CN206220378U - 一种建筑屋面永久防水层 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种建筑屋面永久防水层，本实用新型采用超高性能混凝土，一次或多次浇筑施工铺设整体性屋面防水层。所获得的防水层本体和接缝有可靠的抗裂、抗渗、防水和保温层保护功能，同时能提高屋面结构的强度和刚度。该防水层耐久长效，工作寿命与建筑物相同。本实用新型的施工缝粘结接缝与增强方法，能够保证接缝交界面的抗裂、抗渗和防水性能。本实用新型的永久防水层，铺设施工相对简单，适用于不同构造的新建筑屋面防水和旧建筑屋面防水维修，尤其适合用于种植、蓄水、停车等有较高荷载平屋面。该韧性与刚性兼备的水泥基复合材料防水层，没有老化问题，施工接缝防水防渗可靠性高，能够永久性地解决建筑屋面易渗漏的难题。

Description

一种建筑屋面永久防水层

技术领域

本实用新型涉及一种建筑屋面永久防水层材料及施工方法，属于建筑材料与建筑施工技术领域。

背景技术

屋面防水是屋盖建筑做法中的必备环节，也是防止屋面雨水渗漏的有效做法。屋面板通常为钢筋混凝土结构，在使用中受到自然的气温和干湿变化、阳光辐射、风、雨雪以及室内冷热源等的作用，混凝土长期处于热胀冷缩、湿涨干缩变形中，并且变化中的温湿度会使混凝土板出现内外温度差、湿度差，这些温、湿变形和温、湿度差常常导致混凝土屋面板开裂和渗水漏水。现浇混凝土屋面板的施工缝、预制构件的接缝等，是屋面板另外的防水防漏薄弱环节。因此，各种建筑屋面均需设置防水层或防水构造（如坡屋面加排水瓦层）。对于小坡和平屋面，需要专门设置防水层。按材料变形能力划分，传统的防水层材料分为柔性材料和刚性材料两大类。

大多数屋面防水层采用柔性材料铺设，如粘结沥青卷材或其它高分子材料卷材，涂覆一层或多层聚合物涂料等。不上人屋面，一般要在柔性防水层表面用沥青胶粘着一层粗砂或豆石作为保护层；上人屋面一般在防水层上浇筑30～40mm厚的细石混凝土面层或用水泥砂浆铺设预制混凝土块作为保护层。这些混凝土和砂浆材料本身脆性大、抗裂性差，往往容易收缩开裂，可能导致防水层被撕裂失效，出现屋面渗水甚至漏水的情况。此外，柔性屋面防水层为高分子材料，耐候性不足，使用几年就会老化，出现硬化、收缩和开裂，防水层会逐步损伤、破坏。调查表明：现有屋面柔性防水层的使用年限约为6～10年。与建筑物寿命相比，柔性屋面防水层使用寿命太短，需要经常性维修或重新铺设。

刚性屋面防水层多采用防水砂浆铺设，或采用改善抗裂、抗渗性能的混凝土铺设。通过使用矿物掺和料、膨胀剂、聚合物乳液等，能减少混凝土孔隙率或孔隙连通性、补偿收缩和提高混凝土密实度，使混凝土成为具有改善抗裂、抗渗能力的刚性防水材料。目前的刚性屋面防水材料，主要包含混凝土、砂浆、外加剂或防水剂、钢筋和接缝密封材料。用于刚性防水的防水剂（混凝土和砂浆的外加剂）有两大类——无机防水剂和有机防水剂。无机防水剂是能够提高混凝土抗渗、抗裂性能的外加剂，以硫铝酸钙类膨胀剂最具特色，掺入混凝土有补偿收缩作用，从而增强混凝土的抗裂、抗渗能力。由于造价相对较低，这种收缩补偿混凝土作为防水混凝土应用范围较广。有机防水剂多为橡胶乳液和合成树脂乳液，常见的品种有阳离子聚丁胶乳、丁苯乳胶、丙烯酸脂类乳液、乙烯——醋酸乙烯EVA乳液以及有机硅乳液。掺入这类防水剂的砂浆称作“聚合物水泥砂浆”，能提高水泥砂浆的抗裂、抗渗能力和粘接力，是比较常用的防水砂浆，可作为屋面、墙面的防水层。然而，防水混凝土和砂浆的抗裂、抗渗性能，仅是比普通混凝土、砂浆有所提高，材料韧性、变形能力和抗渗性能没有根本性或显著改变，仍然可能在温湿度变化、温湿度梯度作用下产生裂缝。屋面的温湿度变化幅度非常大，防水混凝土或砂浆作为刚性屋面防水层的使用效果不佳，裂缝和渗漏水是常见病害。

本实用新型所使用的超高性能混凝土材料、铺设屋面防水层以及施工接缝方法，可以制作高变形能力的刚性整体性屋面防水层，既可以克服柔性防水层防水寿命短的缺点，也可以克服刚性防水层易开裂的缺点，是可靠、永久的屋面防水解决方案。

超高性能混凝土（Ultra-High Performance Concrete，简称UHPC），因为一般需掺入钢纤维，也被称作超高性能纤维增强混凝土（Ultra-High Performance FibreReinforced Concrete，简称UHPFRC）。UHPC属于现代先进材料，创新了水泥基材料（混凝土或砂浆）与钢纤维、钢材（钢筋或高强预应力钢筋）的复合模式，大幅度提高了钢纤维和钢筋在混凝土中的强度利用效率，使水泥基材料的全面性能发生了跨越式进步——具备了超高强、高韧性和超高耐久性。

UHPC的“超高力学性能”主要体现在超高抗拉强度（单轴抗拉和弯曲抗拉强度）和高韧性，这依靠加入短钢纤维来实现。抗拉强度可高达30MPa，断裂能达到1,500~40,000 N/m（钢纤维体积含量2%~12%），使UHPC跨入韧性、高韧性材料的行列（断裂能超过1,000J/m²划分为韧性材料）。在变形能力方面，UHPC可以在相对低的钢纤维含量水平实现拉伸的表观“应变硬化”行为，即单轴受拉经历弹性阶段（达到弹性抗拉强度），出现多微裂缝，纤维抗拉作用启动；随后拉应力上升，进入非弹性的应变硬化阶段（类似钢材的“屈服”）；达到开裂后最大拉应力（抗拉强度），出现个别裂缝在局部扩展，之后拉应力下降，进入软化阶段。钢纤维强度得到有效利用，UHPC从而获得很高的抗裂和抗冲击能力。

UHPC最具吸引力的另一个性能是潜在的超高耐久性。从理论上和根据至今的试验研究结果，基本上可以确定：UHPC没有冻融循环、碱－骨料反应（AAR）和延迟钙矾石生成（DEF）破坏的问题；在无裂缝状态，UHPC的抗碳化、抗氯离子侵入、抗硫酸盐侵蚀、抗化学腐蚀、耐磨等耐久性能指标，与传统高强高性能混凝土（HSC/HPC）相比，有数量级或倍数的提高。UHPC具有非常好的微裂缝自愈能力。由于水胶比非常低，UHPC拌和水量仅能供部分水泥水化，绝大多数水泥颗粒的内部处于没有水化状态。因此，水或水汽进入UHPC的裂缝，暴露在裂缝表面的水泥颗粒未水化部分就会“继续”水化；结合了外界水分的水化产物体积大于水泥孰料体积，多出来的体积能够填堵裂缝。试验和工程验证表明，UHPC的裂缝自愈不仅能够封闭微裂缝降低渗透性和保持良好耐久性，同时还起“胶结”裂缝作用，在一定程度上恢复混凝土因裂缝降低的力学性能。

本实用新型制备的超高性能混凝土（UHPC）具备高变形与高抗裂能力、高抗拉强度、高韧性、高抗冲击性能、高抗渗性、高耐久性和裂缝自愈性能；与混凝土、与钢材的界面粘结强度也非常高，是理想的屋面防水材料，用其铺设制作的屋面防水层，工作寿命可达百年以上，是永久性屋面防水层。

现有技术的屋面防水层以柔性材料为主，即使用防水卷材或涂料铺设防水层；刚性屋面防水层因为防水可靠性差，往往只是柔性防水层的辅助措施。针对屋面柔性防水寿命周期短、刚性防水易开裂失效的问题，人们一直在研究和发展新材料或新技术，用来制作性能更好的屋面防水层或防水体系，包括下列材料和技术：

CN95102131.1（玻璃纤维增强膨胀水泥屋面防水技术）：该发明方法是用玻璃纤维、膨胀水泥与塑料薄膜相复合和制作屋面防水层。该防水层制作方法为：用玻璃纤维网格布作增强材料，每铺一层网格布，喷一次膨胀水泥砂浆，根据需要决定铺网格布层数和喷砂浆次数。

CN200910087175.X（一种无收缩水泥基屋面材料）：该发明屋面材料为纤维增强的无收缩砂浆。采用水泥、活性和惰性矿物掺和料、石膏、膨胀剂、玻璃纤维和有机合成纤维、化学外加剂和砂等，按照一定的比例混合而成。在施工现场加入适量水，搅拌均匀，用手工摊铺或喷射方式进行施工，防水层厚度35～50mm，分仓面积50～300m²。

CN201210434271.9（一种屋面防水层的抗裂保护砂浆）:该发明为一种抗裂砂浆，由水泥、粉煤灰、硅灰、砂、减水剂、水和1.5%体积含量的PVA纤维组成，用于在防水卷材上铺设10mm厚的保护层。

CN201310237703.1（一种屋面防水层浇注用高抗渗抗裂保护层及其制作工艺）：该发明是一种抗裂砂浆，由水泥、矿物掺和料（粉煤灰和硅粉）、细骨料（砂）、减缩剂、减水剂、水和混杂聚丙烯纤维（混杂两种长度纤维）组成，用于与防水涂料共同构成屋面防水体系。

上述发明中，均考虑和利用了纤维提高混凝土或砂浆的抗裂能力，使用的纤维包括玻璃纤维、PVA（聚乙烯醇纤维）和聚丙烯纤维。其中，CN95102131.1（玻璃纤维增强膨胀水泥屋面防水技术）和CN200910087175.X（一种无收缩水泥基屋面材料）是用所发明材料铺设刚性屋面防水层。CN201210434271.9（一种屋面防水层的抗裂保护砂浆）和CN201310237703.1（一种屋面防水层浇注用高抗渗抗裂保护层及其制作工艺）是用所发明材料作为防水层的保护层，同时辅助防水。这些发明材料和技术方案的目标与本发明相同，即提高屋面防水层的使用寿命和可靠性，但与本发明材料的性能和铺设施工技术方案均不相同，因此在屋面防水层施工难易程度、实现的防水可靠性、防水层的耐久性或使用寿命等方面有较大差异。例如，CN95102131.1发明中，防水层施工要分层铺设纤维网格布和喷射膨胀水泥砂浆，施工较复杂。CN200910087175.X着重于材料，其砂浆的强度较低，使用的纤维也不同，是耐碱玻纤或高分子材质增强纤维。CN201210434271.9和CN201310237703.1发明是针对防水卷材或涂层保护，不是独立的防水层。这些发明与本发明的关键性差异在于：这些抗裂抗渗砂浆或混凝土所达到的性能，在变形与抗裂能力、抗拉强度、抗渗性和耐久性等方面远远低于本发明的UHPC。

发明内容

本实用新型用超高性能混凝土材料铺设屋面防水层，以及施工缝接缝方法，可以制作高变形能力的刚性整体性屋面防水层，既可以克服柔性防水层防水寿命短的缺点，也可以克服刚性防水层易开裂的缺点，是可靠、永久的屋面防水解决方案。

本实用新型技术方案为：一种建筑屋面永久防水层，防水层包括一次或多次浇筑铺设整体性屋面的超高性能混凝土防水层，多次浇筑铺设之间设置台阶式施工缝连接，施工缝设穿过钢丝或钢筋网。

屋面基本构造由下而上为屋面结构层、找坡层、保温层、超高性能混凝土防水层；超高性能混凝土防水层位于找坡层或保温层上面，其它构造的屋面，铺设整体性超高性能混凝土防水层可替代其它材质的防水层；在超高性能混凝土防水层顶面可铺设其它功能层或材料。

普通非结构屋面或种植屋面采用钢丝直径2~3mm的钢丝网，结构屋面采用钢筋直径4~8mm的钢筋网。

施工完成后的超高性能混凝土防水层厚度为15~50mm。

一种建筑屋面永久防水层，防水层包括一次或多次浇筑铺设整体性屋面超高性能混凝土防水层，并依靠台阶式和增强的施工缝接缝方法保证多次浇筑防水层的整体性；该防水层耐久长效，工作寿命与建筑物相同；防水层本体和施工接缝有可靠的抗裂、抗渗、防水和保温层保护功能，同时还具有防根刺、承载或加固屋面结构等功能，能够在许多场合简化屋面构造。

防水层使用的超高性能混凝土体积组份如下：1份硅酸盐水泥、0.1~0.3份硅灰、0.1~0.3份矿物掺和料、 1.0~1.5份级配砂、0.003~0.02份减缩剂、0.002~0.01份内养护剂、0.01~0.1份减水剂、1.5%~5%钢纤维。

将水泥、硅灰、矿物掺和料、砂、减缩剂、内养护剂和减水剂按比例投入混合机中，混合均匀制得干拌料。在施工现场按水/胶比1：0.13~0.22加水混合搅拌成拌合物，胶为水泥、硅灰和矿物掺和料总计，在拌合物变成粘聚态后加入体积比1.5%~5%钢纤维，搅拌均匀后出机浇筑和铺设。

屋面基本构造由下而上为屋面结构层、找坡层、保温层、超高性能混凝土防水层。超高性能混凝土防水层一般位于找坡层或保温层上面，为其下面提供防水和保温层保护，同时作为屋面荷载如种植、蓄水、停车等的承载层。其它构造的屋面，铺设整体性超高性能混凝土防水层可替代其它材质的防水层。在超高性能混凝土防水层顶面可铺设其它功能层或材料。

多次施工时，先浇区段与后浇区段之间采用台阶式施工缝，形成接缝台阶交界面，并布上钢丝网或钢筋网增强接缝。普通非结构屋面或种植屋面采用钢丝直径2~3mm的钢丝网，结构屋面采用钢筋直径4~8mm的钢筋网。

施工完成后的超高性能混凝土防水层厚度为15~50mm。

防水层所使用超高性能混凝土的硬化性能（标准养护28天）要达到：抗压强度大于或等于120MPa，弹性抗拉强度大于或等于6MPa，抗拉强度大于或等于7MPa，极限拉应变大于或等于1.0 ‰。

本实用新型的优点：制备并很好利用了UHPC优异的物理力学性能，包括高粘结强度、高变形与高抗裂能力、高韧性、高抗拉强度，以及高抗渗性能、高抗化学腐蚀性能和高抗冻融性能——超高耐久性，所获得的防水层本体和接缝有可靠的抗裂、抗渗、防水和保温层保护功能，同时还具备防根刺、承载或加固屋面结构等功能，在许多场合能够简化屋面构造和降低体系的造价。该防水层耐久长效，工作寿命与建筑物相同。本实用新型一次或多次浇筑施工铺设整体性屋面防水层，施工工艺相对简单，适用于新建筑屋面防水和旧建筑屋面防水维修，尤其适合用于种植、蓄水、停车等有较高荷载平屋面。

1、本实用新型UHPC具备优异的硬化物理力学性能，其中：抗压强度大于或等于120MPa，弹性抗拉强度（初裂拉应力）大于或等于6MPa，抗拉强度（极限拉应力）大于或等于7MPa，极限拉应变大于或等于1.0 ‰。即：具备超高抗压和抗拉强度、高变形能力，同步具备高抗裂能力、高韧性、高抗冲击性能、高抗渗性、高耐久性和裂缝自愈性能。与混凝土、与钢材的界面粘结强度也非常高（与混凝土之间界面粘结强度在3MPa左右），完全满足铺设防水层需要。

2、UHPC同样会产生自收缩和干燥收缩，与普通混凝土或砂浆不同的是，UHPC的自收缩占总收缩的比例较大，干燥收缩（养护后在干燥环境失水产生的收缩）则很小。本实用新型UHPC使用减缩剂和内养护剂，大幅度降低UHPC的自收缩，所制备的是低收缩UHPC材料，体积稳定性好。

3、本实用新型制备的UHPC具备可调工作性，既可以自密实浇筑铺设，也可以调节到需要稠度适应有坡度防水层铺设，人工和小型机械摊铺、抹面均可，施工方便、快速。屋面基本构造由下而上为屋面结构层、找坡层、保温层4、超高性能混凝土防水层。UHPC防水层一般位于找坡层或保温层上面，为其下面提供防水和保温层保护，同时作为屋面荷载如种植、蓄水、停车等的承载层。其它构造的屋面，铺设整体性超高性能混凝土防水层可替代其它材质的防水层；在超高性能混凝土防水层顶面可铺设其它功能层或材料。

4、较小面积屋面的UHPC防水层，可一次铺设完成；大面积屋面UHPC防水层可分为区块，多次铺设完成，施工组织灵活。

5、多次铺设UHPC防水层，前后铺设区块之间的施工缝，采用本实用新型台阶式粘结接缝方法（图6）处理施工缝，即：先浇区段与后区浇区段之间采用台阶式施工缝，形成接缝台阶交界面，并布上钢丝网或钢筋网增强接缝。普通非结构屋面或种植屋面采用钢丝直径2~3mm的钢丝网增强接缝，结构屋面采用钢筋直径6~8mm的钢筋网增强接缝。这样，可保证UHPC防水层的整体性和施工缝的抗裂抗渗性能。

6、铺设完成的UHPC防水层，马上喷洒养护剂或覆盖薄膜进行养护，养护操作容易。

7、本实用新型高变形能力的刚性、整体性UHPC防水层，本身强度和弹性模量高于普通混凝土，能够提高屋面强度和刚度，具备与UHPC层厚度相对应的承载能力。UHPC防水层厚度在15～50mm，可根据屋面设计荷载确定厚度，适应的场合广泛。例如，作为种植屋面防水层时，具有很强的耐根穿刺能力；适当配筋，可用于停车屋面的防水与结构增强；还适合用于储水、安装光伏板等有荷载屋面的防水。

8、本实用新型的一个屋面UHPC防水层具备多方面功能，即防水、保护保温层、防根刺、承载或加固屋面结构等，能够在许多场合简化屋面构造和降低体系的造价。

附图说明

图1为本实用新型无保温层的上人屋面；

图2为本实用新型有保温层的上人屋面；

图3为本实用新型有保温层的种植屋面；

图4为本实用新型无保温层的厚种植层屋面；

图5为本实用新型无保温层的小型车停车屋面；

图6为本实用新型的台阶式施工缝做法。先浇区段施工缝按图白色部分施工，形成接缝台阶，台阶宽度为厚度的二倍（2h）；在厚度一半（h/2）处预埋钢丝网或钢筋网并伸出施工缝台阶二倍厚度（2h）；后续施工的后浇区段按图阴影部分施工。

图中1-屋面结构层；2-找坡层；3-超高性能混凝土防水层；4-保温层；5-排蓄水层；6-过滤层；7-种植土层；8-植被层；9-厚种植土层；10-先浇区段；11-后浇区段；12-钢丝网；13-台阶交界面；14-增强钢筋。

具体实施方式

建筑屋面UHPC防水层的制作可分为UHPC干拌料制备、现场拌制UHPC拌合物、浇筑铺设施工、设置施工缝、养护5个工作步骤：

1、在工厂里制备UHPC干拌料：硅酸盐水泥1份，硅灰0.1~0.3份，矿物掺和料0.1~0.3份，级配砂1.0~1.5份，减缩剂0.003~0.02份，内养护剂0.002~0.01份，减水剂0.01~0.1份，按比例投入混合机中混合均匀，包装待用。

2、现场拌制UHPC拌合物：将UHPC干拌料运至现场。先将UHPC干拌料投入搅拌机，按水/胶（水泥、硅灰和矿物掺和料总计）比1：0.13~0.22加水混合搅拌，在拌合物变成粘聚态后加入体积比1.5%~5%钢纤维，搅拌均匀后出机浇筑。

3、人工或小型机械浇筑、摊铺和抹面UHPC防水层，厚度15~50mm。UHPC防水层一般位于找坡层或保温层上面，为其下面提供防水和保温层保护，同时作为屋面荷载如种植、蓄水、停车等的承载层。典型屋面构造如下(屋面板若结构已找坡，则可取消找坡层)：

图1所示无保温层的上人屋面，由下而上构成为：屋面结构层1、找坡层2和UHPC防水层3。UHPC防水层厚度15～30mm。

图2所示有保温层的上人屋面，由下而上构成为：屋面结构层1、找坡层2、保温层4和UHPC防水层3。UHPC防水层厚度15～30mm。

图3所示有保温层的种植屋面，由下而上构成为：屋面结构层1、找坡层2、保温层4、UHPC防水层3、排蓄水层5、过滤层6、种植土层7和植被层8。UHPC防水层厚度20～30mm。

图4所示无保温层的厚种植层屋面，由下而上构成为：屋面结构层1、找坡层2、UHPC防水层3、排蓄水层5、过滤层6、厚种植土层9和植被层8，厚种植土层9不小于100mm厚度，表面嵌入70mm厚塑料种草箅子。UHPC防水层厚度20～40mm，可在UHPC防水层中设置直径4～6mm钢筋网，提高屋面强度和刚度。

图5所示无保温层的小型车停车屋面，由下而上构成为：屋面结构层1、找坡层2、UHPC防水层3。UHPC防水层厚度20～50mm，可在UHPC防水层中设置直径4～10mm的增强钢筋网14，提高屋面强度和刚度。

4、分区段进行多次施工需要设置施工缝，如图6所示。方法为：在先浇区段10边缘设置台阶式粘结接缝，形成接缝台阶交界面13，台阶宽度为厚度的二倍（2h）；在厚度一半（h/2）处预埋Φ 2～3mm的钢丝网12，或Φ 4～8mm的钢筋网，并伸出施工缝台阶二倍厚度（2h）；进行后续后浇区段11铺设施工。

5、UHPC防水层抹面完成后，马上喷养护剂或覆盖薄膜进行养护。通常气温下（不低于摄氏15℃）养护一天后，UHPC层上可上人和进行后续构造层施工。

Claims (4)

1.一种建筑屋面永久防水层，其特征在于：防水层包括一次或多次浇筑铺设整体性屋面的超高性能混凝土防水层（3），多次浇筑铺设之间设置台阶式施工缝连接，施工缝设穿过钢丝或钢筋网。

2.根据权利要求1所述的一种建筑屋面永久防水层，其特征在于:屋面基本构造由下而上为屋面结构层（1）、找坡层（2）、保温层（4）、超高性能混凝土防水层（3）；超高性能混凝土防水层位于找坡层或保温层上面，其它构造的屋面，铺设整体性超高性能混凝土防水层可替代其它材质的防水层；在超高性能混凝土防水层顶面可铺设其它功能层或材料。

3.根据权利要求1所述一种建筑屋面永久防水层，其特征在于：普通非结构屋面或种植屋面采用钢丝直径2~3mm的钢丝网，结构屋面采用钢筋直径4~8mm的钢筋网。

4.根据权利要求1所述的一种建筑屋面永久防水层，其特征在于：施工完成后的超高性能混凝土防水层（3）厚度为15~50mm。