隧道防水材料性能試驗研究

吳則凱

（鐵正檢測科技有限公司，山東 濟南 250000）

0 引言

在隧道工程中，防水問題不容忽視，其關系到隧道功能的發揮，比如通車安全，也關系到隧道里輔助設施的工作效率，比如隧道的通風、照明等，最終影響隧道的使用壽命。隧道工程的防水，不僅與設計有關，還與所用材料有關。如何正確選擇隧道防水材料，離不開對材料材質、性能的正確認知。本文以隧道防水材料性能試驗研究為主題，通過試驗探究防水卷材的拉伸、抗穿刺、透水、耐腐蝕以及吸水等性能，并提出提高其性能的措施，以期為隧道工程防水層使用效果的提升提供參考。

1 隧道防水層結構及材料

1.1 隧道防水層結構

隨著建筑防水材料的逐步發展，高分子防水卷材與止水帶、止水條等止水材料的組合成為隧道防水層的主流結構。

1.2 隧道防水層材料

1.2.1 高分子防水卷材

目前，市面上有多種類型的高分子防水卷材，這種卷材通常具有高強度、高延展性以及高耐久性等特點。根據原料組成，可以將高分子防水卷材分為橡膠類、樹脂類以及橡塑共混類3 種[1]。其中，橡膠類防水卷的主要代表有三元乙丙（EDPM）防水卷材。王國慶等[2]利用顯微CT 對EDPM 防水卷材進行掃描，探究其微觀孔隙特征，防水材料微觀損傷機制的研究提供理論基礎。樹脂類的防水卷材種類比較廣泛，PVC、EVA 等，這種材料通常具有耐穿刺的特點[3]。橡塑共混類防水卷材集合了樹脂類和橡膠類卷材的優點，提高了對基層變形的適應能力[4]。

1.2.2 止水材料

隧道工程常用的止水材料為止水帶和止水條，其中止水帶種類眾多，如橡膠、塑料、鋼板止水帶等[5]，止水條主要為膨脹橡膠止水條，常見的如BW型止水條[6]。

2 試驗方法

本文以防水材料中的防水卷材為研究重點，通過試驗探究防水卷材的基本性能，并提出提高其性能的方法。選取5種不同品種的防水卷材進行試驗，主要試驗內容有拉伸性能試驗、穿刺試驗、透水性試驗、耐腐蝕性試驗以及吸水性試驗等。

2.1 防水卷材選取

本文所選取的5種防水卷材分別是高分子（HDPE）復合自粘防水卷材、高分子（EVA）自粘防水卷材、SBS IPY AL4 GB18242 彈性體防水卷材、PE3 JC840-1999彈性體防水卷材以及SBS IPY PE4 GB18242，分別編號A1～A5。

2.2 試驗方案

2.2.1 拉伸性能試驗方案

（1）將試件在23℃下靜置24h；

（2）調節拉伸速度（其中高分子類和SBS 類分別為200mm/min、180mm/min），校準試驗機；

（3）啟動拉力試驗機進行23℃下的拉伸試驗，直到試件拉斷為止。

2.2.2 穿刺試驗方案

（1）利用環形夾具對試件進行固定；

（2）將夾具放在加壓裝置上，釘刺速率設置為100mm/min；

（3）啟動加壓裝置，記錄釘刺過程的最大壓力。

2.2.3 透水性試驗方案

（1）試件在23℃下靜置6h；

（2）將試件放置在透水盤上，試件的上邊面向下，利用7孔圓盤對試件進行固定；

（3）慢慢夾緊試件；

（4）慢慢加壓至0.3MPa，保持壓力30min；

（5）觀察試件的不透水性。

2.2.4 耐腐蝕性試驗方案

（1）取3個燒杯，分別加入3%的硫酸溶液、氫氧化鈉溶液以及蒸餾水（對照組）；

（2）將試樣分別在3個燒杯中完全浸泡28d；

（3）浸泡過程每天攪拌1 次液體，每7d 更換一次溶液；

（4）取出試件，擦拭干凈，制作試件，其中高分子為啞鈴Ⅰ型，SBS為140mm×25mm矩形；

（5）對試件進行拉伸試驗，其中高分子、SBS的拉伸速度分別是200mm/min、50mm/min。

2.2.5 吸水性試驗方案

（1）剔除試件表面的隔離材料，對其進行稱重；

（2）將試件浸入到23℃水中；

（3）浸泡4h，吸干表面水分，再次稱重；

（4）兩次稱重的差值即為試件的吸水重量。

3 試驗結果分析

3.1 拉伸性能試驗結果

5 種試件的拉伸性能試驗結果見表1。通過表1 可以看出，所選5 種防水卷材的拉伸和撕裂性能均滿足GB 18242-2000、GB 50108-2001 的要求[7]。就拉伸強度而言，EVA高分子卷材的橫向和縱向拉伸強度最強，撕裂強度中，FS-K的SBS卷材撕裂強度最高。

表1 拉伸與撕裂性能結果

3.2 穿刺試驗結果

穿刺試驗結果見表2。從表2 中可以看出，刺破強度的排序為FS-K＞FS-JL＞FS-X＞HDEP＞EVA，從結果中可以看出，SBS類的卷材由于在厚度上的優勢使其抗刺破性能得到了較大提升。

表2 刺破強度結果

3.3 透水性試驗結果

透水性試驗結果見表3。由表3可以看出，5種材料在0.3MPa下均能夠保持30min無滲漏，因此，5種材料的透水性均滿足標準。

表3 透水性試驗結果

3.4 耐腐蝕性試驗結果

耐腐蝕性試驗結果見表4。從表4可以看出縱向拉伸強度試驗的規律性要比橫向拉伸強，因此，橫向拉伸強度更具有參考性。

表4 耐腐蝕性試驗結果

通過液體浸泡后，5種材料的拉伸強度都有不同程度的降低，高分子材料的降低比率要大于SBS 材料的，但降低后，高分子類材料的拉伸強度仍然高于SBS 類的。對于高分子卷材而言，由于其厚度較薄，因此對于侵蝕性液體更加敏感，在實際應用中，應當適當的增加其厚度以提高其耐腐蝕性。

3.5 吸水性試驗結果

吸水試驗結果見表5。根據表5可以看出，5種材料的吸水質量都比較小，其中高分子材料的吸水質量在0.01以下，可近似認為沒有吸水。SBS類材料的吸水質量相對較大，這主要基于其層狀結構，導致其相比于高分子材料更易吸水。

表5 吸水試驗結果

4 結束語

本文選取了5種防水卷材進行了性能試驗，對比分析了高分子、SBS類卷材的基本性能，主要結論如下：

（1）基本性能試驗結果表明，高分子防水卷材的強度、延伸率要大于SBS材料，吸水性要小于SBS材料，這說明高分子材料更適用于隧道防水。

（2）耐穿刺試驗表明，SBS具有更強的抗刺破能力，這主要取決于SBS材料在厚度上的優勢，因此提高材料厚度有助于增強其抗刺破能力。

（3）高分子材料的耐腐蝕性要強于SBS 材料。然而，由于高分子材料的厚度較薄，在液體中浸泡后，其耐腐蝕性下降的速度要大于SBS材料。因此，在實際工程應用中，適當增加防水卷材的厚度，這樣能夠有效提升其耐腐蝕性。