海南地区屋面及墙面防渗漏系统试验研究*

廖利 王云燕 徐小辉 徐楠楠 许睿 刘文中 张国华

0 引言

随着现代科技日新月异，建筑材料和建筑技术不断完善和优化，建筑各项性能指标得到极大提升，但建筑围护结构的防渗漏问题仍长期困扰着人们。围护结构将建筑物围合成整体，使其结构和内部功能空间可免遭外界风、太阳辐射、温度、雨水等自然因素的破坏和侵扰，建筑得以正常使用。建筑物围护结构防渗漏问题的解决除了凭借围护结构自带的防水性能，主要是依靠建筑工程技术和防水材料来实现。海南地区建筑围护结构的防渗漏系统一直面临台风、高温、高盐雾等恶劣自然环境的不断侵蚀，作为围护结构主要部分的屋面及墙面的渗漏问题长期困扰该地区，其后期维修费用一直居高不下，对社会生产、人民生活造成极大困扰。本文以海南文昌地区工业厂房类建筑为研究对象，对大型钢骨架轻型屋面板和轻型墙面板制作模型进行抗风揭和水密性试验研究，并对试验结果进行技术分析。

1 气候条件分析

文昌属海南省直辖县级市，位于海南省东北部，东、南、北三面临海，海岸线长289.82km，该地区属于热带海洋季风气候区，具有热带和亚热带气候特点，夏天酷暑、冬有阵寒，雨量充足。年平均温度23.9℃，历史极端最低温度4.7℃，最高温度39.1℃，年平均湿度为80%，最小湿度为34%；年平均降雨量为1886.20mm；风向春夏以东南风、秋冬以西北风为主，7—10月常受到强热带风暴和台风影响，风速可达60m/s。依据GB 50009-2012《建筑结构荷载规范》和JGJ 235-2011《建筑外墙防水工程技术规程》，该地区10年，50年，100年风压分别为0.45，0.75，0.90kN/m2，最低、最高基本气温分别为10，37℃，年降水量为1651.90mm，日最大降水量为327.90mm。从气候条件分析，该地区降雨量大，受台风影响，常年风大对于围护结构是较大的挑战。

依据GB 50009-2012《建筑结构荷载规范》,海南文昌地区海拔高度为14.1m，10年、50年、100年重现期风压值分别为0.45，0.75，0.90kN/m2；依据JGJ 235-2011《建筑外墙防水工程技术规程》，日最大降水量327.9mm。根据相关研究，对空气密度进行换算，海南文昌地区100年重现期风压相当于蒲福13级风，极限最大风速60m/s相当于蒲福17级风，60m/s风速的风压为2.25kPa。

2 试验设计

2.1 试验原理

考虑到海南文昌地区为台风高发地区，因此屋面和幕墙构件的水密性试验采用波动加压方式进行，其原理为将试件安装在试验架上，并在试件周围打密封胶与压力箱密封。利用加压装置使试件板面内外两侧形成压力差，模拟试件受到风荷载作用时的状态，在施压的同时向试件室外侧淋水，模拟试件受到风雨同时作用时阻止雨水向室内侧渗漏的能力，即水密性能检测。

海南文昌地区屋面和墙体水密性和抗风揭试验分别根据GB/T 51422-2021《建筑幕墙气密、水密、抗风压性能检测方法》和GB 50205-2020《钢结构工程施工质量验收标准》，采用4L/（m2·min）的淋水量，距离构件50cm进行喷淋，最大波动加压风力值为2.0～2.5kPa进行加压；试验极限条件相当于风速49.0～63.2m/s（约17级风）、雨量为4000mm/min（5760m/d）的状况下屋面构件的抗渗漏安全性，降雨量和风速均可体现文昌地区降雨量和风速。

2.2 试验装置

根据实验室情况及规范要求，本次试验选择在实验室标准试验台上进行，试验装置由测试平台、压力箱体、风压供给系统、喷淋系统及测试系统构成，风压和水压由中控室进行控制（见图1，2）。幕墙水密和气密性能试验装置与屋面水密和抗风揭试验装置不同的是幕墙试件在框架上竖直安装，淋水设备则是水平喷淋至幕墙上。

图1 屋面系统抗风揭试验装置

图2 幕墙水密及气密性能试验装置

2.3 试验步骤

抗风揭性能试验为破坏性试验，试验步骤为先进行水密性能试验，测得构件的水密性能后再进行抗风揭性能试验，具体如下。

1）试验准备 将试件钢骨架焊接在试验装置上并采用密封胶将试件与压力箱密封，形成气密空间。

2）水密性试验预备加压 首先施加3个压力脉冲，每个脉冲压力差绝对值为500Pa，每个脉冲作用时间持续10s，泄压后保持2min再施加下级压力。

3）淋水 调整淋水系统喷嘴角度，对整个试件均匀淋水，淋水量为4L/（m2·min），持续15min。

4）正式加压 在淋水的同时施加波动压力，波动压力稳定作用时间为30min或幕墙固定部位产生严重渗漏为止。试验过程中，通过安装在板底的摄像头观察记录箱体内试件渗漏状况和渗漏部位。

5）抗风揭试验准备 再次检查试件密封情况，漏气部位重新用密封胶嵌填密实，保证不漏气。

6）抗风揭加压 在正负压检测前分别施加3个压力脉冲。压力差绝对值为500Pa，加压速度为100Pa/s，持续时间为3s，待压力回零后开始进行检测。变形检测每级升、降压力不超过风荷载标准值的10%，每级压力作用时间≥10s。压力的升、降达到检测压力（风荷载标准值的40%）时停止检测，记录每级压力差作用下各个测点的面法线位移量、功能障碍或损坏的状况和部位。

2.4 试验构件设计

将海南文昌地区工业厂房常用的轻型混凝土板作为屋面结构。考虑到需要研究结构板拼缝对屋面防渗漏系统的影响，保障构件尺寸与3.0m×3.0m试验平台尺寸匹配，屋面采用105mm厚1.5m×3.0m钢骨架轻型混凝土板，设计DB240边肋，纵向留板拼缝，其屋面系统构件如图3所示。墙面为钢网架混凝土板幕墙构件，为研究拼缝性能，采用120mm厚1.5m×3.0m板材，QB120燕尾槽，构件由2块板拼接，外刷涂料，幕墙系统试件如图4所示。

图3a 平面

图3b1-1 剖面

图3c2-2 剖面

图3 屋面系统构件

图4a 平面

图4b1-1 剖面

图4c2-2 剖面

图4 幕墙系统试件

3 试件制作

3.1 屋面系统试件制作流程

如图5所示，焊接钢骨架（120mm×60mm×5mm）→将105mm厚钢骨架轻型混凝土板焊接于钢骨架上→以填缝剂处理屋面板缝隙→屋面板缝隙填塞挤塑聚苯板进行隔热处理→支模板→干铺30mm厚挤塑聚苯板→20mm厚1:2.5水泥砂浆找平→刷基层处理剂1道→1.5mm厚聚氨酯防水涂料施工→3mm厚自粘橡胶沥青聚乙烯防水卷材2道→保护层混凝土防裂钢筋网铺设→40mm厚混凝土保护层浇筑。

图5 屋面及墙面试件制作完成效果

3.2 墙面系统构件制作流程

焊接钢骨架（120mm×60mm×5mm）→将120mm厚钢网架发泡混凝土墙板构件焊接于钢骨架上→板缝处理→弹性涂料施工。

4 试验结果分析

4.1 屋面防渗漏系统

1）经检测，屋面系统的水密性结果为1500Pa（1125～1875Pa），破坏现象为在波动加压情况下，2000Pa（1500～2500Pa）时发生渗漏。以对应情况进行分析，该系统水密性能可满足规范关于文昌地区重现期为100年风压情况下不渗漏的要求，但不能满足极端最大风速60m/s作用下的抗渗漏要求。

2）经抗风揭试验，屋面系统构件抗风揭承载力为7.7kPa，其破坏形态为负风压接近8.4kPa时，构件防水涂料连带下方的水泥砂浆找平层与挤塑聚苯保温层分离，水泥砂浆找平层破碎。7.7kPa的抗风揭承载力是海南文昌极端风速60m/s对应风压值2.25kPa的3.42倍，该系统构件构造完全满足海南文昌地区极限状态风压的要求，且有较大的余量，该系统构件应用于海南文昌，抗风压安全。构件抗风揭的薄弱部位为干铺挤塑聚苯板与结构的连接处。

4.2 墙面防渗漏系统

1）该墙面系统构件水密性能试验结果证明，试件在最大加压2000Pa的情况下未发生渗漏，水密性能满足文昌地区极限风荷载下防渗漏要求，墙体水密性能分级可达到五级（最高级）要求。

2）经抗风揭试验，屋面系统构件在P3=±5000Pa下未发生损坏，可达到9级抗风压，最大风压值Pmax=±7500Pa。该抗风压值是文昌地区极限风压2.25kPa的3.33倍，承载力远大于极限状态下最大风压，可满足文昌地区气候条件要求且有较大的安全余量。

4.3 优化建议

1）根据GB 50010-2010《混凝土结构设计规范》，建议本构造保护层混凝土的强度等级由C15提高到C20，以满足规范要求，提高保护层抗裂性能。

2）建议防水层和40mm厚保护层间增加无纺布隔离层，以解决防水卷材和保护层变形模量不一致，由于温差等原因拉扯防水卷材导致防水失效等问题。

3）建议保温层厚度由30mm增加为40mm或50mm，一方面直接增加屋面保温性能，另一方面可采用2层保温板错缝铺贴，避免1层铺贴保温板间产生冷缝，同时保温板厚度增加10mm。