装配式建筑外墙板防水技术优化研究

赵继连

(中铁十八局集团北京工程有限公司,北京 100076 )

装配式建筑拼接缝的防水处理工艺复杂,施工要求高,后期补救难度大[1]。本文以北京门头沟区龙泉镇大峪化工厂棚改装配式建筑项目为例,在预制构件自防水结构优化的基础上,对预制梁下外墙板节点、外墙板竖向拼缝、水平拼缝进行优化,结合使用综合性能最好的改性硅烷聚氨酯密封胶(SPU),实验和实践证明达到较好防水效果。

1 外墙板防水应用案例及优化

1.1 工程概况

北京门头沟区龙泉镇大峪化工厂棚改项目地处门头沟区新城中部10号街区的东南区域,总建筑面积约236 900 m2,共有13栋棚改住宅楼,住宅楼最高层为18层,采用装配式构件的主要部位如下：预制PC外墙板、预制楼梯(梯段)、预制卫生间沉箱、叠合梁板和预制内墙板(新型轻质墙体材料)等。

1.2 技术重难点分析

本项目有一部分装配式预制外墙板由于受到层高限制,选择梁下外墙板施工方式。梁下外墙板施工难度颇大：外墙板企口处理防水的质量要求和精准度要求较严格;门窗、叠合梁、沉箱、现浇梁等与外墙板连接节点之间的缝隙较多,容易出现渗水。

2 装配式建筑外墙板防水技术

装配式建筑外墙板拼接缝防水原则是“导、堵、排、防”相结合,“导水、排水优先,堵水、防水配合”。现阶段,装配式建筑外墙板防水将结构防水、材料防水和构造防水进行有机结合。

2.1 材料防水

装配式建筑预制外墙板接缝首道防水屏障是密封胶,密封胶根据组成材料可以分为单组分和双组分两类。由于装配式建筑预制外墙板不可避免受到暴雨、地震、狂风等外界环境影响,构件接缝防水挑战更大,实践经验证明固化时间比较短的双组分密封胶更利于装配式建筑接缝防水。当下流行的建筑密封胶主要包括聚氨酯密封胶(PU)、硅酮密封胶(SR)以及改性硅烷聚氨酯密封胶(SPU)和改性硅烷聚醚密封胶(MS)[2]。

按照装配式建筑预制外墙板应用部位的具体特点,要求接缝位的密封建材务必具有耐污性、抗位移性、混凝土黏接性、可涂饰性、耐候性等性能,通过对密封胶性能进行综合对比,发现改性硅烷聚氨酯密封胶(SPU)在上述的耐污性等五点关键性能指标上,与其他传统建筑密封防水建材进行对比,优势更为明显,本文后面章节列举的案例,采用改性硅烷聚氨酯密封胶(SPU)作为预制装配式建筑外墙板接缝密封材料。

2.2 构造防水

2.2.1 水平拼接缝防水

为确保防水的密封性,提高防水性效果,打造切实有效的防水构造非常重要。装配式建筑外挂墙板水平拼接缝防水目前普遍采用封闭式防水(图1a)、开放式防水(图1b)和压缩式防水构造(图1c)这三种构造[3]。

图1 外挂墙板水平缝三种防水构造示意

图1(a)所示的封闭式防水构造是将密封胶作为首个防水屏障,密封胶与外界环境直接接触,防止水分渗到拼接缝中。图1(b)所示的开放式防水构造将挡水板当作首个防水屏障,这两种防水构造均配备空腔当作第二个防水屏障。图1(c)所示的压缩式防水构造把一侧墙板设计成“凸”字形,另一侧设计成“凹”字形,借助两侧墙板结合时产生的挤压力,确保密封胶能够将拼接缝彻底密封,从而实现防水密封的目的,压缩式防水构造施工最为便捷,但不容易维修。

2.2.2 竖向拼接缝防水构造

竖缝通常选取双直槽式形式,在室外的外墙板接缝处布置防水胶和背衬防水材料,另外,在同层2块装配式外墙板的连接部分设计为空腔构造形式,其构筑内外压差比较平均的空腔结构,确保竖缝构筑封闭区域的时候,流水不会由于压力差而出现渗透现象,竖缝防水构造如图2所示。

图2 外墙板竖缝防水构造示意

3 外墙板关键连接节点连接方式改进

由于框架柱、剪力墙是承担垂直承重的重要构件,一般装配式构件之间以及与承重结构构件之间选取现浇方式连接.另外结合浆锚搭接、焊接、机械连接、绑扎搭接,其目的是不仅避免出现大量缝隙,而且防止出现渗水以及隔音不佳的情况,可以确保结构的荷载承受力,防止构件安装出现误差,有效提升结构的整体性和稳定性。

本项目在进场前期,与设计等单位联合,使装配式结构具备与现浇结构相同的防水性、耐久性、稳定性和整体性,以加强接缝防止渗水为前提,积极对外墙板连接节点进行优化,对节点设计方案进行反复论证比选,最终得出最佳设计和施工方案。因本文的研究侧重点和篇幅所限,本章节阐述的主要内容是外墙板和现浇梁、叠合梁和沉箱等连接节点优化方案。

3.1 外墙板下部连接优化

外墙板下部连接优化采取两种方法：一种方法是外墙板下部与防水混凝土预制沉箱反坎进行连接,把2Φ16 mm套筒在外墙板底部提前预埋,防水混凝土预制沉箱反坎借助加长版“一”字形连接件[3],“一”字形连接件规格大小设计成5 mm×100 mm×300 mm,外墙板下部现浇的企口设置高低口,内外口高差是80 mm,节点处采用塑料垫板控制缝宽,缝内注浆,接缝外侧采用胶棒填堵,并用耐候胶封闭,图3所示。

图3 外墙板与沉箱反坎连接节点

另外一种方法是将2Φ16 mm套筒预埋在外墙板底部,采用图4(a)的“L”字形连接件与楼板有效连接,“L”字形连接件为角钢,规格大小设计成200 mm×10 mm×110 mm,现浇楼板通过自攻钉固定连接件进行连接[4]。

为确保装配式结构整体拼装美观性以及二次结构装修施工质量,把预制外墙板外侧“一”字形和内侧“L”字形连接部位施工工艺进行优化,安装部位配备20 mm凹槽,安装连接件以后,通过抹灰形式对连接件进行有效覆盖,如图4(b)所示。

图4 现浇梁和墙板关键连接节点示意

3.2 叠合梁和预制外墙板上部的连接优化

叠合梁和预制外墙板上部的连接由直径16 mm螺栓和“一”字形连接件共同完成。叠合梁套筒和外墙板通过插筋连接,并采用细石混凝土进行细致填塞[5],如图5所示。

图5 叠合梁与装配式预制外墙板连接节点示意

3.3 预制外墙板两边连接优化

预制外墙板两边连接如果与现浇窗台和现浇柱相连接,将4Φ12 mm套分别预埋在筒外墙板两侧,借助插筋和现浇结构连接,如图6所示。

图6 窗台、现浇柱与预制外墙板结合处优化示意

4 外墙板拼缝优化

4.1 水平拼接缝防水优化

水平缝设置材料防水和构造防水(企口)两道防水。材料防水采取发泡聚乙烯棒、改性硅烷聚氨酯密封胶(SPU)和防水橡胶条组合式防水的方式。构造防水主要是在外墙板的一侧设置企口,在接缝处设置常压阻水空腔。外墙板在进行吊装作业时,确保垂直性,另外水平摆动幅度不能超过20 mm,以免与相邻预制墙板的企口出现碰撞,对墙板构造防水措施造成破坏,如图7所示。

在做好水平缝材料防水和构造防水的前提下,将轻质防水片材挡板添加在外墙板侧边,如图7所示。抑或在水平缝外侧增加防水腰线,不仅美观,还发挥防水功能。无论是轻质挡板还是防水腰线都能对外墙板水平缝密封防水材料加强保护,避免密封防水材料与外界环境直接接触,规避外墙板材料防水密封胶快速发生老化,另外强化外墙板水平缝的防水功能。

图7 外墙板水平缝防水优化构造示意

4.2 竖向缝优化做法

传统竖缝防水构造如图2所示。本文提出“凹形空腔”的新型防水构造,即在外墙板竖向接缝增加一个凹形槽,详细构造如图8所示,其防水原理如图9所示。

图8 凹形空腔防水构造剖面

图9 凹形空腔防水原理

由图9所示的凹形空腔防水原理图可知,如果预制外墙板防水胶的防水作用没有良好发挥,渗水将通过通道①和②渗进外墙板的竖缝里。其中,通道①为渗水在自身重力作用下直接渗入竖向接缝,分析图3可知,常规的竖向接缝构造空腔进行缓冲、延长渗水通道的功能不强,不能有效防止渗水直接入侵,而“凹形空腔”的新型防水构造中的凹形槽结构如图9(a)凸出的梯形构造可以对渗水起到缓冲、延长渗水通道的作用,可以有效防止渗水直接进入室内。与图2传统结构对比,“凹形空腔”的新型防水构造极大降低渗水量。

由于外墙外侧经常接触雨水,外墙板竖向缝最外层采用耐污性、抗位移性、混凝土黏接性、可涂饰性较强的改性硅烷聚氨酯密封胶(SPU)作为材料防水。为有效防止雨水进入室内,把防水胶条作为外墙板竖向缝的第三道防水,如图8所示。构件加工生产时预留好凹槽,方便防水胶条安装。室内还应配置防火胶(耐火填充材料),防火胶要求具有较好的柔韧性、防火性能以及黏结力,防止出现裂缝容易漏水。

5 结语

精细化的施工管理和规范化的施工操作是解决装配式建筑防水的核心要点,本文结合北京门头沟区龙泉镇大峪化工厂棚改项目,在现有防水施工工艺的基础上提出科学合理的防水设计、系统性的防水方案。同时结合实践经验,对梁下外墙板防水技术以及拼接缝进行优化,将结构防水、材料防水和构造防水进行有机结合,通过现场淋水试验进行防水效果检验,结果没有出现渗水现象,证明本项目采用的装配式建筑拼接缝防水系统通过一系列优化后,提高密封防水性,保证房屋外墙板防水质量,有效消除渗水等隐患。