被动式建筑用改性沥青防水卷材相关检测技术研究

1 前言

2010 年6 月18 日，欧盟出台了《建筑能效2010指令》（EPBD2010），该指令规定：“成员国从2020年12 月31 日起，所有的新建建筑都是近零能耗建筑。”我国已紧跟欧洲建筑发展趋势，并在2016 年中共中央国务院发布的《关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》中明确提出：“发展被动式房屋等绿色节能建筑。”被动式低能耗建筑不仅能显著提高室内环境舒适度，更能够大幅度降低建筑能耗。加强被动式低能耗建筑的市场宣传和推广已经是必然趋势。

被动式建筑对产品材料同样也有着高质量的要求。例如我国的防水材料产品大多由胶粉沥青制成，使用年限一般只能保证5 年，而德国的SBS 高聚物改性沥青防水卷材配以合理构造，屋面防水保温系统的免维护期更长。因此，随着被动式建筑的发展，高质量的产品将会逐步被市场接受，低质量的产品则终将被市场摒弃。

2 被动式建筑屋面要求

被动式建筑屋面按Ⅰ级防水要求设防，材料选择要满足相容性要求。屋面的基层上方、保温层下方要求同时设置隔汽层，隔汽层材料选用耐碱铝箔面层玻纤胎自粘改性沥青隔汽卷材。屋面工程中所用的防水材料的燃烧性能也要符合现行防火规范的有关规定[1]。而Ⅰ级防水要求材料使用年限至少达到25 年。因此，被动式建筑用弹性体改性沥青防水卷材不仅要有很好的耐久性能，符合防火规范的防火性能，还要具有良好的隔汽性能。

3 被动式建筑用弹性体改性沥青防水卷材相关检测技术研究

建议材料的基本性能应符合相关的国家标准规定。图集要求见表1。现行国家标准及图集技术要求远不能保证材料耐久性，为保证屋面防水与保温系统的免维护时期更长，应增加成品耐久性检测项目和指标，并增加考察原材料真实性的定性定量分析试验。我们对材料的耐久性能、耐水性能、抗变形性能、连接部位的滑动试验（高低温交变循环试验）、外部防火性能、燃烧性能和水蒸气当量空气层厚度（Sd）检测项目进行了技术研究分析。

表1 图集中防水卷材的性能指标

3.1 耐水性能

改性沥青防水卷材长期浸泡在水中可能会出现问题，由于水在汽化和结成冰过程中体积均会增大，一旦水分进入卷材当中，霉菌生长、冻融循环都会使卷材性能减弱甚至失效。相关研究表明：水是破坏胎基性能的主要因素，水越充足，浸水时间越长，相应的拉力保持率越低，对胎基破坏的程度越深[2]。我们对材料的耐水性做了相应的研究，将卷材测试完初始性能之后，放入23℃水中浸泡，每个月进行一次取样测试，结果见表2。

由表2 可以看出，在经历12 个月的浸水试验后，拉力保持率已经变得非常低，说明水的浸泡对于拉伸性能有很大的影响，也就是对聚酯胎基有很大的影响。聚酯胎基是由乳胶和聚酯纤维构成，乳胶在水的作用下会发生老化，聚酯PET 大分子在有水存在的条件下同样容易发生酯键水解，胎基的耐水性是由这两种原材料决定的。GB/T 35609-2017 中的耐水性能是在（23±2）℃水中浸泡（336±2）h 后进行拉伸性能检测。该检测可以体现材料的耐水性。

表2 耐水性能——卷材拉力测试结果

3.2 耐久性能

自然环境对沥青防水卷材的影响非常显著。长时间的风吹日晒会加速防水材料的氧化、老化，减小卷材的韧性，提升卷材的脆性，从而导致卷材老化断裂。高温也会加速沥青的氧化、老化。高温会导致增塑剂的迁移，使卷材脆性不断增强，导致卷材变形、断裂。耐久性能依据GB/T 35609-2017 进行检验，该标准中的耐久性能在材料基本性能国家标准中热空气老化处理时间10d 的基础上加长了处理时间至28d，对材料的耐久性能考察更加严苛。

3.3 抗变形性能

预制装配式钢筋混凝土楼板是由多块楼板拼装的，接缝较多，经常由于填缝的膨胀收缩性不同而不平整，若防水施工时处理不当，没有形成有效的密封防水层，容易在建筑沉降时造成开裂、导致窜水和漏水。增加该试验的目的是为了评价防水层对连接部位或基层产生裂缝时引起错动的抵抗性。该试验是以现浇钢筋混凝土、预制混凝土构件、ALC 板的板缝排密处理的情况为试验对象或以预制混凝土构件、ALC 板的板缝不进行排密处理的情况为试验对象，在不同温度下连接部位以一定大小的往复循环运动进行的，最后观察防水层的状态。而循环次数是随着期待的耐久性的程度而变化的。相关研究表明，一年大小混合运动的次数为720 至740次。疲劳的平均运动次数假定为此数的1/3，即一年约为243 次。本试验方法运动次数合计进行3000 次，约相当于12 年[3]。

3.4 连接部位滑动试验

防水层施工之后，由于常年循环承受环境的影响，其结果产生伴随材质变化的收缩。防水层的连接部位滑动试验是为了评价连接部位是否有产生故障的可能性。该试验是在基层上依据相关规范进行防水层的施工，规定的养护结束后作为试验试件，将试验试件在（20±2）℃的条件下静置24h 后，在离开连接部位10mm 的位置画一条标志线，标志线间距离测定精确到1mm；然后将试验体放置在（80±2）℃的鼓风干燥箱中48h；再放入（0±2）℃低温箱中48h；进一步在（20±2）℃的条件下静置72h。以上步骤为一个循环，共进行五个循环。结束后，在20℃的恒温室内测定标志线间距离，求出连接部位的滑动量，同时观察防水层有无破裂、脱离。防水层自身的尺寸变化在固定部分与不固定部分的程度是不同的。另外，重叠的层数、连接作法也不尽相同，因此伴随尺寸变化对连接部位产生的故障也不尽相同[4]。该试验就是以评价这些为目的。

3.5 外部防火性能和燃烧性能

屋面工程根据保温、隔热、防火及防水等功能的需要，设置有不同的构造层，如结构找平层、保温层、防水层、隔汽层、隔离层等。不同构造使用的材料和采用的施工方法对火灾安全性有很大的影响。而弹性体改性防水卷材和保温层材料虽具有相应的防水性能和保温性能，但耐火性能差，当用明火施工且保护不当时，能够迅速燃烧，且火焰会沿着屋面的表面迅速蔓延，并释放出高温和大量的有毒浓烟，危险性很大。依据GB/T30735-2014 检测，可以测试材料受火面上持续火焰从火源上下边缘传播到达不同位置的时间；可以测试燃烧材料从受火面掉落的时间；可以测试持续火焰向上或向下传播的最大范围；可以测试火焰穿透的时间和现象；可以测试试样穿孔出现的时间及尺寸等。加入燃烧性能的检测更加能体现材料的阻燃性能的好坏。

3.6 水蒸气当量空气层厚度（Sd）

被动式低能耗建筑要求具有良好的隔汽性能。我们通常采用水蒸气当量空气层厚度（Sd）来衡量材料的隔汽性能，而只有当Sd ≥ 1500m 时才为隔汽卷材，才能用于屋面的隔汽层。依据GB/T 17146-2015 可以检测卷材的水蒸气当量空气层厚度（Sd）。

4 原材料

以再生胶粉等替代SBS 改性剂，以劣质胎体替代聚酯毡、玻纤毡的弹性体改性沥青防水卷材在工程上使用必然会带来严重的安全隐患。相关研究表明，SBS 含量对低温柔性及改性沥青软化点的影响最大。当SBS含量在10%~15% 内变化时，改性沥青的微观结构也会发生变化，由“互穿网络”结构转变为以沥青为分散相，SBS 为连续相的“海岛”结构，随着SBS 含量的增加，改性沥青的软化点升高，低温柔性变好，存储稳定性也有所提高[5]。因此，SBS 含量的添加要控制在一定范围内，以保证弹性体改性沥青防水卷材使用性能的稳定性。生产用原材料不应使用再生胶粉。改性沥青宜符合GB/T 26528-2011 的相关规定，沥青软化点符合GB/T35609-2017 的规定不超过125℃。只有达到以上相关原材料的要求才能更好地满足被动式建筑屋面的要求。