防水材料的疲勞性能（十二）

一、評(píng)價(jià)的目的
    防水材料良好的抗疲勞性能是..防水工程穩(wěn)定性的重要因素，在使用過(guò)程中防水材料要不斷承受從橋面鋪裝層傳遞下來(lái)的車(chē)輛荷載作用，在反復(fù)的沖擊、碾壓之下，材料與上下層之間的粘結(jié)狀況將有所變化，一旦其間的粘結(jié)強(qiáng)度達(dá)不到規(guī)定值，防水層將出現(xiàn)層間滑動(dòng)的現(xiàn)象，不但不能起到防水的功效，反而會(huì)降低鋪裝結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，造成防水層和瀝青鋪裝面層提早破壞。由于卷材類(lèi)防水層的粘結(jié)薄弱部位在于卷材與混凝土之間，所以主要就粘貼于混凝土試件之上的卷材等疲勞性能進(jìn)行論述。
二、試驗(yàn)儀器與方法
試驗(yàn)儀器主要有疲勞試驗(yàn)機(jī)，防水材料撕裂儀，環(huán)境箱，擺式摩擦系數(shù)測(cè)定儀。
主要實(shí)驗(yàn)步驟如下：
1、成型若干個(gè)大小為150mm×150mm×550mm的混凝土試塊，將每塊試件一個(gè)側(cè)面拉毛，模擬橋面，用擺式儀分別測(cè)得它們的摩擦系數(shù)，選出8個(gè)表面狀況.符合實(shí)際橋面標(biāo)準(zhǔn)的試件，分為4組，每組2塊。
2、按照卷材的施工方法，將剪成同樣大小的防水材料貼在拉毛面上；
3、待試件成型好以后，將試件放在疲勞試驗(yàn)機(jī)上，有防水材料的一面朝下，這樣防水材料在施力過(guò)程中承受彎拉應(yīng)力，事先測(cè)得混凝土抗折強(qiáng)度5MPa；
4、混凝土抗折強(qiáng)度的60%為試驗(yàn)參數(shù)，根據(jù)計(jì)算得三分點(diǎn)所加荷載的大小為22.5KN，其中f為混凝土抗折強(qiáng)度的60%，F(xiàn)為三分點(diǎn)處所加荷載的大小，L、b、h為混凝土試件的長(zhǎng)度、寬度和高度，加載頻率選用10Hz。
5、荷載模式采用正玄波，調(diào)整力的大小及加載頻率，使其達(dá)到規(guī)定值，選定時(shí)間參數(shù)，前三組的加荷時(shí)間分別取4h、24h、48h,這樣前三組的受力次數(shù)分別為144000、864000、172800次，第四組不受力；
6、試驗(yàn)完成后，按照測(cè)試撕裂強(qiáng)度的方法，分別測(cè)得各組試件的撕裂強(qiáng)度，整個(gè)過(guò)程必須在恒溫的條件下完成。
三、試驗(yàn)結(jié)果分析
1、疲勞試驗(yàn)的結(jié)果分析，可得到衰減系數(shù)隨時(shí)間變化的經(jīng)驗(yàn)公式： (R=0.9321)
試驗(yàn)結(jié)果表明在高頻率的彎拉應(yīng)力作用下，防水材料不斷地反復(fù)拉伸變形，在隨橋面混凝土協(xié)同變形的同時(shí)，其與混凝土的粘結(jié)狀況也在不斷地衰減。觀察不同試驗(yàn)時(shí)間的剝離曲線圖，發(fā)現(xiàn)在受到彎拉應(yīng)力作用后，剝離曲線不再是呈小幅度的波動(dòng)，而是隨著試驗(yàn)的增加波動(dòng)幅度逐漸變大，并且試驗(yàn)時(shí)間超過(guò)....的試件上均出現(xiàn)粘結(jié)非常薄弱的區(qū)域，而且通常都分布在梁體的中部，隨著試驗(yàn)時(shí)間的增加，此區(qū)域有逐漸擴(kuò)大的趨勢(shì)。
在防水材料與混凝土之間形成粘結(jié)層的是與卷材配套的底涂材料，試驗(yàn)所采用的底涂材料的主要成分是SBS改性瀝青，層間的粘結(jié)強(qiáng)度則是靠高聚物分子間的吸引力。在反復(fù)張拉應(yīng)力的作用下，層間出現(xiàn)粘結(jié)薄弱的區(qū)域，也就意味著部分改性瀝青分子之間發(fā)生斷裂，分子引力消失。高聚物在承受各種應(yīng)力時(shí)，其聚集態(tài)結(jié)構(gòu)、化學(xué)結(jié)構(gòu)和機(jī)械性質(zhì)會(huì)發(fā)生程度不同的一系列變化，一般C-C鍵能約為80千卡/克分子，顯然若將機(jī)械力平均分布在每個(gè)化學(xué)鍵上，是不足以將之拉斷的，但是如將應(yīng)力集中在某些弱的鍵上就有可能，例如將高聚物材料實(shí)行反復(fù)多次變形，由于作用力頻率較高，應(yīng)力松弛過(guò)程來(lái)不及形成，總會(huì)使應(yīng)力集中在某些鍵上，因而斷裂。
因此，為了提高防水材料的抗疲勞性能，必須提高層間粘結(jié)材料分子間的抗沖擊強(qiáng)度。根據(jù)影響抗沖擊強(qiáng)度因素的分析結(jié)果，總結(jié)出提高防水材料抗疲勞性能的幾點(diǎn)措施：
2、層間粘結(jié)材料選用粘彈性好的瀝青材料。從結(jié)構(gòu)因素來(lái)分析，凡能提高大分子鏈構(gòu)象來(lái)不及作強(qiáng)迫性粘彈形變，即鏈段來(lái)不及做松弛運(yùn)動(dòng)以分散應(yīng)力，便出現(xiàn)脆性斷裂。只有無(wú)定形高聚物處在高彈態(tài)，或大分子鏈柔順性大者，粘彈性也大，耐沖擊性才較好，此處采用加入增塑劑或用其它柔順性較大的高聚物進(jìn)行共混改性的方法也可提高抗沖擊強(qiáng)度。
3、選用分子量較大的改性劑對(duì)瀝青材料改性。改性瀝青必須有某一.低限度的分子量。在一定范圍內(nèi)，伸長(zhǎng)或沖擊強(qiáng)度隨分子量而增大。當(dāng)分子量較小時(shí)，斷裂主要是由于外力作用下大分子間發(fā)生滑動(dòng)，外力須克服大分子間作用力才能發(fā)生滑動(dòng)斷裂，分子量愈大，大分子間作用也愈大，需經(jīng)受更大的外力才能滑斷。當(dāng)分子量增大超出某一范圍，外力達(dá)到使大分子主價(jià)鍵斷裂而仍不足以使大分子滑動(dòng)時(shí)，斷裂便發(fā)生于主價(jià)鍵上，強(qiáng)度便不再隨分子量增大了。根據(jù)調(diào)查，APP改性劑的分子量約為5～7萬(wàn)，SBS改性劑的分子量大約為21～25萬(wàn)，說(shuō)明前者分子之間的抗沖擊強(qiáng)度要小于后者，所以作為粘結(jié)層材料，SBS的抗疲勞性能要優(yōu)于APP。
4、在粘結(jié)層材料中添加增塑劑。增塑劑是小分子油狀物，能起屏蔽大分子相互間作用力的作用，因此有利于鏈段運(yùn)動(dòng)，增大其柔順性，從而使分子間抗沖擊性能提高。