自粘橡胶止水带剥离强度测试与分析

李红权 曲萌 李宗谦

（1.中国铁道科学研究院集团有限公司标准计量研究所，北京 100081；2.西北工业大学，西安 710129）

1 止水带概况

止水带是一种止水结构，在浇筑混凝土时被预埋在变形缝、施工缝内与混凝土连成一体，防止构筑物变形缝、施工缝处的渗水、漏水并起到减振缓冲等作用。橡胶（或钢边橡胶）止水带是铁路隧道防水材料中重要的组成部分，其以天然橡胶、三元乙丙橡胶等为主要原料，掺加各种助剂和填充料，经塑炼、混炼、模压、挤出硫化等工序成型［1］。近年来，铁路隧道施工引入自粘橡胶止水带，即在橡胶止水带基础上，在橡胶凸肋间、钢边基材上涂覆非沥青基高分子自粘胶，形成复合自粘胶层。

目前规定了铁路隧道用橡胶止水带尺寸和性能的标准有GB/T 18173.2—2014《高分子防水材料第2部分：止水带》［2］、TB/T 3360.2—2014《铁路隧道防水材料 第 2 部分：止水带》［3］和 Q/CR 562.2—2017《铁路隧道防排水材料 第2 部分：止水带》［4］。其中Q/CR 562.2—2017 规定了：与橡胶止水带相比，自粘橡胶止水带主要增加了与后浇混凝土剥离强度、与后浇混凝土剪切强度、防窜水性、锚固性能等项目的测定及其试验方法。

依据Q/CR 562.2—2017 对自粘橡胶止水带测试发现：自粘橡胶止水带与后浇混凝土剪切强度、防窜水性、锚固性能等指标，同一批次样品的测试数据离散性较小，且基本能满足标准要求；测试自粘橡胶止水带与后浇混凝土剥离强度过程中存在自粘胶层厚度差异大、剥离形式多样、测试数据离散性较大等现象。自粘橡胶止水带与后浇混凝土剥离强度（简称剥离强度）是表征自粘橡胶止水带防水性能的核心指标，科学、准确、有效地测试和判定该指标，对于产品的质量控制尤为关键。因此，分析自粘橡胶止水带与后浇混凝土剥离强度的影响因素，有助于优化生产工艺、提高测试结果的准确性和产品质量的稳定性。

2 自粘橡胶止水带止水机理

止水带与混凝土之间发生渗水、漏水，一方面是由于橡胶材料本体与混凝土膨胀率不同，温度变化、干湿交替等因素导致在止水带与混凝土结合处出现干缩裂缝；另一方面是由于止水带与混凝土黏结力较弱，受力就会脱离，形成渗水通道［5］。

铁路隧道用自粘橡胶止水带的止水机理：①自粘胶层与止水带基材通过机械嵌合力、分子间力、化学键等牢固黏结，形成胶粘密封带阻断渗水通道。②水泥水化过程中产生大量水化热，其温度能达到70～80 ℃，导致自粘胶软化且具有一定的黏性；混凝土毛细孔中的水一部分参与水化反应而形成孔内负压，将黏性自粘胶吸入毛细孔中，在混凝土硬化和冷却过程中固化于其中，形成止水带和混凝土肌肤式黏结界面。这2方面的作用将止水带基材与后浇混凝土牢固黏结，弥合渗水通道，增强锚固性能。

3 剥离强度测试

3.1 试件制备

试件从自粘橡胶止水带随机截取，长度为300 mm，宽度为（40±0.5）mm，每组试件数量为5 个。自粘胶层与止水带基材黏合的宽度为40 mm，试件断面结构如图1所示。

图1 试件断面结构示意

3.2 试验方法

3.2.1 无处理

试验用混凝土由强度等级42.5普通硅酸盐水泥、中砂、粒径为5～20 mm 级配碎石及水组成，配合比为水泥：中砂：石子：水=1：1.3：2.5：0.5。

将试件黏结面的防粘层除去并保证黏结长度为100 mm，将试件平放在模具的底部，黏结面朝上，然后将混凝土拌和物倒入模具，在振动台上振实，厚度约50 mm。在（20±2）℃条件下放置24 h后脱模，在标准养护条件养护7 d。试件在（23±2）℃条件下放置4 h，将混凝土板装在试验机一端的夹具上，把试件一端翻转180°夹在另一端的夹具上，使试件的纵向轴线与拉伸试验机及夹具的轴线重合，见图2。夹具间距离至少100 mm。试验在（23±2）℃进行，拉伸速度（100±10）mm/min。连续记录拉力直至试件分离。按GB/T 328.20—2007《建筑防水卷材试验方法 第20 部分：沥青防水卷材 接缝剥离性能》［6］计算平均剥离强度。

图2 剥离强度测试

3.2.2 水泥粉污染表面

将强度等级42.5 普通硅酸盐水泥粉撒满平放试件的黏结面，保持7 d，然后用水冲洗表面的水泥粉，再按3.2.1节进行试验。

3.2.3 泥沙污染表面

将粒径不超过0.20 mm 的沙土撒在平放试件的黏结面上，保持7 d，然后用水冲洗表面的沙土，再按3.2.1节进行试验。

3.2.4 热老化处理

将试件水平放入（70±2）℃烘箱中7 d，然后取出在（23±2）℃条件下放置24 h，再按3.2.1节进行试验。

3.3 试验设备

试验所用设备为美国Instron 公司生产的3367 型电子万能材料试验机和常熟市环境试验设备有限公司生产的RL100型老化试验箱。

3.4 试验结果及分析

3.4.1 自粘橡胶止水带与后浇混凝土典型剥离形式

对随机抽取的60余组试件测试发现，其典型剥离形式主要有自粘胶内聚破坏、混凝土界面剥离和橡胶基材界面剥离，见图3。剥离强度的测试结果见图4。

图3 3种典型剥离形式

图4 不同类型剥离形式剥离强度测试结果

个别试件出现橡胶基材界面剥离，因自粘胶层与橡胶基材的黏结力极弱，在测试过程中二者完全剥离。若自粘胶层厚度较薄，其能抵抗的拉力值小于其与后浇混凝土的黏结力值时自粘胶层断裂。但若自粘胶层达到一定的厚度，其能抵抗的拉力值大于其与后浇混凝土的黏结力值时仅看测试结果试件仍可满足标准要求，但此结论显然是不恰当的。此类情况下，应慎重测试并确认是个例还是整组试件全部如此，若为个例可增加试件测试，否则，应判定该样品此性能不合格。

3.4.2 自粘胶层厚度对剥离强度的影响

随机抽取30 组试件分别测试自粘胶层厚度及其相应的剥离强度，绘制关系曲线，见图5。可以看出：自粘胶层厚度数据离散性较大，与平均值相比变化率为±22%，个别数据超过了30%；自粘胶层厚度对剥离强度影响很大，二者的变化趋势基本一致。

图5 自粘胶层厚度对剥离强度的影响

3.4.3 试件处理方式对剥离强度的影响

对无处理、水泥粉污染表面、泥沙污染表面、热老化处理各30 组试件进行剥离强度测试，结果见图6。可以看出：水泥粉污染表面对剥离强度基本没有影响，与无处理结果相当；泥沙污染表面对剥离强度有一定影响，与无处理结果相比剥离强度下降约6.6%；热老化处理对剥离强度影响较大，与无处理结果相比剥离强度下降约26.3%，这主要是因为试件热老化处理时，橡胶基材与自粘胶内的有机小分子物质会加速迁移到自粘胶表面，从而影响自粘胶与后浇混凝土的黏结力。

图6 不同处理方式下剥离强度测试结果

3.4.4 放置时间对剥离强度的影响

采用同一批次自粘橡胶止水带在相同条件下分别制备2组试件。其中一组按3.2.1节进行制样及测试，在不同拉伸位移下的剥离强度见图7（a），测试平均值为3.5 N/mm。另一组按3.2.1 节进行制样，在实验室内先放置26个月，然后按3.2.1节进行测试，剥离强度见图7（b），测试平均值为3.0 N/mm。26个月剥离强度下降不到15%，可见放置时间对其影响很小。

图7 放置时间对剥离强度的影响

4 热压复合涂覆工艺对剥离强度的影响

4.1 试验步骤及试验方法

①单层和双层自粘胶带热压复合涂覆工艺均采用与自粘橡胶止水带同一批次胶料，经微波硫化与挤出成型后制得自粘橡胶止水带本体；②放于老化试验箱中预热处理，温度分别取40，60，80，100，120 ℃，时间保持1 h；③经预热处理后选用标准厚度（1.0±0.1）mm和宽度（40±0.5）mm的自粘胶带，粘贴于自粘橡胶止水带本体设计位置；④热压复合，用质量2 kg、宽度60 mm的压辊反复滚压3次；⑤最后放于120，150 ℃老化试验箱内，恒温加热5 min 复合定型；⑥静停24 h 后，按3.2.1节进行试验。

4.2 试验结果及分析

4.2.1 预热处理温度对自粘胶带热压复合涂覆工艺的影响

二要建立少数民族流动人口流出地政府和流入地政府之间有效沟通协调机制。目前，在流出地政府和流入地政府之间缺乏有效沟通协调机制，流出地政府部门缺乏对相关劳务信息网络的建设，缺乏有效的政策引导。少数民族流动人口多是盲目流动。相应地，流出地政府对其缺乏相关的培训教育，如提高法律意识，加强技术培训等，使得其流入城市后面临很大的就业压力。而由于流动人口的流动性强，管理难展开，加之“户籍制度管理”的“属地管理”导致信息无法有效获得，使得流入地政府对流动人口管理的难度加大，导致外来少数民族流动人口在流入地合法权益受到侵害后，流入地政府不能及时有效地为他们提供法律援助服务。

预热处理温度分别取40，60，80，100，120 ℃。经预热处理后粘贴单层和双层自粘胶带于自粘橡胶止水带本体设计位置，用质量2 kg、宽度60 mm的压辊反复滚压3 次，然后于120 ℃老化试验箱内恒温加热5 min复合定型，制得自粘橡胶止水带试件。对试件的剥离强度进行测试，结果见图8。可以看出，预热处理温度对单层和双层自粘胶带热压复合涂覆工艺效果均基本无影响，剥离强度均随预热处理温度升高基本保持不变。

4.2.2 定型温度对自粘胶带热压复合涂覆工艺的影响

图8 预热处理温度对自粘胶带热压复合涂覆工艺的影响

在80 ℃预热条件下处理自粘橡胶止水带本体，分别在120，150 ℃定型温度下进行单层和双层自粘胶带热压复合涂覆，对制得的自粘橡胶止水带试件进行剥离强度测试，结果见表1。可以看出，定型温度对单层和双层自粘胶带热压复合涂覆工艺效果均有较大影响，剥离强度均随预热处理温度升高而明显增加，分别提高约25%和22%。

表1 定型温度对自粘胶带热压复合涂覆工艺的影响

4.2.3 单层自粘胶带热压复合涂覆工艺对剥离强度的影响

对采用单层自粘胶带热压复合涂覆工艺（80 ℃预热处理、150 ℃定型）制得的30组试件进行自粘胶层厚度和剥离强度测试，结果见图9。可以看出，自粘胶层厚度和剥离强度数据离散性较小，与平均值相比自粘胶层厚度变化率为±8%，剥离强度变化率为±15%。

图9 单层自粘胶带热压复合涂覆工艺对剥离强度的影响

4.2.4 双层自粘胶带热压复合涂覆工艺对剥离强度的影响

图10 双层自粘胶带热压复合涂覆工艺对剥离强度的影响

对采用双层自粘胶带热压复合涂覆工艺（80 ℃预热处理、150 ℃定型）制得的30组试件进行自粘胶层厚度和剥离强度测试，结果见图10。可以看出，自粘胶层厚度和剥离强度数据离散性较小，与平均值相比自粘胶层厚度变化率为±6%，剥离强度变化率为±8%；与同等自粘胶层厚度自粘橡胶止水带相比，采用双层自粘胶带热压复合涂覆工艺制得的试件剥离强度有所下降，降低约10%。

5 结论及建议

1）铁路隧道自粘橡胶止水带与后浇混凝土之间存在3种典型剥离形式。

2）自粘橡胶止水带与后浇混凝土剥离强度数据离散性较大的主要原因是自粘胶层厚度数据离散性较大。

3）铁路隧道自粘橡胶止水带与后浇混凝土剥离强度满足现行规范要求。对该指标影响程度排序由大到小依次为热老化处理＞放置时间（26 个月）＞泥沙污染表面＞水泥粉污染表面。

4）出现橡胶基材界面剥离情况时，应慎重测试并确认是个例还是整组试件全部如此。若为个例可增加试件测试，否则应判定该样品此性能不合格。

5）预热处理温度对单层和双层自粘胶带热压复合涂覆工艺效果均基本无影响，而定型温度对其均有较大影响。与同等自粘胶层厚度自粘橡胶止水带相比，采用双层自粘胶带热压复合涂覆工艺制得的试件剥离强度有所降低，但离散性较小。

6）本文试验热压复合涂覆工艺条件：定型温度为120，150 ℃，时间为5 min。建议进一步开展热压复合涂覆温度和时间的相关性试验，以便进一步优化自粘胶带热压复合涂覆工艺，提高自粘橡胶止水带与后浇混凝土剥离强度，改善其离散性。