热老化对防水卷材接缝剥离强度的影响研究

于秋菊，肖磊，国爱丽

（北京建筑材料检验研究院股份有限公司，北京 100000）

0 引言

防水卷材广泛应用于建筑墙体、屋面以及隧道、公路、垃圾填埋场等处，是起到抵御外界雨水、地下水渗漏的一种可卷曲成卷状的柔性建材产品，作为工程基础与建筑物之间无渗漏连接的第一道屏障，对整个工程起着至关重要的作用。由于防水卷材的施工地点较广，基层处理条件复杂，要求其具有良好的耐水性、对温度变化的稳定性和抗老化性等。

在实际防水工程中，应用最广泛的是沥青类防水卷材和高分子类防水卷材，其中沥青类防水卷材以弹性体改性沥青防水卷材为主，热塑性聚烯烃（TPO）防水卷材市场占有率也在逐步增长。防水卷材在防水工程中的占有率不断上升，其主要原因是施工工艺简便、安全、施工效率高。但接缝部位是整个防水工程的薄弱点，接缝处的搭接质量直接关系着整个工程的防水效果。在产品标准GB 18242—2008《弹性体改性沥青防水卷材》、GB 27789—2011《热塑性聚烯烃（TPO）防水卷材》，方法标准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》、GB/T 328.21—2007《建筑防水卷材试验方法 第21部分：高分子防水卷材 接缝剥离性能》等标准中对搭接质量均没有明确要求，只有在GB 50108—2008《地下工程防水技术规范》或其他的防水相关的规程规范中对搭接缝的要求描述为“搭接缝部位应溢出热熔的改性沥青”“卷材防水层的搭接缝应粘贴或焊接牢固”，但无法定性衡量搭接缝质量。在产品标准中“接缝剥离强度”也是唯一一项对接缝质量进行要求的检测项目。

接缝剥离强度按照GB/T 328.20—2007和GB/T 328.21—2007进行人工热熔搭接或热风焊接，其测试结果受人工操作影响较大。实际应用中，各种外界因素也会对搭接质量产生不同程度的影响，所以本文采取了同一样品、同一测试人员、同一测量设备分别进行了无处理、先卷材热老化再搭接、先搭接再热老化的试验，以分别分析防水卷材接缝处的搭接情况。

1 试验

1.1 试验材料

采用北京地区不同厂家生产的6种改性沥青类防水卷材（L1～L6），厚度（4.0±0.5）mm；5种高分子类防水卷材（G1～G5），厚度在（1.5±0.2）mm。

表1 防水卷材产品型号

1.2 试验用仪器与设备

微机控制电子万能试验机：CMT2303型，美特斯工业系统（中国）有限公司；测厚仪：LE-35，江都市鑫鸿试验机厂；数显测厚仪：HD-10，天津市建仪试验仪器厂。

1.3 试样制备方法

沥青类防水卷材采用喷灯热融搭接，搭接部位≥70 mm，高分子类防水卷材采用热风焊接搭接，搭接部位≥35 mm。

1.4 试件制备

从每个试样上裁取5个矩形试件，宽度（50±1）mm并与接头垂直，长度应能保证试件两端装入夹具，其完全叠合部分可以进行试验（见图1、图2）。

图1 从制好的搭接试片留边和最终叠合处制备试样

图2 剥离强度的留边和最终叠合

1.5 试验搭接方法

1.5.1 无处理

沥青类防水卷材初始剥离强度按GB/T 328.20—2007进行测试，采用喷灯热融搭接，搭接至少70 mm；高分子类防水卷材初始剥离强度按GB/T 328.21—2007进行测试，采用热风焊接搭接，搭接至少35 mm。

1.5.2 先老化后搭接

防水卷材水平放置，改性沥青和高分子类防水卷材老化温度分别为（80±2）℃和（115±2）℃，老化时间分别为168、336、720 h，试件是大块试样，老化后搭接防水卷材试片，然后再裁切成小试件。

1.5.3 先搭接后老化

防水卷材按初始剥离强度方法搭接（采用大试样，如300 mm×200 mm），然后老化，老化温度分别为（80±2）℃和（115±2）℃，老化时间分别为168、336、720 h，老化后裁切成小试件。

老化后测试剥离强度，并与原始剥离强度进行比较。

2 试验结果与讨论

2.1 不同处理方式对沥青类防水卷材接缝剥离强度的影响

按照GB/T 328.20—2007中试验步骤，将试件稳固地放入拉伸试验机的夹具中，使试件的纵向轴线与拉伸试验机及夹具的轴线重合，夹具间整个距离为（100±5）mm，不承受预荷载。以恒定速度（100±10）mm/min拉伸至试件分离。按照GB 18242—2008《弹性体改性沥青防水卷材》要求，取每组5个试件平均剥离强度作为最终结果（见图3）。

由图3可以看出：

图3 不同处理条件对沥青类防水卷材接缝剥离强度的影响

（1）先将防水卷材老化后搭接的接缝剥离强度最低，无处理的接缝剥离强度居中，而先搭接后老化的接缝剥离强度最高。这是由于老化时卷材表面受高温处理，卷材表层的沥青油份会被蒸发掉，再进行热熔搭接时，由于受热老化试验的影响而造成沥青层或材料本身质量下降，直接影响了搭接质量，使搭接面不能更好地熔合与粘结。而先搭接后老化的试件粘结面没有受到高温的直接烘烤，只是其表面受热老化影响，对于搭接缝反而是受到了其面层的保护，并且两面被熔化的沥青对搭接缝起到了牢固粘结的作用和对搭接缝起到了“热处理”的效果，使其搭接缝的搭接质量得以增强。

（2）L2试样先搭接后老化的接缝剥离强度低于无处理的接缝剥离强度，这是因为接缝剥离强度在热熔焊接时与试验人员手法有一定的关系。现场观察L2试样的先搭接后老化试件的搭接面情况，粘结面出现了空鼓现象。这是由于热熔时温度略不均匀，在某些点上没有粘结实，所以在进行接缝强度测试时，力值受到了较大的影响，导致接缝剥离强度过低。因此，在热熔焊接时需尽量保持合适的温度、保证在粘结过程中充分压实，使得接缝剥离试件避免因人为原因而导致数据偏离。

2.2 不同老化时间对沥青类防水卷材接缝剥离强度的影响（见图4、图5）

图4 先老化后搭接试件不同处理时间的接缝剥离强度

图5 先搭接后老化试件不同处理时间的接缝剥离强度

沥青类防水卷材随热老化试验的影响造成沥青层或材料本身质量下降，不同的老化时间对卷材表层的破坏程度也随之加大。由图4可见，对于先老化后搭接的处理条件来说，由于防水卷材表层油分随老化时间逐渐延长而不断挥发，使其表层粘性降低，卷材变干变硬，影响卷材表层相容，直接降低了搭接质量，使得随卷材热处理时间延长，而接缝剥离强度降低。

由图5可见，对于先搭接后老化的试件来说，只有卷材面层受热老化试验的影响，而搭接界面并未受到老化影响。在热老化过程中，接缝处的沥青受热变软，起到了热熔加固的作用，待试件取出冷却后，试件整体变硬、变脆，所以在开始时接缝强度变高，但随着老化时间延长，卷材性能降低，沥青中的油分过分挥发，使得沥青粘性过分降低，接缝剥离强度也随之降低。

2.3 不同处理方式对高分子类防水卷材接缝剥离强度的影响

按照GB/T 328.21—2007中试验步骤，试件应紧紧地夹在拉伸试验机的夹具中，使试件的纵向轴线与拉伸试验机及夹具的轴线重合，夹具间整个距离为（100±5）mm，不承受预荷载。以恒定速度（100±10）mm/min拉伸至试件分离，取每组5个试件平均剥离强度作为最终结果（见图6）。

图6 不同处理条件对高分子类防水卷材接缝剥离强度的影响

由图6可见，与沥青类防水卷材相同，高分子类防水卷材先老化后搭接的接缝剥离强度最低，无处理的接缝剥离强度居中，而先搭接后老化的接缝剥离强度最高。此结果同样是因为老化时防水卷材表面受高温处理，再进行热风焊接时，导致搭接、焊接质量下降，影响搭接面的粘结质量。而先搭接后老化的试件粘结面没有受到高温的直接烘烤，只是其表面受热老化影响，对于搭接缝来说起到了高温软化又加固粘结的作用，其搭接缝的搭接质量得以提高。

2.4 不同老化时间对高分子类防水卷材接缝剥离强度的影响（见图7、图8）

图7 先老化后搭接试件不同处理时间的接缝剥离强度

高分子类卷材受老化试验的影响，材料内部原料发生降解等现象，不同的老化时间对卷材表层的破坏程度也随之变化。由于高分子类卷材主要原材料为树脂颗粒、助剂、PP、PE等，经过混合、挤压等工艺成型，其中抗氧剂等助剂能有效地防止聚合物材料在长期老化过程中的热氧化降解，同时也是一种高效的加工稳定剂，并且其用量及在树脂颗粒中的分散均匀程度等因素都对高分子卷材的热老化性能起到重要和作用[1]。随着热老化时间的延长，其表现出来的外观变化主要为变硬、变脆、变色，使其焊接效果受到影响，由图7可见，随老化时间的延长，接缝剥离强度逐步下降，并观察现场试件的破坏情况，由正常的内聚破坏，逐渐变为卷材断裂。

对于先搭接后老化的试件来说，同样只有卷材面层受热老化试验的影响，而搭接面内部并未直接受到老化影响。高分子类防水卷材是利用热风焊接将高分子材料本身受热熔融的特点，在热空气作用下，使2个高分子类部件表面同时熔融，在一定压力的作用下，使其连为一体。由图8可见，在热老化过程中，初期加热使熔融粘结效果更好，所以其剥离强度均高于原始剥离强度，但后期变化无规律性，分析原因大多是因为每家的卷材原料及其添加的助剂数量、品种不一致，导致其受热老化影响不同。

图8 先搭接后老化试件不同处理时间的接缝剥离强度

3 结论

先对防水卷材进行搭接后老化的剥离强度要比先对卷材老化后进行搭接的剥离强度要高。分析原因为老化都是由外表面及内的老化，而搭接部位恰恰表面相接触。试验中，先卷材老化后，材料本身已经经过老化处理，表面失效过多，再去搭接时，相当于在用“差”的材料在搭接；相反，先搭接时，相当于把未老化面（“好”的材料）搭接在一起，未搭接面对搭接面形成了保护。因此，得出结论：对于沥青类防水卷材及高分子类防水卷材：先搭接后老化的样品接缝剥离强度＞无处理样品的接缝剥离强度＞先老化后搭接的样品接缝剥离强度。