徐恩順（北京東方雨虹防水技術(shù)股份有限公司，北京　101309）

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高分子自粘膠膜防水卷材粘接性能研究及其影響因素分析

徐恩順
（北京東方雨虹防水技術(shù)股份有限公司，北京101309）

摘要：高分子自粘膠膜防水卷材是以高密度聚乙烯（HDPE）為底膜，壓敏膠為粘接緩沖層，覆以保護涂層。采用預(yù)鋪反粘施工方法，后澆筑混凝土，在固化后與膠膜層緊密結(jié)合，達到防水層與主體結(jié)構(gòu)混凝土的永久結(jié)合、防止竄水發(fā)生。其優(yōu)異的防水性能與其材料構(gòu)成有著密切關(guān)系，從高分子自粘膠膜防水卷材材料構(gòu)成分析其粘接性能及其影響因素。

關(guān)鍵詞：高分子；自粘膠膜；預(yù)鋪反粘；保護涂層；防竄水

高分子自粘膠膜防水卷材是一種適用于地下及隧道工程的具有優(yōu)異防竄水功能的預(yù)鋪反粘施工的防水材料。其優(yōu)異的防水性能與其材料構(gòu)成有著密切關(guān)系。本文分析了高分子自粘膠膜防水卷材的各層材料特點及粘接原理，并對影響粘接的因素進行了簡要分析。

1 高分子自粘膠膜防水卷材構(gòu)造組成

高分子自粘膠膜防水卷材是一種由高分子片層底膜、自粘膠層、保護涂層3層結(jié)構(gòu)復(fù)合制成的防水卷材。

1.1 高分子片層

主要成分為高密度聚乙烯，其材料自身具備高強度、高延伸、耐硌破、耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)點?？捎行У挚箯?fù)雜的地下環(huán)境水的浸入，彌補因地下結(jié)構(gòu)沉降而產(chǎn)生的微小裂紋，是防水的主結(jié)構(gòu)層。

1.2 自粘膠層

自粘膠層具備良好的粘接性能，優(yōu)異的粘彈性、地下環(huán)境的耐久性、一定的自愈性能，可吸收部分結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的破壞力，與結(jié)構(gòu)混凝土形成滿粘，防止卷材在發(fā)生破壞時地下水在防水層和結(jié)構(gòu)混凝土間竄流。

1.3 保護涂層

保護涂層起到保護自粘膠層的作用，可以使高分子自粘膠膜防水卷材外露施工，提供不粘的表面供施工人員行走，使得后續(xù)工程能夠順利進行；同時，提供高分子自粘膠膜防水卷材與后澆混凝土的反粘功能，是確保兩者牢固粘接的關(guān)鍵。

1.4 高分子自粘膠膜防水卷材與混凝土粘接結(jié)構(gòu)（見圖1）

圖1 高分子自粘膠膜防水卷材與混凝土粘接示意

高分子自粘膠膜防水卷材施工時，將高分子自粘膠膜防水卷材的保護涂層一面朝上，HDPE片材在基層上松鋪；然后將混凝土直接澆筑在高分子自粘膠膜防水卷材保護涂層上，待混凝土凝固后，卷材與結(jié)構(gòu)混凝土便產(chǎn)生較強的粘附力，形成牢固穩(wěn)定的結(jié)合，與混凝土成為一體，有效地防止竄水的發(fā)生。

2 自粘膠層構(gòu)成及特性

自粘膠粘劑以樹脂或橡膠為主體材料，配以增粘劑等其它輔料，是一種多成分的混合物。自粘膠粘劑有4大粘合性能，快粘力、粘合力、內(nèi)聚力和粘基力［1］。對于4種粘合性能的定義如下：

快粘力，又稱初粘力：是指當(dāng)自粘膠粘劑制品和被粘物以很輕的壓力接觸后立即快速分離所表現(xiàn)出來的粘接能力。

粘合力：指用適當(dāng)?shù)膲毫蜁r間進行粘貼后，自粘膠粘劑制品和被粘表面之間抵抗界面分離的能力。

內(nèi)聚力：是指膠層本身聚合物分子鏈之間的內(nèi)聚力。

粘基力：是指膠層本身粘接基層的能力。

這4種力的關(guān)系與粘接潤濕理論的Young方程有關(guān)。Young方程也稱為潤濕方程（見圖2），是界面化學(xué)基本方程之一，是測定液體熱力學(xué)表面自由能的方法。

圖2 Young方程表達式

液-固界面的潤濕現(xiàn)象和吸附現(xiàn)象：

（1）當(dāng)θ=0，完全潤濕；

（2）當(dāng)θ＜90°，部分潤濕或潤濕；

（3）當(dāng)θ=90°，是潤濕與否的分界線；

（4）當(dāng)θ＞90°，不潤濕；

（5）當(dāng)θ=180°，完全不潤濕。

粘接力是不同材料分子間的相互吸引作用，材料的表面能決定了這種吸引力的大小。被粘接材料表面能越高，即越容易潤濕，則粘接力越大；被粘接材料表面能越低，即越不容易潤濕，則粘接力越小。對于高分子自粘膠膜防水卷材而言，自粘膠層對于高分子片層及保護涂層的潤濕、鋪展效果將直接影響到粘接強度和膠接界面的破壞效果。

3 高分子自粘膠膜防水卷材粘接原理

高分子自粘膠膜防水卷材與后澆混凝土的粘接是個復(fù)雜的過程，最終的粘接包括多個界面力，如圖3所示。

圖3 高分子自粘膠膜防水卷材與后澆混凝土的滿粘示意

這4種作用力相互獨立又相互影響，高分子自粘膠膜防水卷材與后澆混凝土的粘接與這4種作用力息息相關(guān)，下面將詳細討論這4種作用力的產(chǎn)生原理。

3.1 高分子層與自粘膠層的粘接力及影響因素

從Young方程可知，自粘膠層與高分子片層的潤濕效果直接影響2種材料的粘接強度，兩者潤濕程度越好，則兩者貼合越緊密，粘接力越大。高分子片層與自粘膠層的粘接力與兩者材料本身的的極性匹配程度和基層平整度有關(guān)。高分子片層與自粘膠層都屬于高分子材料，兩者極性相似，有較好的潤濕性能，匹配性較好［2］。

當(dāng)自粘膠分子充分潤濕高分子片層的表面，并且與之良好接觸，自粘膠分子與高分子片層之間的距離接近分子間力的作用半徑（0．5μm）時，2種分子之間就要發(fā)生相互吸引作用，最終趨于平衡。其界面間的相互作用力主要為范德華力、氫鍵，即分子間作用力［3］。這種由于吸附力而產(chǎn)生的膠接既有物理吸附也有化學(xué)吸附。

此外高分子層的平整度也會影響自粘膠層的粘接效果，如圖4所示，高分子片層材料平整度越高，自粘膠層越容易在基層表面潤濕、鋪展，從而得到更好的貼服性，自粘膠層與高分子片層粘接得越好。但是并不是高分子層越平整越好，因為自粘膠層具備一定的蠕動性，如果高分子片層具有合適的粗糙度，如圖5所示，那么自粘膠層可以通過自身的蠕變流動，滲透到高分子片層的凹凸結(jié)構(gòu)中去，可以大大增加自粘膠層與高分子片層的粘接面積，從而增大粘接力，達到更好的粘接效果。因此，自粘膠層和高分子層的選擇要互相匹配，溶解度參數(shù)越接近越好。此外，自粘膠層與高分子片層的粘接溫度越高，時間越長，其擴散作用也越強，粘接力也就越高。

圖4 自粘膠層蠕變充分潤濕基材過程

圖5 粗糙表面自粘膠層蠕變潤濕基材過程

3.2 自粘膠層內(nèi)聚力

自粘膠層的內(nèi)聚力，也叫內(nèi)聚強度，是自粘膠層的一種重要力學(xué)性能。任何材料在受到外力作用時都會產(chǎn)生形變甚至破壞。所謂材料的內(nèi)聚力，是指自粘膠本身抵抗外力作用的能力。

外力作用于卷材與混凝土膠接界面時可分為正拉、剪切和剝離3種方式。好的自粘膠層粘接面在受到快速的剝離外力作用時，一般發(fā)生膠接界面破壞，受到緩慢外力時則主要發(fā)生膠層內(nèi)聚破壞（見圖6）。因此，卷材與混凝土粘接后剝離粘接強度可以用來表征自粘膠內(nèi)聚強度的大小。

圖6 自粘膠層的內(nèi)聚力破壞照片

自粘膠層與混凝土完全粘接后，一旦卷材發(fā)生破損，滿粘的防水結(jié)構(gòu)層可以有效防止?jié)B入的地下水在卷材間串流，對建筑主體結(jié)構(gòu)形成永久的保護；但是地下結(jié)構(gòu)沉降不可避免，當(dāng)?shù)叵轮黧w結(jié)構(gòu)發(fā)生沉降時，高分子層局部被拉伸，彌補這些細小的裂紋；這時，自粘膠層會沿受力方向慢慢滑移。自粘膠層的這種滑移是在持久性的剪切外應(yīng)力作用下產(chǎn)生緩慢流動（形變）所引起的。這種緩慢的流動（形變）被稱為蠕變?；苹蛉渥兾樟顺两祵Σ牧系钠茐牧?，起到緩沖釋放作用。由于這種蠕變發(fā)生在自粘膠層，主要取決于自粘膠層的內(nèi)聚力。所以，自粘膠層的內(nèi)聚力是評價高分子防水卷材抗拉伸、防竄水的一項重要技術(shù)指標(biāo)。

3.3 自粘膠層與保護涂層的粘接力

自粘膠層與保護涂層的粘接類似于自粘膠層與高分子片層的粘接，兩種材料本身的極性相似，潤濕性能較好。兩者間的作用力主要為范德華力、氫鍵，即分子間作用力。

由于自粘膠層的主要成分含有不飽和雙健，在紫外線照射或者高溫下易被氧化，會隨著存放時間的延長而發(fā)生氧化，斷鏈后使膠失去粘性。因此，保護涂層必須具備良好的耐紫外老化性和隔絕空氣的能力，以防止自粘膠層的老化變質(zhì)。保護涂層使用特殊工藝和配方制備而成，可以有效隔絕紫外線輻射和空氣中的氧氣，起到保護自粘膠層的作用，同時賦予自粘膠層表面不粘特性，可以上人行走、方便工人施工。

3.4 保護涂層與混凝土層的粘接力

保護涂層與混凝土層的粘接力與混凝土水化反應(yīng)密切相關(guān)?；炷翝仓戤吅螅嘀械墓杷崛}和水迅速反應(yīng)生成Ca（OH）2飽和溶液，并從中析出Ca（OH）2晶體。同時，水泥中的石膏也很快進入溶液和鋁酸三鈣反應(yīng)生成細小的鈣礬石晶體。隨著反應(yīng)的進行，水泥水化開始加速，生成較多Ca（OH）2和鈣礬石晶體。同時在保護涂層和水泥顆粒上長出纖維狀的C-S-H。產(chǎn)生強（結(jié)晶的）、弱（凝聚的）不等的接觸點，隨著反應(yīng)的進行，在保護涂層和水泥顆粒表面的結(jié)晶繼續(xù)生長并將各顆粒初步聯(lián)接成網(wǎng)，從而使水泥漿凝結(jié)硬化，與保護涂層形成牢固的滿粘結(jié)構(gòu)。如圖7、圖8所示。

圖7 保護涂層微觀三維照片

圖8 普通水泥砂漿水化100 d的SEM照片

在高分子預(yù)鋪反粘卷材表面澆筑混凝土?xí)r，混凝土水化凝膠粒子在外部機械力（自身重力和外部機械攪拌、震動力）的作用下完全滲到涂層凹凸結(jié)構(gòu)周圍，經(jīng)固化，產(chǎn)生楔合、鉤合、錨合現(xiàn)象，從而二者形成牢固的機械互鎖結(jié)構(gòu)，形成永久粘接層。

從以上反應(yīng)過程可知，保護涂層的粒徑選擇和級配對于與混凝土粘接強度有直接影響。保護涂層必須具備合適的凹凸結(jié)構(gòu)，才可與后澆混凝土形成良好的粘接。凹凸結(jié)構(gòu)不能太?。ɑ炷了Ｗ硬蝗菀诐B入到凹凸結(jié)構(gòu)四周）；也不能太大（影響施工速度）。

4 結(jié)　語

高分子自粘膠膜防水卷材可以與后澆混凝土形成牢固的粘接結(jié)構(gòu)，可以有效防止地下竄流水對于建筑主體結(jié)構(gòu)等侵蝕、破壞。其中起主要作用的是3層復(fù)合防水結(jié)構(gòu)：高分子片層、自粘膠層和保護涂層，這3層結(jié)構(gòu)材料特性不同，所起的作用也各不相同，只有充分考慮到這3層結(jié)構(gòu)的材料特性，相互匹配，協(xié)同作用，才能夠達到最佳的預(yù)鋪反粘防水效果。

參考文獻：

［1］楊玉昆，呂鳳亭.壓敏膠制品技術(shù)手冊［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

［2］張開.高分子界面科學(xué)［M］北京：中國石化出版社，1997.

［3］顏肖慈，羅明道.界面化學(xué)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

Adhesion performance research and influence factors analysis of polymer self-adhesive waterproofing membrane

XU Enshun
（Beijing Oriental Yuhong Waterproof Technology Co. Ltd.，Beijing 101309，China）

Abstract：An exemplary polymer self-adhesive waterproofing membrane comprises a carrier layer made by HDPE having a pressure-sensitive waterproofing adhesive，a protective layer coated on the pressure-sensitive adhesive. The membrane is installed before casting concrete. Once the concrete has set，the membrane forms a fully adhered，strong bond to the post cast concrete. It becomes a part of the surface of structure and prevents the water leakage perfectly. This performance is related to membrane portfolio. This article studied on polymer self-adhesive waterproofing membrane adhesion properties and influence factor analysis.

Key words：polymer，self-adhesive waterproofing membrane，per-applied，protective coat，water leakage prevention

中圖分類號：TU57+3

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1001-702X（2016）03-0062-03

收稿日期：2015-09-11

作者簡介：徐恩順，男，1979年生，吉林舒蘭人，工程師。