生态屋面系统半刚性防水层料耐久性研究

生态屋面系统半刚性防水层料耐久性研究

李伟杰

◎李伟杰（安康学院，陕西安康725000）

中图分类号：TU528TU576文献标识码：A文章编号：1673-0992（2011）03-012-02

摘要：生态屋面系统是建设生态园林城市的重要内容之一，半刚性防水层是适合于生态屋面系统的新型防水层。本文结合生态屋面系统的特殊功能，针对半刚性的混凝土的耐久性，从各组成材料的品质、混凝土的配合比等内因方面；环境、温度还有生态屋面的对外功能等外因方面及消石灰对粘结性提高的作用等方面进行了分析。

关键字：半刚性；混凝土；耐久性；内因；外因

生态屋面系统是覆盖在建筑物上顶面的生态系统，该系统将防水、隔热、保温、吸废、排氧与美化环境等建筑、环保功能有机地集合起来，可以广泛地应用于新、旧工业与民用建筑，完全可以替代或补充传统屋面的单一结构和功能，对于推行节能建筑、绿色建筑、建设“生态园林城市”的发展要求具有深远的战略意义，具有广阔的推广前景。

长期以来，屋顶防水处理一直是现代建筑的难题，根据调查显示，一些较好的防水材料，仅仅可以保持10~15年的使用寿命。而屋顶花园的建设，在保证房屋建筑的使用功能的同时还要在屋面上进行植物的培育生长。屋顶生态系统的一个重要的方面就是屋面防水层材料的选择，其选择防水材料适合选择高温不流淌、低温不碎裂、不宜老化、防水效果好的材料。传统防水材料的是以刚性的混凝土和砂浆、柔性的沥青卷材、以及高分子改性沥青卷材等。然而，刚性的防水材料静观密度大、抗拉强度低、极限拉应力小，易受混凝土或砂浆的干湿变形、温度变形、和结构变形的影响而产生裂缝，刚性防水层亦易受结构层的变形而开裂。柔性防水材料热稳定性不好，高温易产生沥青流淌起包，且不利于建设种植屋面和屋顶花园，低温易产生脆性开裂。半刚性混凝土则克服了刚性材料和柔性材料的缺点，保留了刚性材料和柔性材料的优点，刚柔并济。

在实际的应用中，人们要求屋面有尽可能长的耐久性，因而提出了对屋面耐久性的要求，就沥青屋面而言，耐久性是沥青屋面使用性能方面一个十分重要的综合指标。同样，对于半刚性混凝土屋面，耐久性的研究也是一个十分迫切的任务。

一、影响因素

（一）内在因素。

首先沥青质量的优劣直接影响着沥青屋面的使用性能。由于生态屋面需承担更重的荷载,一般沥青材料的品质已不能满足更重荷载的沥青屋面结构的需要,从大量屋面结构损坏原因的调查分析来看，沥青品质不良是其主要原因之一。由于国内石油品质及沥青炼制工艺流程的特点,大多路用沥青含蜡量高、延度小,温度敏感性强,使用这种沥青往往屋面表层结构在远小于其使用寿命的年限内便出现损坏。沥青含蜡量高,会出现横向裂缝沥青粘度低,劲度低,抗车辙能力弱温度敏感性高的沥青屋面易开裂。

其次矿料质量的好坏直接影响到混凝土的强度,是沥青屋面早期破损的主要影响因素。碎石的压碎值、磨耗值不符合要求将造成混凝土的稳定度偏低,引起沥青屋面早期的剥落；碎石与沥青材料的粘附性大小,对冷混凝土的强度和耐久性有极大的影响,沥青一般与碱性矿料的粘附性较酸性矿料为强；石料的吸水率偏大会降低加热效率,影响拌和料的生产能力,且残存在孔隙中的水份影响施工压实及空隙率,使混合料造成剥落；矿料的筛分直接影响着混合料能否达到级配设计要求,因矿料很细,筛分时很不容易通过筛孔,特别是不太干燥的矿粉,筛分难度较大,往往出现筛分结果偏粗的现象,造成配合比中实际矿粉偏多的结果。另外,细骨料中0.075mm以下成份在烘干过程中实际已经有很大一部分被吸尘设备排出,故在配比设计中予适当扣除,另一方面,拌和时实际上有一部分超粒径颗粒被排除,在配比设计中应将超粒料剔除,否则将造成沥青混合料强度不足。

再次是混合料配合比设计中主要是考虑稳定性与耐久性。稳定性包括高温稳定性与低温抗裂性,耐久性包括抗水剥离性与老化性,通常以马歇尔试验作为主要测试手段,由此来决定矿料级配和沥青用量,以确保混合料有良好的性质,另外，优良的沥青混合料配合比设计必须严格控制各个环节,才能得出可靠的配合比,室内配合比一般还不能作为最终配合比使用,必须依据拌和设备性能、施工控制精度及材料变异情况进行试拌后,进一步调整到使拌和设备生产出的混合料指标达到规范规定,方可作为生产配合比使用。

最后是施工质量，首先要加强对原材料的检验工作,做好沥青混合料配比的控制,施工前对有关设备进行检验,施工过程中把好各道工序质量关,严格按施工规范要求施工,生态屋面在缺乏施工经验或初次使用较大设备时,应铺筑试验路段。

（二）外在因素。

首先是温度变化，当沥青经受低温和温度突变的综合作用,其产生的应变不能通过粘滞流动得到松弛时就产生内应力,内应力超过沥青抗拉强度时,就导致沥青屋面开裂。

其次是水损害，沥青与矿料之间的粘结在潮湿的条件下会被削弱,而在荷载及水份的联合作用下,这种损坏会明显加剧,水害会导致沥青屋面产生车辙、剥落、泛油及局部的结构性破坏。生态屋面经常性的洒水清洁屋面会加速这种损害。

再次是沥青老化，在沥青屋面施工及使用过程中,由于沥青轻组分的挥发,在空气中的氧、光和热的综合作用下,随着时间的推移,沥青组分发生变化,硬度增大,导致屋面沥青性质发生变化,这种现象称为老化,老化一般可分为短期老化与长期老化两种,短期老化发生在施工过程中,混合料处于热状态,可能引起老化的因素为挥发、空间硬化和氧化作用,长期老化则发生在混合料铺筑成屋面之后,该过程要持续左右,主要是由于氧化引起的老化,光的作用可能加速屋面的老化。老化可导致沥青屋面出现严重龟裂。

二、消石灰的作用

（一）提高集料对沥青的粘附性机理分析。

消石灰在混凝土中主要是用来处理表面有粘土粉尘的集料，其机理是消石灰与粘土发生反应从而改变了粘土的性质，其中包括：

1.钙离子与粘土离子发生离子交换、Ca(OH)2分子在粘土表面的富集使粘土的塑性降低从而使粘土胶体絮凝在集料表面；

2.火山灰反应：带腐蚀性的Ca(OH)分子使石灰一水一粘土系统的PH值升高至12以上，在这样高的PH值环境下，粘土矿物被侵蚀，硅、铝盐被溶解，溶解的硅、铝盐与自由的钙离子结合形成钙的硅酸盐和钙的铝酸盐，进一步降低了粘土的塑性，使粘土更为稳定，形成更有胶结性质的团块。

此外，据有关文献资料统计表，对消石灰提高沥青与集料粘附性的机理分析还有以下六种解释：

（1）消石灰可以提高沥青的粘性，同时可以使集料表面的性质得到改善。一般的石灰岩矿粉的比表面只有2500~3500cm2/g，而一般消石灰粉的比表面有7000cm2/g以上，这就是使沥青与集料之间的分子力增大。

（2）用消石灰能降低集料表面的负电荷，降低表面能，而表面能小的集料不与氢健结合，水稳定性好。

（3）消石灰粉能使集料表面活化，提高与沥青的粘结力。Ca(OH)2并不是使沥青的非极性部分离子化，结合成为极性在才得以稳定的。其理由可以从将消石灰先与沥青混合再与集料拌和的要比消石灰先与集料混合再与沥青拌和的混合料剥落率要大这一事实得到证明。

（4）消石灰作为矿粉使用时具有相当的活性，它能与沥青中的有机酸发生反应，生成能起到表面活性剂作用的钙盐类。

（5）集料表面的氢、钠、钾等离子能被消石灰中的钙离子置换，同样起到表面活性剂的作用。

（6）消石灰在集料矿料间结合成为独立的结晶质的石灰石，与沥青的粘结可以起到叠加作用。

综上所述，半刚性沥青混凝土是一种新型的屋面防水材料，主要应用于生态屋面系统。影响其耐久性的因素既有这种材料本身的内因的影响，又有生态屋面这种屋面功能的外在因素的影响，再有就是消石灰对于混凝土的粘结作用。

参考文献：

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【2】科技资讯2009NO.28童明杰

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