防水材料的蠕变性及其测试方法研究

柔性防水材料的蠕变性及其实验研究

张文华

（浙江工业大学建筑工程学院）

[摘要] 本文从防水层开裂失效的原因出发，提出了柔性防水材料的蠕变性的概念，并通过实验验证了柔性防水材料的蠕变性和应力松弛现象，并根据蠕变量的大小对柔性防水材料进行了分类。

[关键词] 蠕变性，应力松弛，自粘卷材，蠕变型改性沥青热熔卷材

1 前言

采用柔性防水材料构筑防水层一直以来都是防水的主要手段，与刚性防水相比，柔性防水层具有较大的延伸率，能够较好地适应各种因素引起的基层开裂而不失去防水功能。然而在工程实践中，由于多方面的原因，仍有较多的柔性防水层在使用过程中出现开裂而失效。据有关数据统计，开裂导致柔性防水层失效引发的渗漏占到56%以上，由此可见，如何防止柔性防水层开裂仍是防水技术研究的重要课题。

从材料研发角度，通过增加材料的弹塑性，从而加大防水材料的延伸率被认为是避免柔性防水层被拉裂的重要手段。但从建筑防水技术的“零变位原理”来看，基层裂缝从无到有的过程，即基层开裂的瞬间，计算防水层延伸率的起始宽度为零，即开裂对防水层产生无穷大的拉伸应变，因此没有任何一种防水材料能够克服基层开裂而带来的防水层断裂现象。“零变位原理”的一个重要假设条件是防水层完全满粘于基层上，基层开裂产生的应力完全传递给防水层。因此通过降低防水层与基层间的粘结强度，使防水层在基层开裂时在裂缝的两侧产生一定宽度的粘结剥离区，让剥离区范围内的防水层来参与延伸，从而避免零变位现象，但在实际工程中，要控制好粘结强度的大小还是非常困难的。或者采用空铺、点粘、条粘的方式来切断应力传递路线，彻底解决零变位的危害，这又会带来窜水的危害。

2 柔性防水材料的蠕变性

从力学的角度来说，防水层开裂是由于防水层所承受的拉应力超过了其断裂应力所致，产生的原因主要有三种：一是当防水层完全满粘于基层上时，基层开裂瞬间防水层的应力大

大超过其所能承受的断裂应力；二是在使用过程中，由于地基沉降、结构热胀冷缩、结构和找平层材料的收缩等原因造成的基层变形应力传递给防水层；三是防水材料在使用过程中的收缩受到基层约束时产生的拉应力。要解决上述问题，除了采用空铺、点粘、条粘等方式外，采用具有蠕变性质的防水材料，在防水层与基层间设置一层既能与基层粘结、又能消除两者的拉伸或收缩引起的应力，或者防水层本身采用蠕变性材料来吸收基层的拉应力，就能很好地解决，而且还可以解决窜水问题。

聚合物材料在一定温度下承受恒定载荷时，将迅速地发生变形，然后在缓慢的速率下无限期地变形下去，这种在温度和载荷都是恒定的条件下，变形对时间依赖的性质，即称蠕变性质。理论上任何一种材料都具有蠕变的性质，也包括柔性防水材料在内。目前关于防水材料蠕变性的研究基本上还是空白。本文通过实验对防水材料的蠕变性质进行了初步的探讨。

3 防水材料的蠕变性实验

3.1 实验1

根据蠕变性的定义，在防水材料的标准实验条件下，检测在恒定温度和荷载条件下，变形对时间依赖的性质。

3.1.1 实验材料

1.5mm厚三元乙丙防水卷材及其配套胶粘剂，1.5mm厚双面自粘卷材，蠕变型改性沥青热熔涂料（粘结层厚度1.5mm）。

3.1.2 实验方案

参考GB/T 4851《压敏胶粘带持粘性试验方法》，将三元乙丙卷材沿纵向裁剪150mm×50mm的试片，分别用配套胶粘剂、双面自粘卷材和蠕变型改性沥青热熔涂料粘结，粘结面长度100mm，在粘结面长度两端做好标记点，每组六个试件。在标准条件养护室中放置24h后，将试件悬挂在特制的试验架上，然后在试件下端悬挂一定质量的重物，使试件测试段的受力与粘贴面保持平行，在重物悬挂完成后测量两标记点长度作为基准长度，并开始计时，根据事先确定的计时点测量两标记点的长度，将测量的长度减去基准长度作为该时间点的伸长量。

3.1.3 实验结果

三种粘结方法的各组试件在各计时点的伸长量平均值见表1。

表1 试件两标记点间伸长量平均值（mm）

从表1的实验数据及实验过程对试件的观察可见：

（1）采用配套胶粘剂粘结的试件，其粘结面相对滑移很小，几乎为零，其伸长量即是三元乙丙卷材的蠕变量，说明三元乙丙卷材虽然有一定的蠕变，但其蠕变量是非常小的。

（2）采用双面自粘卷材粘结的试件，其伸长量包括三元乙丙卷材的蠕变量和双面自粘卷材的剪切蠕变量。在实验过程中观察试件，可明显的看出其粘结面产生了一定的剪切变形。将本组数据减去对应的采用配套胶粘剂粘结的数据即为双面自粘卷材的剪切蠕变量。

（3）采用蠕变型改性沥青热熔涂料粘结的试件，其剪切蠕变非常明显，试件脱落后对粘结面进行观察，在两个试片的粘结面上都有一定厚度的粘结材料，说明剪切变形是发生在蠕变型改性沥青热熔涂料内。

3.2 实验2

实验1对比了三元乙丙卷材、双面自粘卷材和蠕变型改性沥青热熔涂料在恒定温度条件下承受相同荷载时蠕变特性，体现了在恒定荷载条件下的变形状态。在实际工程应用中，针对基层开裂产生的拉伸应力，与基面接触的材料对该应力所作出的反应如何，在实验1中并未直观的表现出来。因此采用应力松弛的方法，设计了实验方案2来考察在拉伸应力的作用下，材料的蠕变性对拉伸应力的影响。

应力松弛是指材料在恒温和长时间的恒应变条件下，应力降低的现象，应力松弛与蠕变有很强的相关性，蠕变越大应力松弛能力越强。剪切应力松弛现象可以直观地反应与基面接触的防水材料对基层开裂应力所作出的反应。

由于三元乙丙卷材的蠕变很小，蠕变对拉应力的影响微乎其微，故在实验2中不采用三元乙丙卷材。

3.2.1 实验材料

1.5mm厚双面自粘卷材，蠕变型改性沥青热熔涂料（粘结层厚度1.5mm），100mm×50mm 铝板。

3.2.2 实验方案

分别用双面自粘卷材和蠕变性改性沥青热熔涂料粘结两片铝板，粘结面积为50mm×50mm，每组六个试件，在标准条件下放置24h。每组中取出三个试件分别测试其最大拉力，计算出每组三个试件的最大拉力平均值。将每组剩余的三个试件在拉力机上拉伸至最大拉力平均值的75%，停止拉伸，固定拉力机夹具的距离并开始计时，根据事先确定的计时点读取拉力机的拉力值。

3.2.3 实验结果

两种粘结方法的试件在各计时点的拉力平均值见表2。

表2 两组试件在各计时点的拉力平均值（N）

表2的实验数据表明，双面自粘卷材和蠕变型改性沥青热熔涂料对拉伸剪切应力都有比较明显的应力松弛现象，加载初期的应力松弛速率较快，并逐渐降低。在相同试验条件下，