申请/专利权人：河海大学

申请日：2019-04-03

公开（公告）日：2024-04-19

公开（公告）号：CN110080472B

主分类号：E04D13/00

分类号：E04D13/00;E04D13/16;E04D5/10;A01G24/10;A01G24/12;A01G24/15;A01G24/25

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.19#授权;2019.08.27#实质审查的生效;2019.08.02#公开

摘要：本发明公开了一种具有隔热保温特性的轻型绿色屋顶结构及其制备工艺，该绿色屋顶结构从底层至上层依次包括：防水阻根层、透气排水层、隔热保温层、保湿层、蓄水排水层、过滤透气层以及基质层。本发明具有轻质的特点，并能够作为建筑物保温层一部分，有效降低屋顶绿化荷载，同时具有保湿储水以及保护植物根系不被冻伤的功能。

主权项：1.一种具有隔热保温特性的轻型绿色屋顶，其特征在于，从底层至上层依次包括：防水阻根层（1）、透气排水层（2）、隔热保温层（3）、保湿层（4）、蓄水排水层（5）、过滤透气层（6）以及基质层（7）；所述透气排水层（2）包括第一固定层（21），位于第一固定层上表面的第一排水层（22）以及位于第一排水层上方的第二固定层（23）；所述第一固定层上设置有若干用于水流穿过的通孔，所述第二固定层上设置有若干用于水流穿过的通孔；所述第一固定层和第二固定层由两层无纺土工织布粘合而成；所述第一排水层（22）为三维排水网制成；所述蓄水排水层（5）为呈双面凹凸的排水板，排水板上设置有若干间隔排列的排水槽（51）与储水槽（52），所述排水槽（51）为设置在排水板上的凸起，在凸起表面设置有排水孔（511），所述储水槽（52）为设置在排水板上的用于储水的凹槽。

全文数据：一种具有隔热保温特性的轻型绿色屋顶及其制备工艺技术领域本发明涉及建筑结构，特别涉及一种具有隔热保温特性的轻型绿色屋顶及其制备工艺。背景技术绿色屋顶是海绵城市建设中常见的形式，对削减雨洪、减少涝水、净化水质、降低热岛效应等多方面都具有重要意义。传统的绿色屋顶采用简单草皮覆盖，雨洪蓄滞效果差；另外土层较厚，远远超出一般建筑物屋顶的承重能力。近年来，随着海绵城市建设工作的推进，市场上出现很多新型绿色屋顶结构，这些新的成果能够一定程度实现蓄水保湿的效果，同样新的材料及人工土壤具有轻质的特点，有效的降低了屋顶负荷。但是，在实际应用过程中，以我国北方地区为代表的年温差较大的地区，绿色屋顶的使用效果并不理想，除降水集中导致的长时间干旱外，夏季高温、冬季寒冷的气候条件对土层轻薄的绿色屋顶结构也是一项严峻的考验，一方面，轻薄的绿色屋顶种植层不能在冬季有效的保护植物根系，导致很多植被在冬季被冻死，第二年不能返青，使绿色屋顶丧失功能；另一方面，现有的绿色屋顶中，很大一部分蓄滞的水量以饱和水的形式被储存，在高温情况下，饱和水会增加热波动并增加气泡和防水层撕裂的可能性，长期静置的饱和水也会引起水质的恶化；第三，若简单增加隔热保温层，隔热保温层长期暴露在饱和水中也会丧失应有的隔热保温性能，同时隔热保温层也容易形成无氧环境，不利于作物根系生长，如何合理的安排新型绿色屋顶的结构，也是值得思考的问题。发明内容发明目的：本发明结合年温差较大的地区气象、水文、土壤和植被条件以及现有绿色屋顶结构的不足之处，本发明提供一种具有隔热保温特性的轻型绿色屋顶结构及其施工工艺，以克服现有技术存在的以上问题。技术方案：本发明所述的具有隔热保温特性的轻型绿色屋顶，从底层至上层依次包括：防水阻根层、透气排水层、隔热保温层、保湿层、蓄水排水层、过滤透气层以及基质层；所述透气排水层包括第一固定层，位于第一固定层上表面的第一排水层以及位于第一排水层上方的第二固定层；所述第一固定层上设置有若干用于水流穿过的第一通孔，所述第二固定层上设置有若干用于水流穿过的第二通孔；所述蓄水排水层为呈双面凹凸的排水板，排水板上设置有若干间隔排列的排水槽与储水槽，所述排水槽为设置在排水板上的凸起，在凸起表面设置有排水孔，所述储水槽为设置在排水板上的用于储水的凹槽。所述第一固定层和或第二固定层由两层无纺土工织布粘合而成。所述防水阻根层为三元乙丙橡胶卷材制成，密度为0.12～0.16gcm3，铺设厚度为1.2mm～3.0mm。所述第一排水层为三维排水网制成，密度为0.9-0.94gcm3，厚度为7～8mm。所述排水槽和或储水槽的横截面为梯形。所述隔热保温层由发泡型聚苯乙烯板制成，密度为10～40kgm3，厚度为3cm～7cm。所述保湿层为聚乙烯醇蓄水海绵片材制成，厚度为0.3cm～1.0cm。所述过滤透气层包括第三固定层，位于第三固定层上表面的第二排水层以及位于第二排水层上方的第四固定层；所述第三固定层上设置有若干用于水流穿过的第三通孔，所述第四固定层上设置有若干用于水流穿过的第四通孔，所述第二排水层的厚度为7～8mm。本发明所述的具有隔热保温特性的轻型绿色屋顶的制备工艺，包括以下步骤：a检查建筑物防水层并进行修复；b铺设防水阻根层，用防水粘合剂将其粘在建筑物防水层之上，在其上依次铺设防水阻根层、透气排水层、隔热保温层、保湿层、蓄水排水层以及过滤透气层；根据设计铺设面积以及设计铺设厚度计算基质层的体积，依据设计饱和密度计算出以及基质层的质量，将田园土、珍珠岩、椰壳以及草炭按份配比制备人工复合土，铺设在过滤透气层之上，并对人工复合土进行逐层压实，直到达到设计铺设厚度；d在基质层中种植植被。有益效果：1本发明提出的具有隔热保温特性的轻型绿色屋顶结构，其包含的隔热阻根层能够达到隔热保温的功能，一方面在寒冷的情况下保护作物根系，另一方面在炎热季节起到隔热作用，以保护防水阻根层以及蓄积的饱和水水质；2本发明中的隔热保温层位于防水层之上，能够减少饱和水的产生，在隔热保温层与防水阻根层之间，加入三维复合排水网组成的透气排水层，能够排除多余水分，保持上部的隔热保温层始终处于干燥状态，避免因为长期泡水而使得隔热保温层失效以及添加隔热保温层后可能导致种植基质层长时间处于无氧环境的情况；3传统方法下，防水层与阻根层是两个相互独立的层，本发明中防水阻根层采用EPDM三元乙丙橡胶卷材同时实现防水和阻根的功能，既降低了材料成本，又实现了整体结构的简化，有利于施工及提高整体结构的稳定性；4本发明中的保湿层采用新型PVA材料，干燥时的PVA保湿层与隔热保温层以及种植基质组成保温隔热系统，夏季隔热冬季保温，同时防止植被冻害情况发生；5本发明提出的具有隔热保温特性的轻型绿色屋顶结构能够作为建筑物保温层的一部分，节省建筑保温投资和相关荷载；6本发明中提出一种轻型人工复合土，并且通过在结构中加入的轻型隔热保温层取代传统的水泥砂浆保温层，从而留出安全荷载量，所述种植基质为人工复合土，是由田园土、轻质骨料、有机质和肥料混合而成，并给出了优选材料、最优配比以及铺设深度，能够最大程度提升土壤的保水释水性以及蓄滞雨水性能，兼顾了取材成本和荷载要求，降低了应用成本。附图说明图1为本发明保湿绿色屋顶结构示意图；图2为本发明透气排水层结构示意图；图3为本发明透气排水层俯视图；图4为本发明蓄水排水层5结构示意图；图5为本发明过滤透气层结构示意图；图6为本发明实施例1不同设计雨强情况下的出流过程；图7为本发明实施例2不同设计雨强情况下的出流过程；图8为本发明实施例3不同设计雨强情况下的出流过程。具体实施方式下面结合附图对本发明的技术方案作出进一步说明。实施例1：如图1所示，本发明所述的一种具有隔热保温特性的轻型绿色屋顶，从底层至上层依次包括：防水阻根层1、透气排水层2、隔热保温层3、保湿层4、蓄水排水层5、过滤透气层6以及基质层7。本发明的防水阻根层1铺设在建筑物之上，能够同时实现防水和阻根的功能，铺设的防水阻根层为EPDM三元乙丙橡胶卷材制备，传统情况下，防水层主要是由沥青、煤焦油等组成的沥青板构成叠层沥青系统，阻根层一般由高密度有机材料加入化学药剂达到阻根的作用，两者是相互独立的，三元乙丙橡胶卷材的使用寿命一般是10-15年，具有安装速度快、接缝少、防漏性能强的特点，同时因为是合成橡胶材料所以兼顾抗根系穿刺的功能；选择EPDM三元乙丙橡胶卷材同时实现防水和阻根的功能，密度为0.12～0.16gcm3，铺设厚度为1.5mm，规格设计为100cm*200cm。如图2所示，本发明的透气排水层2位于防水阻根层1之上，能够排除多余水分，防止饱和水累积在防水阻根层1之上增大其撕裂的可能性，同时防止隔热保温层3长期浸泡在饱和水中失去保温性能；透气排水层2由第一固定层21、位于第一固定层21上表面的第一排水层22以及位于第一排水层上方的第二固定层23组成，如图3所示，第一固定层和第二固定层由两层无纺土工织布粘合而成，无纺土工织物上具有用于水流通过的通孔24，表观孔径为0.18mm，透水率为0.26cms，渗透率为0.2cms，刺破强度为580N，梯形撕裂强度为356N，握持拉伸强度为900N，握持延展强度为50％，爆裂强度为2750kPa，第一固定层上的通孔以及第二固定层23上的通孔如图3所示；第一排水层22为三维排水网组成，三维排水网的碳黑含量为2.1％，密度0.94gcm3，抗拉强度为37.0kNm，熔融指数1.0g10min，厚度7.6mm，透气排水层在防水阻根层和隔热保温层之间，排除了多余水分，保持上部的隔热保温层始终处于干燥状态，避免因为长期泡水而使得隔热保温层失效，规格设计为100cm*200cm。本发明的隔热保温层3铺设在透气排水层2之上，能够起到隔热保温的作用，既可以成为建筑为保温层的一部分，又可以保护植物根系不被冻坏，隔热保温层为EPS发泡型聚苯乙烯板，具有轻质、易于运输切割、即使吸水后也不易变形的特点，密度为30kgm3，规格设计为100cm*200cm*5cm。本发明的保湿层4铺设在隔热保温层3之上，能够吸收水份并缓慢的释放出来，选用PVA聚乙烯醇蓄水海绵片材作为隔热保温层，一克的PVA材料可吸收相当于其自重七倍以上的体液，PVA聚乙烯醇海绵是一种吸水性能优异、吸水时柔软、干燥时坚硬的高分子材料，暴雨期间能够吸收从排水板溢流的雨水，降雨过后再把水分缓慢的释放到上层的植被根系层中，规格设计为100cm*200cm*0.5cm。如图4所示，图中a为蓄水排水层的剖视图，b为蓄水排水层的俯视图，本发明的蓄水排水层5铺设在所述保湿层4之上，能够储存多余雨水。蓄水排水层5为双面凹凸蓄排水板，排水板上设置有若干间隔排列的排水槽51与储水槽52，排水槽51为设置在排水板上的凸起，在凸起表面设置有排水孔511，储水槽52为设置在排水板上的用于储水的凹槽，采用将具有排水孔的凸起朝上放置的安装方式，与保湿层4一起组成保湿储水系统。如图5所示，本发明的过滤透气层6铺设在蓄水排水层5之上，能够防止基质层7随雨水流失，同时还能增加基质层7与蓄水排水层5之间的摩擦阻力，提高整体结构的抗滑动性能，并且还兼顾防穿刺的功能；过滤透气层6由第三固定层61，位于第三固定层上表面的第二排水层62以及位于第二排水层上方的第四固定层63；第三固定层和第四固定层由两层无纺土工织布粘合而成，无纺土工织物上具有用于水流通过的通孔，表观孔径为0.18mm，透水率0.26cms，渗透率0.2cms，刺破强度580N，梯形撕裂强度356N，握持拉伸强度900N，握持延展强度50％,爆裂强度2750kPa，规格设计为100cm*200cm；第二排水层62为三维排水网组成，三维排水网的碳黑含量为2.1％，密度0.94gcm3，抗拉强度为37.0kNm，熔融指数1.0g10min，厚度7.6mm；使用时被放置在基质层7之下，土工布纤维比较纤细致密，可以很好的隔离种植土层，防止种植土随雨水流失，此外具有良好的透气性和透水性，仅能使水流通过，有效截留土颗粒、细沙等，可以使绿色屋顶结构受力均匀，趋向于一个整体，从而保持结构稳定，并且还兼顾防穿刺的功能，三维排水网将两层土工织物隔开，从而具有良好的透气性，排水性，还能增加基质层7与蓄水排水层之间的摩擦阻力，提高整体结构的抗滑动性能。在过滤透气层之上铺设基质层7，基质层为改良土或者人工复合土，铺设在过滤透气层6之上，具有轻质的特点，并为植被8提供养分，本实施例中采用的基质层由人工复合土压实而成，人工复合土配比为田园土：珍珠岩：椰壳：草炭＝2：1：1：0.5，人工复合土兼顾了取材成本和荷载要求，应用最为广泛，铺设厚度选为10cm，铺设面积为100cm*200cm。在基质层上种植佛甲草作为覆盖植被8，佛甲草具有节水、耐旱、耐寒、耐贫瘠、病虫害少、管理费用低等特点，且佛甲草不仅易于成活，而且供氧量大，它的呼吸作用与一般植物相反，晚上吸入二氧化碳，白天释放氧气，并且能量比一般植物高30倍。在城市中大面积普及佛甲草为植被的屋顶绿化可以对城市的二氧化碳及粉尘含量具有一定的降低作用。上述的隔热保温特性的轻型绿色屋顶的制备方法如下：a检查建筑物防水层并进行修复；b铺设防水阻根层1，用防水粘合剂将其粘在建筑物防水层之上，在其上依次铺设防水阻根层1、透气排水层2、隔热保温层3、保湿层4、蓄水排水层5以及过滤透气层6；c根据设计铺设面积以及设计铺设厚度计算基质层7的体积，依据设计饱和密度计算出以及基质层7的质量，将田园土、珍珠岩、椰壳以及草炭按份配比制备人工复合土，铺设在过滤透气层之上，并对人工复合土进行逐层压实，直到达到设计铺设厚度；d在种植基质中种植植被8。应用例：依据实施例1的结构，制备基质层厚度为20cm，作为实施例2，基质层厚度为30cm，作为实施例3，其在不同设计雨强情况下的出流过程，实施例1结构的测定结果如图6所示，实施例2结构的测定结果如图7所示，实施例3结构的测定结果如图8所示。通过对比土壤厚度为10cm、20cm以及30cm的三个实施例在五场不同设计雨强下的表现，结果显示，在各场次降雨下，随着土层厚度的增加产流时间呈现增长趋势，但是在50年一遇高强度降雨下土层厚度对产流时间影响不明显。径流截止时间方面，总体上在20cm土层厚度时截止时间最长，为5.38至9.63小时不等，对降雨有良好的滞留能力，这一数值对相关模型中排空时间参数的设置具有指导意义。峰值方面，随着土层厚度增加削峰量以及延峰时间逐渐增加，在土层30cm厚时削峰及延峰效果最为明显，但是总性价比方面考虑此时10cm土层表现最佳。蓄水量方面30cm土层时在不同降雨下效果最明显，而20cm土层在不同降雨下均有较好的表现，性价最佳。所以综合考虑土层厚度方面，20cm时综合性能最好，性价比也最高。分析各实施例的屋顶结构的土槽在不同雨强下产流情况后发现：各土槽在中低场次降雨条件下产流时间延迟效果明显，在高强度降雨下均趋向于4分钟；铺设草皮的简式绿色屋顶在不同降雨条件下的径流截止时间均在两小时左右，差异不大，而具有土层结构的绿色屋顶在5至10年一遇降雨下表现最佳；削峰量方面，各土槽在10年一遇降雨下表现最佳；延峰时间方面则是在地强度降雨比如2年一遇降雨下效果最为显著，此时平均每增加10cm土层，延峰时间4分钟左右；蓄水量方面，覆盖20cm及以下土层时，绿色屋顶在5年一遇降雨强度附近蓄水量百分比最高，高于或者低于此雨强时蓄滞百分比有不同程度降低，而土层达到30cm时，在10年一遇降雨条件下蓄滞百分比最高。所以总体而言，具有土层的轻型透水性绿色屋顶在5至10年一遇降雨下能力得到充分发挥，超过这一雨强其蓄滞性能不同程度的有所降低。

权利要求：1.一种具有隔热保温特性的轻型绿色屋顶，其特征在于，从底层至上层依次包括：防水阻根层1、透气排水层2、隔热保温层3、保湿层4、蓄水排水层5、过滤透气层6以及基质层7；所述透气排水层2包括第一固定层21，位于第一固定层上表面的第一排水层22以及位于第一排水层上方的第二固定层23；所述第一固定层上设置有若干用于水流穿过的通孔，所述第二固定层上设置有若干用于水流穿过的通孔；所述蓄水排水层5为呈双面凹凸的排水板，排水板上设置有若干间隔排列的排水槽51与储水槽52，所述排水槽51为设置在排水板上的凸起，在凸起表面设置有排水孔511，所述储水槽52为设置在排水板上的用于储水的凹槽。2.根据权利要求1所述的具有隔热保温特性的轻型绿色屋顶，其特征在于，所述第一固定层和或第二固定层由两层无纺土工织布粘合而成。3.根据权利要求1所述的具有隔热保温特性的轻型绿色屋顶，其特征在于，所述防水阻根层1为三元乙丙橡胶卷材制成，密度为0.12～0.16gcm3，铺设厚度为1.2mm～3.0mm。4.根据权利要求1所述的具有隔热保温特性的轻型绿色屋顶，其特征在于，所述第一排水层22为三维排水网制成，密度为0.9-0.94gcm3，厚度为7～8mm。5.根据权利要求1所述的具有隔热保温特性的轻型绿色屋顶，其特征在于，所述排水槽51和或储水槽52的横截面为梯形。6.根据权利要求1所述的具有隔热保温特性的轻型绿色屋顶，其特征在于，所述隔热保温层3由发泡型聚苯乙烯板制成，密度为10～40kgm3，厚度为3cm～7cm。7.根据权利要求1所述的具有隔热保温特性的轻型绿色屋顶，其特征在于，所述保湿层4为聚乙烯醇蓄水海绵片材制成，厚度为0.3cm～1.0cm。8.根据权利要求1所述的具有隔热保温特性的轻型绿色屋顶，其特征在于，所述过滤透气层6包括第三固定层61，位于第三固定层上表面的第二排水层62以及位于第二排水层上方的第四固定层63；所述第三固定层上设置有若干用于水流穿过的通孔，所述第四固定层上设置有若干用于水流穿过的通孔，所述第二排水层的厚度为7～8mm。9.一种如权利要求1-8任一所述的具有隔热保温特性的轻型绿色屋顶的制备工艺，包括以下步骤：a检查建筑物防水层并进行修复；b铺设防水阻根层1，用防水粘合剂将其粘在建筑物防水层之上，在其上依次铺设防水阻根层1、透气排水层2、隔热保温层3、保湿层4、蓄水排水层5以及过滤透气层6；c根据设计铺设面积以及设计铺设厚度计算基质层7的体积，依据设计饱和密度计算出以及基质层7的质量，将田园土、珍珠岩、椰壳以及草炭按份配比制备人工复合土，铺设在过滤透气层之上，并对人工复合土进行逐层压实，直到达到设计铺设厚度；d在种植基质中种植植被8。

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