浅谈种植屋面用改性沥青耐根穿刺防水卷材

1 前言

绿色往往令人感受到生命力，所以人们不仅希望能在公园、湿地等处看到绿色植被，更向往在自己的居住地能有更多的绿色。然而,人类现代居住地周边的绿色植被空间逐渐减少。在居住地的屋顶、阳台、周边种绿色植被的趋势越来越明显。从21世纪以来的空中花园到2014年以来国家推进的海绵城市等，都体现出了国人对绿色种植屋面的追求和向往。2010年以来各省市都出台了不同的种植屋面系统对建筑开发商的奖励补助。

近几年国家也在引导绿色建筑，积极推进“绿色、低碳、节能”的环保理念，种植屋面防水材料的应用量大幅度提升。由于国内种植屋面防水材料鱼龙混杂，尤其是种植屋面用改性沥青防水卷材，阻根剂的进口数量远远低于所生产的种植屋面用改性沥青防水卷材所应该添加的阻根剂，既影响和干扰着被动式建筑种植屋面系统发展，也给业主和总包方带来了极坏的负面影响。

2 种植屋面用改性沥青耐根穿刺防水卷材

2.1 产品介绍

20世纪的欧洲至21世纪初期的中国逐渐推行了将种植屋面系统应用于城市屋面花园的绿化。初期种植屋面系统所应用的改性沥青防水卷材主要分为三类，分别是种植屋面用化学耐根穿刺改性沥青防水卷材、种植屋面用复合铜胎基耐根穿刺改性沥青防水卷材以及种植屋面用铜胎基耐根穿刺改性沥青防水卷材。

2.1.1 种植屋面用化学耐根穿刺改性沥青防水卷材

这种防水卷材是以长纤聚酯纤维毡为卷材胎基，以添加进口化学阻根剂的改性沥青为涂盖材料，上表面覆以聚乙烯膜或矿物粒料为隔离材料，下表面覆以聚乙烯膜为隔离材料制成的改性沥青卷材，产品结构如图1和图2所示。

2.1.2 种植屋面用复合铜胎基耐根穿刺改性沥青

防水卷材这种防水卷材是以特殊复合铜胎基为卷材胎基，以添加进口化学阻根剂的改性沥青为涂盖材料，上表面覆以聚乙烯膜或矿物粒料为隔离材料，下表面覆以聚乙烯膜为隔离材料制成的改性沥青卷材。其中复合铜胎基有两种结构，一种是胎基制造的过程中将镀铜毡或者薄铜片与长纤聚酯胎进行复合，对应的产品结构如图3和图4所示；另外一种是在生产制造耐根穿刺改性沥青防水卷材的过程中将镀铜毡或薄铜片与长纤聚酯胎通过改性沥青进行复合，产品结构如图5和图6所示。

图1种植屋面用化学耐根穿刺改性沥青防水卷材（长线聚酯胎PE类）

图2种植屋面用化学耐根穿刺改性沥青防水卷材（长线聚酯胎M类）

图3种植屋面用复合铜胎基耐根穿刺改性沥青防水卷材（预制复合PE类）

图4种植屋面用复合铜胎基耐根穿刺改性沥青防水卷材（预制复合M类）

图5种植屋面用复合铜胎基耐根穿刺改性沥青防水卷材（生产线复合PE类）

图6种植屋面用复合铜胎基耐根穿刺改性沥青防水卷材（生产线复合M类）

2.1.3 种植屋面用铜胎基耐根穿刺改性沥青防水卷材

这种防水卷材是以铜箔胎基为卷材胎基，以改性沥青为涂盖材料，上表面覆以聚乙烯膜为隔离材料，下表面覆以聚乙烯膜为隔离材料制成的改性沥青卷材，产品结构如图7所示。

图7种植屋面用铜胎基耐根穿刺改性沥青防水卷材

表1种植屋面用改性沥青耐根穿刺防水卷材主要物理性

表2种植屋面用改性沥青耐根穿刺防水卷材主要应用性能

2.2 产品执行标准

种植屋面用化学耐根穿刺改性沥青防水卷材、种植屋面用复合铜胎基耐根穿刺改性沥青防水卷材以及种植屋面用铜胎基耐根穿刺改性沥青防水卷材主要是以SBS为改性剂，各类产品对应的主要物理性能见表1、应用性能见表2，其中PY代表种植屋面用化学耐根穿刺改性沥青防水卷材，PY-Cu代表种植屋面用复合铜胎基耐根穿刺改性沥青防水卷材，Cu代表种植屋面用铜胎基耐根穿刺改性沥青防水卷材。

2.3 产品阻根机理

种植屋面用化学耐根穿刺改性沥青防水卷材、种植屋面用复合铜胎基耐根穿刺改性沥青防水卷材以及种植屋面用铜胎基耐根穿刺改性沥青防水卷材是通过外界因素，抑制根系进一步向防水层的生长，避免破坏防水层。主要作用机理如下：

（1）控制阻根防水层附近的根系对养分/水分的吸收，产生“根瘤”现象，从而抑制局部根系的进一步生长；

（2）控制根系顶端的分生组织生长，阻止根系进一步向阻根防水层生长，但根系可以沿阻根防水层的一定范围平行生长或背向阻根防水层生长，从而不影响植物的生长；

（3）采用致密度较高的增强层作为防水材料的胎体，从而起到阻根根系进一步穿透防水层的目的。

2.3.1 控制阻根防水层附近的根系对养分/水分的吸收

普通沥青基防水卷材由聚合物对沥青进行改性后将改性沥青涂覆于载体上（聚酯胎、玻纤胎或复合胎）构成。沥青中含植物生长所需的亲和蛋白酶，当植物根系生长接近该种物质后，根系会主动穿入沥青吸收该蛋白酶，导致植物根系穿入防水层，造成防水层的破坏。

种植屋面用化学耐根穿刺改性沥青防水卷材，主要是在改性沥青涂层中加入可以抑止植物根系生长的化学阻根剂。化学阻根剂抑制根系吸收养分主要与根系的表面成分——角质有关系，化学阻根剂可促进角质层的增长。角质层由最外边的蜡质层、蜡质和角质混合的中间层以及最内的角质层组成。蜡质层的主要化学成分是高分子脂肪酸和高碳一元醇，这类化合物可让水分子大小的物质透过，但亲水能力极弱。角质层生长限制了根系此部位对养分的吸收和输送功能，从而达到抑制根系进一步向防水层破坏的目的。

为了研究阻根机理，在北京市园林研究所进行了专门的对比试验。结果表明：不添加化学阻根剂的普通改性沥青防水卷材在三个月以内就会被根系穿透，而合理添加化学阻根剂的改性沥青卷材能够有效抵御根系的破坏，持续良好保持阻根和防水作用。

2.3.2 控制根系顶端的分生组织

研究表明某些重金属离子具有阻碍根尖生长的性质。例如：园林育苗过程中,将铜离子制剂(硫酸铜、碳酸铜)或氟乐农等涂于育苗容器的内壁上,杀死或抑制根的顶端分生组织,实现根的顶端修剪,但不影响侧根的生长;对于软质容器,可以在育苗床面上铺一层含有硫酸铜的牛皮纸,也可以断主根,促进侧根生长。

在植物的生长过程中，根系吸收重金属后并不是全部向上输送，大部分的重金属留在根内，主要与根内的蛋白质相结合形成稳定的螯合物滞留于根部，形成“根瘤”现象，影响根系顶端分生组织的生长，导致产生的生长素和其他激素减少，进而抑制根系的生长。

种植屋面用复合铜胎基耐根穿刺改性沥青防水卷材，以复合铜胎为改性沥青防水卷材的增强层，借助于铜离子的作用，抑制防水层附近根系顶端的分生组织，实现控制根系不再向防水层生长，根系可以沿阻根防水层的一定范围平行生长或背向阻根防水层生长，既不会造成对防水卷材的破坏，又不会影响植物的生长。有的企业为了确保种植屋面用复合铜胎基耐根穿刺改性沥青防水卷材的实际应用阻根效果，会在该类产品中添加化学阻根剂，使其具有双重的阻根效果。

2.3.3 用致密度较高的金属箔做胎体阻止根系进一步生长

有些植物根的穿透能力极强，必须选择致密度较高的胎体作为增强层，植物根系生长遇到坚固的金属胎体时，不能继续穿过金属胎体生长，只能拐向生长，从而达到阻根功能。

种植屋面用铜胎基耐根穿刺改性沥青防水卷材是以一定厚度的铜箔为胎基，覆涂聚合物改性沥青，而制备的聚合物改性沥青耐根穿刺防水卷材。致密的铜箔胎体，具有阻止根系进一步生长的性能，再加上铜离子的作用，完全具备抑制植物根系穿透防水层的功能。为了增强搭接部位的可靠性，有的企业同样会在改性沥青涂层中添加化学阻根剂，以防止搭接部位的铜胎基不足而导致根系穿过的现象发生。

3 国内沥青类种植屋面耐根穿刺防水卷材的不合理性

3.1 种植屋面用耐根穿刺自粘改性沥青防水卷材

近几年，国内开始有企业推出种植屋面用耐根穿刺自粘改性沥青防水卷材应用于屋面绿化系统的构造中，但是结合自粘改性沥青防水卷材的粘结机理与阻根原理分析，此类产品存在不合理性，主要原因包括：

（1）自粘改性沥青防水卷材的粘结主要通过自粘改性沥青的压敏性和蠕变性得以保障（如图8所示），阻止水通过，加之建筑结构的混凝土层起到有效的防水作用。所谓压敏性就是对施加的外力比较敏感，这是自粘改性沥青发生变形的前提条件。所谓蠕变性就是能够发生蠕动形变，形变虽然慢，但具有一定的结构适应性。压敏性和蠕变性综合来说就是在外力作用下，自粘改性沥青能够发生形变来适应外界的作用力。如果将自粘改性沥青防水卷材应用于种植屋面系统进行阻根，当根系较为旺盛的生长力挤压自粘改性沥青防水卷材的搭接部位时，自粘改性沥青由于压敏性和蠕变性会被逐渐穿刺。

图8 自粘卷材的压敏和蠕变粘结示意图

（2）从改性沥青耐根穿刺卷材的阻根原理分析，根系只有遇到阻根剂才会开始抑制生长，但是还会长一段距离。种植屋面用耐根穿刺改性沥青防水卷材不但要具备防水的功能，还要具备阻根的功能。自粘类型的防水卷材在搭接部位不如热熔型的更能充分满粘，特别是气温低时，根本做不到充分满粘，如图9和图10所示，图中绿色代表满粘部分，红色细线代表未充分粘结接触粘结存在空隙通道。自粘卷材一般为8cm的搭接，从防水的角度只要有2cm~3cm粘结甚至横向某个点粘，保证搭接部位的纵向连续性，就能保证水不能通过，起到防水作用。但是根的生长不同，根遇到阻根剂被抑制生长，也就是根遇到阻根剂会有小部分的生长，是个逐渐抑制过程，当遇到粘结不充分的局部空隙，根非常容易穿过空隙继续生长，很容易从搭接部位穿刺而通过阻根层。

（3）国际上应用较早的欧洲市场在种植屋面用耐根穿刺防水卷材时从来不选择自粘改性沥青类的卷材，中国的种植屋面用耐根穿刺防水材料的标准中也没有自粘改性沥青类型的。

图9 自粘卷材搭接的内部结构示意图

图10 自粘卷材搭接的横截面空隙示意图

3.2 种植屋面用铜胎基耐根穿刺改性沥青防水卷材

通过近些年对种植屋面用铜胎基耐根穿刺改性沥青防水卷材进行的试验、生产、施工和应用发现，种植屋面用铜胎基耐根穿刺改性沥青防水卷材存在一些缺陷，不太适合在实际工程中应用，具体原因如下：

（1）种植屋面用铜胎基耐根穿刺改性沥青防水卷材所采用的增强胎基——铜箔具有金属的特性，生产加工后表面相对光滑，作为载体涂覆的改性沥青在生产制造过程中比较难以附着。即便是表面处理粗糙以后，附着力依然相对于聚酯胎、镀铜毡都比较小;加之金属介质的热传导，生产制造的冷却定型会增大困难,影响产品的外观;铜箔胎基之间进行换卷拼接也比较困难,拼接不好就容易造成胎体拉断,故生产制造中会导致废次品率较高；

（2）种植屋面用铜胎基耐根穿刺改性沥青防水卷材屋面的阴阳角、管根等异形部位施工应用需要有不同程度的拼接折叠。在折叠之处由于铜箔的延展性差导致局部铜胎基出现微小裂口甚至裂缝，一旦有裂缝就丧失了致密阻根的连续性，严重情况下铜箔胎会引带涂覆的改性沥青断开，即便添加有化学阻根剂的改性沥青也无法充分保障阻根性能，尤其是在气温低的情况下；

（3）种植屋面用铜胎基耐根穿刺改性沥青防水卷材热熔时容易出现结构性分层现象，主要由于铜箔的导热性，在进行热熔施工时，需要将热量传输出来，容易出现沥青层与铜箔分层，即表现为“张嘴”现象，同时偶尔会伴随有翘边现象发生。

4 欧洲种植屋面用耐根穿刺防水卷材的发展变化

欧洲是世界上对防水材料研究较早的区域，对于种植屋面系统的研究也比较早，改性沥青类的防水卷材以及对应的沥青类种植屋面用耐根穿刺改性沥青防水卷材至今占比也最多。所以，有必要了解借鉴欧洲的防水市场情况以及沥青类种植屋面用耐根穿刺改性沥青防水卷材相关应用情况，以便进一步优化升级推进国内的种植屋面系统。以下数据来源于2015年底对欧洲的调研访问。

4.1 防水产品及市场概况

欧洲平屋面类防水产品共计约35亿㎡，其中德国的平屋面类防水产品大于10亿㎡，可见德国产品在欧洲的占比较大，也说明德国是值得借鉴和学习的国家。欧洲平屋面防水材料从种类上划分见表3。

欧洲绿色种植屋面类防水产品共计约2.5~3亿㎡，占比不到整体平屋面的8.6%，其中德国的绿色种植屋面比较多，能达到1.3~1.5亿㎡，瑞士0.15亿㎡，奥地利0.15亿㎡。欧洲绿色屋面防水材料从种类上划分见表4。

表3 欧洲平屋面防水材料情况

表4 欧洲绿色屋面防水材料情况

4.2 防水材料的使用情况

欧洲对沥青的改性剂曾经进行了一系列研究包括SEBS、SB+、SBS、APP、APAO、橡胶粉等，主要是从改性的效率、性能、价格等方面进行比较，最终确定了SBS和APP为主要的改性剂。在欧洲不同的区域或产品选择不同的改性剂见表5。

表5 不同区域或产品选用的改性剂

4.3 种植屋面系统对防水材料的使用情况

2015年底的参观考察中，霍夫曼的蓝卡尔总裁介绍了欧洲的种植屋面系统统计情况，其中70%为轻质屋顶，30%为载重屋顶，对于载重的屋面要求阻根材料必须至少要达到10mm。同时也说明了截至2015年底的种植屋面卷材分布情况为83%采用的是种植屋面用化学耐根穿刺改性沥青防水卷材，2%采用的是种植屋面用铜胎基耐根穿刺改性沥青防水卷材+种植屋面用化学耐根穿刺改性沥青防水卷材，15%采用的是高分子卷材等及其他类型的产品。在种植植被选取方面，欧洲包括德国都没有对横向茎生长的植被（例如竹子）的相关标准，其余的植被还需要进一步研究。

欧洲的沥青类种植屋面用耐根穿刺防水卷材为两层系统，主要根据土壤层厚度的不同所选方案有所不同。

（1）土壤层在25cm以下的采用一层普通改性沥青防水卷材加一层阻根防水卷材，可以为种植屋面用化学耐根穿刺改性沥青防水卷材、种植屋面用复合铜胎基耐根穿刺改性沥青防水卷材和种植屋面用铜胎基耐根穿刺改性沥青防水卷材中任意一种，绝大部分选取的是种植屋面用化学耐根穿刺改性沥青防水卷材；

（2）土壤层在25cm以上的采用两层阻根防水卷材，绝大部分选用种植屋面用化学耐根穿刺改性沥青防水卷材。

4.4 应用变化

（1）欧洲建筑防水市场中，绿色种植屋面系统占比平屋面系统的比例呈现逐年增长的趋势；

（2）欧洲的绿色种植屋面系统中改性沥青类的防水卷材因其原材料来源于地下储存的石油提炼物，相对稳定而持久备受青睐，占比稳居第一；

（3）种植屋面用铜胎基耐根穿刺改性沥青防水卷材因为其生产制造难度大、成本高，施工应用的风险大而逐渐呈现下降趋势，初期投入应用的占比不超过2%；

（4）欧洲的种植屋面系统方案中，逐渐由两层种植屋面用化学耐根穿刺改性沥青防水卷材替代了一层普通改性沥青防水卷材加一层种植屋面用化学耐根穿刺改性沥青防水卷材，第二层的搭接位置基本控制距离在第一层搭接位置的半幅卷材宽度，最大限度地错开两层搭接缝，同时采用两道种植屋面用化学耐根穿刺改性沥青防水卷材，目的都是为了能够降低因为施工人员搭接技术不当导致的植被根系穿刺的机率。

5 结论

（1）种植屋面用耐根穿刺自粘改性沥青防水卷材从其粘结机理、阻根机理和实际应用角度存在较多不可靠性，建议不应用于被动式建筑的种植屋面系统中。

（2）种植屋面用铜胎基耐根穿刺改性沥青防水卷材因为其生产制造成本高，且难度大，施工应用的隐患大，建议不应用于被动式建筑的种植屋面系统中。

（3）在设计被动式建筑种植屋面系统中，建议考虑两道均采用既可以防水，又可以阻根的种植屋面用化学耐根穿刺改性沥青防水卷材，并且两道施工一定要错开搭结缝施工，降低人为施工欠佳的影响，以达到持久有效的阻根效果。

（4）由于目前的种植屋面材料在对含有化学阻根的材料只能进行定性分析，因其含量小，定量分析还不够精准，故可以考虑选用两层种植屋面用复合铜胎基耐根穿刺改性沥青防水卷材，或者一层种植屋面用化学耐根穿刺改性沥青防水卷材（置于上层）和一层种植屋面用复合铜胎基耐根穿刺改性沥青防水卷材（置于下层）叠加应用。无论哪种方案，上下层的搭结缝均要错开。选取种植屋面用复合铜胎基耐根穿刺改性沥青防水卷材是因为其产品结构中间层有一层镀铜毡或者薄铜箔，可以从产品断面结构中看出，从视觉判定真伪，提升材料的真实可靠性。

参考文献

[1]中国建筑防水协会.JGJ155-2013《种植屋面工程技术规程》[S].北京：中国建筑工业出版社，2013.

[2]张广斌，尚华胜.改性沥青耐根穿刺防水卷材对植物的影响研究[J].中国建筑防水，2010（3）：36-39.

[3]王国庆，刘涛.PRRM抗根卷材在马球运动公园车库种植顶板上的应用[J].中国建筑防水，2010（15）：4-6.

[4]杨广林，林建祥.携维屋顶花园设计与施工[J].中国建筑防水，2015（11）：28-31.

作者

北京东方雨虹防水技术股份有限公司吴士玮

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