吳 沖，葛 凱，劉永建，王保良，班新林，王樂(lè)然

(1.神華新準(zhǔn)鐵路有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017000;2.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所，北京 100081;3.衡水新陸交通器材有限公司，河北衡水 053000)

國(guó)內(nèi)外混凝土橋梁工程實(shí)踐表明，水的滲入可導(dǎo)致凍融循環(huán)破壞、鋼筋腐蝕、堿集料反應(yīng)、混凝土碳化等耐久性病害，因而建立有效的橋面防排水系統(tǒng)是提高混凝土橋梁耐久性的重要手段之一。

目前，我國(guó)新建鐵路橋梁混凝土橋面采用的防水材料分為卷材和涂料兩大類(lèi)。其中防水卷材主要用于普通鐵路橋梁、客運(yùn)專(zhuān)線有砟軌道和部分無(wú)砟軌道橋梁，以氯化聚乙烯卷材(N類(lèi)和L類(lèi))、高聚物改性瀝青卷材(SBS)為主。受生產(chǎn)設(shè)備、工藝的限制和便于人工鋪設(shè)，目前大量采用的防水卷材幅寬僅為1.0～1.6 m，致使人工鋪設(shè)的效率很低，質(zhì)量不穩(wěn)定;特別是窄幅防水卷材鋪設(shè)后存在大量縱向接頭，搭接處需要進(jìn)行大量封閉、粘接或焊接處理，既增加了現(xiàn)場(chǎng)工作量又易產(chǎn)生施工缺陷。

氯化聚乙烯(chloridized polythene，簡(jiǎn)稱(chēng) CPE)防水卷材主要原料是聚乙烯(PE)經(jīng)過(guò)氯化改性制成的氯化聚乙烯樹(shù)脂，摻入適量的化學(xué)助劑和填充料，采用塑料或橡膠的加工工藝制成的彈塑性防水材料。CPE防水卷材同時(shí)具有熱塑性、彈性、耐候、耐化學(xué)腐蝕以及阻燃性等，但幅寬超過(guò)2 m的常規(guī)CPE防水卷材的硬度較大、伏貼性較差，既不適合粘貼于橋面又不適合機(jī)械化鋪設(shè)。目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)采用擠出壓延工藝生產(chǎn)幅寬3 m以上、硬度適中的CPE卷材的先例。

本文以氯化聚乙烯材料為研究對(duì)象，通過(guò)系統(tǒng)的生產(chǎn)開(kāi)發(fā)和試驗(yàn)驗(yàn)證，研制幅寬達(dá)到3.5 m的可配合機(jī)械化鋪設(shè)施工的新型防水卷材。新型大幅寬防水卷材同時(shí)具有強(qiáng)度高、延伸率高、可焊性好、伏貼性好、施工效率高等特點(diǎn)。

1 防水卷材鋪設(shè)

橋面防水層在道砟橋面上的構(gòu)造組成為:混凝土保護(hù)層、復(fù)合卷材、膠粘劑型防水涂料(或水泥基膠粘劑)。其中復(fù)合卷材一般由CPE膜雙面復(fù)合無(wú)紡布制成，在焊接區(qū)由CPE膜單面復(fù)合土工布制成。圖1為道砟橋面大幅寬防水卷材的鋪設(shè)構(gòu)造，其中①為一般鋪設(shè)區(qū)，②為焊接區(qū)。

圖1 道砟橋面大幅寬防水卷材鋪設(shè)構(gòu)造示意

2 配方設(shè)計(jì)

生產(chǎn)常規(guī)CPE卷材所需的助劑包含硫化劑、促進(jìn)劑、活性劑、補(bǔ)強(qiáng)劑、增塑劑。前期研發(fā)過(guò)程中的生產(chǎn)試驗(yàn)表明，大幅寬CPE防水卷材的生產(chǎn)不宜使用硫化劑、促進(jìn)劑及活性劑，而應(yīng)使用補(bǔ)強(qiáng)劑、增塑劑、潤(rùn)滑劑與防老劑等作為助劑。

防水卷材產(chǎn)品的配方按照生產(chǎn)方便、質(zhì)量穩(wěn)定、節(jié)能節(jié)材和高性?xún)r(jià)比的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。常規(guī)氯化聚乙烯防水卷材的基本配方:①氯化聚乙烯樹(shù)脂，100份;②增塑劑，6～8份;③穩(wěn)定劑，8～10份;④填充劑，210份;⑤顏料，1～2份。

生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，按照基本配方生產(chǎn)的CPE防水卷材硬度較高、強(qiáng)度較低，且生產(chǎn)過(guò)程中材料的流動(dòng)性較差，不利于大幅寬材料的擠出成型，因此并不符合大幅寬防水卷材的生產(chǎn)要求。在此基礎(chǔ)之上，研發(fā)人員通過(guò)系統(tǒng)的分析與試驗(yàn)，對(duì)基本配方進(jìn)行了合理的調(diào)整和優(yōu)化。配方設(shè)計(jì)以補(bǔ)強(qiáng)劑、潤(rùn)滑劑及防老劑等3種主要成分的含量為變量，采用單因素優(yōu)選法，測(cè)試助劑對(duì)材料性能及加工性能的影響。新型大幅寬CPE防水卷材的配方試驗(yàn)方案見(jiàn)表1。

按照配方制成的樣品力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。其中1#—4#樣品的試驗(yàn)結(jié)果表明，補(bǔ)強(qiáng)劑增加后，材料拉伸強(qiáng)度不斷提高，但伸長(zhǎng)率有所降低，同時(shí)材料擠出更加困難;5#—7#樣品試驗(yàn)結(jié)果表明，潤(rùn)滑劑增加后，材料的擠出速率會(huì)不斷提高，材料的強(qiáng)度及伸長(zhǎng)率幾乎不受影響;8#—10#樣品試驗(yàn)結(jié)果表明，防老劑增加后，材料的抗老化性能明顯提高，材料的擠出性能、強(qiáng)度及伸長(zhǎng)率幾乎不受影響。

表1 大幅寬CPE防水卷材配方試驗(yàn)方案

表2 CPE防水卷材主要力學(xué)性能指標(biāo)測(cè)試結(jié)果

3 生產(chǎn)工藝

新型大幅寬CPE復(fù)合防水卷材的生產(chǎn)工藝流程更加復(fù)雜，對(duì)工藝的要求也更加嚴(yán)格。本文研發(fā)出一次復(fù)合工藝即將防水卷材和土工布在出模唇階段通過(guò)擠壓方式進(jìn)行熱熔復(fù)合，復(fù)合后的卷材具有較高的剝離強(qiáng)度。產(chǎn)品生產(chǎn)工藝流程見(jiàn)圖2，生產(chǎn)線局部狀況見(jiàn)圖3。

圖2 大幅寬CPE復(fù)合防水卷材生產(chǎn)工藝流程

圖3 大幅寬CPE復(fù)合防水卷材的生產(chǎn)

4 材料性能試驗(yàn)

根據(jù)鐵道部標(biāo)準(zhǔn)《鐵路混凝土橋面防水層技術(shù)條件》(TB/T 2965—2011)中關(guān)于L類(lèi)(雙面熱融復(fù)合無(wú)紡纖維布)防水卷材的相關(guān)規(guī)定對(duì)新型大幅寬CPE防水卷材進(jìn)行系統(tǒng)的檢驗(yàn)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 大幅寬CPE復(fù)合防水卷材力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果

CPE防水卷材的焊接使用爬行焊接機(jī)，見(jiàn)圖4。焊接溫度200℃，采用雙焊縫工藝以保證焊接效果。

圖4 CPE復(fù)合防水卷材的焊接工藝

為保證大幅寬CPE復(fù)合防水卷材的材料質(zhì)量和施工質(zhì)量，一方面要求卷材應(yīng)保持一定的硬度以達(dá)到較高的力學(xué)性能指標(biāo);另一方面要求卷材應(yīng)具有良好的柔韌性以保證與結(jié)構(gòu)表面的密貼。目前，既有防水標(biāo)準(zhǔn)中尚無(wú)針對(duì)卷材硬度的性能指標(biāo)和檢驗(yàn)方法。

為保證防水卷材同時(shí)具有良好的力學(xué)性能與施工性能，本文開(kāi)展了針對(duì)卷材硬度的試驗(yàn)研究，施工經(jīng)驗(yàn)及研究結(jié)果表明:為保證具有良好的伏貼性，大幅寬(3 m以上)CPE防水卷材自身的邵氏硬度應(yīng)介于50～70之間。測(cè)試方法如下:按照邵氏AM型硬度計(jì)法對(duì)無(wú)復(fù)合層的CPE卷材進(jìn)行硬度測(cè)試，按照正方形尺寸10 cm×10 cm進(jìn)行制樣，將3層CPE卷材平整疊放、對(duì)齊后進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)按照《邵氏硬度計(jì)法(邵氏硬度)》(GB/T 531.1—2008)中相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

5 結(jié)論

1)新型大幅寬CPE防水卷材具有如下特征:①幅寬大(≥3.5 m);②可焊性好(焊接剝離強(qiáng)度≥3.0 N/mm);③伏貼性好(卷材的邵式硬度介于50～70之間);④可配合機(jī)械化施工。

2)新型大幅寬CPE防水卷材的產(chǎn)品性能指標(biāo)均能夠滿(mǎn)足《鐵路混凝土橋面防水層技術(shù)條件》(TB/T 2965—2011)要求。

［1］楊勝，袁大偉.建筑防水材料［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007.

［2］中華人民共和國(guó)鐵道部.TB/T 2965—2011 鐵路混凝土橋面防水層技術(shù)條件［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2011.

［3］中國(guó)鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所.客運(yùn)專(zhuān)線混凝土橋面RWB-801高聚物改性瀝青防水卷材試驗(yàn)研究報(bào)告［R］.北京:中國(guó)鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所，2007.

［4］杜存山.鐵路混凝土橋梁橋面防水卷材性能分析［J］.鐵道建筑，2013(1):5-7.

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