大型钢结构厂房围护结构防渗漏技术研究

2023-11-22王文涛黄启芃

中国建筑装饰装修 2023年21期

王文涛黄启芃

1 工程概况

先正达集团中国水稻种子供应链创新中心项目总投资为2.15 亿元，占地面积43160 m2，建筑总面积达到23340.94 m2。项目主要由熏蒸车间、联合厂房以及现代种业服务中心构成，采用了先进的种子烘干、加工包装、立体仓储等设备，实现了从田间到工厂的无缝对接。项目的社会效益显著，不仅提升了水稻种子行业的整体质量，还增强了该行业对抗自然风险的能力。工厂建成后将新增1000 万kg 的成品种子加工能力和300万kg的仓储能力。此项目也积极推动了建宁县由制种大县向制种强县发展，为国家实施种业发展战略提供了有力支持。

2 大型钢结构厂房围护结构渗漏原因

2.1 天气因素

2.1.1 温差变化

温差变化是大型钢结构厂房围护结构渗漏的一个重要原因。在厂房使用过程中，白天和夜晚的温度差异可能很大，尤其在季节性温差明显的地区。这种温差变化会导致结构材料的膨胀和收缩，从而在连接处产生应力和位移，可能引发渗漏问题[1]。温度变化引起的线性热胀或冷缩可以通过式（1）计算：

式中：a为钢结构温差产生的线胀系数；ΔT为钢结构单位温度变化；ΔL为物体的线长变化率；L为材料收缩长度。

2.1.2 风荷载影响

风荷载是另一个重要的天气因素，可能导致大型钢结构厂房围护结构的渗漏问题。风荷载对建筑物产生侧向压力，可能导致墙体、屋顶和连接部分的应力集中。这种应力集中可能会破坏密封系统，从而引起渗漏[2]。风荷载的计算通常遵循当地的建筑规范和风荷载标准，例如中国建筑规范以《钢结构工程施工质量验收标准》（GB 50205—2020）为参照，建筑外围护结构相关系数，如表1 所示。该标准提供了计算风荷载的方法，包括风压、风荷载分布等参数的计算，以确保建筑物能够承受风荷载。风荷载标准值的计算公式为：

表1 风荷载相关系数

式中：Wk为风荷载标准值；ρgz为围护结构阵风系数；us为风压高度变化系数；uz为风荷载体型系数；W0为基本风压。

2.1.3 雨荷载影响

雨荷载影响是大型钢结构厂房围护结构渗漏的重要原因之一。强降雨会在厂房的屋顶和墙体上施加额外的荷载，这可能导致多种问题，如密封系统被破坏、发生渗漏。因此，对雨荷载的准确计算和合理防范至关重要。强降雨引发的雨荷载对大型钢结构厂房的围护结构会产生以下影响：第1，附加荷载。雨水的重量增加了厂房结构的负荷。这附加荷载可能导致墙体、屋顶和支撑结构承受超过设计荷载的力，增加了渗漏风险。第2，水压。雨水积聚在屋顶和墙体上，可能在特定位置产生水压。这种水压可能通过裂缝、接缝或材料的微小缺陷渗透到厂房内部。第3，冲刷作用。雨水可能通过强大的冲刷作用移动或损坏防水层、密封材料或涂层，导致渗漏点的形成。第4，结构变形。大量雨水可能导致厂房结构产生变形，如屋顶下陷或墙体开裂，这也会增加渗漏的可能性。

计算雨荷载需要考虑以下4 个因素：第1，降雨强度。根据地区的气象数据，确定雨水的降雨强度，通常以每小时毫米数（mm/h）表示。第2，受雨荷载作用的表面积。确定受雨荷载作用的建筑表面积，包括屋顶、墙体和其他可能受到雨水影响的部分。第3，荷载分布。计算雨荷载分布，以确定在不同位置的压力大小。这可以通过建筑规范中提供的公式和图表来完成。第4，结构荷载承受能力。评估大型钢结构厂房的结构荷载承受能力，确保其能够安全承受附加荷载。雨荷载的影响不仅包括附加荷载，还涉及水压、冲刷作用和结构变形等因素。由此可见，在大型钢结构厂房的设计和维护中，需要充分考虑雨荷载的计算和管理，从而减少渗漏问题的发生[3]。

2.2 材料因素

材料选择是决定围护结构是否能够有效抵抗渗漏的关键因素。如果选择的材料不具备足够的防水性能，或者与特定的应用和环境条件不相符，那么渗漏的风险将大大增加。例如，在水稻供应链创新中心项目中，选择不当的防水材料可能会导致水分渗透，损害建筑物的结构完整性，并影响其功能。质量不合格的防水材料可能会因材料强度不足、制造缺陷或材料老化而失去其密封性能，从而造成渗漏问题。因此，严格控制防水材料的质量和遵循相关标准非常重要。密封材料在长时间的使用中会受到气候、紫外线辐射和化学物质的侵害，从而导致老化和破损。老化的密封材料会失去其原有的弹性和密封性能，容易受到渗漏的侵害[4]。

2.3 维护因素

维护因素包括定期检查、清洁和维护密封系统，对于防止大型钢结构厂房围护结构的渗漏至关重要。如果没有定期检查，可能会忽视或延迟发现潜在的渗漏问题。结构中的裂缝、老化密封材料或损坏的防水层可能在未被及时发现和修复的情况下进一步恶化，导致渗漏。清洁和维护排水系统是确保雨水顺利排除的关键。如果排水系统被忽视或不定期清理，积水可能在屋顶或其他表面上积聚，增加渗漏的风险。同时，随着时间的推移，密封材料可能会老化、破损或失去弹性。如果不及时更换老化的密封材料，会导致结构的密封性能下降，从而容易受到渗漏侵害。在腐蚀性环境中，如工业区域，金属结构材料容易受到腐蚀，从而损害材料的密封性能。如果没有采取抗腐蚀措施，会加剧渗漏问题[5]。

3 大型钢结构厂房围护结构防渗漏技术

3.1 材料选择

为确保项目成功实施，材料选择至关重要。针对熏蒸车间、联合厂房、现代种业服务中心等工程，需要选择耐用的材料，以适应潜在的腐蚀和物理损坏。在这方面，耐候钢、高强度混凝土和抗腐蚀涂层是常见的选择。第1，耐候钢。耐候钢具有良好的耐候性能，可以长期抵抗紫外线照射、温度变化和大气中的化学腐蚀。第2，高强度混凝土。高强度混凝土具有良好的强度和耐久性，可以承受重荷载。第3，抗腐蚀涂层。对于部分金属结构，特别是在腐蚀性环境中，使用抗腐蚀涂层是一种有效的方式。这些涂层可以提供额外的保护，减少金属表面的腐蚀风险。

我国的气候多样，材料必须具备良好的耐候性，能够在极端温度、紫外线辐射、降水等环境下长期保持性能。因此，工程师需要根据项目所在地区的气候数据来选择材料，以确保其长期耐用性。此外，选用的材料还必须具有足够的强度，以应对各种外部荷载，如风荷载和雨雪荷载[6]。

3.2 屋顶结构设计

屋顶结构设计必须考虑适当的坡度，以确保雨水能够快速排除。在本项目中，熏蒸车间、联合厂房和现代种业服务中心的屋顶应该具备足够的坡度，以防止雨水在屋顶停滞。这可以通过结构设计和材料选择实现，确保雨水沿着预定的路径流向排水系统。屋顶结构必须能够承受各种外部荷载，包括风荷载和雪荷载。这在大型钢结构厂房中尤为重要，因为这些建筑通常较高，容易受到风力的影响。工程师需要根据当地气象数据和建筑规范来确定屋顶的设计荷载，以确保结构的完整性和安全性[7]。

3.3 高品质的密封材料和专业的接缝处理

在大型钢结构厂房围护结构的防渗漏技术中，密封材料和接缝处理是关键的防渗漏措施。对于先正达集团中国水稻供应链创新中心项目这样的工程，高品质的密封材料和专业的接缝处理至关重要。防渗漏材料包括防水涂料、防水膜、密封胶和防水混凝土。这些密封材料应当具有多重性能，包括耐候性、耐紫外线辐射、耐化学腐蚀性。在该项目中，由于工程暴露在不同的气象条件下，密封材料必须能够在极端环境中保持稳定性。密封材料施工前，必须仔细准备接缝和连接处的表面，包括清除表面上的尘埃、污垢、油脂或松散的材料。此外，表面通常需要清洗和打磨，以确保密封材料可以均匀附着，并且能够有效地密封接缝[8]。

不同类型的接缝和连接处可能需要不同类型的密封材料，如硅胶、聚氨酯密封胶、防水涂料等。密封材料应根据其适用范围和性能特点选择，并确保其与接缝表面相容。硅胶是一种常用于密封接缝和裂缝的材料，厚度一般为1 ～5 mm。具体的厚度取决于接缝的宽度和深度以及硅胶的规格。较宽和较深的接缝可能需要较厚的硅胶层来确保充分填充和密封。聚氨酯密封胶通常具有较大的弹性和伸缩性，其厚度一般为2 ～10 mm。这种类型的密封胶适用于需要较高弹性的接缝，以适应结构的变形。防渗漏材料包括防水涂料、防水膜、密封胶和防水混凝土。

这些材料必须具有卓越的抗渗漏性能，以有效抵制水分渗透。防水涂料和膜应具有坚固的附着力，而密封胶必须能够保持其弹性，以适应结构的变化。防水涂料的厚度通常取决于涂布的层数和涂布方法。一般来说，涂料的总厚度应在0.2 ～1 mm。多次涂布可以增加涂层的厚度，但需要确保每层干燥和固化。此外，防水膜的厚度取决于膜的类型和规格，柔性防水膜的厚度通常在0.5 ～2 mm，而刚性防水膜可能更厚一些。在选择防水膜时，通常会考虑项目的具体要求[9]。

3.4 排水系统设计

屋顶是最容易受到雨水侵蚀的部分，因此其排水系统设计非常重要。在本项目中，排水系统设计应该考虑降雨强度和频率，以确保其能够应对各种天气条件。屋顶通常应具备适当的坡度，以确保雨水迅速流向排水口。排水口必须足够大，以处理大雨期间的大量雨水。雨水沟是用于收集和导向雨水的关键组件。在大型钢结构厂房中，雨水沟通常位于屋顶的边缘，其设计应确保雨水可以迅速进入沟槽，并经过合适的斜坡流向排水管道。雨水沟的设计还需要考虑雨水的排放位置，以确保雨水不会滞留在建筑物周围。排水管道用于将收集的雨水从建筑物引导到合适的排水出口，如雨水收集池、排水渠或雨水下水道。管道设计应考虑雨水流量、管道直径、坡度、排放位置等因素[10]。排水管道必须足够坚固，以承受外部荷载，确保排水畅通。排水系统的设计必须根据当地的降雨强度数据和建筑物的大小来计算雨水流量。

3.5 定期检查和维护

防渗漏技术的有效性并不只依赖于初次施工，定期检查和维护同样重要。定期检查和维护的相关内容如下：第1，密封材料检查。工程师和维护人员应定期检查围护结构中使用的密封材料的状态，包括防水涂料、防水膜、密封胶等。密封材料可能会因气候变化、紫外线照射、物理磨损而老化或破损，因此需要及时发现并更换受损的部分。第2，排水系统维护。排水系统的有效性取决于畅通性，因此定期检查和维护排水系统至关重要。这包括清理雨水沟、排水管道和排水口，以确保它们不被杂物、污垢或积水堵塞。同时，应检查排水系统的结构是否存在损坏或腐蚀，及时进行修复或更换。第3，围护结构检查。工程师和维护人员需要检查屋顶、墙壁和地基等部分是否有裂缝、缝隙或损坏，以及密封材料是否仍然有效。任何潜在的渗漏点都应及时修复。第4，制订定期维护计划。制订定期维护计划是确保建筑物长期防渗漏的关键。定期维护可以延长密封材料和排水系统的使用寿命，降低渗漏的风险[11]。

3.6 采用监控系统

水位传感器是一种常用于监测渗漏问题的设备，一般安装在可能受到渗漏威胁的区域，如地下室或池塘附近。一旦水位升高，传感器会自动检测水位变化，并发出警报。湿度监测系统用于监控建筑内部的湿度水平，并在湿度水平超出预设范围时会发出警报，有助于尽早发现潜在的渗漏问题，从而降低维修成本。热成像技术利用红外热像仪检测建筑物表面的温度差异。渗漏通常会导致表面温度发生变化，借助热成像技术可以帮助发现潜在的渗漏点。热成像相机可以捕捉温度异常的区域，并通过图像或报警系统进行可视化。这种非接触式的检测方法具有高效性和精确性[12]。