防水材料的疲勞性能（十二）

一、評價的目的
    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，在使用過程中防水材料要不斷承受從橋面鋪裝層傳遞下來的車輛荷載作用，在反復的沖擊、碾壓之下，材料與上下層之間的粘結狀況將有所變化，一旦其間的粘結強度達不到規(guī)定值，防水層將出現(xiàn)層間滑動的現(xiàn)象，不但不能起到防水的功效，反而會降低鋪裝結構的穩(wěn)定性，造成防水層和瀝青鋪裝面層提早破壞。由于卷材類防水層的粘結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行論述。
二、試驗儀器與方法
試驗儀器主要有疲勞試驗機，防水材料撕裂儀，環(huán)境箱，擺式摩擦系數(shù)測定儀。
主要實驗步驟如下：
1、成型若干個大小為150mm×150mm×550mm的混凝土試塊，將每塊試件一個側面拉毛，模擬橋面，用擺式儀分別測得它們的摩擦系數(shù)，選出8個表面狀況.符合實際橋面標準的試件，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機上，有防水材料的一面朝下，這樣防水材料在施力過程中承受彎拉應力，事先測得混凝土抗折強度5MPa；
4、混凝土抗折強度的60%為試驗參數(shù)，根據(jù)計算得三分點所加荷載的大小為22.5KN，其中f為混凝土抗折強度的60%，F(xiàn)為三分點處所加荷載的大小，L、b、h為混凝土試件的長度、寬度和高度，加載頻率選用10Hz。
5、荷載模式采用正玄波，調整力的大小及加載頻率，使其達到規(guī)定值，選定時間參數(shù)，前三組的加荷時間分別取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、試驗完成后，按照測試撕裂強度的方法，分別測得各組試件的撕裂強度，整個過程必須在恒溫的條件下完成。
三、試驗結果分析
1、疲勞試驗的結果分析，可得到衰減系數(shù)隨時間變化的經驗公式： (R=0.9321)
試驗結果表明在高頻率的彎拉應力作用下，防水材料不斷地反復拉伸變形，在隨橋面混凝土協(xié)同變形的同時，其與混凝土的粘結狀況也在不斷地衰減。觀察不同試驗時間的剝離曲線圖，發(fā)現(xiàn)在受到彎拉應力作用后，剝離曲線不再是呈小幅度的波動，而是隨著試驗的增加波動幅度逐漸變大，并且試驗時間超過....的試件上均出現(xiàn)粘結非常薄弱的區(qū)域，而且通常都分布在梁體的中部，隨著試驗時間的增加，此區(qū)域有逐漸擴大的趨勢。
在防水材料與混凝土之間形成粘結層的是與卷材配套的底涂材料，試驗所采用的底涂材料的主要成分是SBS改性瀝青，層間的粘結強度則是靠高聚物分子間的吸引力。在反復張拉應力的作用下，層間出現(xiàn)粘結薄弱的區(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力時，其聚集態(tài)結構、化學結構和機械性質會發(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，顯然若將機械力平均分布在每個化學鍵上，是不足以將之拉斷的，但是如將應力集中在某些弱的鍵上就有可能，例如將高聚物材料實行反復多次變形，由于作用力頻率較高，應力松弛過程來不及形成，總會使應力集中在某些鍵上，因而斷裂。
因此，為了提高防水材料的抗疲勞性能，必須提高層間粘結材料分子間的抗沖擊強度。根據(jù)影響抗沖擊強度因素的分析結果，總結出提高防水材料抗疲勞性能的幾點措施：
2、層間粘結材料選用粘彈性好的瀝青材料。從結構因素來分析，凡能提高大分子鏈構象來不及作強迫性粘彈形變，即鏈段來不及做松弛運動以分散應力，便出現(xiàn)脆性斷裂。只有無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行共混改性的方法也可提高抗沖擊強度。
3、選用分子量較大的改性劑對瀝青材料改性。改性瀝青必須有某一.低限度的分子量。在一定范圍內，伸長或沖擊強度隨分子量而增大。當分子量較小時，斷裂主要是由于外力作用下大分子間發(fā)生滑動，外力須克服大分子間作用力才能發(fā)生滑動斷裂，分子量愈大，大分子間作用也愈大，需經受更大的外力才能滑斷。當分子量增大超出某一范圍，外力達到使大分子主價鍵斷裂而仍不足以使大分子滑動時，斷裂便發(fā)生于主價鍵上，強度便不再隨分子量增大了。根據(jù)調查，APP改性劑的分子量約為5～7萬，SBS改性劑的分子量大約為21～25萬，說明前者分子之間的抗沖擊強度要小于后者，所以作為粘結層材料，SBS的抗疲勞性能要優(yōu)于APP。
4、在粘結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，因此有利于鏈段運動，增大其柔順性，從而使分子間抗沖擊性能提高。