鐵路混凝土橋梁橋面防水卷材性能分析

杜存山

(中國(guó)鐵道科學(xué)研究院金屬及化學(xué)研究所，北京 100081)

1 鐵路混凝土橋梁橋面防水材料

在鐵路混凝土橋梁橋面鋪設(shè)防水層是提高橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的重要技術(shù)手段。既有橋梁由于橋面防水失效造成橋面板滲水、鋼筋銹蝕的事例很多，直接影響到結(jié)構(gòu)的使用壽命。

目前我國(guó)鐵路混凝土橋梁橋面防水層標(biāo)準(zhǔn)《鐵路混凝土橋面防水層技術(shù)條件》(TB/T 2965—2011)是《鐵路混凝土橋梁橋面TQF-Ⅰ型防水層技術(shù)條件》(TB/T 2965—1999)的修訂版，1999版的制定為我國(guó)鐵路混凝土橋梁的耐久性保護(hù)提供了重要的保證。2011版較1999版主要變化是:修改了氯化聚乙烯防水卷材和聚氨酯防水涂料的相關(guān)技術(shù)要求;增加了水泥基膠粘劑、高聚物改性瀝青防水卷材、高聚物改性瀝青基層處理劑的相關(guān)技術(shù)要求;對(duì)防水層鋪設(shè)、保護(hù)層的相關(guān)要求，質(zhì)量檢查要求和保修期也作了新的規(guī)定。

為使建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位及用戶更好地理解、使用新標(biāo)準(zhǔn)，保證防水層質(zhì)量和橋梁結(jié)構(gòu)耐久性，并為以后標(biāo)準(zhǔn)的修訂，防水體系設(shè)計(jì)更合理提供依據(jù)。有必要對(duì)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)中提到的防水體系組成、防水卷材材料性能和施工工藝等進(jìn)行深層次研究。本文主要從防水卷材材料出發(fā)分析其合理性及仍存在的問(wèn)題。

2 卷材防水層體系

鐵路混凝土橋面卷材防水層體系主要有兩類(lèi):氯化聚乙烯卷材加粘貼涂料型防水層體系(見(jiàn)圖1)和高聚物改性瀝青卷材型防水層體系(見(jiàn)圖2)。

圖1 氯化聚乙烯卷材加粘貼涂料型防水層體系

圖2 高聚物改性瀝青卷材型防水層體系

3 防水卷材

建筑防水材料通常分為5大類(lèi):高聚物改性瀝青基防水卷材、合成高分子防水卷材、防水涂料、密封材料、剛性防水及堵漏止水材料［1］。其中，高分子防水卷材是典型的新型建筑防水材料，并在國(guó)內(nèi)外都已占相當(dāng)比重，國(guó)外一些國(guó)家的市場(chǎng)份額高達(dá)50%以上。如日本合成高分子防水卷材的產(chǎn)量目前已超過(guò)280萬(wàn)m2，美國(guó)高分子防水卷材的產(chǎn)量在1億m2以上［2］。而我國(guó)防水材料仍是以瀝青基防水材料為主，占全部防水材料的80%，高分子防水卷材占10%左右，其他防水材料占10%左右［1］。

防水卷材的品種并不多，每一個(gè)國(guó)家都是以自己偏愛(ài)的材料為主。用量最大并且已被社會(huì)認(rèn)可的兩種材料是三元乙丙橡膠防水卷材和PVC防水卷材。美國(guó)的三元乙丙橡膠防水卷材占其高分子防水卷材總量的90%，而英國(guó)的PVC防水卷材則占到80%［2］。

我國(guó)鐵路混凝土橋面采用的卷材是氯化聚乙烯防水卷材和高聚物改性瀝青防水卷材。

3.1 氯化聚乙烯防水卷材

氯化聚乙烯防水卷材是以氯化聚乙烯樹(shù)脂為主要原料，加入多種化學(xué)助劑，經(jīng)混煉、擠出成型和硫化等工序加工制成的防水卷材。按有無(wú)復(fù)合層分類(lèi)，無(wú)復(fù)合層的為N類(lèi)，用纖維單面復(fù)合的為L(zhǎng)類(lèi)，織物內(nèi)增強(qiáng)的為W類(lèi)。我國(guó)鐵路混凝土橋面采用N類(lèi)和L類(lèi)氯化聚乙烯防水卷材。

3.2 高聚物改性瀝青防水卷材

高聚物改性瀝青防水卷材采用熱塑性彈性體高聚物作為改性劑，改性瀝青在常溫下具有橡膠材料的彈性，因此具有更好的粘結(jié)附著性能以及良好的抗疲勞能力。采用高強(qiáng)度聚酯無(wú)紡布做胎基，卷材被賦予良好的機(jī)械力學(xué)性能和抗穿刺性能。

高聚物改性瀝青防水卷材分為4類(lèi):①?gòu)椥泽w改性瀝青防水卷材(SBS);②塑性體改性瀝青防水卷材(APP);③改性瀝青聚乙烯胎防水卷材;④瀝青復(fù)合胎柔性防水卷材。

SBS和APP改性瀝青防水卷材是我國(guó)最常用的改性瀝青防水卷材，其中SBS改性瀝青防水卷材具有優(yōu)異的耐低溫性能，適合北方氣候;APP改性瀝青防水卷材具有優(yōu)異的耐高溫性能，更適合南方氣候。橡塑改性瀝青防水卷材同時(shí)具有良好的高溫和低溫性能［3-5］。

4 新版標(biāo)準(zhǔn)存在的問(wèn)題

4.1 防水體系的選擇

標(biāo)準(zhǔn)中針對(duì)N類(lèi)和L類(lèi)氯化聚乙烯防水卷材和高聚物改性瀝青防水卷材都是適用于有砟橋面道砟槽內(nèi)和無(wú)砟橋面防撞墻以內(nèi)，沒(méi)有給出它們?cè)谑褂弥袑?duì)條件要求的差異，給設(shè)計(jì)人員帶來(lái)混亂。而且防水體系的任意選擇，對(duì)今后的維修會(huì)產(chǎn)生不利影響。

4.2 高聚物改性瀝青

我國(guó)鐵路混凝土橋面采用的高聚物改性瀝青防水卷材要求使用長(zhǎng)纖聚酯纖維毯做胎基，但對(duì)高聚物改性劑沒(méi)有明確要求，而聚合物改性劑種類(lèi)繁多，性能各異，目前添加的聚合物改性劑種類(lèi)主要包括3大類(lèi):①橡膠類(lèi)，包括SBR、再生橡膠、廢舊橡膠粉等;②熱塑性橡膠類(lèi)，包括SBS等;③熱塑性樹(shù)脂類(lèi)，包括APP，EVA，PVC等。國(guó)內(nèi)外使用最普遍的是SBS和APP，因?yàn)檫@兩種聚合物和石油瀝青的相容性最好。

不同種聚合物改性劑改性效果不同，對(duì)于同一種聚合物改性劑，它的分子結(jié)構(gòu)、加入量、反應(yīng)條件等因素也影響改性瀝青的性能，從而使改性瀝青防水卷材的性能各異。

4.3 防水卷材的物理力學(xué)性能指標(biāo)及試驗(yàn)方法

4.3.1 拉伸性能

表1 中列出了 TB/T 2965—2011，GB 12953—2003和GB 18242—2008關(guān)于相應(yīng)防水卷材的拉伸性能技術(shù)要求和試驗(yàn)方法。

表1 防水卷材拉伸性能技術(shù)要求

從表1可以看出同一類(lèi)卷材鐵標(biāo)中的拉伸性能指標(biāo)高于國(guó)家相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，但由于這兩類(lèi)卷材在鐵路混凝土橋梁上使用的位置完全一樣，而扯斷伸長(zhǎng)率在鐵標(biāo)中的要求從氯化聚乙烯的≥550%降到≥50%，固然材料不同性能指標(biāo)要求也不同，但既然50%和550%的扯斷伸長(zhǎng)率都可滿足使用要求，所以國(guó)標(biāo)中氯化聚乙烯類(lèi)防水卷材的不小于200%或300%的扯斷伸長(zhǎng)率指標(biāo)是合適的，沒(méi)有必要人為拔高。

N類(lèi)防水卷材與L類(lèi)防水卷材的拉伸試驗(yàn)，拉伸速度都是(250±50)mm/min，只是裁取的樣品尺寸、大小不一樣。前者是GB/T 528—1998中的啞鈴Ⅰ型試樣，后者是GB/T 13022—1991中的啞鈴Ⅰ型試樣。應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)研究這兩種試樣對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響和對(duì)應(yīng)關(guān)系，盡可能統(tǒng)一。

高聚物改性瀝青防水卷材拉伸試驗(yàn)TB/T 2965采用GB 18242的方法，而GB 18242采用GB/T 328方法，因此鐵標(biāo)應(yīng)直接采用GB/T 328，方便標(biāo)準(zhǔn)的使用。

4.3.2 不透水性

在GB/T 328.10—2007中，試驗(yàn)適用于高壓力作用場(chǎng)合的卷材不透水性B法，采用壓盤(pán)有2種，或開(kāi)縫盤(pán)或7孔圓盤(pán)，前者試驗(yàn)(24±1)h，后者試驗(yàn)(30±2)min。TB/T 2965—2011，GB 12953—2003 和 GB 18242—2008關(guān)于卷材的不透水性指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 防水卷材不透水性技術(shù)要求

從表中可以看出，氯化聚乙烯防水卷材的不透水性指標(biāo)低于GB/T 328.10—2007的要求，而高聚物改性瀝青防水卷材的不透水性指標(biāo)高于GB/T 328.10—2007的要求。在標(biāo)準(zhǔn)GB/T 328.10—2007中明確說(shuō)明既可以采用開(kāi)縫圓盤(pán)也可以采用7孔圓盤(pán)，所以在TB/T 2965中，應(yīng)將不透水性試驗(yàn)方法統(tǒng)一，并直接采用GB/T 328.10—2007，以方便使用。

4.3.3 高聚物改性瀝青防水卷材熱老化處理

鐵標(biāo)中要求高聚物改性瀝青防水卷材熱老化處理試驗(yàn)方法采用 GB/T 18244—2000和 GB/T 18242—2008，但這兩種方法在試驗(yàn)溫度和試驗(yàn)周期上完全不同，GB/T 18244—2000要求試驗(yàn)溫度(70±1)℃，試驗(yàn)周期168 h或更長(zhǎng)。而GB/T 18242—2008要求試驗(yàn)溫度(80±2)℃，試驗(yàn)周期10 d±1 h。

4.3.4 接縫剝離性能

整個(gè)防水體系的成敗很大程度上取決于卷材搭接處是否能粘貼牢固，所以鐵標(biāo)中對(duì)卷材搭接處的上層和下層卷材明確要求應(yīng)完全熱熔粘合。而接縫剝離性能能較好地反映卷材的熱熔焊接性能和焊接工藝，但標(biāo)準(zhǔn)中高聚物改性瀝青防水卷材出現(xiàn)該項(xiàng)指標(biāo)的缺失。

5 建議

1)根據(jù)國(guó)內(nèi)外研究成果及防水材料在使用過(guò)程中所反映出的情況，結(jié)合國(guó)內(nèi)外公路橋梁、鐵路橋梁防水層設(shè)計(jì)、施工經(jīng)驗(yàn)和應(yīng)用情況，對(duì)目前標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的防水卷材形式及指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)估，以保證鐵路橋梁的耐久性和使用壽命。

2)我國(guó)鐵路橫跨距離大，所以應(yīng)考慮溫度等環(huán)境對(duì)防水體系的影響制定不同的防水體系，如北方可以選用SBS改性瀝青防水卷材，南方選用APP改性瀝青防水卷材。

3)以滿足要求為主，合理制定防水卷材性能指標(biāo)，不應(yīng)過(guò)分人為提高指標(biāo)，造成不必要的浪費(fèi)。

4)明確不同防水卷材的使用環(huán)境及要求，不給設(shè)計(jì)人員造成混亂。

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［2］趙軍.高分子防水卷材國(guó)內(nèi)外概況［J］.新型建筑材料，1996(6):12-16.

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