TPO自粘卷材在华北理工大学屋面防水工程中的应用
1 工程概况
华北理工大学是由原河北理工大学和原华北煤炭医学院合并组建而成的综合性大学。2013年6月，河北省委、省政府做出了将学校整体搬迁曹妃甸唐山湾生态城的重大决定。其占地4500亩，建筑面积103.6万平方米，计划总投资65.44亿元，规划了理工、医学、管理、冀唐学院4个组团，共84栋单体建筑。该项目由天津大学建筑设计研究院设计，唐山市大学城开发建设有限公司为主体投资建设。建成投用后，将会有5万多名师生入住新校区。预计2015年底，除去部分绿化外，华北理工大学新校园将全部建成。
图1 华北理工大学新校区鸟瞰图
华北理工大学新校区84栋单体建筑中，屋面造型相对简单，防水面积约为23万m2。根据项目特点、屋面工程构造，该项目防水层采用了唐山德生防水股份有限公司提供的热塑性聚烯烃(TPO)自粘复合防水卷材(以下简称TPO自粘卷材)。
2 屋面构造层次
华北理工大学新校区所有屋面采用的是正置式屋面结构，屋面构造层次由下而上依次为：钢筋混凝土屋面板、20mm厚1:2.5水泥砂浆找平层、1.5mm厚聚氨脂涂料隔汽层、120mm厚现浇泡沫混凝土保温层(兼找坡层)、20mm厚1:2.5水泥砂浆找平层、2.7mm厚TPO自粘卷材防水层、40mm厚C20细石混凝土保护层。具体构造层次详见屋面构造图。
图2 屋面构造层次示意图
3 屋面防水
本工程中，防水层使用的是通用型2.7mm厚TPO自粘卷材，该卷材是采用进口TPO原料生产的TPO卷材层和自粘卷材层复合制成的高分子防水卷材。
2.7mm厚TPO自粘卷材中TPO层厚度为1.2mm，自粘层厚度为1.5mm，在屋面工程应用中各自具备独立防水能力，实现一次施工，两道防水。TPO自粘卷材既具备TPO卷材高强度、耐老化、可焊接的优点，又具备了橡胶沥青自粘卷材的高延伸、自愈性及蠕变性。施工时，TPO自粘卷材采用“卯榫式”搭接，TPO卷材间用热风焊接，自粘卷材间自粘，达到各自闭合的效果。其主要物理性能指标见下表。
表1 通用型TPO自粘卷材物理性能指标
序号 | 项 目 | 指标 | |
1 | 最大拉力（N/50mm） ≥ | 600 | |
2 | 断裂伸长率∕% ≥ | 600 | |
3 | 低温柔性∕℃ | 自粘层 | －25℃无裂纹 |
TPO层 | －50℃无裂纹 | ||
4 | 不透水性 | 0.4MPa，120min不透水 | |
5 | 自粘面剥离强度∕(N∕mm) | 卷材与铝板 ≥ | 1.5 |
后浇混凝土/水泥砂浆 ≥ | 2.0 | ||
6 | 撕裂强度/N ≥ | 40 | |
4 防水施工工艺
4.1 施工流程
基层清理 → 涂刷基层处理剂 → 弹线定位 → 附加层施工 → TPO自粘卷材铺贴 → 搭接边热风焊接 → 细部处理 → 检查验收
4.2 操作要点
4.2.1 基层清理
防水基面应坚实、干净、平整、干燥(含水量<9%)，不应有起砂、凹凸不平等缺陷。施工前若基层表面有垃圾、泥砂等杂物，用笤帚清扫干净。
基层阴角处做成半径≥50mm的圆弧或45°坡角，阳角做成20mm圆弧。分格缝与保温层贯通，缝宽5~20mm，且分格缝与排气管相通。水落口应设置在找坡最低处，并且水落口四周500mm范围内坡度不低于5%。
4.2.2 涂刷基层处理剂
将基层处理剂均匀的涂刷在防水基面上，涂刷时要均匀，不应有空白、麻点，遵循先立面后平面，先远后近的原则，基层处理剂干燥后方可进行下一步施工。
4.2.3 弹线定位
根据屋面女儿墙收口高度、构造物尺寸以及卷材搭接宽度等弹基准线，该基准线作为卷材铺设的控制依据。
4.2.4 附加层施工
在伸出屋面管道、屋面平面与立面泛水处等部位铺设自粘卷材作为附加层，平面和立面的宽度均不应小于250mm。分格缝处铺设200 mm宽自粘附加层，其中空铺100mm宽。
图1 屋面分格缝处附加层施工
4.2.5 TPO自粘卷材铺贴
防水层施工时，在铺设前15分钟将TPO自粘卷材开卷、展开、平铺，以充分释放卷材卷曲应力。
TPO自粘卷材长边采用卯榫式搭接方式，搭接宽度为80mm；短边采用对接的方式，下贴160mm宽自粘卷材，与TPO自粘卷材同宽，上覆120mm宽均质TPO，与TPO自粘卷材同宽，均质TPO在长边焊接完后焊接短边对接缝上。相邻两幅TPO自粘卷材的短边接缝应至少错开500mm。
图2 长边卯榫式搭接示意图
图3 短边对接示意图
4.2.6 搭接边热风焊接
每天热风焊接施工前应进行试焊工作，材料选用均质TPO。分别采用自动热风焊接机(设定不同速度、不同温度、不同气流量)、手动热风焊枪(设定不同档位、不同焊嘴)进行试焊均质TPO，有效焊接长度不小于200mm。试焊完成后进行剥离试验(垂直焊接缝裁剪5mm，手动撕扯接缝，重点观察熔浆和剥离强度)，以确定当日的最佳焊接参数。
热风焊接施工时，应保持焊接部位清洁，若焊接面受到污染，用清洁剂擦拭干净后再进行施工，焊接部位的清洁程度直接影响焊接质量。
TPO自粘卷材焊接顺序为先焊接长边接缝后焊接短边接缝。
长边搭接缝采用自动热风焊接机焊接。通常情况下，自动热风焊接机焊接温度宜设置为480℃~550℃之间；当温度调至500℃以上时，鼓风机气流量调节不宜超过80%；速度为2.0m/min~3.5m/min。因TPO自粘卷材在短边对接区域断开，焊接下一幅卷材时对接处未焊接，应采用手动热风焊枪焊接。焊接时使用钩针随时检查焊接质量，对存在焊接缺陷的部位进行标记，并根据实际情况进行修补。长边搭接缝有效焊接宽度不低于30mm。
图4 自动热风焊接机焊接
短边接缝采用手动热风焊枪辅助自动热风焊接机焊接。短边接缝上覆的均质TPO覆盖与相邻卷材形成的T型接缝不少于40mm，并将均质TPO四角裁剪成圆角。均质TPO点焊在接缝上后采用自动热风焊接机焊接两侧，端部使用手动热风焊枪焊接。通常情况下，40mm宽焊嘴焊接温度设置档位为6.5~8档；20mm宽焊嘴焊接温度档位为4.5~6档。
图5 自动热风焊接机焊接
手动焊接的施工顺序：点焊、预焊、实焊：
点焊：用焊嘴烫一下卷材，手指点压即可。点焊位置见下图，焊点间距为任意。
图6 短边端部焊接时点焊位置示意图
预焊：手持焊枪与卷材接缝成45°，压辊的侧面平行于焊嘴、间距10~15mm，缓慢、轻力滚压，每次滚压宽度一致，压辊和焊嘴速度保持一致。焊接线成直线为宜。焊接后预留30~35mm宽度实焊(30~35mm为大焊嘴，小焊嘴预留20mm)。
实焊：与预焊焊接方法一致，焊接速度较预焊略慢，以焊缝有熔浆为度。
实焊过程中，遇到焊接停顿时，在焊接未冷却前应将该区域焊缝拉一下，确保卷材不是虚焊、粘结；再次焊接时，焊枪应在该焊缝处停顿一段时间，卷材熔化后在进行焊接施工。停顿时间视试焊确定的参数而定。
图7 短边端部热风焊接
焊接时，焊嘴应对着已完成的接缝方向(T型接缝戗风)焊接施工，在T型接缝处稍停一下，并用力碾压直至压出熔浆。焊接完后，T型接缝处应凹下去。
在最后收口焊接时，应将焊枪调转90°，对准接口停顿一段时间(视试焊确定的参数而定)，再次焊接，以保证卷材熔化。
当天施工的卷材应当天焊接完成，保证该区域具备防水功能。焊接完后，应做好临时防护；未焊接完时，卷材表面有水，焊接采用正常焊接顺序，但预焊应比实焊速度慢，目的是将表面水分蒸发干。预焊结束后等待10分钟左右卷材温度降低，再进行实焊。
4.2.7 细部处理
(1)伸出屋面管道、排气管
伸出屋面管道、排气管防水应加铺自粘卷材作为附加层，平面和立面的宽度均不应小于250mm；然后采用均质TPO卷材对管壁进行包裹并与平面TPO自粘卷材焊接牢固，形成整体。收口部位用金属卡箍固定，密封材料密封。如图5所示：
图7 伸出屋面管道防水做法示意图
图9 伸出屋面管道、避雷针防水做法
(2)水落口
水落口为屋面渗漏严重的部位之一，处理方法如图6所示：
图9 水落口防水处理示意图
(3)屋面平面与立面交界等泛水处，如女儿墙、山墙、屋面出入口等部位，均应加铺交叉层压膜自粘卷材作为附加层，宽度均不应小于250mm。
(4)防水层在女儿墙处应固定、密封，处理方法如图9所示。
图10 低女儿墙收口防水处理示意图
(5)阴、阳角焊接采用均质TPO卷材进行包裹并与平面TPO自粘卷材焊接牢固，形成整体。
图11 阴阳角防水处理示意图
4.3 质量验收
4.3.1 主控项目
(1)防水层所用防水材料及其配套材料的质量，应符合设计要求。
检验方法：检查出厂合格证、质量检验报告和进场检验报告。
(2)防水层不得有渗漏和积水现象。
检验方法：雨后观察或淋水、蓄水试验。
(3)防水层在水落口、泛水和伸出屋面管道的防水构造，应符合设计要求。
检验方法：观察检查。
4.3.2 一般项目
(1)卷材的搭接缝应粘接牢固，密封应严密，不得有扭曲、褶皱和翘边。
检验方法：观察检查。
(2)卷材的收头应与基层粘结，钉压应牢固，密封应严密。
检验方法：观察检查。
(3)卷材搭接宽度的允许偏差应为-10mm。
检验方法：观察和尺量检查。
(4)防水层的厚度应符合设计要求。
检验方法：针测法或取样量测。
4.4 注意事项
4.4.1 施工时，因卷材存在应力，在卷材铺设前15分钟将卷材开卷、平铺以便于卷材应力得到释放。
4.4.2 进行卷材铺设操作时，用大压辊由卷材中间向两边搭接边滚压，排尽卷材下面的空气使卷材与基层粘接牢固。
4.4.3 当日铺设的卷材当日焊接完毕，不得出现跳焊、漏焊、焊接不牢、焊焦等现象。
4.4.4 TPO焊接部位应洁净，否则易出现虚焊现象，若焊接面受到污染应用清洁剂擦拭洁净方可焊接。
4.4.5 焊接时注意防止改性沥青油污染搭接边。若污染应增补均质TPO再对搭接边进行热风焊接。
4.4.6 施工卷材时，如温度较低出现自粘面粘接不牢固的时候，可以适当加温卷材自粘面再进行搭接。
4.4.7 如在屋面上裁剪卷材，应在卷材上铺贴木模板，以免破坏卷材。
4.4.8 工程竣工验收后，应有专人负责维护管理。
5 结语
图12 TPO自粘防水层施工效果
华北理工大学新校区屋面防水工程结合现场条件及施工环境，在设计、施工过程中，从设计选材、施工管理、操作要点、工程质量验收、施工注意事项等多方面解决了关键质量和技术问题，成功使用了TPO自粘卷材。项目完成已逾半年，曹妃甸地区靠近渤海湾，降雨较为频繁，在防水层施工完至今，屋面防水效果良好，成为了TPO自粘卷材防水典型工程案例。
