新型大幅寬CPE復合橋面防水卷材的研制

吳 沖，葛 凱，劉永建，王保良，班新林，王樂然

(1.神華新準鐵路有限責任公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017000;2.中國鐵道科學研究院鐵道建筑研究所，北京 100081;3.衡水新陸交通器材有限公司，河北衡水 053000)

國內(nèi)外混凝土橋梁工程實踐表明，水的滲入可導致凍融循環(huán)破壞、鋼筋腐蝕、堿集料反應、混凝土碳化等耐久性病害，因而建立有效的橋面防排水系統(tǒng)是提高混凝土橋梁耐久性的重要手段之一。

目前，我國新建鐵路橋梁混凝土橋面采用的防水材料分為卷材和涂料兩大類。其中防水卷材主要用于普通鐵路橋梁、客運專線有砟軌道和部分無砟軌道橋梁，以氯化聚乙烯卷材(N類和L類)、高聚物改性瀝青卷材(SBS)為主。受生產(chǎn)設(shè)備、工藝的限制和便于人工鋪設(shè)，目前大量采用的防水卷材幅寬僅為1.0～1.6 m，致使人工鋪設(shè)的效率很低，質(zhì)量不穩(wěn)定;特別是窄幅防水卷材鋪設(shè)后存在大量縱向接頭，搭接處需要進行大量封閉、粘接或焊接處理，既增加了現(xiàn)場工作量又易產(chǎn)生施工缺陷。

氯化聚乙烯(chloridized polythene，簡稱 CPE)防水卷材主要原料是聚乙烯(PE)經(jīng)過氯化改性制成的氯化聚乙烯樹脂，摻入適量的化學助劑和填充料，采用塑料或橡膠的加工工藝制成的彈塑性防水材料。CPE防水卷材同時具有熱塑性、彈性、耐候、耐化學腐蝕以及阻燃性等，但幅寬超過2 m的常規(guī)CPE防水卷材的硬度較大、伏貼性較差，既不適合粘貼于橋面又不適合機械化鋪設(shè)。目前國內(nèi)尚無采用擠出壓延工藝生產(chǎn)幅寬3 m以上、硬度適中的CPE卷材的先例。

本文以氯化聚乙烯材料為研究對象，通過系統(tǒng)的生產(chǎn)開發(fā)和試驗驗證，研制幅寬達到3.5 m的可配合機械化鋪設(shè)施工的新型防水卷材。新型大幅寬防水卷材同時具有強度高、延伸率高、可焊性好、伏貼性好、施工效率高等特點。

1 防水卷材鋪設(shè)

橋面防水層在道砟橋面上的構(gòu)造組成為:混凝土保護層、復合卷材、膠粘劑型防水涂料(或水泥基膠粘劑)。其中復合卷材一般由CPE膜雙面復合無紡布制成，在焊接區(qū)由CPE膜單面復合土工布制成。圖1為道砟橋面大幅寬防水卷材的鋪設(shè)構(gòu)造，其中①為一般鋪設(shè)區(qū)，②為焊接區(qū)。

圖1 道砟橋面大幅寬防水卷材鋪設(shè)構(gòu)造示意

2 配方設(shè)計

生產(chǎn)常規(guī)CPE卷材所需的助劑包含硫化劑、促進劑、活性劑、補強劑、增塑劑。前期研發(fā)過程中的生產(chǎn)試驗表明，大幅寬CPE防水卷材的生產(chǎn)不宜使用硫化劑、促進劑及活性劑，而應使用補強劑、增塑劑、潤滑劑與防老劑等作為助劑。

防水卷材產(chǎn)品的配方按照生產(chǎn)方便、質(zhì)量穩(wěn)定、節(jié)能節(jié)材和高性價比的原則進行設(shè)計。常規(guī)氯化聚乙烯防水卷材的基本配方:①氯化聚乙烯樹脂，100份;②增塑劑，6～8份;③穩(wěn)定劑，8～10份;④填充劑，210份;⑤顏料，1～2份。

生產(chǎn)實踐經(jīng)驗表明，按照基本配方生產(chǎn)的CPE防水卷材硬度較高、強度較低，且生產(chǎn)過程中材料的流動性較差，不利于大幅寬材料的擠出成型，因此并不符合大幅寬防水卷材的生產(chǎn)要求。在此基礎(chǔ)之上，研發(fā)人員通過系統(tǒng)的分析與試驗，對基本配方進行了合理的調(diào)整和優(yōu)化。配方設(shè)計以補強劑、潤滑劑及防老劑等3種主要成分的含量為變量，采用單因素優(yōu)選法，測試助劑對材料性能及加工性能的影響。新型大幅寬CPE防水卷材的配方試驗方案見表1。

按照配方制成的樣品力學性能測試結(jié)果見表2。其中1#—4#樣品的試驗結(jié)果表明，補強劑增加后，材料拉伸強度不斷提高，但伸長率有所降低，同時材料擠出更加困難;5#—7#樣品試驗結(jié)果表明，潤滑劑增加后，材料的擠出速率會不斷提高，材料的強度及伸長率幾乎不受影響;8#—10#樣品試驗結(jié)果表明，防老劑增加后，材料的抗老化性能明顯提高，材料的擠出性能、強度及伸長率幾乎不受影響。

表1 大幅寬CPE防水卷材配方試驗方案

表2 CPE防水卷材主要力學性能指標測試結(jié)果

3 生產(chǎn)工藝

新型大幅寬CPE復合防水卷材的生產(chǎn)工藝流程更加復雜，對工藝的要求也更加嚴格。本文研發(fā)出一次復合工藝即將防水卷材和土工布在出模唇階段通過擠壓方式進行熱熔復合，復合后的卷材具有較高的剝離強度。產(chǎn)品生產(chǎn)工藝流程見圖2，生產(chǎn)線局部狀況見圖3。

圖2 大幅寬CPE復合防水卷材生產(chǎn)工藝流程

圖3 大幅寬CPE復合防水卷材的生產(chǎn)

4 材料性能試驗

根據(jù)鐵道部標準《鐵路混凝土橋面防水層技術(shù)條件》(TB/T 2965—2011)中關(guān)于L類(雙面熱融復合無紡纖維布)防水卷材的相關(guān)規(guī)定對新型大幅寬CPE防水卷材進行系統(tǒng)的檢驗測試，測試結(jié)果見表3。

表3 大幅寬CPE復合防水卷材力學性能測試結(jié)果

CPE防水卷材的焊接使用爬行焊接機，見圖4。焊接溫度200℃，采用雙焊縫工藝以保證焊接效果。

圖4 CPE復合防水卷材的焊接工藝

為保證大幅寬CPE復合防水卷材的材料質(zhì)量和施工質(zhì)量，一方面要求卷材應保持一定的硬度以達到較高的力學性能指標;另一方面要求卷材應具有良好的柔韌性以保證與結(jié)構(gòu)表面的密貼。目前，既有防水標準中尚無針對卷材硬度的性能指標和檢驗方法。

為保證防水卷材同時具有良好的力學性能與施工性能，本文開展了針對卷材硬度的試驗研究，施工經(jīng)驗及研究結(jié)果表明:為保證具有良好的伏貼性，大幅寬(3 m以上)CPE防水卷材自身的邵氏硬度應介于50～70之間。測試方法如下:按照邵氏AM型硬度計法對無復合層的CPE卷材進行硬度測試，按照正方形尺寸10 cm×10 cm進行制樣，將3層CPE卷材平整疊放、對齊后進行測試，測試標準按照《邵氏硬度計法(邵氏硬度)》(GB/T 531.1—2008)中相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

5 結(jié)論

1)新型大幅寬CPE防水卷材具有如下特征:①幅寬大(≥3.5 m);②可焊性好(焊接剝離強度≥3.0 N/mm);③伏貼性好(卷材的邵式硬度介于50～70之間);④可配合機械化施工。

2)新型大幅寬CPE防水卷材的產(chǎn)品性能指標均能夠滿足《鐵路混凝土橋面防水層技術(shù)條件》(TB/T 2965—2011)要求。

［1］楊勝，袁大偉.建筑防水材料［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2007.

［2］中華人民共和國鐵道部.TB/T 2965—2011 鐵路混凝土橋面防水層技術(shù)條件［S］.北京:中國鐵道出版社，2011.

［3］中國鐵道科學研究院鐵道建筑研究所.客運專線混凝土橋面RWB-801高聚物改性瀝青防水卷材試驗研究報告［R］.北京:中國鐵道科學研究院鐵道建筑研究所，2007.

［4］杜存山.鐵路混凝土橋梁橋面防水卷材性能分析［J］.鐵道建筑，2013(1):5-7.

［5］雍奎剛，孫曉丹.高分子防水卷材的應用及發(fā)展［J］.塑料科技，2008(12):60-64.