目標值(O)針對建筑功能,如室內(nèi)環(huán)境要求、可持續(xù)性等[9],直接影響因素來自于外在條件,一般可采用工程防水類別和防水使用環(huán)境確定[8],工程防水類別的等級劃分來自于防水失效后的影響,包括經(jīng)濟、社會與環(huán)境影響等[2]。

屋面防水等級實際值(R)針對防水系統(tǒng)的性能,在設(shè)計、集成、實施時,需采取措施實現(xiàn):如果屋面構(gòu)造相同,針對同一種防水材料,將防水層數(shù)與防水等級(R)關(guān)聯(lián),具有一定的科學(xué)性;不同類型防水材料的防水有效性指標存在很大差異,在防水組件集成,防水層數(shù)與防水等級(R)的對應(yīng)關(guān)系還需進行更多研究。當屋面的材料、構(gòu)成、構(gòu)造相同時,不同氣候區(qū)的材料耐久性和服役條件不同,其防水失效概率也存在較大差異,需考慮環(huán)境的影響。

影響防水失效概率的因素非常多,如構(gòu)造、材料、外界條件等,這一難點導(dǎo)致目前防水等級的劃分建立在經(jīng)驗基礎(chǔ)上,其劃分準則并不清晰。如果采用可量化的防水失效概率,可對各類構(gòu)造、材料、氣象條件進行組合后,得出可比較的量化指標,再結(jié)合經(jīng)驗判斷,進行合理分級。

基于防水失效概率與防水等級的量化分析,選擇所有氣候區(qū)[10],常規(guī)的屋面構(gòu)造和材料,設(shè)定屋面長度100m,保護層6m,厚度100mm,XPS保溫層,混凝土女兒墻,以1～3道防水層進行組合,防水失效概率結(jié)果如表1所示。將數(shù)據(jù)采用對數(shù)坐標表達,如圖8所示。

表1 常規(guī)混凝土屋面在各類氣候區(qū)的失效概率

圖8 常規(guī)混凝土屋面在各類氣候區(qū)的失效概率曲線

由于防水失效概率理論計算所采用的有效性判定指標為延伸率,導(dǎo)致非固化、高延伸性的自粘瀝青防水卷材比SBS改性瀝青防水卷材的失效概率低,與實際防水有效性不完全一致。但計算程式建立于統(tǒng)一的基礎(chǔ)之上,可相對客觀地反映各類防水系統(tǒng)在不同氣候區(qū)的相對失效概率,基于此的相對關(guān)系分級,更科學(xué)、客觀。

結(jié)合防水等級屬性和分級的分析可知,無論是氣候區(qū)、構(gòu)造,還是材料,都會影響屋面防水失效概率;反之,防水失效概率能將這些因素進行關(guān)聯(lián),并將防水等級的目標值和實際值進行聯(lián)系。

4 結(jié)語

依據(jù)已有的工程防水關(guān)鍵指標體系和防水失效概率計算程式,對不同類型防水材料、構(gòu)造、使用環(huán)境進行組合、計算、分析和討論,得到以下結(jié)論。

1)防水等級便于工程人員選材、設(shè)計、實施,其具有目標和結(jié)果屬性,在工程的設(shè)計、集成、實施等過程中,需分階段理解其含義。

2)防水等級實際值與材料、構(gòu)造、使用環(huán)境等因素存在關(guān)聯(lián),可基于防水失效概率分級。