防水工程的主要目的是为保证建筑物不受水侵蚀, 内部空间不受危害, 提高建筑物使用功能和生产、生活质量, 改善人居环境。需要进行防水设防的部位包括建筑物的屋面、地下室、卫生间、外墙等部位, 和地下工程的地铁和隧道等。防水工程是一项系统工程, 涉及防水材料、防水工程设计、施工技术、工程管理等各个方面。随着建筑业的发展, 防水工程技术也已经日趋成熟。

材料是防水的基础, 我国的防水材料通过引进和开发等手段得到了飞速的发展, 已形成了合成高分子、高聚物改性沥青、沥青基等不同基料组成的卷材、涂料和密封材料系列产品, 以及为提高刚性防水混凝土抗渗、抗裂所用的各种外加剂。防水材料品种齐全, 生产能力满足使用要求。但来自于复杂建 (构) 筑物对防水工程的要求, 防水行业研发人员仍在不断研究和开发更能满足建构筑物防水需求的防水材料。

非固化橡胶沥青防水涂料发明于韩国, 2005年初引进到我国, 受到业界的广泛关注。国内企业也进行了大量的研究工作, 并成功开发类似的产品在工程项目上使用。

非固化防水涂料是以橡胶和沥青为主要组分, 加入助剂及特殊添加剂混合制成的, 最显著特点是其具备的蠕变性能, 可吸收来自于基层的应力能力, 使基层的应力不会传递给防水层, 避免防水层受到来自于基层的应力作用, 由蠕变性带来的自愈能力和防窜水能力, 大大提高了防水层的可靠性。

为规范该材料的生产质量控制和产品检验标准, 工信部[2010]74号文下达了《非固化橡胶沥青防水涂料》标准制订计划, 2017年12月4日, 工信部发布[2017]48号文, 批准颁布JC/T2428—2017《非固化橡胶沥青防水涂料》标准, 并将于2018年4月1日开始实施。

非固化橡胶沥青防水涂料可广泛应用于各种工业与民用建筑、水利设施、电力工程、园林景观、道路桥梁、地铁隧道以及屋顶绿化等的防水工程, 特别是在基层变形量大、较易开裂部位, 能很好地发挥其材料性能优势。非固化橡胶沥青防水涂料中沥青是主要成分, 其温度敏感性较大, 要保持材料在常温下的黏滞性, 其耐高温性能就要受到影响, 所以材料的耐热性较差, 一般在70℃左右, 因此在较大坡度或立面上应谨慎使用或采取必要的措施。因材料特性导致, 非固化橡胶沥青防水材料不可能形成较厚的防水涂膜层, 因此更适合与卷材组成复合防水层在工程中使用, 与其配套使用的卷材以改性沥青类的卷材为宜。单独作为一道防水层使用时, 应采取必要的保护措施, 保证涂膜层的厚度均匀性, 并便于施工人员在其上进行其他工序的施工^[1]。

喷涂橡胶沥青防水涂料是由橡胶沥青乳液组分与破乳剂组分构成, 两组分混合后快速破乳凝固成膜的防水材料, 其具有固化速度快、伸长率大、弹性好、耐穿刺能力强等特点。该产品2007年从国外引进, 2009年国内企业开始生产, 市场应用领域和规模逐步扩大。

喷涂橡胶沥青防水涂料由于其机械喷涂、快速凝固、优异的物理力学性能和水性环保、无污染的特点, 可应用于建筑工程的屋面和地下室, 市政工程的蓄水池、污水池、垃圾填埋场、人工湖, 地铁隧道和公路路面结合层等的防水工程, 近年来得到迅速地推广应用, 现在已经有多家企业实现了规模化生产和销售, 应用领域逐步拓宽, 销售量逐年扩大。工信部[2010]74号文下达了《喷涂速凝橡胶沥青防水涂料》标准制订计划, 该标准的报批稿2013年12月通过专家审查, 由于涉及到知识产权问题, 该标准一直没有批准颁布实施, 目前均以企业标准作为产品质量控制的依据。

喷涂橡胶沥青防水涂料为双组分涂料, 其中的橡胶沥青乳液性能优劣决定了材料的最终性能, 其性能主要取决于3个方面: (1) 用于对沥青改性的聚合物胶乳的种类和掺量, 很大程度上决定了材料的主要物理力学性能, 这是配方调整的关键; (2) 沥青乳化的细度和粒径均匀性, 以及有无起泡、凝胶、分层、沉淀等质量缺陷; (3) 贮存稳定性, 在贮存和运输过程中碰到振动、温度变化等情况时, 是否会出现凝胶结皮现象。

喷涂橡胶沥青防水涂料采用喷涂施工, 喷涂机械和工人操作水平的好坏对成膜质量影响较大。因此应选择合适的喷涂机械, 施工前对工人进行系统培训, 根据施工现场条件进行试喷作业确定喷涂各项参数。该材料能在瞬间破乳成膜, 24h达到实干, 但成膜后的初始强度和黏结力较小, 达到最佳性能需7~10d, 涂料成膜后需要一定的养护时间, 施工时应做好涂膜的初始保护工作^[2]。

三元乙丙丁基橡胶自粘防水卷材是以三元乙丙橡胶片材作为面层材料、以丁基橡胶作为自粘层的防水卷材。三元乙丙橡胶是一种化学稳定性优异的有机材料, 由其制成的防水卷材已经有多年的应用历史, 但由于其过于稳定的化学结构, 接缝的搭接黏结以及与基层的黏结难度大、可靠性差, 容易产生翘边、脱胶、开缝、空鼓等缺陷, 应用受到影响。采用具有压敏性的丁基橡胶自粘层可以很好地解决这些问题。丁基橡胶自粘层还具有较好的蠕变性和自愈性, 可以防止窜水现象的产生。

三元乙丙橡胶和丁基橡胶都是物理力学性能好、化学稳定性强的有机材料, 制成的防水卷材具有优异的耐候性能, 能很好地满足各种使用环境的要求, 可应用于屋面、地下工程的顶板和侧墙等部位的防水设防。自粘胶表面采用彩砂等减粘材料处理后用于地下工程底板和外防内贴法施工的地下工程侧墙进行预铺反粘施工。三元乙丙丁基橡胶自粘防水卷材没有相应的材料标准, 干铺法施工时可执行GB/T23260—2009《带自粘层的防水卷材》标准, 其中主体材料性能执行GB18173.1—2012《合成高分子防水材料第一部分:片材》标准;预铺施工时可执行GB/T23457—2017《预铺/湿铺式防水卷材》标准^[3]。

《屋面工程技术规范》是屋面工程设计的主要依据, 随着屋面工程技术的发展, 新材料、新技术不断涌现, 有关环境保护、建筑节能和建筑防火等政策陆续出台, 根据住房和城乡建设部关于印发《2009年工程建设标准规范制定、修订计划》建标[2009]88号文要求, 2009年3月由有关设计、科研、施工、建材及大专院校等21个单位组成修订组, 经广泛收集资料, 进行实地考察, 组织专题论证, 最后经专家审查, 于2011年完成报批稿。住房和城乡建设部于2012年5月28日第1395号公告批准GB50345—2012《屋面工程技术规范》, 并自2012年10月1日起实施。新规范在原规范的基础上进行了较大修改, 从建筑工程设计的流程和基本需求出发, 将屋面工程技术规范的框架进行了调整, 从以材料分类的章节划分调整为以构造层次进行章节划分, 在新增内容、具体条文、技术指标等方面均做了较大调整。GB50693—2011《坡屋面工程技术规范》、JGJ155—2013《种植屋面工程技术规程》、JGJ255—2012《采光顶与金属屋面技术规程》等标准提出了特殊屋面的防水设防要求和构造做法。

做好建筑外墙的防水、防渗是建筑使用功能的基本要求, 在建筑节能的要求下, 外墙防水还具有保持外墙保温功能持续发挥作用的功能。由于建筑的多样性, 以及建筑高度的增加、风压加大, 致使外墙渗漏率增加, 降低了外墙作为围护结构的使用功能和保温隔热性能, 也会导致外墙使用寿命的缩短。JGJ/T235—2011《建筑外墙防水工程技术规程》首次提出了建筑外墙需要进行防水设防理念, 针对国内建筑外墙渗漏情况, 规程编制组在全国范围进行了调研和问卷调查, 根据国内降雨量、基本风压、墙面构造做法、是否有大吸水率的保温构造层等可能引起渗漏的因素, 提出墙面整体防水设防和节点部位采取防水措施的2种防水设防做法及其适用范围, 提出了相应的构造做法和节点构造, 为解决外墙渗漏问题提供了设计依据。

GB50108—2008《地下工程防水技术规范》是地下建筑、地铁、隧道、管沟等地下工程防水设计的主要依据。根据住房和城乡建设部建标函[2013]169号文《关于印发“2014年工程建设标准规范制定修订计划”的通知》的要求, 规范主编单位会同相关单位对GB50108—2008《地下工程防水技术规范》进行修订, 于2017年11月28日通过专家审查。修订的《地下工程防水技术规范》对规范的构架进行了适当的调整, 将地下建筑工程与地铁隧道工程的防水设计施工分别予以规定, 提高了地下建筑工程防水设防要求, 适当提高了防水等级的判定标准;补充了诱导缝、格构柱、抗拔锚杆等地下建筑工程节点防水设防做法;提出了沉管法隧道、顶管法隧道防水设防要求。能够更好地适应现代地下工程的防水工程设计要求。

建筑工程中的卫生间、浴室、厨房、水箱等有大量的生活用水, 浴室、厨房、桑拿房等还有水蒸气, 湿气会向四周扩散, 因此进行防水设防或防潮处理是很有必要的。JGJ298—2013《住宅室内防水工程技术规范》第5.2.1条以强制性条文的形式规定“卫生间、浴室的楼、地面应设置防水层, 墙面、顶棚应设置防潮层, 门口应有阻止积水外溢的措施”;第5.2.2条规定“厨房的楼、地面应设置防水层, 墙面宜设置防潮层;厨房布置在无用水点房间的下层时, 顶棚应设置防潮层”。该规范还规定了防水层和防潮层的技术要求, 可作为住宅建筑室内防水设计的依据。公共建筑的卫生间、浴室、厨房、水箱等部位也应进行防水设防或防潮处理, 设计时可参考《住宅室内防水工程技术规范》进行防水设计。

工程建设标准设计, 也称为标准设计图集, 是指国家和行业、地方对于工程建设构配件与制品、建筑物、构筑物、工程设施和装置等编制的通用设计文件。标准设计图集是由技术水平较高的专业设计单位编制, 并经有关专家审查, 报政府部门批准实施的, 因此具有一定的权威性。大部分标准图集是可以直接引用到设计工程图纸中的, 只要设计人员能够恰当地选用, 就能够保证工程设计的正确性。对于不能直接引用的图集, 对工程技术也能起到重要的指导作用, 从而保证工程质量。

标准设计图集在编制过程中常由若干企业主导, 或企业直接将产品编制成标准设计图集, 以权威部门名义发行, 设计师在选用或参考时应详细熟悉产品特性及其相关说明。

防水工程技术标准中规定了防水工程由具备相应资质的专业队伍施工。防水工程专项施工资质是对防水工程专业化施工的准入条件, 由建设主管部门制订和实施, 属于行政许可范畴。2001年颁布的《建筑业企业资质等级标准》将防水工程施工列入了专业承包资质序列中, 2014年11月, 住建部颁布新的《建筑业企业资质标准》, 并于2015年1月1日开始执行。

在新版的资质标准中, 防水与防腐、保温工程合并成为“防水防腐保温工程专业承包资质”, 分为一级和二级2个等级, 分别从企业资产、工程技术人员、施工现场管理人员和技术工人、工程业绩等方面制定了相应的等级标准要求。其中有一定数量的技术工人是新版资质标准中新增的要求, 充分体现了防水工程施工操作的重要性。这对防水工程专业施工企业重视工人的技术培训和经验积累、稳定防水技术工人队伍具有很好的促进作用。

在业务范围方面, 资质标准中规定“对设有资质的专业工程进行分包时, 应分包给具有相应专业承包资质的企业”“设有专业承包资质的专业工程单独发包时, 应由取得相应专业承包资质的企业承担”。

复合防水指采用2种以上防水材料共同进行的防水设防。复合防水的关键在于充分发挥不同性状、不同类别、不同品种材料的特点, 利用不同防水材料技术性能上的优势。卷材与涂膜复合防水由卷材防水层和涂膜防水层共同构成, 可以充分发挥涂膜的整体性和卷材材质稳定性的优势, 互相弥补存在的弱点。卷材与涂膜复合防水施工, 卷材与涂膜应具有相容性, 涂膜防水层应设置在卷材防水层的下部。较强黏结能力的高固含量防水涂料, 如非固化橡胶沥青防水涂料等, 可作为卷材的胶黏剂, 施工时一次成型, 一次成型的复合防水层中卷材和涂膜的复合较为完整, 具有良好的共同作用能力, 是复合防水层的较好形式^[4]。

防水卷材机械固定施工技术进入我国已有10多年, 因为对防水卷材性能、专用固定件和配件的生产应用、施工机械和工人作业技术水平等方面具有特殊要求, 需要工程实践经验的积累, 因此在使用上一直是比较慎重的。在总结多年单层防水卷材屋面设计施工经验的基础上, 有关单位组织编制了JGJ/T316—2013《单层防水卷材屋面工程技术规程》。规程中对防水卷材机械固定法的固定方法、固定材料、抗风揭计算和试验要求、接缝搭接宽度和有效焊接宽度、施工要求等均进行了规定, 这对于规范机械固定法的设计、施工, 提高单层防水卷材屋面工程质量起到了重要作用, 也推动了机械固定法在大跨度的公共建筑和工业建筑中的应用。

随着国内以高密度聚乙烯作为基材的自粘胶膜防水卷材的研发并量化生产、预铺法施工技术的成熟, GB50108—2008《地下工程防水技术规范》对该方法进行了定义, 规定采用该方法的材料、设计和施工要求, 使工程项目在设计施工时有了明确的依据。2009年3月发布了GB/T23457《预铺/湿铺防水卷材》, 发布实施以来规范了预铺或湿铺防水卷材的工程应用性能, 对预铺防水卷材在地下工程结构底板中的应用起到了推动作用。2013年7月, 国家标准化管理委员会下达了《2013年第一批国家标准制修订计划》, 将“混凝土砂浆黏结防水卷材预铺防水卷材”列入修订计划, 将预铺防水卷材单列出来制订标准。该标准已于2017年12月发布并将于2018年11月1日开始执行。2010年该技术被列入建设行政主管部门颁布的《建筑业10项新技术》, 获得建设行政管理部门的大力推荐, 该技术在地下工程中的应用越来越广泛^[5]。

目前我国的人力成本上升很快, 劳动力成本优势已经不复存在, 而手工操作所带来的劳动效率低、劳动强度高、质量波动大的缺点却越来越突出。因此, 企业对防水施工机械的研发和应用表现出更大的兴趣。常用的卷材铺设机械包括:铺设改性沥青防水卷材的热熔压铺机, 聚氯乙烯防水卷材、聚烯烃防水卷材接缝焊接用自动热压焊接机等。防水涂料机械化施工的发展速度更快, 除必须采用喷涂施工的聚脲材料和速凝橡胶沥青防水涂料2类材料之外, 聚合物水泥防水涂料、聚合物乳液防水涂料、单组分聚氨酯防水涂料等占据主导地位的防水涂料现在也都可以采用机械喷涂施工。

喷涂施工大大提高了涂料施工的效率, 将涂膜放在显微镜下观察, 可以明显看出, 喷涂成膜的涂膜凝胶粒径更小、均匀性更好, 肉眼观察涂膜断面, 手工滚涂的有明显的厚度不均匀和起泡, 而喷涂涂膜厚薄均匀, 基本无气泡。可见采用喷涂施工不但提高了劳动效率, 而且得到了质量更好的防水涂层^[6]。

长期以来我国执行的是建筑工程质量保修制度, 根据建筑法的规定, 建筑防水工程的保修年限是5年, 即过了保修期后出现的渗漏只能是业主自己负责。防水工程的质量保证期是指在合同约定的耐用年限内, 保证防水工程的总体质量, 防水工程不应该出现渗漏现象。一旦出现渗漏, 最终责任者不但要免费维修, 而且还应赔偿由此造成的一切损失。目前我国已经启动了防水工程质量保证期制度的准备工作, 住建部委托相关单位成立了提高防水工程标准质量工作小组, 该工作小组已就提高我国防水工程标准提出了看法和实现的路径。

实行保证期制度, 首先要落实最终责任人, 并给予最终责任人必要的权力和利益, 即对工程所用的防水材料、配套材料有选购权、设计或设计修改权、选用施工工法权等。这需要改革现有的管理体制, 由政府制订相应的政策法令及其配套措施, 如提高工程造价、加强材料质量管理、提升专业施工企业和防水工的专业技术水平、实现保险配套保障等。

2017年12月住建部下发了《关于征求在民用建筑工程中推进建筑师负责制指导意见 (征求意见稿) 意见的函》, 提出要推进民用建筑工程全寿命周期设计咨询管理服务, 从设计阶段开始, 由建筑师负责统筹协调各专业设计、咨询机构及设备供应商的设计咨询管理服务, 在此基础上, 逐步向规划、策划、施工、运维、改造、拆除等方面拓展建筑师服务内容, 发展民用建筑工程全过程建筑师负责制。《征求意见函》还提出, 在提供建筑师负责制的项目中, 建筑师应承担相应法定责任和合同义务, 因设计质量造成的经济损失, 由设计企业承担赔偿责任。因此建筑师负责制必将带来防水工程设计水平的提升。

提升工程设计水平的途径之一是推行二次防水设计, 即设计单位进行防水初步设计, 确定防水等级、构造类别和技术要求及相关材料、配件等的主要技术指标、规格, 并在施工图设计时提交构造层类及构造节点, 然后由专业防水公司进行二次防水设计, 确认或落实上述要求, 完善构造层类及构造节点, 提出相应的施工工艺。推行二次防水设计, 不但使深化后的设计可能更加科学、合理, 还使预算成本和实际成本比较接近, 同时可避免由于对现场实际情况考虑不周引起的选材不当及构造节点不详, 在满足防水要求的同时, 使业主获得最大的经济效益和技术保障。

由设计单位与施工企业联合进行的二次防水设计, 不仅维护了设计的权威性, 而且是防水工程中实现建筑师负责制政策的理想方式。

太阳能屋面将成为未来屋面的重要形式。在平屋面中, 将太阳能光伏电池板复合在可以卷曲的TPO或PVC卷材表面上, 直接用单层屋面的安装方式固定在平屋面上;或将太阳能光伏电池板复合在沥青基卷材表面上, 采用自粘法铺贴于平屋面上。在坡屋面领域, 将太阳能电池板依屋面坡度阶梯式成排成组地固定在瓦屋面上, 利用屋面坡度使太阳能电池板与太阳的角度最大化, 充分吸收阳光, 从而形成太阳能屋面。

随着社会的发展和进步, 城市开发用地的日益昂贵, 以及人们环境意识的增强, 屋顶绿化已经越来越多地引起了社会关注, 种植屋面不仅可以解决绿地和休闲场地的问题, 还可以大幅度降低建筑能耗、减少温室气体的排放, 同时可增加城市绿地面积、美化城市、改善城市气候小环境。

种植屋面主要包括种植平屋面、种植坡平屋面、地下室顶板种植和容器式种植几种类型, 在防止渗漏水、耐植物根系穿刺、不同气候条件区域植物选择、为植物提供营养、灌溉排水等方面均有成熟的工程应用技术。种植屋面中对环保、节能的应用会越来越广泛。

防水保温一体化是指由一种材料或制品来满足建筑屋面或外墙的防水、保温隔热功能的材料和构造做法。传统的做法中, 防水层和保温隔热层均独立设置, 分别满足不同的功能要求, 能兼具防水和保温功能一体化技术, 在达到相同功能要求的前提下, 简化构造层次, 便于施工和维护, 具有很好的应用前景。

目前的防水保温一体化技术包括现喷硬质发泡聚氨酯、在两层金属板材之间填充硬质发泡聚氨酯的板材、聚苯乙烯泡沫板表面涂敷聚合物水泥防水砂浆的板材等, 防水保温一体化技术目前尚未成熟, 在材料、构造、接缝做法、施工技术、质量控制等方面需要做更多地研究和工程经验总结。

地下综合管廊是将市政、通讯、供水排水、电力、燃气、热力等各种管线集于一体, 在城市地下空间建造的集约化隧道。建成之后, 只需要在内部进行各种管线的布线施工, 不需将道路进行重复的挖掘。地下综合管廊建设在中国是严重滞后的, 未来几年是地下综合管廊建设的大发展时期, 是城市基础设施建设的重点之一。防水工程是地下综合管廊的重要工作, 对保证综合管廊的功能和使用寿命具有不可替代的作用。管廊采用与地下隧道相同的明挖法或暗挖法施工, 其防水设防做法、构造、施工方法等也与地下隧道相同。地下综合管廊建设为防水工程提供了新的生产增长点。

水泥基类防水材料包括聚合物水泥防水涂料、防水砂浆、防水混凝土等, 水泥基类防水材料在使用过程中的开裂是造成防水失效的主要原因。自修复性能是指防水涂膜、砂浆防水层或防水混凝土开裂后, 利用材料内部储存的活性物质产生水化反应生成凝胶物质填充裂缝, 使裂缝修复的特性。

在防水材料中, 具有自闭功能的聚合物水泥防水涂料已提出多年, GB/T23445—2009《聚合物水泥防水涂料》中提出自闭性检测方法后, 自闭性防水涂料在国内有更多地研究和发展, 该材料的自闭性主要是利用树脂乳液胶膜、吸水膨胀树脂等材料的吸水溶胀使裂缝闭合, 少量未水化水泥的水化反应生成水化产物也有一定作用, 涂膜裂缝自闭速度较慢, 这与水泥基类材料自修复特性在机理上完全不同。开展水泥基类材料的自修复性能研究, 对于水泥基类防水材料的应用具有重要的意义。

相容性是指两种材料之间互不产生有害的物理和化学作用的性能。这里所指的“互不产生有害”既指材料之间不会发生影响产品性能的化学反应, 也包括施工过程中和形成复合防水层后不会产生不利的影响, 如卷材施工过程中破坏已经成膜的涂料, 涂料固化过程中造成卷材起鼓等^[4,7]。

GB50345—2004《屋面工程技术规范》提出了复合防水做法, GB50345—2012《屋面工程技术规范》提出了复合防水层和相容性的概念, 但对于材料相容性的认识还仅仅停留在感性认识阶段, 并未从材料的基本特性和机理上进行过研究, 也未对不同防水材料复合的相容性做长期的试验研究, 需要更多的学者通过长期的试验和理论研究来探讨不同材料之间的相容程度及其机理。

防水材料的品种和规格在我国已经非常完善, 但是配套材料和配件的研究及生产却始终处于落后状态, 造成构造设计中节点做法始终是薄弱环节, 大量的渗漏也出现在节点部位。因此应重视配套材料和节点部位配件的研发、生产和应用, 如屋面工程中金属压顶、出屋面管道根部的泛水配件等;地下工程变形缝、施工缝、穿墙螺栓的密封构件等;建筑外墙变形缝封缝构件、门窗洞口和穿墙管道防水密封配件等;室内卫生间的地漏和穿楼板管道的密封配件等。做好节点部位配件的研发和应用, 可以大大提高节点部位防水工程的质量, 减少防水工程的渗漏率, 是防水工程中事半功倍的工作, 值得防水工作者重视。