铁路混凝土桥梁桥面防水卷材性能分析

杜存山

(中国铁道科学研究院金属及化学研究所，北京 100081)

1 铁路混凝土桥梁桥面防水材料

在铁路混凝土桥梁桥面铺设防水层是提高桥梁结构耐久性的重要技术手段。既有桥梁由于桥面防水失效造成桥面板渗水、钢筋锈蚀的事例很多，直接影响到结构的使用寿命。

目前我国铁路混凝土桥梁桥面防水层标准《铁路混凝土桥面防水层技术条件》(TB/T 2965—2011)是《铁路混凝土桥梁桥面TQF-Ⅰ型防水层技术条件》(TB/T 2965—1999)的修订版，1999版的制定为我国铁路混凝土桥梁的耐久性保护提供了重要的保证。2011版较1999版主要变化是:修改了氯化聚乙烯防水卷材和聚氨酯防水涂料的相关技术要求;增加了水泥基胶粘剂、高聚物改性沥青防水卷材、高聚物改性沥青基层处理剂的相关技术要求;对防水层铺设、保护层的相关要求，质量检查要求和保修期也作了新的规定。

为使建设单位、设计单位及用户更好地理解、使用新标准，保证防水层质量和桥梁结构耐久性，并为以后标准的修订，防水体系设计更合理提供依据。有必要对现标准中提到的防水体系组成、防水卷材材料性能和施工工艺等进行深层次研究。本文主要从防水卷材材料出发分析其合理性及仍存在的问题。

2 卷材防水层体系

铁路混凝土桥面卷材防水层体系主要有两类:氯化聚乙烯卷材加粘贴涂料型防水层体系(见图1)和高聚物改性沥青卷材型防水层体系(见图2)。

图1 氯化聚乙烯卷材加粘贴涂料型防水层体系

图2 高聚物改性沥青卷材型防水层体系

3 防水卷材

建筑防水材料通常分为5大类:高聚物改性沥青基防水卷材、合成高分子防水卷材、防水涂料、密封材料、刚性防水及堵漏止水材料［1］。其中，高分子防水卷材是典型的新型建筑防水材料，并在国内外都已占相当比重，国外一些国家的市场份额高达50%以上。如日本合成高分子防水卷材的产量目前已超过280万m2，美国高分子防水卷材的产量在1亿m2以上［2］。而我国防水材料仍是以沥青基防水材料为主，占全部防水材料的80%，高分子防水卷材占10%左右，其他防水材料占10%左右［1］。

防水卷材的品种并不多，每一个国家都是以自己偏爱的材料为主。用量最大并且已被社会认可的两种材料是三元乙丙橡胶防水卷材和PVC防水卷材。美国的三元乙丙橡胶防水卷材占其高分子防水卷材总量的90%，而英国的PVC防水卷材则占到80%［2］。

我国铁路混凝土桥面采用的卷材是氯化聚乙烯防水卷材和高聚物改性沥青防水卷材。

3.1 氯化聚乙烯防水卷材

氯化聚乙烯防水卷材是以氯化聚乙烯树脂为主要原料，加入多种化学助剂，经混炼、挤出成型和硫化等工序加工制成的防水卷材。按有无复合层分类，无复合层的为N类，用纤维单面复合的为L类，织物内增强的为W类。我国铁路混凝土桥面采用N类和L类氯化聚乙烯防水卷材。

3.2 高聚物改性沥青防水卷材

高聚物改性沥青防水卷材采用热塑性弹性体高聚物作为改性剂，改性沥青在常温下具有橡胶材料的弹性，因此具有更好的粘结附着性能以及良好的抗疲劳能力。采用高强度聚酯无纺布做胎基，卷材被赋予良好的机械力学性能和抗穿刺性能。

高聚物改性沥青防水卷材分为4类:①弹性体改性沥青防水卷材(SBS);②塑性体改性沥青防水卷材(APP);③改性沥青聚乙烯胎防水卷材;④沥青复合胎柔性防水卷材。

SBS和APP改性沥青防水卷材是我国最常用的改性沥青防水卷材，其中SBS改性沥青防水卷材具有优异的耐低温性能，适合北方气候;APP改性沥青防水卷材具有优异的耐高温性能，更适合南方气候。橡塑改性沥青防水卷材同时具有良好的高温和低温性能［3-5］。

4 新版标准存在的问题

4.1 防水体系的选择

标准中针对N类和L类氯化聚乙烯防水卷材和高聚物改性沥青防水卷材都是适用于有砟桥面道砟槽内和无砟桥面防撞墙以内，没有给出它们在使用中对条件要求的差异，给设计人员带来混乱。而且防水体系的任意选择，对今后的维修会产生不利影响。

4.2 高聚物改性沥青

我国铁路混凝土桥面采用的高聚物改性沥青防水卷材要求使用长纤聚酯纤维毯做胎基，但对高聚物改性剂没有明确要求，而聚合物改性剂种类繁多，性能各异，目前添加的聚合物改性剂种类主要包括3大类:①橡胶类，包括SBR、再生橡胶、废旧橡胶粉等;②热塑性橡胶类，包括SBS等;③热塑性树脂类，包括APP，EVA，PVC等。国内外使用最普遍的是SBS和APP，因为这两种聚合物和石油沥青的相容性最好。

不同种聚合物改性剂改性效果不同，对于同一种聚合物改性剂，它的分子结构、加入量、反应条件等因素也影响改性沥青的性能，从而使改性沥青防水卷材的性能各异。

4.3 防水卷材的物理力学性能指标及试验方法

4.3.1 拉伸性能

表1 中列出了 TB/T 2965—2011，GB 12953—2003和GB 18242—2008关于相应防水卷材的拉伸性能技术要求和试验方法。

表1 防水卷材拉伸性能技术要求

从表1可以看出同一类卷材铁标中的拉伸性能指标高于国家相应标准，但由于这两类卷材在铁路混凝土桥梁上使用的位置完全一样，而扯断伸长率在铁标中的要求从氯化聚乙烯的≥550%降到≥50%，固然材料不同性能指标要求也不同，但既然50%和550%的扯断伸长率都可满足使用要求，所以国标中氯化聚乙烯类防水卷材的不小于200%或300%的扯断伸长率指标是合适的，没有必要人为拔高。

N类防水卷材与L类防水卷材的拉伸试验，拉伸速度都是(250±50)mm/min，只是裁取的样品尺寸、大小不一样。前者是GB/T 528—1998中的哑铃Ⅰ型试样，后者是GB/T 13022—1991中的哑铃Ⅰ型试样。应通过试验研究这两种试样对试验结果的影响和对应关系，尽可能统一。

高聚物改性沥青防水卷材拉伸试验TB/T 2965采用GB 18242的方法，而GB 18242采用GB/T 328方法，因此铁标应直接采用GB/T 328，方便标准的使用。

4.3.2 不透水性

在GB/T 328.10—2007中，试验适用于高压力作用场合的卷材不透水性B法，采用压盘有2种，或开缝盘或7孔圆盘，前者试验(24±1)h，后者试验(30±2)min。TB/T 2965—2011，GB 12953—2003 和 GB 18242—2008关于卷材的不透水性指标见表2。

表2 防水卷材不透水性技术要求

从表中可以看出，氯化聚乙烯防水卷材的不透水性指标低于GB/T 328.10—2007的要求，而高聚物改性沥青防水卷材的不透水性指标高于GB/T 328.10—2007的要求。在标准GB/T 328.10—2007中明确说明既可以采用开缝圆盘也可以采用7孔圆盘，所以在TB/T 2965中，应将不透水性试验方法统一，并直接采用GB/T 328.10—2007，以方便使用。

4.3.3 高聚物改性沥青防水卷材热老化处理

铁标中要求高聚物改性沥青防水卷材热老化处理试验方法采用 GB/T 18244—2000和 GB/T 18242—2008，但这两种方法在试验温度和试验周期上完全不同，GB/T 18244—2000要求试验温度(70±1)℃，试验周期168 h或更长。而GB/T 18242—2008要求试验温度(80±2)℃，试验周期10 d±1 h。

4.3.4 接缝剥离性能

整个防水体系的成败很大程度上取决于卷材搭接处是否能粘贴牢固，所以铁标中对卷材搭接处的上层和下层卷材明确要求应完全热熔粘合。而接缝剥离性能能较好地反映卷材的热熔焊接性能和焊接工艺，但标准中高聚物改性沥青防水卷材出现该项指标的缺失。

5 建议

1)根据国内外研究成果及防水材料在使用过程中所反映出的情况，结合国内外公路桥梁、铁路桥梁防水层设计、施工经验和应用情况，对目前标准中规定的防水卷材形式及指标进行综合评估，以保证铁路桥梁的耐久性和使用寿命。

2)我国铁路横跨距离大，所以应考虑温度等环境对防水体系的影响制定不同的防水体系，如北方可以选用SBS改性沥青防水卷材，南方选用APP改性沥青防水卷材。

3)以满足要求为主，合理制定防水卷材性能指标，不应过分人为提高指标，造成不必要的浪费。

4)明确不同防水卷材的使用环境及要求，不给设计人员造成混乱。

［1］雍奎刚，孙晓丹.高分子防水卷材的应用及发展［J］.塑料科技，2008(12):60-64.

［2］赵军.高分子防水卷材国内外概况［J］.新型建筑材料，1996(6):12-16.

［3］李军伟.聚合物改性沥青防水卷材情况简介［J］.石油沥青，2005(2):54-56.

［4］吴晓红，常淑清.新建铁路桥梁聚脲防水施工技术［J］.铁道建筑，2011(4):44-46.

［5］赵同生，陈康荣.高速铁路桥梁桥面二次防水层施工质量控制［J］.铁道建筑，2011(6):37-40.