新型大幅宽CPE复合桥面防水卷材的研制

2014-05-04刘永建王保良班新林王乐然

铁道建筑 2014年4期

吴冲，葛凯，刘永建，王保良，班新林，王乐然

(1.神华新准铁路有限责任公司，内蒙古鄂尔多斯 017000;2.中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京 100081;3.衡水新陆交通器材有限公司，河北衡水 053000)

国内外混凝土桥梁工程实践表明，水的渗入可导致冻融循环破坏、钢筋腐蚀、碱集料反应、混凝土碳化等耐久性病害，因而建立有效的桥面防排水系统是提高混凝土桥梁耐久性的重要手段之一。

目前，我国新建铁路桥梁混凝土桥面采用的防水材料分为卷材和涂料两大类。其中防水卷材主要用于普通铁路桥梁、客运专线有砟轨道和部分无砟轨道桥梁，以氯化聚乙烯卷材(N类和L类)、高聚物改性沥青卷材(SBS)为主。受生产设备、工艺的限制和便于人工铺设，目前大量采用的防水卷材幅宽仅为1.0～1.6 m，致使人工铺设的效率很低，质量不稳定;特别是窄幅防水卷材铺设后存在大量纵向接头，搭接处需要进行大量封闭、粘接或焊接处理，既增加了现场工作量又易产生施工缺陷。

氯化聚乙烯(chloridized polythene，简称 CPE)防水卷材主要原料是聚乙烯(PE)经过氯化改性制成的氯化聚乙烯树脂，掺入适量的化学助剂和填充料，采用塑料或橡胶的加工工艺制成的弹塑性防水材料。CPE防水卷材同时具有热塑性、弹性、耐候、耐化学腐蚀以及阻燃性等，但幅宽超过2 m的常规CPE防水卷材的硬度较大、伏贴性较差，既不适合粘贴于桥面又不适合机械化铺设。目前国内尚无采用挤出压延工艺生产幅宽3 m以上、硬度适中的CPE卷材的先例。

本文以氯化聚乙烯材料为研究对象，通过系统的生产开发和试验验证，研制幅宽达到3.5 m的可配合机械化铺设施工的新型防水卷材。新型大幅宽防水卷材同时具有强度高、延伸率高、可焊性好、伏贴性好、施工效率高等特点。

1 防水卷材铺设

桥面防水层在道砟桥面上的构造组成为:混凝土保护层、复合卷材、胶粘剂型防水涂料(或水泥基胶粘剂)。其中复合卷材一般由CPE膜双面复合无纺布制成，在焊接区由CPE膜单面复合土工布制成。图1为道砟桥面大幅宽防水卷材的铺设构造，其中①为一般铺设区，②为焊接区。

图1 道砟桥面大幅宽防水卷材铺设构造示意

2 配方设计

生产常规CPE卷材所需的助剂包含硫化剂、促进剂、活性剂、补强剂、增塑剂。前期研发过程中的生产试验表明，大幅宽CPE防水卷材的生产不宜使用硫化剂、促进剂及活性剂，而应使用补强剂、增塑剂、润滑剂与防老剂等作为助剂。

防水卷材产品的配方按照生产方便、质量稳定、节能节材和高性价比的原则进行设计。常规氯化聚乙烯防水卷材的基本配方:①氯化聚乙烯树脂，100份;②增塑剂，6～8份;③稳定剂，8～10份;④填充剂，210份;⑤颜料，1～2份。

生产实践经验表明，按照基本配方生产的CPE防水卷材硬度较高、强度较低，且生产过程中材料的流动性较差，不利于大幅宽材料的挤出成型，因此并不符合大幅宽防水卷材的生产要求。在此基础之上，研发人员通过系统的分析与试验，对基本配方进行了合理的调整和优化。配方设计以补强剂、润滑剂及防老剂等3种主要成分的含量为变量，采用单因素优选法，测试助剂对材料性能及加工性能的影响。新型大幅宽CPE防水卷材的配方试验方案见表1。

按照配方制成的样品力学性能测试结果见表2。其中1#—4#样品的试验结果表明，补强剂增加后，材料拉伸强度不断提高，但伸长率有所降低，同时材料挤出更加困难;5#—7#样品试验结果表明，润滑剂增加后，材料的挤出速率会不断提高，材料的强度及伸长率几乎不受影响;8#—10#样品试验结果表明，防老剂增加后，材料的抗老化性能明显提高，材料的挤出性能、强度及伸长率几乎不受影响。

表1 大幅宽CPE防水卷材配方试验方案

表2 CPE防水卷材主要力学性能指标测试结果

3 生产工艺

新型大幅宽CPE复合防水卷材的生产工艺流程更加复杂，对工艺的要求也更加严格。本文研发出一次复合工艺即将防水卷材和土工布在出模唇阶段通过挤压方式进行热熔复合，复合后的卷材具有较高的剥离强度。产品生产工艺流程见图2，生产线局部状况见图3。

图2 大幅宽CPE复合防水卷材生产工艺流程

图3 大幅宽CPE复合防水卷材的生产

4 材料性能试验

根据铁道部标准《铁路混凝土桥面防水层技术条件》(TB/T 2965—2011)中关于L类(双面热融复合无纺纤维布)防水卷材的相关规定对新型大幅宽CPE防水卷材进行系统的检验测试，测试结果见表3。

表3 大幅宽CPE复合防水卷材力学性能测试结果

CPE防水卷材的焊接使用爬行焊接机，见图4。焊接温度200℃，采用双焊缝工艺以保证焊接效果。

图4 CPE复合防水卷材的焊接工艺

为保证大幅宽CPE复合防水卷材的材料质量和施工质量，一方面要求卷材应保持一定的硬度以达到较高的力学性能指标;另一方面要求卷材应具有良好的柔韧性以保证与结构表面的密贴。目前，既有防水标准中尚无针对卷材硬度的性能指标和检验方法。

为保证防水卷材同时具有良好的力学性能与施工性能，本文开展了针对卷材硬度的试验研究，施工经验及研究结果表明:为保证具有良好的伏贴性，大幅宽(3 m以上)CPE防水卷材自身的邵氏硬度应介于50～70之间。测试方法如下:按照邵氏AM型硬度计法对无复合层的CPE卷材进行硬度测试，按照正方形尺寸10 cm×10 cm进行制样，将3层CPE卷材平整叠放、对齐后进行测试，测试标准按照《邵氏硬度计法(邵氏硬度)》(GB/T 531.1—2008)中相关规定执行。