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

隨著我國經濟社會的進步，大量基礎設施投入建設，推動了各種防水材料的發展，防水板作為一種常見的防水卷材廣泛應用于建筑、交通、市政、水利等領域。防水板是以高分子聚合物為原料經過密煉、擠出或壓延等工藝加工而成，具有拉伸強度高，延伸率大等優點，在地下工程中要適應不同氣候條件下建筑結構沉降、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基面不平以及綁扎鋼筋等后續工作被頂破或撕裂的風險。

目前，市場上防水材料品種繁多，質量參差不齊，環境適應性不一，主要幾種防水材料物理性能指標如表 1 所示［1］，其中建設者最關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，防水板所鋪設的基面是凹凸不平的，當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，基于隧道所處的環境及其受力特點，隧道修建完畢后應力會重新調整，從而造成圍巖和初襯向內收縮，同樣可能會對防水板進行擠壓，產生局部拉伸作用［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，當地下水壓力變化時，防水板應當能夠承受地基不均勻沉降產生的負面效應。

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，一旦出現滲漏，將侵蝕混凝土內部鋼筋，使鋼筋銹蝕，改變結構受力狀況，從而會產生新的裂縫，導致新的滲漏。長此以往循環下去，影響結構安全。

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，提高檢測結果準確性，把好防水材料質量關，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，下面以隧道結構中常見的 EVA 均質防水板為例，對其拉伸狀態下力學性能進行分析。

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 樣品調節與制備

試驗選用型號為 JS2-EVA-29m×3m×1.2mm 的防水板，執行的標準為 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 拉伸應力應變性能的測定》的規定進行。將樣品展平后在恒溫恒濕箱中進行標準養護 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。如果發現試樣在狹窄的部分以外會發生斷裂的情況，則舍棄該試樣的試驗結果，并另取一試樣進行重復試驗。

2.4 試驗結果與分析

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

圖2 拉伸試驗曲線

曲線的起始階段，應力迅速增大，達到 A 點時應力與應變成正比，材料所受的形變為彈性形變，此時撤去外力后防水板可恢復原狀。

當應力達到 A 點，材料進入屈服階段后，變形增加較快，此時除了產生彈性變形外，還產生部分塑性變形。當應力達到屈服點 B 以后，材料所受的形變為塑性形變，此時撤去外力，防水板不能恢復原狀。

材料屈服后，在曲線的 BC 階段，在應力變化不大的情況下，材料變形迅速增大，試樣拉伸截面出現縮頸現象。曲線從 C 點直到試樣斷裂的 E 點出現兩次變形曲線折返，應力又開始快速上升。

由于曲線出現折返的特殊現象，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，發現當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，出現下滑現象，造成變形減小。

2.5 試驗改進與分析

依據標準GB/T 18173.1－2012《高分子防水材料第 1 部分：片材》中拉伸速率的規定，樹脂類防水板夾持器的移動速度設置在（250±50）mm/min 之間，將拉伸速率調整為 200 mm/min 和 300 mm/min，經過拉伸出現了如圖 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，并將拉伸速率調整為 250 mm/min 進行了試驗，產生了圖 4 所示的曲線。

圖4 優化后拉伸試驗曲線

從圖 4 拉伸曲線可以看出，在材料塑性變形階段，不再出現變形曲線折返，曲線 CD 階段應力又一次快速增大，這是由于試樣的標線內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，應力再次增大。曲線 CD 階段變形不大，是由于在此階段標線內長度變化不大，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，未出現引伸計回縮現象。優化后效果明顯，提升了試驗結果的準確性。

2.6 試驗方法思考

均質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，當均質片防水板被拉伸后，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，為多數檢測機構所采用。在試驗過程中當試樣伸長時，重量很輕的引伸計夾頭跟隨移動，當試樣被拉變薄時，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，消除影響結果的不利因素。

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

3 結語

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