[2022/11/18]高分子自粘胶膜防水卷材耐久性研究
日期:2022-11-18 09:47:12
高分子自粘胶膜防水卷材由高分子片材、热熔压敏胶和防粘层组成,具有与结构混凝土满粘防窜水、一道可达一级防水的优势,已经成为近10年来建筑和市政地下工程中应用最广泛的防水材料之一。通过对高分子自粘胶膜防水卷材以及卷材与后浇砂浆块粘结构件进行人工加速热老化,并在不同观测时间点对热老化样品进行取样检测,从多角度表征样品的特征性能,分析其性能劣化情况,进而比较不同高分子自粘胶膜防水卷材的耐久性,并对老化评价方法进行讨论。
选取的5种国产高分子自粘胶膜防水卷材如表1所示。除表1所示卷材外,本研究对象还包含卷材与后浇砂浆块粘结构件,砂浆块的制作选用标准砂和P.O.42.5水泥。
分别对高分子自粘胶膜防水卷材、卷材与后浇砂浆块粘结构件进行有温度梯度的热老化试验,在不同老化时间设置观测点,在各观测时间点取样检测,首先表征试件能够反映老化进程的宏观性能,即拉伸强度、膜断裂伸长率、与后浇混凝土剥离强度;进一步地,对试件进行微观观察,分析性能劣化的原因。
拉伸性能
拉伸强度和断裂伸长率是塑料老化最常用的评价项目。本试验分别对老化前和80 ℃老化第2、4、8、16和32周的各样品试件进行拉伸性能测试,结果如图1所示。5种样品的拉伸强度整体先减小(前4周)然后增大并逐渐趋于稳定;在5种样品中,4种样品的膜断裂伸长率呈现先减小后增大的趋势,1种呈现逐步减小的趋势。故拉伸强度可以作为表征高分子自粘胶膜防水卷材老化程度的指标之一,而膜断裂伸长率不适合。
分别在60 ℃、70 ℃、80 ℃时对样品A进行不同温度的热老化,在16周老化周期内,整体上样品A的拉伸强度均减小,且温度越高减小速率越大。从70 ℃和80 ℃曲线看,拉伸强度先减小,后增大,再减小;而从60 ℃曲线来看,只完成了减小和增大阶段。至16周,60 ℃老化后卷材拉伸强度是31.57 MPa,其保持率为90%(初始拉伸强度为36.19 MPa);70 ℃时卷材拉伸强度为27.44 MPa,其保持率为75%;80 ℃时卷材拉伸强度为26.36 MPa,其保持率为72%。
在不失真的前提下,适当提高热老化温度可以加快试验进程。根据图1和图2可知,以拉伸强度降低50%为失效标准(此处参考GB/T 7142—2002《塑料长期热暴露后时间-温度极限的测定》和GB/T 17643—2011 《土工合成材料 聚乙烯土工膜》标准),本试验中样品均未失效。
02、剥离强度
60 ℃老化后不同卷材与后浇砂浆块粘结构件的剥离强度变化见图3。可以看出,前8周内,不同样品的剥离强度呈现不同幅度的减小趋势,但随着老化周期继续延长,除样品B外,其余样品的剥离强度均增大。
在60 ℃老化时,在试验周期内,样品A剥离强度的变化趋势为先减小后增大;但在50 ℃和40 ℃老化时,样品A的剥离强度一直保持缓慢增大至趋于稳定,而且40 ℃老化的剥离强度最大。在整个老化过程中,所有试件的粘结情况均未发生明显劣化。
根据图3和图4的结果可知,多数样品的剥离强度在32周的热老化过程中总体上呈现增大的趋势,可以说明多数材料的剥离强度不能完全表征其耐久性。剥离强度的增大可能是热熔压敏胶产生自由基后交联所导致,因此需要增加对热熔压敏胶分子量及其分布数据的进一步表征。
03、红外光谱
图5是在80 ℃不同老化周期样品B的红外光谱,图6是其在800~1 200 cm-1范围内的红外光谱。
从图5可以看出,在80 ℃下老化至16周,样品B的高分子片材分子结构无明显变化,无氧化、支化等反应特征官能团的新吸收峰出现。这说明在该温度下,高分子片材尚未发生热氧老化游离基链式反应,因此,样品B的物理力学性能保持良好。
随着热老化试验的继续进行,80 ℃老化32周的样品B在1 035 cm-1和1 100 cm-1附近出现了某些醇类旋转异构体C—OH伸缩振动双峰(图6),且双峰强度相当,说明在此阶段样品B的片材表面发生了氧化。
04、热重分析
采用热重分析仪对不同老化周期的高分子自粘胶膜防水卷材试件进行热稳定性分析,其中样品A的热重分析曲线如图7所示。可以看出,随着热老化周期的延长,样品A的热分解温度逐渐降低,热稳定性变差。此外,老化前样品A在420 ℃以后才开始失重,但老化后的样品A在350 ℃之前便产生了6%~8%的失重,这是由于热老化过程中产生了一些易热降解的小分子量产物。
对5种高分子自粘胶膜防水卷材及其复合构件进行人工加速老化,并在不同观测时间点进行耐久性相关性能检测,进而研究温度和老化周期对高分子自粘胶膜防水卷材性能的影响。结果表明,在80 ℃老化条件下,32周的测试周期内,卷材的拉伸性能呈现先减小后增大并趋于稳定的趋势,老化32周后其拉伸强度保持率仍高于70%;卷材与后浇混凝土的剥离强度在40~60 ℃老化温度下总体呈缓慢增大趋势,且40 ℃时增大幅度最大。不同配方和组成的高分子自粘胶膜防水卷材均表现出了良好的耐热老化性能。