開放式石材幕墻與建筑表面之間防水處理方法研究

趙應(yīng)虎

（貴州省建筑設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，貴州貴陽 550081）

0 引言

建筑幕墻是一種不承擔(dān)主體結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)墻體，一般幕墻由支撐結(jié)構(gòu)和面板兩部分組成，能承受自身荷載，但不能分擔(dān)主體結(jié)構(gòu)的荷載。根據(jù)幕墻面板的材質(zhì)，可以將建筑幕墻分為玻璃幕墻、石材幕墻、金屬板幕墻等多種類型，與其他類型幕墻相比，石材幕墻具有更高的抗壓強(qiáng)度和耐凍性，不易出現(xiàn)破壞現(xiàn)象，因此被應(yīng)用到諸多建筑工程中[1]。在實(shí)際的建筑施工過程中，石板幕墻一般會(huì)采用開放式方式進(jìn)行布設(shè)，幕墻結(jié)構(gòu)為開放式，石板接縫不用密封膠封住，具有很強(qiáng)的組裝、立體感和裝飾效果，而且不用膠水，不會(huì)有膠水滲透，不會(huì)侵蝕石材，也不會(huì)吸收灰塵，可以長時(shí)間保持幕墻的干凈，外觀的裝飾效果也會(huì)更好。開敞式幕墻結(jié)構(gòu)充分利用了其背后的空氣對(duì)流，降低了內(nèi)外熱的交流，同時(shí)內(nèi)部的保溫材料也能進(jìn)一步阻止熱的滲透，起到顯著的保溫作用。在夏天，可以降低建筑的制冷成本，而在冬季，可以降低供暖的費(fèi)用。為了避免開放式石材幕墻與建筑表面因滲水、漏水而產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象，需要對(duì)兩者之間進(jìn)行防水處理，以其能夠提高幕墻的使用功能，并延長幕墻的使用壽命。

1 工程概況

此次研究選擇貴州省地質(zhì)博物館暨地質(zhì)資料館建設(shè)項(xiàng)目作為研究對(duì)象，該項(xiàng)目屬大型公共建筑，處于貴陽市觀山湖區(qū)中心位置，建筑表面呈外斜、內(nèi)斜、垂直面三種形式，向內(nèi)、向外斜墻部分采用輕質(zhì)節(jié)能混凝土墻板與石材幕墻及橫向開窗共用輕鋼龍骨體系，垂直部分采用加氣混凝土砌塊砌筑，建筑內(nèi)共包含140 個(gè)房間，具體包括電梯廳、衛(wèi)生間、設(shè)備間、展廳、辦公室等房間。根據(jù)建筑設(shè)計(jì)要求，外墻采用外掛石材的開放式幕墻和玻璃幕墻。通過放線定位、龍骨安裝、橫梁安裝、石板組件安裝、石材準(zhǔn)確度控制等步驟完成開放式石材幕墻的初步裝設(shè)，開放式石材幕墻斜墻部分由外上口往內(nèi)傾斜和由下口向上往外傾斜兩種，最大傾斜角度為17°，同時(shí)保證石材幕墻拼縫間不離縫打膠，特別是檐口、門窗、玻璃幕墻接縫處，立柱等與墻體接合處。

2 確定開放式石材幕墻與建筑表面之間雙重防水構(gòu)造

由于建筑表面能夠承受的負(fù)載值更大，因此建筑表面采用剛性防水結(jié)構(gòu)，依賴于結(jié)構(gòu)構(gòu)件的緊湊性，體現(xiàn)出剛性防水具有相對(duì)優(yōu)異的粘結(jié)性能，實(shí)現(xiàn)建筑表面防水；而柔性防水比剛性防水更耐腐蝕和浸水，柔性材料形成的防水涂膜具有良好的柔韌性，適應(yīng)一定的變形和膨脹，不易開裂。因此，為了提高開放式石材幕墻的防水效果，本文采用剛性與柔性相結(jié)合的雙重防水方法，設(shè)計(jì)開放式石材幕墻與建筑表面之間的防水結(jié)構(gòu)。具體的雙重防水結(jié)構(gòu)構(gòu)造情況如圖1 所示。圖2 為完工施工效果圖。

圖1 開放式石材幕墻與建筑表面之間的防水構(gòu)造圖

雙重防水構(gòu)造的作用原理就是盡量保證開放式石材幕墻的前、后兩面以及四個(gè)側(cè)面不直接與建筑表面接觸，保證開放式石材幕墻每個(gè)面的空氣均能與外界環(huán)境流通，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)水分的蒸發(fā)。建筑表層所采用的剛性防水構(gòu)造，其作用機(jī)理是通過瀝青鋪裝層滲透或沿銷拉板的滴水，流入防水卷材。如果防水卷材破裂，則會(huì)有水滲入到剛性絕緣層的表面[2]。在剛性材料和錯(cuò)拉板的交接處，設(shè)置了1:2 的排水斜坡，保證濕氣不會(huì)在此處滯留，而是沿著斜坡自然地排出。開放式石材幕墻防水部分采用防水砂漿灰與外墻高分子防水漆相結(jié)合的方法，保證了開放式石材幕墻與混凝土砌塊建筑表面構(gòu)成“滴水不漏”的圍護(hù)結(jié)構(gòu)。

3 防水材料的選擇與制備

建筑表面使用的防水材料為JS 復(fù)合涂料，也就是防水混凝土與丙烯酸酯的混合體，兩者的混合比設(shè)置為：

其中Mb和Mconcrete分別為丙烯酸酯的添加質(zhì)量和防水混凝土的添加質(zhì)量。在實(shí)際材料制備時(shí)，要不斷地?cái)嚢枰后w，逐漸加入粉末，然后再充分?jǐn)嚢?min。根據(jù)剛性防水材料的實(shí)際應(yīng)用場景，在實(shí)際材料制備過程中可以適量添加防水劑，其類型為JX 抗裂硅質(zhì)型防水劑，在混凝土制備的過程中該防水劑的摻量為5%[3]。開放式石材幕墻部分使用的防水材料為CPS 反應(yīng)粘結(jié)型高分子濕鋪防水材料，在使用時(shí)，可與現(xiàn)澆混凝土進(jìn)行化學(xué)交聯(lián)，并以化學(xué)交聯(lián)與物理鍵合的方式將其牢固地結(jié)合在一起。由于其與基層反應(yīng)結(jié)合，可在混凝土基面上形成一種類似于涂層和卷材的雙重防水層，從而達(dá)到長期防水的目的。利用聚合物配方技術(shù)，加入相應(yīng)的功能助劑M，可以促進(jìn)反應(yīng)粘密封膠的蠕變性能，與混凝土、水泥膠凝進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，形成化學(xué)交聯(lián)結(jié)構(gòu)[4]。在施工前需要對(duì)選擇的防水材料進(jìn)行臭氧檢查，主要檢查材料的粘附性、抗拉性、防老性等，并驗(yàn)證其證件是否完整。

4 完成開放式石材幕墻與建筑表面之間防水處理

按照確定的雙層防水結(jié)構(gòu)，利用制備的防水材料，通過應(yīng)用防水處理工藝，實(shí)現(xiàn)開放式石材幕墻與建筑表面之間的防水效果。在進(jìn)行防水處理之前，首先需要對(duì)開放式石材幕墻基層表面和建筑表面進(jìn)行檢查，如果出現(xiàn)起泡、分層、起皮、蜂窩、麻面等情況，必須鑿開再進(jìn)行修補(bǔ)，陰陽角用水泥砂漿抹成圓弧，然后將基層表面的突起物、灰渣等雜質(zhì)清除，可以用吹風(fēng)機(jī)來幫助清除，有明水和積水的要及時(shí)清掃。準(zhǔn)備工作完成后按照?qǐng)D3 所示流程執(zhí)行防水處理工藝。

圖3 防水處理施工工藝流程圖

準(zhǔn)確地設(shè)定基準(zhǔn)線，然后以此為指引進(jìn)行卷材的鋪裝?，F(xiàn)場使用噴槍對(duì)卷頭進(jìn)行處理，采用烘干法將膠接牢固，并對(duì)膠接表面進(jìn)行處理，觀察其狀況，待黑色和光亮后，應(yīng)迅速滾壓，配合壓盤及時(shí)壓緊。考慮到墻角的鋪設(shè)質(zhì)量，需要在實(shí)際操作中采用刻板工具；注意對(duì)卷材接縫部位的處理，對(duì)搭接寬度進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?，以保證防水層的完整性。涂覆操作時(shí)，可采用滾輪或毛刷，從下往上按順序涂3 層，控制涂層厚度均勻，涂層和基層之間不得有氣泡[5]。完成防水處理施工操作后，將開放式石材幕墻連接到建筑表面，待窗框、墻角等位置干燥后再進(jìn)行注膠固定，以避免將雜質(zhì)混入注膠中。

5 防水處理效果測試分析實(shí)驗(yàn)

為了測試優(yōu)化設(shè)計(jì)的開放式石材幕墻與建筑表面之間防水處理方法的防水效果，設(shè)置測試分析實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)基本原理是對(duì)比防水處理方法應(yīng)用前后開放式石材幕墻和建筑表面的含水系數(shù)，并與預(yù)設(shè)值對(duì)比，判斷設(shè)計(jì)的防水處理方法是否能夠達(dá)到預(yù)期效果。

5.1 準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)材料

此次實(shí)驗(yàn)需要準(zhǔn)備的材料包括水、噴壺、干燥箱、濕度傳感器等，其中水必須使用蒸餾水，避免其他雜質(zhì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響，噴壺的作用是將準(zhǔn)備的水添加到開放式石材幕墻和建筑表面之間，模擬降水環(huán)境。另外使用DZF-6500D 型號(hào)的干燥箱設(shè)備，該設(shè)備為真空干燥箱，方便獲取開放式石材幕墻的初始重量數(shù)據(jù)。另外濕度傳感器的型號(hào)為hr-104，傳感器的作用是獲取建筑表面的實(shí)時(shí)濕度信息，傳感器的工作原理可以表示為：

公式2 中變量P和Ps分別表示的是水汽分壓和水的飽和蒸汽壓。將濕度傳感器安裝在建筑表面，其輸出結(jié)果即為建筑表面的濕度數(shù)據(jù)。

5.2 布設(shè)防水處理效果測點(diǎn)

為避免防水施工操作不當(dāng)、不同位置空氣流速不同等因素的影響，將開放式石材幕墻劃分成多個(gè)50cm*50cm 的方格，每個(gè)方格的中心點(diǎn)位置，即為開放式石材幕墻防水處理結(jié)果的測點(diǎn)位置。按照相同的方式在建筑表面布設(shè)防水處理效果測點(diǎn)，并對(duì)設(shè)置的所有測點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)處理。

5.3 設(shè)置防水處理效果測試指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)

實(shí)驗(yàn)分別從開放式石材幕墻防水效果和建筑表面防水效果兩個(gè)方面來反映兩者之間的防水處理效果，設(shè)置開放式石材幕墻含水率作為幕墻防水效果的量化測試指標(biāo)，其數(shù)值結(jié)果如下：

上式中Mcurtain,g為幕墻在完全干燥狀態(tài)下的質(zhì)量，Mcurtain,s為當(dāng)前幕墻的質(zhì)量。另外建筑表面防水效果的測試指標(biāo)為濕度系數(shù)，可利用安裝的濕度傳感器直接得出測試結(jié)果。為保證開放式石材幕墻與建筑表面之間防水處理方法在實(shí)際施工中的應(yīng)用價(jià)值，要求防水處理后石材幕墻的含水率不得高于30%，建筑表面的濕度系數(shù)不得高于0.4。

5.4 測試實(shí)驗(yàn)過程與結(jié)果分析

在開始實(shí)驗(yàn)之前，將開放式石材幕墻樣品放入干燥箱中，設(shè)置干燥溫度和時(shí)間分別為100℃和20min，干燥處理完成后獲取開放式石材幕墻的質(zhì)量信息，即為變量Mcurtain,g的具體取值。準(zhǔn)備兩塊相同的開放式石材幕墻樣品，一個(gè)進(jìn)行所提出的防水處理，另一個(gè)不作任何防水處理。按照幕墻的施工步驟，將幕墻安裝在建筑表面，使用噴壺將等量的水均勻噴灑在各個(gè)測點(diǎn)位置上，經(jīng)過48h 的時(shí)間周期，重新測量開放式石材幕墻的質(zhì)量信息，并獲取濕度傳感器的輸出結(jié)果。經(jīng)過相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，得出反映設(shè)計(jì)方法防水處理效果的測試結(jié)果，如表1 所示。

表1 幕墻與建筑表面之間防水處理效果測試數(shù)據(jù)表

從表1 中可以直觀地看出，應(yīng)用所設(shè)計(jì)的防水處理方法能夠?qū)⒔ㄖ砻鏉穸认禂?shù)始終控制在0.4 以下。將表1 中的部分?jǐn)?shù)據(jù)代入到公式3 中，并經(jīng)過平均值計(jì)算得出防水處理方法使用前后幕墻含水率的平均值分別為35.90%和9.96%，含水率減少了25.94%；另外建筑表面濕度系數(shù)的平均值分別為0.44 和0.3，濕度系數(shù)降低了0.14。由此說明所提方法的防水效果良好，可達(dá)到預(yù)期效果，具有可靠性。

6 結(jié)語

開放式石材幕墻施工技術(shù)在建筑幕墻施工中的有效應(yīng)用，以及通過開放式石材幕墻與建筑表面之間防水處理方法的提出與落實(shí)，能夠有效地降低幕墻以及建筑表面的含水程度，對(duì)于幕墻和建筑的長期使用具有現(xiàn)實(shí)意義。該項(xiàng)目榮獲2020～2021年度第一批中國建設(shè)工程魯班獎(jiǎng)（國家優(yōu)質(zhì)工程）。