鐵路混凝土橋梁橋面防水卷材性能分析

杜存山

(中國鐵道科學研究院金屬及化學研究所，北京 100081)

1 鐵路混凝土橋梁橋面防水材料

在鐵路混凝土橋梁橋面鋪設防水層是提高橋梁結構耐久性的重要技術手段。既有橋梁由于橋面防水失效造成橋面板滲水、鋼筋銹蝕的事例很多，直接影響到結構的使用壽命。

目前我國鐵路混凝土橋梁橋面防水層標準《鐵路混凝土橋面防水層技術條件》(TB/T 2965—2011)是《鐵路混凝土橋梁橋面TQF-Ⅰ型防水層技術條件》(TB/T 2965—1999)的修訂版，1999版的制定為我國鐵路混凝土橋梁的耐久性保護提供了重要的保證。2011版較1999版主要變化是:修改了氯化聚乙烯防水卷材和聚氨酯防水涂料的相關技術要求;增加了水泥基膠粘劑、高聚物改性瀝青防水卷材、高聚物改性瀝青基層處理劑的相關技術要求;對防水層鋪設、保護層的相關要求，質量檢查要求和保修期也作了新的規定。

為使建設單位、設計單位及用戶更好地理解、使用新標準，保證防水層質量和橋梁結構耐久性，并為以后標準的修訂，防水體系設計更合理提供依據。有必要對現標準中提到的防水體系組成、防水卷材材料性能和施工工藝等進行深層次研究。本文主要從防水卷材材料出發分析其合理性及仍存在的問題。

2 卷材防水層體系

鐵路混凝土橋面卷材防水層體系主要有兩類:氯化聚乙烯卷材加粘貼涂料型防水層體系(見圖1)和高聚物改性瀝青卷材型防水層體系(見圖2)。

圖1 氯化聚乙烯卷材加粘貼涂料型防水層體系

圖2 高聚物改性瀝青卷材型防水層體系

3 防水卷材

建筑防水材料通常分為5大類:高聚物改性瀝青基防水卷材、合成高分子防水卷材、防水涂料、密封材料、剛性防水及堵漏止水材料［1］。其中，高分子防水卷材是典型的新型建筑防水材料，并在國內外都已占相當比重，國外一些國家的市場份額高達50%以上。如日本合成高分子防水卷材的產量目前已超過280萬m2，美國高分子防水卷材的產量在1億m2以上［2］。而我國防水材料仍是以瀝青基防水材料為主，占全部防水材料的80%，高分子防水卷材占10%左右，其他防水材料占10%左右［1］。

防水卷材的品種并不多，每一個國家都是以自己偏愛的材料為主。用量最大并且已被社會認可的兩種材料是三元乙丙橡膠防水卷材和PVC防水卷材。美國的三元乙丙橡膠防水卷材占其高分子防水卷材總量的90%，而英國的PVC防水卷材則占到80%［2］。

我國鐵路混凝土橋面采用的卷材是氯化聚乙烯防水卷材和高聚物改性瀝青防水卷材。

3.1 氯化聚乙烯防水卷材

氯化聚乙烯防水卷材是以氯化聚乙烯樹脂為主要原料，加入多種化學助劑，經混煉、擠出成型和硫化等工序加工制成的防水卷材。按有無復合層分類，無復合層的為N類，用纖維單面復合的為L類，織物內增強的為W類。我國鐵路混凝土橋面采用N類和L類氯化聚乙烯防水卷材。

3.2 高聚物改性瀝青防水卷材

高聚物改性瀝青防水卷材采用熱塑性彈性體高聚物作為改性劑，改性瀝青在常溫下具有橡膠材料的彈性，因此具有更好的粘結附著性能以及良好的抗疲勞能力。采用高強度聚酯無紡布做胎基，卷材被賦予良好的機械力學性能和抗穿刺性能。

高聚物改性瀝青防水卷材分為4類:①彈性體改性瀝青防水卷材(SBS);②塑性體改性瀝青防水卷材(APP);③改性瀝青聚乙烯胎防水卷材;④瀝青復合胎柔性防水卷材。

SBS和APP改性瀝青防水卷材是我國最常用的改性瀝青防水卷材，其中SBS改性瀝青防水卷材具有優異的耐低溫性能，適合北方氣候;APP改性瀝青防水卷材具有優異的耐高溫性能，更適合南方氣候。橡塑改性瀝青防水卷材同時具有良好的高溫和低溫性能［3-5］。

4 新版標準存在的問題

4.1 防水體系的選擇

標準中針對N類和L類氯化聚乙烯防水卷材和高聚物改性瀝青防水卷材都是適用于有砟橋面道砟槽內和無砟橋面防撞墻以內，沒有給出它們在使用中對條件要求的差異，給設計人員帶來混亂。而且防水體系的任意選擇，對今后的維修會產生不利影響。

4.2 高聚物改性瀝青

我國鐵路混凝土橋面采用的高聚物改性瀝青防水卷材要求使用長纖聚酯纖維毯做胎基，但對高聚物改性劑沒有明確要求，而聚合物改性劑種類繁多，性能各異，目前添加的聚合物改性劑種類主要包括3大類:①橡膠類，包括SBR、再生橡膠、廢舊橡膠粉等;②熱塑性橡膠類，包括SBS等;③熱塑性樹脂類，包括APP，EVA，PVC等。國內外使用最普遍的是SBS和APP，因為這兩種聚合物和石油瀝青的相容性最好。

不同種聚合物改性劑改性效果不同，對于同一種聚合物改性劑，它的分子結構、加入量、反應條件等因素也影響改性瀝青的性能，從而使改性瀝青防水卷材的性能各異。

4.3 防水卷材的物理力學性能指標及試驗方法

4.3.1 拉伸性能

表1 中列出了 TB/T 2965—2011，GB 12953—2003和GB 18242—2008關于相應防水卷材的拉伸性能技術要求和試驗方法。

表1 防水卷材拉伸性能技術要求

從表1可以看出同一類卷材鐵標中的拉伸性能指標高于國家相應標準，但由于這兩類卷材在鐵路混凝土橋梁上使用的位置完全一樣，而扯斷伸長率在鐵標中的要求從氯化聚乙烯的≥550%降到≥50%，固然材料不同性能指標要求也不同，但既然50%和550%的扯斷伸長率都可滿足使用要求，所以國標中氯化聚乙烯類防水卷材的不小于200%或300%的扯斷伸長率指標是合適的，沒有必要人為拔高。

N類防水卷材與L類防水卷材的拉伸試驗，拉伸速度都是(250±50)mm/min，只是裁取的樣品尺寸、大小不一樣。前者是GB/T 528—1998中的啞鈴Ⅰ型試樣，后者是GB/T 13022—1991中的啞鈴Ⅰ型試樣。應通過試驗研究這兩種試樣對試驗結果的影響和對應關系，盡可能統一。

高聚物改性瀝青防水卷材拉伸試驗TB/T 2965采用GB 18242的方法，而GB 18242采用GB/T 328方法，因此鐵標應直接采用GB/T 328，方便標準的使用。

4.3.2 不透水性

在GB/T 328.10—2007中，試驗適用于高壓力作用場合的卷材不透水性B法，采用壓盤有2種，或開縫盤或7孔圓盤，前者試驗(24±1)h，后者試驗(30±2)min。TB/T 2965—2011，GB 12953—2003 和 GB 18242—2008關于卷材的不透水性指標見表2。

表2 防水卷材不透水性技術要求

從表中可以看出，氯化聚乙烯防水卷材的不透水性指標低于GB/T 328.10—2007的要求，而高聚物改性瀝青防水卷材的不透水性指標高于GB/T 328.10—2007的要求。在標準GB/T 328.10—2007中明確說明既可以采用開縫圓盤也可以采用7孔圓盤，所以在TB/T 2965中，應將不透水性試驗方法統一，并直接采用GB/T 328.10—2007，以方便使用。

4.3.3 高聚物改性瀝青防水卷材熱老化處理

鐵標中要求高聚物改性瀝青防水卷材熱老化處理試驗方法采用 GB/T 18244—2000和 GB/T 18242—2008，但這兩種方法在試驗溫度和試驗周期上完全不同，GB/T 18244—2000要求試驗溫度(70±1)℃，試驗周期168 h或更長。而GB/T 18242—2008要求試驗溫度(80±2)℃，試驗周期10 d±1 h。

4.3.4 接縫剝離性能

整個防水體系的成敗很大程度上取決于卷材搭接處是否能粘貼牢固，所以鐵標中對卷材搭接處的上層和下層卷材明確要求應完全熱熔粘合。而接縫剝離性能能較好地反映卷材的熱熔焊接性能和焊接工藝，但標準中高聚物改性瀝青防水卷材出現該項指標的缺失。

5 建議

1)根據國內外研究成果及防水材料在使用過程中所反映出的情況，結合國內外公路橋梁、鐵路橋梁防水層設計、施工經驗和應用情況，對目前標準中規定的防水卷材形式及指標進行綜合評估，以保證鐵路橋梁的耐久性和使用壽命。

2)我國鐵路橫跨距離大，所以應考慮溫度等環境對防水體系的影響制定不同的防水體系，如北方可以選用SBS改性瀝青防水卷材，南方選用APP改性瀝青防水卷材。

3)以滿足要求為主，合理制定防水卷材性能指標，不應過分人為提高指標，造成不必要的浪費。

4)明確不同防水卷材的使用環境及要求，不給設計人員造成混亂。

［1］雍奎剛，孫曉丹.高分子防水卷材的應用及發展［J］.塑料科技，2008(12):60-64.

［2］趙軍.高分子防水卷材國內外概況［J］.新型建筑材料，1996(6):12-16.

［3］李軍偉.聚合物改性瀝青防水卷材情況簡介［J］.石油瀝青，2005(2):54-56.

［4］吳曉紅，常淑清.新建鐵路橋梁聚脲防水施工技術［J］.鐵道建筑，2011(4):44-46.

［5］趙同生，陳康榮.高速鐵路橋梁橋面二次防水層施工質量控制［J］.鐵道建筑，2011(6):37-40.