[提要]本文通過對目前常見的屋面工程外防水作法的認識和探討，提出了結構自防水是屋面防水設防的關鍵因素，并給出屋面結構防水的若干原理和相關要素，以及在實際工程中應用的例子。
[關鍵詞]屋面外防水 結構自防水 原理 運用
1 屋面防水體系的歷史與現狀
住宅是人居住的場所，它除了具有能夠供人居住的功能外，還有防風、防曬、保溫、防雨、抗滲等最原始，最基本的功能，并且隨著人類文明進步和科學的進程人們對居住的房子——生存及工作場所的建筑基本功能也提出了越來越高的要求，其中抗滲防水功能是人們一直在努力苛求的功能之一。其中砼結構防水從最初的簡單的結構自防水逐步過渡到以砼結構外防水材料設防的變化，九十年代以前的傳統的砼結構外防水作法是以我國傳統的石油瀝青紙胎油氈為主的屋面防水設防，九十年代后出現高聚物改性瀝青防水材料和合成高分子防水材料，近年來更是開發出了各種品種繁多的其他高科技術防水材料。并且在使用過程中視屋面的防水重要性出現了復合防水設防體系的作法，如防水涂料與胎布、防水涂料與卷材以與剛性防水屋及壓型鋼板等復合防水作法，使屋面防水作法不斷更新和提高。由于過份重視屋面結構外防水，目前衡量屋面防水等級主要依據外防水的耐用年限，以此劃分屋面防水等級，這種劃分不涉及屋面結構自防水本身，因此容易使人產生結構自防水并沒有具體的強制性規定的錯覺。而實際上結構自防水是最關鍵的一道防水線，設計與施工方面應就工程結構及施工的具體情況進行深入的設計與施工考量，才能有針對性地處理好砼結構自防水問題，只有將結構自防水的放在第一要素的位置，整個屋面防水體系才能作到剛柔并濟，多道設防，防排結合，綜合治理的效果，達到設計和使用的初衷。
2 屋面防水等級的劃分及實踐情況
目前新頒布的《屋面工程技術規范GB50345-2004》根據建筑物的性質，重要程度，使用功能的要求以及防水層耐用年限將屋面防水劃分為四個等級。對于一般的工業與民用建筑，屋面防水等級為Ⅲ級，防水層的耐用年限為10年，以此作為屋面防水設計、施工和使用要求的標準。姑且卷材防水層能保證10年內不發生屋面滲漏現象，而10年后屋面的防水就只能靠結構自身了，而一幢建筑的使用壽命均在50年以上，這就顯示出結構自防水作為屋面防水體系中的第一要素的地位了。
從福州市使用情況看， 有相當多的屋面防水層未到設防年限就已發生了滲漏現象，主要表現為兩種情況：其一為防水層空鼓、脫層、破損，只要防水層發生局部破損，就可以發生全面滲入現象，這在那些柔性防水層采用空鋪、點鋪的施工方法中也很常見，此時的柔性防水體系尤如“萬里長城”一樣，只要一點被突破，就全線失效了，如果屋面砼結構已發生裂縫現象，則滲漏視砼結構的裂縫開展情況不可避免地產生了；其二是在大部分防水層與結構層粘結良好，容易發生因砼屋面結構層動態的伸縮和彈（塑）性的開裂造成柔性防水層破損現象，這就是“零變位現象”，使得防水層發生瞬間的開裂現象，尤其在柔性防水層與屋面結構層緊密結合的情況下。當反復進行這種變化時，防水層就容易出現破損，其主要的預防措施 也是在提高結構自防水性能、減少引發結構出現裂縫現象的諸因素的作用。
由于砼結構是彈塑性體，在溫差的作用下必然會發生自然的伸縮作用，但是我們必須限制結構體產生集中的過大的拉伸作用的出現，即過大的裂縫現象，這就必須在提高設計和施工水平時，另外尋找更好的辦法克服屋面結構的先天性的自身的薄弱環節，提高結構自防水功能。
3 屋面結構自防水的原理分析與控制措施
從歷年的工程實踐看，影響結構自防水主要的因素有結構體的密實性和結構的裂縫，近年來工程實踐表明屋面砼結構的裂縫是影響到結構自防水的關鍵因素。這種裂縫是隨著外界環境的變化而變化，并且與結構本身的剛度與物理性能有關系，只要分析清楚結構裂縫發生的機制，有效地控制住微裂縫的發生，就能有效地保證了結構體的密實性，從根本上堵住了結構的滲漏通道。使砼結構產生裂縫的諸因素均能在屋面結構中出現，但有別于其他結構裂縫發生的情形，屋面裂縫有它自己持殊的作用條件和機理，主要表現在以下五個方面。
（1）屋蓋的剛度對抵抗溫度應變所產生的裂縫的作用
屋面結構直接承受著日曬雨淋，是天氣乍冷乍熱最直接的感受者，對溫度的變化十分敏感。其一，屋面砼結構層受烈日曝曬時，表面產生張力，并表現出了向日一面起拱現象，表面容易出現超出常態的裂縫，溫度越高，裂縫寬度越大：結構剛度越小，起拱越大，裂縫越寬。其二，當溫度過低時，結構體則出現收縮現象，通常裂縫容易沿著平行于屋面現澆板短方向開展，并且隨著溫度的變化而變化，此時如果結構體內配筋率不夠，斷面或剛度不足，就容易出現過寬的裂縫。當屋面結構由于自身剛度和抗力不足，在溫差反復無常的作用下其裂縫的寬度變化會越來越敏感，則造成的“零變位現象”就越顯著。為了有效地提高屋面的剛度，通過提高屋面板的厚度和配筋率的方式不經濟，實際運用中通常都將建筑找坡層與結構層一起整體澆搗，并且將鋼筋直接地提高到上層，從而能顯著地提高屋蓋的剛度，減輕了屋蓋的變形。并且降低了屋面的設計荷載。
（2）溫度收縮應力對砼屋面板裂縫開展的影響
由于屋面板有一面與外界環境接觸，通常砼樓板的比較薄，其體表比λ=S/V很大，因而在風力或溫差的作用下，其表面積因素遠比其體積因素對裂縫的產生影響大，也就是說砼板表面積在外界風力和溫差作用下對砼結構所產生的應變，遠比砼體積本身因水泥化合作用和溫差應力、自身的干縮應力的影響來的大。在砼硬化的早期，由于風力的作用，新澆砼板表面將迅速蒸發，因干縮而開裂，其在砼板表面的分布不規則，在砼硬化的后期，常出現為板大角方向的45°斜裂縫，少數表現為平行于板邊的跨中水平裂縫，呈中間大，兩端逐步縮小的橄欖狀。因此屋面砼板應盡量采用早期覆蓋養護的方式，避免早期受風導致的面層失水過速，控制砼板的干縮裂縫。后期則依靠屋面的保溫隔熱或防水層的屏蔽作用來減少外界環境對屋面的不良作用。
另一方面，砼肋梁對屋面板的約束程度可用公式Y= LS/ S,表示，LS為約束砼板的周邊肋梁的周長，S為砼板表面積，研究表明，Y值越大，砼樓板在溫度及收縮應力作用下越容易出現裂縫現象。
因此對于跨度和面積較大的砼屋面板，沒法在跨中設置暗梁以阻斷溫度和收縮應變在板中的傳遞，顯著降低約束系數Y，有效地阻止溫度和收縮應變裂縫的發生。
（3）風振頻率導致的共振現象所產生的屋面板裂縫
福州地處沿海地區，屬亞熱帶雨林氣候，風壓大、風振頻繁常年基本風壓可達0.7KN/m2以上，風壓隨著建筑的高度上升不變增大。根據對幾幢高層住宅樓盤調查發現，當層數超過9層高度超過25m時，風荷載對建筑樓板已產生了相當的危害，如不采取某些特殊的措施，極易引起砼板的裂縫現象，這里主要表現在風荷載的振動頻率對薄板產生的共振動影響，當風振能量較大時不可忽略，按日本的經驗，對于四邊簡支的砼板，在第一自振頻率f0小于15HZ（赫芝）的情況下，受風振動時容易出現振裂效應，要使f0值增大，需要增加板厚或小梁，f0值可按下列公式計算：f0=（1/LX2+1/Ly2）×1.35×105×δ，LX、Ly、δ分別為板的長短邊及板厚，當風振頻率接近砼樓板的自振頻率時，砼板就極易形成共振破壞，因此砼樓板在達到齡期后，應及時砌筑圍護結構，可以部分屏蔽風振的影響，使砼板成品得到及時的保護。
（4）砼結構自應力松馳產生的后期裂縫現象
眾所周知，砼結構自防水的設防年限與屋面砼結構的耐久性有直接的關系。由于屋面砼結構長期暴露在惡劣的環境中經受反復的溫差變化、日曬雨淋，因此易導致砼結構耐久性和受力性能下降，從而使其內部自應力產生松馳現象，致使結構出現裂縫，針對這種現象，除了在屋面結構中進一步采用高性能混凝土外，還可采用預加應力結構，可有效地防止砼結構內部自應力松馳的產生，若采用預應力鋼筋混凝土結構雖也能達到目的，但造價較高，且對提高砼的耐久性作用不大。而采用高性能膨脹混凝土對砼結構施加預加應力則是提高結構自防水功能極為有效的途徑。常見的高性能膨脹混凝土通常同時摻入外加劑有膨脹劑、減水劑和早強劑，他們對提高結構的密實性、預防裂縫以及增強砼施工質量從而提高自防水功能方面的功用各不相同。
膨脹劑的作用是使砼結構在有配筋和鄰位約束的情況下，可以抵消和補償因各種收縮和溫差作用造成的結構體酥松和裂縫現象，膨脹劑有效地利用了砼抗壓性能高的優點，彌補了砼抗拉性能低的弱點，在結構內產生0.2—0.7MPα左右的自應力，這一預壓力可大體補償砼硬化過程中產生的溫差和干縮的拉應力，同時提高砼密實性，有效地增強了結構的粘結性和密實性，有利于預防結構開裂。常見的膨脹劑有 UEA、AEA、CEA、HEA等，在實際工程使用過程中通常與減水劑或早強劑一起多摻使用，起到更好的抗滲防裂效果，近年來在超長屋面結構無縫施工中越來越得到業主設計方施工方的親睞。
（5）砼施工工藝問題導致的屋面板裂縫現象
由于屋面結構的特殊性，因此澆搗屋面砼的施工工藝自然與樓面板不同，但是大多數技術人員未能充分認識到這點。屋面板不同于樓面板之處在于：其一，屋面砼結構是密實性混凝土，施工結果必須使結構體保證一定的密實度，這就要講究澆筑工藝，在屋面砼澆筑過程中不認真振搗或過度振搗均容易導致屋面砼結構出現裂縫，前者導致密實度不足，易出現凝縮裂縫、沉縮裂縫。而后者易導致粗細骨料分離以及漿體離析上浮現象。對于這類問題需從施工工藝上加以進一步改進，近年比較成熟的施工工藝主要有：二次抹壓、二次振搗、二次輾壓、早期覆蓋養護及二次蓄水養護等工藝，可有效地避免砼施工缺陷的產生。
4 超長屋面結構自防水無縫施工技術
福州市鑫高新苑7#樓，東西向總長69m，按照設計和施工規范要求，建筑總長度超過50m就要設置變形縫及設置后澆帶，以滿足建筑溫差變化和自身收縮的需要。本工程屋面施工期適逢夏季高溫天氣，工程工期緊急，原先設計考慮設置變形縫和后澆帶，但這樣做前者將影響建筑外觀，增加造價，而后者將延長工期達1個月以上，其二隔熱層和防水層施工滯后將造成屋面結構長時期處于烈日的反復的曝曬之下，對結構體極為不利，因而取消設置變形縫和后澆帶，經過設計部門和甲、乙方研究決定屋面砼結構采用高性能混凝土施工，在砼配合比中分別內摻入，水泥量12％的UEA膨脹劑(由福州市科研所提供)，外摻0．25％的TW--1早強型減水劑(由省建科院提供)制成補償收縮抗滲防裂高性能混凝土，由于膨脹砼有效地抵消了砼體的早期自身收縮應變，從而貯存并提高了今后抵抗溫差應變的能力，經過計算，大抵可補償砼結構的自身收縮和溫度應力造成的應變及裂縫現象。在屋面結構平面的變斷處，也就是屋面應變和應力集中處，增設2道UEA加強帶(內摻20％UEA)，以代替原先的后澆帶。施工時加強帶與其他砼帶采取連續澆搗的辦法，不留施工縫。為了彌補取消變形縫可能造成的結構體在后期溫度應力作用下產生溫度裂縫，還在結構上采取了以下技術措施：在屋面梁板下部所有的隔墻位置處增設樓層所沒有的小梁，屋面板采用雙層連續分布的鋼筋，同時改建筑找坡為結構找坡，并將雙層鋼筋網的上層鋼筋提至砼表面，這樣就極大地提高了屋面結構的剛度和強度，進一步提高了結構體的抗應變能力，在施工方面，于砼澆搗4小時后及時采用二次抹壓和二次輾壓，并用濕草簾及時進行早期覆蓋養護，以避免盛夏時干燥的東南季風持續作用于屋蓋上造成的早期干縮和溫差裂縫，12小時后在屋面周圍砌磚將覆蓋養護轉為蓄水養護共14天。防水層采用高分子改性瀝青防水涂膜，上鋪擠塑型聚苯乙烯保溫隔熱板，外加40
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