隧道防水材料性能试验研究

吴则凯

（铁正检测科技有限公司，山东 济南 250000）

0 引言

在隧道工程中，防水问题不容忽视，其关系到隧道功能的发挥，比如通车安全，也关系到隧道里辅助设施的工作效率，比如隧道的通风、照明等，最终影响隧道的使用寿命。隧道工程的防水，不仅与设计有关，还与所用材料有关。如何正确选择隧道防水材料，离不开对材料材质、性能的正确认知。本文以隧道防水材料性能试验研究为主题，通过试验探究防水卷材的拉伸、抗穿刺、透水、耐腐蚀以及吸水等性能，并提出提高其性能的措施，以期为隧道工程防水层使用效果的提升提供参考。

1 隧道防水层结构及材料

1.1 隧道防水层结构

随着建筑防水材料的逐步发展，高分子防水卷材与止水带、止水条等止水材料的组合成为隧道防水层的主流结构。

1.2 隧道防水层材料

1.2.1 高分子防水卷材

目前，市面上有多种类型的高分子防水卷材，这种卷材通常具有高强度、高延展性以及高耐久性等特点。根据原料组成，可以将高分子防水卷材分为橡胶类、树脂类以及橡塑共混类3 种[1]。其中，橡胶类防水卷的主要代表有三元乙丙（EDPM）防水卷材。王国庆等[2]利用显微CT 对EDPM 防水卷材进行扫描，探究其微观孔隙特征，防水材料微观损伤机制的研究提供理论基础。树脂类的防水卷材种类比较广泛，PVC、EVA 等，这种材料通常具有耐穿刺的特点[3]。橡塑共混类防水卷材集合了树脂类和橡胶类卷材的优点，提高了对基层变形的适应能力[4]。

1.2.2 止水材料

隧道工程常用的止水材料为止水带和止水条，其中止水带种类众多，如橡胶、塑料、钢板止水带等[5]，止水条主要为膨胀橡胶止水条，常见的如BW型止水条[6]。

2 试验方法

本文以防水材料中的防水卷材为研究重点，通过试验探究防水卷材的基本性能，并提出提高其性能的方法。选取5种不同品种的防水卷材进行试验，主要试验内容有拉伸性能试验、穿刺试验、透水性试验、耐腐蚀性试验以及吸水性试验等。

2.1 防水卷材选取

本文所选取的5种防水卷材分别是高分子（HDPE）复合自粘防水卷材、高分子（EVA）自粘防水卷材、SBS IPY AL4 GB18242 弹性体防水卷材、PE3 JC840-1999弹性体防水卷材以及SBS IPY PE4 GB18242，分别编号A1～A5。

2.2 试验方案

2.2.1 拉伸性能试验方案

（1）将试件在23℃下静置24h；

（2）调节拉伸速度（其中高分子类和SBS 类分别为200mm/min、180mm/min），校准试验机；

（3）启动拉力试验机进行23℃下的拉伸试验，直到试件拉断为止。

2.2.2 穿刺试验方案

（1）利用环形夹具对试件进行固定；

（2）将夹具放在加压装置上，钉刺速率设置为100mm/min；

（3）启动加压装置，记录钉刺过程的最大压力。

2.2.3 透水性试验方案

（1）试件在23℃下静置6h；

（2）将试件放置在透水盘上，试件的上边面向下，利用7孔圆盘对试件进行固定；

（3）慢慢夹紧试件；

（4）慢慢加压至0.3MPa，保持压力30min；

（5）观察试件的不透水性。

2.2.4 耐腐蚀性试验方案

（1）取3个烧杯，分别加入3%的硫酸溶液、氢氧化钠溶液以及蒸馏水（对照组）；

（2）将试样分别在3个烧杯中完全浸泡28d；

（3）浸泡过程每天搅拌1 次液体，每7d 更换一次溶液；

（4）取出试件，擦拭干净，制作试件，其中高分子为哑铃Ⅰ型，SBS为140mm×25mm矩形；

（5）对试件进行拉伸试验，其中高分子、SBS的拉伸速度分别是200mm/min、50mm/min。

2.2.5 吸水性试验方案

（1）剔除试件表面的隔离材料，对其进行称重；

（2）将试件浸入到23℃水中；

（3）浸泡4h，吸干表面水分，再次称重；

（4）两次称重的差值即为试件的吸水重量。

3 试验结果分析

3.1 拉伸性能试验结果

5 种试件的拉伸性能试验结果见表1。通过表1 可以看出，所选5 种防水卷材的拉伸和撕裂性能均满足GB 18242-2000、GB 50108-2001 的要求[7]。就拉伸强度而言，EVA高分子卷材的横向和纵向拉伸强度最强，撕裂强度中，FS-K的SBS卷材撕裂强度最高。

表1 拉伸与撕裂性能结果

3.2 穿刺试验结果

穿刺试验结果见表2。从表2 中可以看出，刺破强度的排序为FS-K＞FS-JL＞FS-X＞HDEP＞EVA，从结果中可以看出，SBS类的卷材由于在厚度上的优势使其抗刺破性能得到了较大提升。

表2 刺破强度结果

3.3 透水性试验结果

透水性试验结果见表3。由表3可以看出，5种材料在0.3MPa下均能够保持30min无渗漏，因此，5种材料的透水性均满足标准。

表3 透水性试验结果

3.4 耐腐蚀性试验结果

耐腐蚀性试验结果见表4。从表4可以看出纵向拉伸强度试验的规律性要比横向拉伸强，因此，横向拉伸强度更具有参考性。

表4 耐腐蚀性试验结果

通过液体浸泡后，5种材料的拉伸强度都有不同程度的降低，高分子材料的降低比率要大于SBS 材料的，但降低后，高分子类材料的拉伸强度仍然高于SBS 类的。对于高分子卷材而言，由于其厚度较薄，因此对于侵蚀性液体更加敏感，在实际应用中，应当适当的增加其厚度以提高其耐腐蚀性。

3.5 吸水性试验结果

吸水试验结果见表5。根据表5可以看出，5种材料的吸水质量都比较小，其中高分子材料的吸水质量在0.01以下，可近似认为没有吸水。SBS类材料的吸水质量相对较大，这主要基于其层状结构，导致其相比于高分子材料更易吸水。

表5 吸水试验结果

4 结束语

本文选取了5种防水卷材进行了性能试验，对比分析了高分子、SBS类卷材的基本性能，主要结论如下：

（1）基本性能试验结果表明，高分子防水卷材的强度、延伸率要大于SBS材料，吸水性要小于SBS材料，这说明高分子材料更适用于隧道防水。

（2）耐穿刺试验表明，SBS具有更强的抗刺破能力，这主要取决于SBS材料在厚度上的优势，因此提高材料厚度有助于增强其抗刺破能力。

（3）高分子材料的耐腐蚀性要强于SBS 材料。然而，由于高分子材料的厚度较薄，在液体中浸泡后，其耐腐蚀性下降的速度要大于SBS材料。因此，在实际工程应用中，适当增加防水卷材的厚度，这样能够有效提升其耐腐蚀性。