屋顶绿化用耐根穿刺防水卷材

＊刘 璐

（国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心 广东 510700）

引言

2020年，我国提出“碳达峰”“碳中和”的国家战目标，屋顶绿化（Green Roof）对减少碳排放有显著的积极作用。屋顶绿化是指在屋顶、露台、天台等种植绿色植物，减少能源消耗并利用光合作用实现固碳释氧。研究表明，与传统建筑屋顶相比，拓展性屋顶绿化可以节省20%的能耗，密集型屋顶绿化可以节省70%的能耗。

我国积极推进屋顶绿化建设，北京屋顶绿化面积已经达到了200多万平方米，成都也建成260万平方米绿色屋顶。但与此同时，新增绿色屋顶面积占各城市屋顶总面积仅为约1%左右，远低于欧洲约15%的屋顶绿化比例，我国屋顶绿化产业仍有极大的发展空间，亟需进一步推广发展。目前，制约屋顶绿化发展的重要原因之一是建筑物安全问题。建筑物屋顶绿化可能影响屋顶承重和防水，特别是植物粗壮的树根可能破坏屋顶防水层甚至天花板，带来安全隐患，引起业主担忧。

防水卷材是建筑物防水的关键材料，普通改性沥青防水材料一般三个月内就会被植物根系穿透，推广城市屋顶绿化亟需防水性能良好、耐根穿刺、施工方便、成本较低的防水卷材技术。2018年我国制定了《种植屋面用耐根穿刺防水卷材》国家标准，各企业、研究员也积极研发适于屋顶绿化的新型卷材，如铜胎基防水卷材、阻根剂改性防水卷材、复合型阻根防水卷材等。

1.铜胎基防水卷材

铜胎基防水卷材是一种植物根系阻拦屋顶材料，以铜箔胎基为卷材胎基，以改性沥青为涂盖材料，可以达到根阻的效果，同时不会破坏周围的环境。铜胎基不仅具有物理阻拦的作用，还利用了植物根系遇到金属铜离子会改变生长方向的特性。当植物根与铜胎基接触时，根系不会继续向下生长，而是沿防水层的一定范围平行生长或背向防水层生长。铜胎基防水卷材可以形成高强度防水层，对加压水具有很强的抵抗力，并且耐刺穿、开裂、撕裂和疲劳，同时其抗拉强度高，改性沥青涂料的厚度大，对基层收缩变形和开裂的适应性强。

例如，盘锦禹王防水建材集团有限公司生产的金属铜胎改性沥青防水卷材是以金属铜箔和网格布为胎基，上下两层分别涂以高聚物改性沥青胶或自粘沥青胶，两面覆以隔离材料所制成的防水卷材。该产品具有增加了金属保护作用，并且综合了自粘卷材和高聚物改性沥青卷材的优势[1]。此外，为提高防水卷材的抗跟刺穿能力，也可以设置多层铜箔结构[2]。

铜胎基防水卷材中的铜箔由于表面较为光滑，附着力较低，改性沥青难以附着。通过在铜箔电解过程中采用合适的电解液和添加剂，然后经过粗化处理，提高铜箔表面的粗糙度，可以提高铜箔的粘合性[3]。此外，也可以采用表面镀铜的其他胎基材料代替铜箔。

在屋顶施工中，在异形区域处通常存在有一定程度的折叠或拼接。普通铜箔胎基的延展性较差，折叠或拼接处易出现裂缝，导致阻根面不连续，甚至造成改性沥青涂覆层的破损，难以充分保障阻根性能。特别是在低温条件下，金属铜箔更易因弯折而产生断口。

聚酯复合铜胎基防水卷材在铜箔的基础上添加有聚酯胎，聚酯胎的延展性好、抗拉性高，耐刺穿和耐撕裂性能优异。聚酯胎和铜胎基复合使用，在外力作用下两者同时受力，具有更大抗拉张力，提高防水卷材对于变形和开裂的适应性，提高尺寸稳定性和耐根穿刺效果[4]。在两者复合时，将铜箔或镀铜毡置于上层，聚酯胎置于下层，可以避免聚酯胎被植物根系破坏。

2.阻根剂改性防水卷材

阻根剂改性防水卷材是通过在改性沥青中添加化学阻根剂来实现阻止植物根系穿透的功能。这类防水卷材通常以聚酯纤维作为卷材胎基，涂盖料为添加阻根剂的改性沥青，上下表面覆盖有隔离材料。目前市场上销售的化学阻根剂主要为国外产品，如德国朗盛的PREVENTOL® B2/B5或奥地利霍夫曼的HerbiTECT®等。常见的化学阻根剂有铜系阻根剂和苯氧丙酸类阻根剂。

(1)铜系阻根剂

铜系类阻根剂主要成分是铜盐混合物或者铜复合物，如氧化铜、硫酸铜、碳酸铜等，铜离子被根系吸收后，与蛋白质结合形成“根瘤”，影响根系顶端分生组织的生长，导致植物产生的生长素减少，抑制植物主根生长，刺激侧根生长。

直接添加铜系阻根剂可能造成铜元素溢出，导致环境被污染。为解决这一问题，可采用负载铜的纳米粒子或铜络合物等。湖北工业大学先后研制了四氧化三铁载铜纳米粒子阻根剂、氧化铝载铜纳米粒子阻根剂以及有机酸铜化合物阻根剂等，具有载铜量高、用途广等特点，可以减少阻根剂的添加量，克服了金属铜和单一铜的粒子的缺点，增强了卷材的耐久性[5,6]。陈威等[7]还研发了一种表面镀铜的玻璃纤维作为增强材料和阻根剂，大大降低了铜的用量，节约制造成本，同时提高了防水材料的力学强度。

(2)苯氧丙酸酯类阻根剂

苯氧丙酸酯类阻根剂是市售阻根剂的主要类型，如二缩三乙二醇双2-(4-氯-2-甲基苯氧基)丙酸酯、2-(4-氯-2-甲基苯氧基)丙酸异辛酯、2-(4-氯-2-甲基苯氧基)丙酸正辛酯等[8]。这类阻根剂可以促进植物根系角质层的增长，限制根系对于营养物质的吸收和运输，从而达到阻止根系破坏防水层的目的。苯氧丙酸酯类阻根剂具有广谱阻根、长期稳定性好等特点。

市售苯氧丙酸酯类阻根剂主要依赖进口，国内产品较少。朱月泉等[9]以乳酸乙酯为原料，经过磺化、醚化、酯交换等三步反应后制备得到了2-(4-氯-2-甲基苯氧基)丙酸正辛酯，制备过程操作简便，降低了原料成本和能耗，提高了收率。陈顺等[10]用棉纤维负载苯氧丙酸酯类阻根剂，具有高负载量，且与沥青之间的相互作用可以提高沥青的抗拉强度，避免沥青裂纹的形成和扩展。

(3)阻根剂的含量检测

国家标准《种植屋面用耐根穿刺防水卷材》（GB/T 35468—2017）中规定了耐根穿刺性能检测方法，该检测方法试验周最短为2年。较长的检测周期导致厂家在耐根穿刺性能试验通过后，后续生产的耐根穿刺防水卷材中阻根剂添加量可能不足。对此，中国建筑材料联合会和中国建筑防水协会联合发布了协会标准《沥青基耐根穿刺防水卷材阻根剂含量试验方法》（T/CBMF 49—2019/T/CWA 301—2019），采用液相色谱法对沥青基耐根穿刺防水卷材中的单一化合物类阻根剂和聚合物类阻根剂含量进行检测[11]。付登升等[12]提出了采用沉淀滴定法检测耐根穿刺防水卷材中阻根剂含量，该方法操作简单、投资少，适合企业内部质检使用，但同时对样品和空白样的一致性要求高，不适合作为第三方检测标准。

3.复合型阻根防水卷材

为了确保屋顶绿化用耐根穿刺改性沥青防水卷材的阻根效果，可以将铜胎基或复合铜胎基与化学阻根剂组合使用，实现双重的阻根效果。

罗伟新等[13]制备了一种耐根穿刺改性SBS改性沥青防水卷材，具有聚酯复合铜箔胎基，同时该防水卷材分为主体区和搭接区，在搭接区的改性沥青中添加化学阻根剂，防止根系穿透接缝部，实现物理和化学的双重阻根。银川综合客运枢纽扩建工程地下车库种植顶板也使用了复合铜胎基防水卷材，金属铜箔和聚酯无纺布复合制成胎基，两面涂盖添加阻根剂的聚合物改性沥青，覆以隔离材料制成，在施工过程中再辅以水性非固化橡胶沥青防水涂料，降低渗漏和窜水风险，同时实现植物的良好种植[14]。

4.其他类型屋顶绿化用防水卷材

根据不同的施工环境和性能需求，可赋予屋顶绿化用防水卷材不同的额外性能，如自粘性、自修复性、阻燃性等，满足不同的应用场景。

王双等[15]生产了一种耐根穿刺TPO自粘复合防水卷材，由PET镀铝膜隔离层、添加有化学阻根剂的高聚物改性沥青自粘层、粘结层和可以实现物理抗根的TPO卷材层组成，并在实际施工应用中取得了良好的效果。曹海涛等[16]研发了一种自粘施工的改性沥青耐根穿刺防水卷材，包括有表面层、改性沥青层、复合铜胎基芯层、自粘层和隔离膜，通过自粘法冷施工实现节能环保。

沈学明等[17]制备了一种自修复阻根防水卷材，包括有上下隔离层、添加有化学阻根剂的非固化橡胶层、高分子层和金属芯层，非固化橡胶层与空气长期解除后不固化，可自动寻找漏水部分修复已损坏的防水层，具有自修复、耐刺穿、耐老化等特点，适用于屋顶绿化防水层，可确保整个防水系统的长期完整性。李驰昊等[18]制备了一种自修复高分子防水卷材，将硅橡胶和化学阻根剂混合并用微胶囊进行包裹得到有机硅预聚体，将有机硅预聚体涂覆在高分子层表面形成自修复层。通过采用微胶囊技术为防水卷材提供自修复功能，采用化学阻根剂提供阻根性能，同时即便被植物根系刺穿后也可以快速进行修复，保障良好的防水性。

通过在改性沥青或高分子涂覆材料中添加阻燃剂，还可以赋予耐根穿刺防水卷材阻燃耐火性能，提高防水卷材的安全性。仇立静等[19]制备了一种阻燃型耐根穿刺防水卷材，以高分子树脂和沥青为基材，添加化学阻根剂和阻燃剂，其中阻燃剂选择有机阻燃剂和无机阻燃剂复配，在遇明火时可以形成致密碳层隔绝氧气，实现离火自熄。此外，还可以选择在铜胎基或复合铜胎基防水卷材中设置单独的阻燃层或耐高温层，实现更好的阻燃和耐根穿刺效果。

除上述性能外，屋顶绿化用耐根穿刺的防水卷材的耐霉菌性能[20]、耐盐碱性能等也逐渐引起业界的关注。

5.总结

在碳达峰、碳中和目标下，屋顶绿化是建筑行业降低能耗和减少碳排放的重要手段。使用耐根穿刺屋顶绿化用防水卷材能够有效地降低建筑物的能耗，提高城市绿化面积，其绿色环保的特点也符合绿色建筑的要求。目前我国已有多种不同类型的屋顶绿化用防水卷材可以满足不同地域、不同应用场景的需要，但对于防水卷材用化学阻根剂的自研还相对薄弱，对于复杂环境下使用的特种耐根穿刺防水卷材相对较少，防水卷材的综合性能仍有进一步提高的需求。