防水板拉伸性能檢測研究與分析

馬小峰

（北京中交橋宇科技有限公司，北京 100102）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟社會的進步，大量基礎(chǔ)設(shè)施投入建設(shè)，推動了各種防水材料的發(fā)展，防水板作為一種常見的防水卷材廣泛應(yīng)用于建筑、交通、市政、水利等領(lǐng)域。防水板是以高分子聚合物為原料經(jīng)過密煉、擠出或壓延等工藝加工而成，具有拉伸強度高，延伸率大等優(yōu)點，在地下工程中要適應(yīng)不同氣候條件下建筑結(jié)構(gòu)沉降、變形，地基不均勻沉降等不利因素，在隧道工程中又要承受因鋪設(shè)基面不平以及綁扎鋼筋等后續(xù)工作被頂破或撕裂的風(fēng)險。

目前，市場上防水材料品種繁多，質(zhì)量參差不齊，環(huán)境適應(yīng)性不一，主要幾種防水材料物理性能指標如表 1 所示［1］，其中建設(shè)者最關(guān)注的性能集中在抗拉強度和拉斷伸長率兩項指標上。

表1 高分子防水卷材物理性能指標

1 拉伸性能對實際工程的影響

在隧道工程中，防水板所鋪設(shè)的基面是凹凸不平的，當(dāng)遇到較大的起伏或空洞時，在施做二襯時會對防水板進行擠壓，使防水板受拉，易斷裂破壞。另外，基于隧道所處的環(huán)境及其受力特點，隧道修建完畢后應(yīng)力會重新調(diào)整，從而造成圍巖和初襯向內(nèi)收縮，同樣可能會對防水板進行擠壓，產(chǎn)生局部拉伸作用［2］。

在地下工程底板施工時，防水層沒有保護措施，當(dāng)進行鋼筋綁扎和模板支護過程中，難免會對防水板擠壓和拉伸。另外，地下工程長期承受地下水壓力，當(dāng)?shù)叵滤畨毫ψ兓瘯r，防水板應(yīng)當(dāng)能夠承受地基不均勻沉降產(chǎn)生的負面效應(yīng)。

隧道及地下工程防水為一次性工程，不像屋面防水可以翻新翻修，一旦出現(xiàn)滲漏，將侵蝕混凝土內(nèi)部鋼筋，使鋼筋銹蝕，改變結(jié)構(gòu)受力狀況，從而會產(chǎn)生新的裂縫，導(dǎo)致新的滲漏。長此以往循環(huán)下去，影響結(jié)構(gòu)安全。

從以上可知，在工程施工和運營期間，眾多因素可能對防水板產(chǎn)生拉伸效果，造成防水板損壞失去防水作用。因此，做好防水材料檢測，提高檢測結(jié)果準確性，把好防水材料質(zhì)量關(guān)，對整個工程具有重要意義。

2 試驗

為了更加準確地檢測防水板拉伸性能，下面以隧道結(jié)構(gòu)中常見的 EVA 均質(zhì)防水板為例，對其拉伸狀態(tài)下力學(xué)性能進行分析。

2.1 試驗儀器

①微機控制電子萬能試驗機，WDW-10 C 型，精度0.5級；

②防水卷材測厚儀，HD-6 型，精度 0.01 mm；

③游標卡尺，（0～150）mm，精度 0.01 mm；

④恒溫恒濕箱：BSYH-40C 型，標準養(yǎng)護，溫度（23±2）℃，相對濕度（50±10）%；

⑤裁片機及啞鈴 1 型裁刀。

2.2 樣品調(diào)節(jié)與制備

試驗選用型號為 JS2-EVA-29m×3m×1.2mm 的防水板，執(zhí)行的標準為 GB/T 18173.1－2012《高分子防水材料 第 1 部分：片材》，拉伸強度、拉斷伸長率試驗按 GB/T 528－2009《硫化橡膠或熱塑性橡膠 拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測定》的規(guī)定進行。將樣品展平后在恒溫恒濕箱中進行標準養(yǎng)護 24 h，裁取啞鈴1型試樣，如圖 1 所示，然后進行試驗。試驗環(huán)境溫度控制在（23±2）℃。

圖1 啞鈴1型試樣

2.3 試驗方法

首先在試樣的中心部位標記試驗長度為（25.0± 0.5）mm 的兩條標線，把試樣安裝在試驗機的上下夾持器上，保證拉力能均勻地分布在試樣橫截面上，然后用大變形引伸計的標距夾頭夾持在試樣標線上。夾持器的移動速度設(shè)置在（250±50）mm/min 之間，啟動試驗機，試驗過程中觀察拉力和試驗長度的變化情況。如果發(fā)現(xiàn)試樣在狹窄的部分以外會發(fā)生斷裂的情況，則舍棄該試樣的試驗結(jié)果，并另取一試樣進行重復(fù)試驗。

2.4 試驗結(jié)果與分析

將夾持器移動速度設(shè)置為 250mm/min，在實際試驗拉伸過程中，產(chǎn)生了如圖 2 所示的曲線。

圖2 拉伸試驗曲線

曲線的起始階段，應(yīng)力迅速增大，達到 A 點時應(yīng)力與應(yīng)變成正比，材料所受的形變?yōu)閺椥孕巫儯藭r撤去外力后防水板可恢復(fù)原狀。

當(dāng)應(yīng)力達到 A 點，材料進入屈服階段后，變形增加較快，此時除了產(chǎn)生彈性變形外，還產(chǎn)生部分塑性變形。當(dāng)應(yīng)力達到屈服點 B 以后，材料所受的形變?yōu)樗苄孕巫儯藭r撤去外力，防水板不能恢復(fù)原狀。

材料屈服后，在曲線的 BC 階段，在應(yīng)力變化不大的情況下，材料變形迅速增大，試樣拉伸截面出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象。曲線從 C 點直到試樣斷裂的 E 點出現(xiàn)兩次變形曲線折返，應(yīng)力又開始快速上升。

由于曲線出現(xiàn)折返的特殊現(xiàn)象，多次進行試驗，并仔細觀察了試驗過程中試樣和引伸計的變化，發(fā)現(xiàn)當(dāng)啞鈴型試樣的狹窄部分被拉薄，表面變得十分光滑，摩擦力變小，而拉伸速度較快，大變形引伸計跟不上夾持器的拉伸速度，標距夾頭夾持不住試樣，出現(xiàn)下滑現(xiàn)象，造成變形減小。

2.5 試驗改進與分析

依據(jù)標準GB/T 18173.1－2012《高分子防水材料第 1 部分：片材》中拉伸速率的規(guī)定，樹脂類防水板夾持器的移動速度設(shè)置在（250±50）mm/min 之間，將拉伸速率調(diào)整為 200 mm/min 和 300 mm/min，經(jīng)過拉伸出現(xiàn)了如圖 3 所示的曲線。

圖3 不同速率下拉伸試驗曲線

從圖 3 中曲線可知，改變拉伸速率依然不能解決曲線折返、變形減小的問題。問題的關(guān)鍵不在拉伸速率，而是大變形引伸計的彈簧夾頭。為了解決大變形引伸計打滑造成變形減小的問題，筆者對引伸計標距夾頭做了增大摩擦力的特殊處理，并將拉伸速率調(diào)整為 250 mm/min 進行了試驗，產(chǎn)生了圖 4 所示的曲線。

圖4 優(yōu)化后拉伸試驗曲線

從圖 4 拉伸曲線可以看出，在材料塑性變形階段，不再出現(xiàn)變形曲線折返，曲線 CD 階段應(yīng)力又一次快速增大，這是由于試樣的標線內(nèi)材料拉伸到一定程度后不再變長，而試樣標線外的材料開始被拉伸，應(yīng)力再次增大。曲線 CD 階段變形不大，是由于在此階段標線內(nèi)長度變化不大，試樣的主要變形為標線外材料的伸長，圖形只顯示引伸計所夾持的標線內(nèi)長度的變形。

在整個試驗過程中大變形引伸計的標距夾頭始終夾持著試樣標距跟隨夾持器勻速運動，未出現(xiàn)引伸計回縮現(xiàn)象。優(yōu)化后效果明顯，提升了試驗結(jié)果的準確性。

2.6 試驗方法思考

均質(zhì)片防水板拉伸試驗的主要問題出在防水板拉斷伸長率的檢測。拉斷伸長率的檢測通常有兩種方法：一是在試驗結(jié)束后，將兩片斷裂的試樣吻合的拼接在一起，通過測量試驗前后兩條標線之間的距離計算拉斷伸長率；二是通過大變形引伸計夾持試樣標線，拉伸時實時顯示試驗長度的變化，最后直接計算出拉斷伸長率。

第一種方法，當(dāng)均質(zhì)片防水板被拉伸后，試樣上面的兩條標線也被拉到變形，斷裂時標線已分辨不出來，因此該種斷后測量法不適用。本試驗采用的是第二種引伸計法，所使用的大變形引伸計為機械接觸式引伸計，為多數(shù)檢測機構(gòu)所采用。在試驗過程中當(dāng)試樣伸長時，重量很輕的引伸計夾頭跟隨移動，當(dāng)試樣被拉變薄時，表面變得十分光滑。在引伸計使用過程中，應(yīng)注意引伸計夾頭移動端自身重力以及其與所夾持材料間摩擦力等方面影響，消除影響結(jié)果的不利因素。

此外，目前市場上還有一些非接觸式、光學(xué)應(yīng)變測量裝置，對于該類設(shè)備是否能夠滿足檢測需求，以及檢測結(jié)果的準確性，還需科研人員進行驗證。

3 結(jié)語

防水材料性能的好壞關(guān)系到整體工程質(zhì)量，檢測結(jié)論的準確性對科學(xué)評價工程質(zhì)量至關(guān)重要。要想使檢測結(jié)果更加準確，不僅要考慮環(huán)境因素的影響，還要注重設(shè)備的正確使用。筆者通過對防水板拉伸試驗進行研究，將試驗工程中細節(jié)優(yōu)化，提高了檢測結(jié)論的準確性，提升了防水材料在實際工程中的使用效果。