海南地區屋面及墻面防滲漏系統試驗研究*

廖利 王云燕 徐小輝 徐楠楠 許睿 劉文中 張國華

0 引言

隨著現代科技日新月異，建筑材料和建筑技術不斷完善和優化，建筑各項性能指標得到極大提升，但建筑圍護結構的防滲漏問題仍長期困擾著人們。圍護結構將建筑物圍合成整體，使其結構和內部功能空間可免遭外界風、太陽輻射、溫度、雨水等自然因素的破壞和侵擾，建筑得以正常使用。建筑物圍護結構防滲漏問題的解決除了憑借圍護結構自帶的防水性能，主要是依靠建筑工程技術和防水材料來實現。海南地區建筑圍護結構的防滲漏系統一直面臨臺風、高溫、高鹽霧等惡劣自然環境的不斷侵蝕，作為圍護結構主要部分的屋面及墻面的滲漏問題長期困擾該地區，其后期維修費用一直居高不下，對社會生產、人民生活造成極大困擾。本文以海南文昌地區工業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行抗風揭和水密性試驗研究，并對試驗結果進行技術分析。

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，該地區屬于熱帶海洋季風氣候區，具有熱帶和亞熱帶氣候特點，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；風向春夏以東南風、秋冬以西北風為主，7—10月常受到強熱帶風暴和臺風影響，風速可達60m/s。依據GB 50009-2012《建筑結構荷載規范》和JGJ 235-2011《建筑外墻防水工程技術規程》，該地區10年，50年，100年風壓分別為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，該地區降雨量大，受臺風影響，常年風大對于圍護結構是較大的挑戰。

依據GB 50009-2012《建筑結構荷載規范》,海南文昌地區海拔高度為14.1m，10年、50年、100年重現期風壓值分別為0.45，0.75，0.90kN/m2；依據JGJ 235-2011《建筑外墻防水工程技術規程》，日最大降水量327.9mm。根據相關研究，對空氣密度進行換算，海南文昌地區100年重現期風壓相當于蒲福13級風，極限最大風速60m/s相當于蒲福17級風，60m/s風速的風壓為2.25kPa。

2 試驗設計

2.1 試驗原理

考慮到海南文昌地區為臺風高發地區，因此屋面和幕墻構件的水密性試驗采用波動加壓方式進行，其原理為將試件安裝在試驗架上，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外兩側形成壓力差，模擬試件受到風荷載作用時的狀態，在施壓的同時向試件室外側淋水，模擬試件受到風雨同時作用時阻止雨水向室內側滲漏的能力，即水密性能檢測。

海南文昌地區屋面和墻體水密性和抗風揭試驗分別根據GB/T 51422-2021《建筑幕墻氣密、水密、抗風壓性能檢測方法》和GB 50205-2020《鋼結構工程施工質量驗收標準》，采用4L/（m2·min）的淋水量，距離構件50cm進行噴淋，最大波動加壓風力值為2.0～2.5kPa進行加壓；試驗極限條件相當于風速49.0～63.2m/s（約17級風）、雨量為4000mm/min（5760m/d）的狀況下屋面構件的抗滲漏安全性，降雨量和風速均可體現文昌地區降雨量和風速。

2.2 試驗裝置

根據實驗室情況及規范要求，本次試驗選擇在實驗室標準試驗臺上進行，試驗裝置由測試平臺、壓力箱體、風壓供給系統、噴淋系統及測試系統構成，風壓和水壓由中控室進行控制（見圖1，2）。幕墻水密和氣密性能試驗裝置與屋面水密和抗風揭試驗裝置不同的是幕墻試件在框架上豎直安裝，淋水設備則是水平噴淋至幕墻上。

圖1 屋面系統抗風揭試驗裝置

圖2 幕墻水密及氣密性能試驗裝置

2.3 試驗步驟

抗風揭性能試驗為破壞性試驗，試驗步驟為先進行水密性能試驗，測得構件的水密性能后再進行抗風揭性能試驗，具體如下。

1）試驗準備 將試件鋼骨架焊接在試驗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）水密性試驗預備加壓 首先施加3個壓力脈沖，每個脈沖壓力差絕對值為500Pa，每個脈沖作用時間持續10s，泄壓后保持2min再施加下級壓力。

3）淋水 調整淋水系統噴嘴角度，對整個試件均勻淋水，淋水量為4L/（m2·min），持續15min。

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

5）抗風揭試驗準備 再次檢查試件密封情況，漏氣部位重新用密封膠嵌填密實，保證不漏氣。

6）抗風揭加壓 在正負壓檢測前分別施加3個壓力脈沖。壓力差絕對值為500Pa，加壓速度為100Pa/s，持續時間為3s，待壓力回零后開始進行檢測。變形檢測每級升、降壓力不超過風荷載標準值的10%，每級壓力作用時間≥10s。壓力的升、降達到檢測壓力（風荷載標準值的40%）時停止檢測，記錄每級壓力差作用下各個測點的面法線位移量、功能障礙或損壞的狀況和部位。

2.4 試驗構件設計

將海南文昌地區工業廠房常用的輕型混凝土板作為屋面結構。考慮到需要研究結構板拼縫對屋面防滲漏系統的影響，保障構件尺寸與3.0m×3.0m試驗平臺尺寸匹配，屋面采用105mm厚1.5m×3.0m鋼骨架輕型混凝土板，設計DB240邊肋，縱向留板拼縫，其屋面系統構件如圖3所示。墻面為鋼網架混凝土板幕墻構件，為研究拼縫性能，采用120mm厚1.5m×3.0m板材，QB120燕尾槽，構件由2塊板拼接，外刷涂料，幕墻系統試件如圖4所示。

圖3a 平面

圖3b1-1 剖面

圖3c2-2 剖面

圖3 屋面系統構件

圖4a 平面

圖4b1-1 剖面

圖4c2-2 剖面

圖4 幕墻系統試件

3 試件制作

3.1 屋面系統試件制作流程

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→保護層混凝土防裂鋼筋網鋪設→40mm厚混凝土保護層澆筑。

圖5 屋面及墻面試件制作完成效果

3.2 墻面系統構件制作流程

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

4 試驗結果分析

4.1 屋面防滲漏系統

1）經檢測，屋面系統的水密性結果為1500Pa（1125～1875Pa），破壞現象為在波動加壓情況下，2000Pa（1500～2500Pa）時發生滲漏。以對應情況進行分析，該系統水密性能可滿足規范關于文昌地區重現期為100年風壓情況下不滲漏的要求，但不能滿足極端最大風速60m/s作用下的抗滲漏要求。

2）經抗風揭試驗，屋面系統構件抗風揭承載力為7.7kPa，其破壞形態為負風壓接近8.4kPa時，構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的抗風揭承載力是海南文昌極端風速60m/s對應風壓值2.25kPa的3.42倍，該系統構件構造完全滿足海南文昌地區極限狀態風壓的要求，且有較大的余量，該系統構件應用于海南文昌，抗風壓安全。構件抗風揭的薄弱部位為干鋪擠塑聚苯板與結構的連接處。

4.2 墻面防滲漏系統

1）該墻面系統構件水密性能試驗結果證明，試件在最大加壓2000Pa的情況下未發生滲漏，水密性能滿足文昌地區極限風荷載下防滲漏要求，墻體水密性能分級可達到五級（最高級）要求。

2）經抗風揭試驗，屋面系統構件在P3=±5000Pa下未發生損壞，可達到9級抗風壓，最大風壓值Pmax=±7500Pa。該抗風壓值是文昌地區極限風壓2.25kPa的3.33倍，承載力遠大于極限狀態下最大風壓，可滿足文昌地區氣候條件要求且有較大的安全余量。

4.3 優化建議

1）根據GB 50010-2010《混凝土結構設計規范》，建議本構造保護層混凝土的強度等級由C15提高到C20，以滿足規范要求，提高保護層抗裂性能。

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

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層保溫板錯縫鋪貼，避免1層鋪貼保溫板間產生冷縫，同時保溫板厚度增加10mm。