日期：2021-12-08
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165 核心提示：屋面是建筑的一部分，其构造组成及选用材料，与科学技术、社会经济发展水平及人们需求密切相关。长期以来，由于执行多、快、好、
屋面是建筑的一部分，其构造组成及选用材料，与科学技术、社会经济发展水平及人们需求密切相关。长期以来，由于执行“多、快、好、省”的建设路线，一段时期内，我国建筑科学技术长期处于落后状态，其中屋面防水工程受害尤深。尽管如此，我国也还是有不少科技人员长期致力于防水技术的研究，并在不同时期对屋面构造、所用防水材料及其施工工艺等进行探索、改革，并取得了一定的成果。而绿色建筑及节能减排，是21 世纪才得到真正重视的。绿色生态防水屋面适用于我国南方夏热冬冷地区，是在旧屋面筑漏的基础上，通过不断探索、不断研究而发展起来的一种新型屋面构造形式。它具有诸多优点，研究和分析其中奥秘，是很有意义的。
1 绿色生态防水屋面发展历程及其核心技术
1.1 双层架空屋面
重庆机床厂精密恒温车间于1965 年2 月开工，要求当年建成投产，笔者通过结构计算，在征得原一机部建筑设计院同意，并确保屋面使用安全的情况下，将原设计的单层屋面改为双层架空屋面。此举不仅克服了重庆夏天高温、秋冬潮湿多雨以及不易铺贴卷材的困难，同时吸取了笔者1961 年设计辽宁锦西石油五厂排汽屋面的研究成果，在保温层及屋面上分别设置了与大气相连通的排汽道与排汽孔，使保温层内多余的水分，在架空屋面及时排出。这一确保工程质量与工期要求的改革措施，在当时重庆市属于首创。双层架空屋面与后来南方各地推行的架空隔热屋面并无二致，但在架空层内增加了松散保温材料，其热工效果不可小视。图1 所示为该车间封闭式双层架空屋面构造[1]。
1.2 蓄水屋面
1.2.1 浅蓄水屋面
由于水是一种廉价的隔热保温材料，国内外在炎热地区早有采用蓄水屋面的先例。屋面蓄水，隔热节能效果显著。20 世纪80 年代初期，原重庆建筑工程学院周国民等研究的敞开式浅蓄水（蓄水深度100~200 mm）刚性防水屋面，在重庆市不少屋面工程中得到应用。经过热工测试，可有效降低室内温度（图2），受到各方好评[2]。1986 年，周国民、穆雅君等人设计的西南农业大学105 实验室“自然能”屋面（位于重庆市北碚区），建成后隔热效果很好，获得使用单位嘉许。1 年之后，他们发表了《利用自然能的平屋顶研究及应用》论文，这是国内较早介绍生态防水屋面的文献。
1.2.2 深蓄水屋面
1977—1980 年间，原长沙大学罗世武等人研究的敞开式深蓄水屋面，根据湖南耒阳地区10 年气象资料，绘制出该地区年平均降雨量和蒸发量之差的曲线，据此认为屋面蓄水深度以600 mm 为佳。这一蓄水深度在耒阳新生煤矿50 余幢建筑、近1 万m2 的屋面上引用，经过连续4 年干旱的考验，无一干涸，屋面隔热效果良好，也未出现渗漏水现象。图3 所示为敞开式无保温深蓄水屋面构造[2]。1983 年12 月，笔者应湖南省建设厅邀请，赴耒阳主持该科研项目的鉴定，在参观工程和审查文件后，与专家一起对这一创新成果给予了充分肯定。
1.2.3 积水屋面
国内不少建筑采用了敞开式浅蓄水屋面或深蓄水屋面，均取得了一定的成效。但敞开式浅蓄水屋面因蓄水太浅，如夏天长期干旱，水分易蒸发、干涸，而导致屋面开裂渗漏；深蓄水屋面由于蓄水太深，屋面荷载过大，也难以进一步推广应用。台湾一流式防水中心张忠雄等人，针对台湾的气候条件研究的积水屋面，设计成半敞开式，在屋面适当部位留出孔洞。下雨时可积存雨水，天晴时又可蒸发降温，其构思巧妙，利用气候条件自行调节隔热所需的积水深度；同时还设计了雨水回用循环装置，解决了高山地区缺水的困难。另外，积水屋面下暴雨时还可减少局部雨水径流量，因此可减轻大中城市排水的压力[3]。此种屋面构造和核心技术至今仍有借鉴意义。
1.3 复合排汽排水植被屋面
种植屋面在提高城市绿化率，减缓城市热岛效应和空气污染等方面，有着重要和不可替代的作用。有关文献指出：绿化屋顶夏季室温平均比未绿化屋顶室温低1.3~1.9 ℃；冬季室温比未绿化屋顶室温平均高1.0~1.1 ℃。种植屋面可有效截留雨水，缓解城市雨洪压力[4]。屋面种植植被，是绿色生态屋面发展的重要技术。
江西南昌邹尚云经过大量工程实践和长期悉心研究，于1999 年申请成功《屋面生态复合排水呼吸系统》发明专利（中国发明专利号：99104466-5）。该屋面系“采用先进的屋面生态防水及换气、导水技术，确保混凝土刚性防水的持久效应；其中心思想是‘引导’，不与自然相对抗，通过导水、排水、换气、植被的生态循环，解决因保温层内积水饱和，由屋面内外温差形成的巨大温度应力，导致混凝土刚性防水层开裂与渗漏水的老大难问题，从而实现隔热、保温、防水、美化环境等多种功能”[5]。
图4 为复合排汽排水植被屋面结构示意图。该类种植屋面具有以下特点：1）新建屋面以钢筋混凝土结构自防水为主，采用蓄水自养护工艺，可获得更好、更持久的功效；而在既有建筑中，配合筑漏、抗裂专项技术，确保屋面有一个完整、坚固的结构基层；2）通过功能、构造的巧妙整合，屋面结构上下贯通，有汽排汽、有水排水；3）二级排网是该技术创新点之一，雨水回用不仅利国利民，也符合可持续发展的方向；4）植被绿化（含种植蔬菜），不仅提高了居住的舒适度，而且还有美化环境、陶冶身心、延长建筑物寿命等优点。
1.4 绿色生态防水屋面
绿色生态防水屋面继承了种植屋面的诸多优点，又在“优化屋面构造、减少屋面荷载、提高结构承载能力，植被保护、削减温度应力、抑制结构开裂以及混凝土刚性防水”等主要环节上，有所创新、有所发展。近几年来，江西南昌邹尚云与江西省建筑设计研究总院绿色建筑节能中心胡松等科研人员合作，进一步研究和完善了绿色生态防水屋面技术。该屋面技术是在“复合排汽排水植被屋面”的基础上，着力围绕绿色建筑、可持续发展、屋面构造与种植多样化上做文章，从而取得了更好的技术、经济效益和社会价值。值得指出的是，通常屋面防水采用“以堵为主、只堵不疏”的做法，自然就会导致水汽无出路，而“有缝就钻”，因此屋面渗漏水现象很难避免。而借鉴中国古代汉瓦屋面防水、呼吸的理念，吸收卷材排汽屋面构造的做法，绿色生态防水屋面采取了一种全新的构造组合，优化了屋面排水、排汽的细部设计，使其防水功能在“排防结合、先排后防”的科学基础上，得以圆满实现。图5 所示为绿色生态防水屋面构造。
绿色生态防水屋面设计还有一个值得注意的地方是，过去普通刚性防水屋面、刚性蓄水屋面在我国各地早有应用，但因没有抓住“蓄水保湿养护混凝土结构”这一基本点，因而常出现屋面干涸、开裂，进而导致出现渗漏水的质量通病，所以在实际工程中未能得到进一步应用。为此，绿色生态防水屋面在隔离滤水层的细部设计中，应确保雨水能长期储存，并要求混凝土刚性防水层的上表面有30~50 mm 的蓄水深度。由此就可以克服材料收缩与温度应力的影响，从而使混凝土的各项优良性能发挥到极致。这种挖掘潜能、趋利避害的做法，是其他屋面构造难以企及的。有关文献指出，混凝土结构如长期蓄水不干涸，不仅能增强抗渗性能，还有不干缩、变形小和不易老化等特点，从而取得更好的防水效果。试验表明，混凝土长期处于水下时，不但不干缩，反而会有微膨胀
（其值为0.05~0.20 mm/m）。因此，混凝土不均匀的缺陷不致造成不良后果，水化生成的胶体也不会因干缩而失效，从而可避免开放性透水毛细管的出现[6]。
2 实践效果
绿色生态防水屋面通过导水、排水、换气、呼吸理念，顺应自然客观规律，紧紧抓住“生态植被”和“结构加固与混凝土刚性防水”两个关键点，有效抑制了屋面温度应力的危害。通过大量工程实践和长期悉心研究，不断优化屋面构造组合，实现了隔热、保温、防水、雨水回用与美化环境等多种功能，因此绿色生态防水屋面可广泛应用于我国南方夏热冬冷地区新建和改建的屋面工程上。时至今日，绿色生态防水屋面技术已有十余载的发展时间，累计在为数众多不同类型的屋面上得到应用。较早使用该项技术的南昌市洪都宾馆屋顶，早已摆脱屡修屡漏的窘境，十余年来该屋面再未发生任何渗漏水现象，从而得到了业主的充分认可和嘉许[7]。
3 结语
需要强调的是，在绿色生态防水屋面中，“结构加固与混凝土刚性防水”是一个事物的两个方面：结构加固是指在新建工程中，应适当提高屋面结构层厚度，增加抗裂配筋；在既有建筑中，应对原有裂缝进行补强处理，增设35～40 mm 厚细石混凝土（配筋）防水层，并在“精心施工、严格管理”的条件下，才能实现混凝土刚性防水的预期目标。而过去将刚性防水层置于屋顶表面，或未注意上述问题，因此，屋面的开裂与渗漏水的现象就无可避免。
绿色生态防水屋面，既借鉴了古今中外有关治水、防水方面的经验，又坚持创新，因地、因时、因工程制宜，具有取材容易、可操作性强等特点，因此更具科学价值和生命力。同时，符合环保节能且耐久的结构混凝土刚性防水技术日趋成熟，也为种植屋面发展变化提供了有利条件。
