SP工法在防水工程中的研究、设计及应用

一、前言

（一）研究背景

随着建筑防水工程技术的发展，越来越多的人们开始接受并使用新型的防水材料，而对于屋面、地下室等部位来说，防水设计和使用的决策者们往往碰到一个长久争论、至今悬而未决、面临两难选择的问题，就是到底是选用卷材好还是涂料好？特别是遇到多雨潮湿的南方，选用涂料派似乎占了上风。然而，防水涂料和卷材却是各有千秋。涂料的优点是粘结和防水二合为一，能适应各类复杂的施工基面，能与基面紧密结合，不会出现“一点漏全部漏”的局面，但是它的缺点也是很明显的，即厚薄不均、容易偷工减料，使质量难以保证，另外，它与基面粘结得太牢固反而会出现“零变位现象”（后面详述）——即基面的开裂把它拉裂。而选用的卷材如果是改性沥青类的，则其延伸率、抗拉强度等力学指标往往难尽如人意，并且容易老化、耐久性差；如果选用合成高分子卷材，则这类卷材的优点是抗拉强度高（大于7Mpa）、延伸率好（大于450%）、耐老化性能好、厚度一致，缺点是搭接口多，用普通丁基类粘胶剂只可以粘住卷材于基面上，但由于胶粘剂厚度不足和挥发性强、固含量低，造成卷材与基面、卷材与卷材之间只可以粘结却不可以密封；此外，丁基类胶粘剂长期泡水后粘结强度降低达30%以上，故无法保证防水效果。为此，人们开始考虑，合成高分子卷材的缺点，恰恰是合成高分子涂料的优点，反之亦然，那么能否把它们结合起来，使之优势互补呢？为了解决这个问题，本公司经过多年反复多次研究实践，研制了LB-SP工法来解决了这个问题。

（二）复合防水层概念的起源

事实上，“复合防水层”这个概念并非我公司首创，多年以前，国际上很多防水工程技术专家就已经意识到这个问题并开始研究、实践。他们认为，所谓的“复合防水层”概念应该是这样的：有二~三个不同功能层次组成一个整体的防水构造层，是基于所谓的“渐变缓冲理论”基础上的。下面以三层为例展开具体的阐述说明：第一层选择柔性高的耐高低温的高聚物，其性能特点是高柔软度、低变形强度、高延伸率，功能是缓冲基面变形及所造成的应力而产生开裂，避免应力作用下高分子材料的老化加速，对基层有大于自身抗拉变形力的粘结力；第二层选择具有一定韧性的网状结构的高聚物，其性能特点和功能作用是：缓冲第一层的变形，增强第一层的强度，力学性能特点是介于底层和上层之间；第三层的性能特点和功能作用是：高强度、耐老化、有一定的弹性、硬度大，起保护作用，并且该层必须是厚薄均匀的卷材。上述第一层如果选用延伸率小、粘结力大于300%定伸抗拉变形强度的材料，当基层产生开裂时，开裂应力将传不到开裂处的周边而集中在开裂部位，因此即使是很小的开裂也会造成防水底层的被拉断——这就是“零变位原理”。如果能将防水底层集中的开裂应力分散开去，就可以消除防水层受到破坏的因素，从而构成优良的防水层。再有，组成防水底层的材料厚度，应该在0.8~1.5mm，如果太薄则达不到抗裂作用，相反太厚也不见得能提高多少抗裂能力。

在通常情况下，专家们认为为了简化及经济原因起见，可以略去中间的第二层次，只保留底层和上层也可以达到上述渐变缓冲的目的，后来的许多研究实践也基本都是只有二层的。

真正的“复合防水层”应该符合下列条件：不同层次之间无界面、共同协调工作。不同层次的材料最好是同质、同材，至少是相融合，能够联合成为一个整体防水层，共同变形，在形式上不是1+1=2，而是1+1=1，但是在功能特点和技术指标上却要求1+1>2。这听起来好象很简单，但是事实上却是建筑防水界一个世界性的前沿技术难题。

（三）复合防水层的探索过程

几十年来屋面、地下室等防水工程屡屡出现问题，究其原因，关键在于材质、材性不过关，二是对基层的零变位适应性差。即使在伸长时防水层的材性对零变位过了关，但是如果把它暴露在自然环境下，材料在应力作用下也必定加速老化而产生针孔，最后也必然破裂、漏水。为攻克此难关，国内外一般采取下列办法：加辅助层、加附加空铺层、卷材点粘法、采用带孔卷材等手段，但是效果不佳，仍然未能克服漏水问题。

在二十世纪九十年代初，英国富斯乐公司开始研究并推出了二层复合的自粘型防水卷材，该种叠层材料的第一层是软性、塑性不硫化的、可以自粘的，第二层是强度大的保护层，很快就在国际上得到比较广泛的推广和应用，但是在实践中人们发现，由于现场的多变性，使自粘卷材与基层的粘合整体受到挑战，广州地铁一号线最先选用该产品，却由于它与基层粘合不佳的原因而被地铁弃用；在几乎是同时期，日本在国际著名的防水专家小池迪夫先生的带领下，也研究开发并应用了一种复合工法，即是用水泥基EVA乳液涂料（聚醋酸乙烯酯乳液水泥基涂料）+EVA卷材作为整体防水层（笔者在1997年有幸在日本参观了该防水层试验过程并和小池迪夫先生就此论题进行讨论和交换了双方意见）；此外，包括美国、德国等国家也纷纷推出了复合的叠层防水材料，由此可见复合的叠层防水材料是世界防水材料发展的方向，其主要功能是有效解决零变位、卷材防水有效性和涂料防水缺陷等问题。但是，目前世界上复合叠层防水材料基本上是采用改性沥青为基材，其耐老化性、耐久性不能满足现代建筑物的要求。

我公司也在几年前就开始了复合防水层的实践和研究。首先我们采用聚合物水泥基复合防水涂料（以下简称JS涂料）+合成高分子防水卷材（如三元乙丙、橡塑共混卷材等）的方式，结果发现由于JS涂料是一种水泥基类的涂料，它根本无法和任何合成高分子类的卷材再进行融合，最后还是变成两层防水层，达不到“复合防水层”的要求。接着我们采用聚氨酯防水涂料（以下简称PU涂料）+合成高分子防水卷材（同样是三元乙丙、橡塑共混卷材等）的方式，结果发现由于PU涂料是一种双组分的反应固化型涂料，其固化成膜时间非常短，根本来不及粘贴卷材，只好在PU涂料的面上再涂一层氯丁类粘结胶水来进行卷材的铺贴，可是由于该种胶水会使PU涂料溶化，使卷材起鼓、不粘贴，同样达不到“复合防水层”的要求，还是二层防水。此外，我们还准备研究采用丙烯酸酯涂料+同质卷材的方式，但是由于找不到该类卷材而搁浅。

最后，我们才在多次反复研究实验中发现了LB-SP工法。以下就做详细的阐述。

二、设计依据及方法

根据国家规范GB50207-94《屋面工程技术规范》，在进行屋面防水设防时，应考虑其防水层耐用年限。对于一般的工业与民用建筑物，即数量众多的普通民用住宅、办公大楼等，其防水层耐用年限最少为10年，其屋面防水设防要求为最少有一道防水设防或两种防水材料复合使用；另外根据新编国家规范GB50108-2001《地下工程防水技术规范》，在进行地下室主体防水设防时，明挖法的二、三级防水等级最少应有一道防水设防，暗挖法从一级起也要求最少有一道防水设防。

在这些情况下，若只选用一道卷材进行防水设防，可以采取满粘法、条粘法、点粘法、空铺法，换言之，其最保险的做法就是满粘法。目前对于卷材的冷粘贴工艺，人们一般采用氯丁类粘结剂，此类粘结剂属于挥发固化型涂料，所以一般涂得很薄以便它能尽快干固；此外，它长期泡在水里面时，其粘结强度的损失也较大，达到30%以上，很容易与基面脱开，令到“满粘”变成“空铺”，达不到密封效果，如果某一点出现渗漏，就会影响到全部，在修补时很难判断出真正的渗漏点。而另一种更多的选择是只选用一道涂料进行防水设防，合成高分子防水涂料的厚度一般不小于2mm，而高聚物改性沥青防水涂料的厚度则要求更厚（大于3mm）。单就防水涂料的冷涂工艺来说，它普遍存在厚度难以控制、抗拉强度不高（约1.8Mpa左右）、涂膜防水层的变形力太大、耐老化性能差等缺点，使它容易随着混凝土基层的开裂而开裂，最终达不到整体防水的效果。

现在我们把防水卷材和涂料结合在一起成为一个整体或者是“一道”防水层，那么就可以达到既经济、又符合防水效果的目的了。具体的设计方法及构造层次是：

1、混凝土基层；

2、水泥砂浆找平层；

3、LB-20SBS单组份橡胶防水涂料1~2厚；

4、复合粘贴氯化聚乙烯——橡胶共混卷材1.0~1.5厚；

5、其他相关层次。

在本LB-SP复合工法中，比较关键的一点在于使用的防水涂料不是一般的涂料，而是我公司研制的LB-20SBS单组分橡胶防水涂料（以下简称SBS涂料），它是三嵌段的热塑性弹性体SBS（苯乙烯-丁二烯-苯乙烯）、特种橡胶与活性助剂复合的一种单组分溶剂挥发型涂料，其涂膜有着与现在比较普遍使用的聚氨酯双组分防水涂料强三倍的力学性能：抗拉强度较高、延伸率高、高温稳定、低温柔软、粘结力强、防水性能优良；另外它还具有独特的自修复功能，在涂层被刺穿一段时间后会自我修复刺孔，这一特点是其他防水涂料所不可比的，这是因为它永远不会完全硫化，所以它永远有表面的粘结力。此外，该涂料最大的特性为300%定伸抗拉强度很低，只需要0.1Mpa，而断裂抗拉强度很高，达3.2Mpa。由于它所具有的惊人的高延伸率及高柔软性，所以用它来作为底层来适应基层变形即“零变位应力”是最好的选择，即它担当了前面所说的“缓冲层”，还有SBS涂料作为一种稠度较低的涂料，能充分有效地湿润基面、渗入基面的毛细孔，与基层达到紧密结合，这点比起自粘卷材更具优势；而选用的共混卷材则因为其耐老化性能优越、抗拉强度高而作为上层即前面所述的“保护层”。

在此还要特别说明的一点是关于复合材料的相容性问题，要做到前面所述的复合防水层“无界面、协同工作”，就要做到两者紧密粘结在一起，这也是本工法选材的前提。由于SBS涂料中的苯乙烯与共混卷材中的氯化聚乙烯的分子结构是同质的，且氯化聚乙烯有不饱和键，所以它们能很好地互相粘结，即它们的亲和性很好，加上上面所述SBS涂料有不硫化特性永远具有表面粘结力，从而能够和卷材紧密结合成为一个整体，符合前面所述的复合防水层的条件。相反，如果选用的卷材是其它品种，例如三元乙丙卷材，由于它是饱和键，所以和SBS涂料不能很好地相容。

LB-SP工法和其它复合防水层比较更能符合“复合防水层”的要求：自粘卷材和基层不能很好地粘结，而SBS涂料正好相反；JS、PU等涂料不能和卷材紧密结合，而本工法却能弥补这个缺陷。

三、施工要点

基面清理：清除浮尘等杂物，处理凹凸部位，使其坚实、平整、干净、干燥，要求含水率不大于8%；

节点处理：对地漏、管口、阴阳角位等节点先进行SBS涂料局部增强处理；

涂刷底涂：将LB-20SBS配套专用底涂料均匀涂刷于基面上，要求不露底，待底涂干透后（约6~8小时）方能涂主料层，底涂用量约5m2/kg；

涂料涂刷：该涂料为单组分，无须混合使用，应分四次以上进行涂刷，每次厚度为0.3~0.5mm，每层相隔时间为6小时，用量为每mm厚1.6~1.7kg/m2；

铺贴卷材：在涂完涂料并完全干固后，应进行防水卷材的弹线和试铺工作；在涂最后一层涂料后30分钟后1小时内，待溶剂挥发完感觉涂料在手指触摸时粘成胶糊状（但不粘起）即可进行卷材铺贴，具体时间需视气温、风力、湿度而定，其搭接长度、方法按照国家有关规范进行。

注：卷材搭接缝应用专用粘结剂或者双面粘胶带粘合，周边及封口处用2厚SBS单组分橡胶涂料封严，端部按设计要求钉压密封。正如前面所述，SBS涂料必须大于0.8mm厚，才能起到密封、抗裂作用。

其他层次施工：按照设计进行。

四、经济及社会效益分析

经济性：1.5厚的SBS涂料工程总造价为32元/m2，1.2厚的氯化聚乙烯——橡胶共混卷材工程总造价为38元/m2，复合总造价为70元/m2，基本上相当于目前高档的聚氯乙烯PVC卷材1.5厚的热焊法工程造价，但是前者充分发挥了防水涂料及卷材的优点，摈弃了两者的弱点，使SBS涂料层成为防水层、卷材与基面的粘结层、密封层，从而使该复合防水层成为了“一道”最有效果的防水层，是同等造价中的最优方案。

社会效益：SBS涂料是一种单组分挥发型涂料（不含煤焦油），它与合成高分子类卷材的复合使用具有上述众多优点，且价格合理、施工方便，对于满足一般的工业与民用建筑物的屋面及地下室防水二级设防要求来说是比较理想的，因而广受设计、业主、施工等建筑同行的赞赏和采纳，其推广应用前景广阔，可以进一步提高防水工程技术的应用水平。

五、工程应用实例

1、深圳市体育馆屋面维修防水工程，8000m2，施工时间2001年5-10月；

2、广州市番禺长隆夜间动物园长隆酒店屋面整体防水工程，17000m2，施工时间2001年7-11月；

3、广州市丽江花园住宅小区屋面维修防水工程，10000m2，施工时间2001年9月-2002年1月；

4、广州市中山图书馆屋面维修防水工程，4000m2，施工时间2001年10-12月；

5、广州市省口腔医院屋面维修防水工程，4000m2，施工时间2001年11月-2002年1月。

上述工程已经完工，防水效果良好。

六、结论

LB-SP工法施工方法容易，防水效果显著，工程造价合理，符合国家防水设防要求，值得推广。SBS涂料的优点是粘结力强、延伸率高（大于1500%）、回弹率高（大于95%）、干固后能长期保持粘结力和自修复能力、密封性能好、易施工（单组分），缺点是厚度难于控制、抗拉强度不及合成高分子卷材高（约3Mpa）、耐老化性能比卷材差；橡塑共混卷材的优点是抗拉强度高（大于7Mpa）、延伸率适中（大于450%）、耐老化性能好、厚度一致，缺点是搭接口多、用普通氯丁粘结剂没有密封性能及厚度不足致使泡水后粘结强度降低，无法保证防水效果。本工法充分发挥了两种不同防水材料的优点、摈弃了两者的弱点，从而使该复合防水层成为最有效的防水层，它是本公司在长期实践中研究总结而成，现已经在多个工程中应用，取得了良好的效果。