防水板拉伸性能检测研究与分析

马小峰

（北京中交桥宇科技有限公司，北京 100102）

0 引言

随着我国经济社会的进步，大量基础设施投入建设，推动了各种防水材料的发展，防水板作为一种常见的防水卷材广泛应用于建筑、交通、市政、水利等领域。防水板是以高分子聚合物为原料经过密炼、挤出或压延等工艺加工而成，具有拉伸强度高，延伸率大等优点，在地下工程中要适应不同气候条件下建筑结构沉降、变形，地基不均匀沉降等不利因素，在隧道工程中又要承受因铺设基面不平以及绑扎钢筋等后续工作被顶破或撕裂的风险。

目前，市场上防水材料品种繁多，质量参差不齐，环境适应性不一，主要几种防水材料物理性能指标如表 1 所示［1］，其中建设者最关注的性能集中在抗拉强度和拉断伸长率两项指标上。

表1 高分子防水卷材物理性能指标

1 拉伸性能对实际工程的影响

在隧道工程中，防水板所铺设的基面是凹凸不平的，当遇到较大的起伏或空洞时，在施做二衬时会对防水板进行挤压，使防水板受拉，易断裂破坏。另外，基于隧道所处的环境及其受力特点，隧道修建完毕后应力会重新调整，从而造成围岩和初衬向内收缩，同样可能会对防水板进行挤压，产生局部拉伸作用［2］。

在地下工程底板施工时，防水层没有保护措施，当进行钢筋绑扎和模板支护过程中，难免会对防水板挤压和拉伸。另外，地下工程长期承受地下水压力，当地下水压力变化时，防水板应当能够承受地基不均匀沉降产生的负面效应。

隧道及地下工程防水为一次性工程，不像屋面防水可以翻新翻修，一旦出现渗漏，将侵蚀混凝土内部钢筋，使钢筋锈蚀，改变结构受力状况，从而会产生新的裂缝，导致新的渗漏。长此以往循环下去，影响结构安全。

从以上可知，在工程施工和运营期间，众多因素可能对防水板产生拉伸效果，造成防水板损坏失去防水作用。因此，做好防水材料检测，提高检测结果准确性，把好防水材料质量关，对整个工程具有重要意义。

2 试验

为了更加准确地检测防水板拉伸性能，下面以隧道结构中常见的 EVA 均质防水板为例，对其拉伸状态下力学性能进行分析。

2.1 试验仪器

①微机控制电子万能试验机，WDW-10 C 型，精度0.5级；

②防水卷材测厚仪，HD-6 型，精度 0.01 mm；

③游标卡尺，（0～150）mm，精度 0.01 mm；

④恒温恒湿箱：BSYH-40C 型，标准养护，温度（23±2）℃，相对湿度（50±10）%；

⑤裁片机及哑铃 1 型裁刀。

2.2 样品调节与制备

试验选用型号为 JS2-EVA-29m×3m×1.2mm 的防水板，执行的标准为 GB/T 18173.1－2012《高分子防水材料 第 1 部分：片材》，拉伸强度、拉断伸长率试验按 GB/T 528－2009《硫化橡胶或热塑性橡胶 拉伸应力应变性能的测定》的规定进行。将样品展平后在恒温恒湿箱中进行标准养护 24 h，裁取哑铃1型试样，如图 1 所示，然后进行试验。试验环境温度控制在（23±2）℃。

图1 哑铃1型试样

2.3 试验方法

首先在试样的中心部位标记试验长度为（25.0± 0.5）mm 的两条标线，把试样安装在试验机的上下夹持器上，保证拉力能均匀地分布在试样横截面上，然后用大变形引伸计的标距夹头夹持在试样标线上。夹持器的移动速度设置在（250±50）mm/min 之间，启动试验机，试验过程中观察拉力和试验长度的变化情况。如果发现试样在狭窄的部分以外会发生断裂的情况，则舍弃该试样的试验结果，并另取一试样进行重复试验。

2.4 试验结果与分析

将夹持器移动速度设置为 250mm/min，在实际试验拉伸过程中，产生了如图 2 所示的曲线。

图2 拉伸试验曲线

曲线的起始阶段，应力迅速增大，达到 A 点时应力与应变成正比，材料所受的形变为弹性形变，此时撤去外力后防水板可恢复原状。

当应力达到 A 点，材料进入屈服阶段后，变形增加较快，此时除了产生弹性变形外，还产生部分塑性变形。当应力达到屈服点 B 以后，材料所受的形变为塑性形变，此时撤去外力，防水板不能恢复原状。

材料屈服后，在曲线的 BC 阶段，在应力变化不大的情况下，材料变形迅速增大，试样拉伸截面出现缩颈现象。曲线从 C 点直到试样断裂的 E 点出现两次变形曲线折返，应力又开始快速上升。

由于曲线出现折返的特殊现象，多次进行试验，并仔细观察了试验过程中试样和引伸计的变化，发现当哑铃型试样的狭窄部分被拉薄，表面变得十分光滑，摩擦力变小，而拉伸速度较快，大变形引伸计跟不上夹持器的拉伸速度，标距夹头夹持不住试样，出现下滑现象，造成变形减小。

2.5 试验改进与分析

依据标准GB/T 18173.1－2012《高分子防水材料第 1 部分：片材》中拉伸速率的规定，树脂类防水板夹持器的移动速度设置在（250±50）mm/min 之间，将拉伸速率调整为 200 mm/min 和 300 mm/min，经过拉伸出现了如图 3 所示的曲线。

图3 不同速率下拉伸试验曲线

从图 3 中曲线可知，改变拉伸速率依然不能解决曲线折返、变形减小的问题。问题的关键不在拉伸速率，而是大变形引伸计的弹簧夹头。为了解决大变形引伸计打滑造成变形减小的问题，笔者对引伸计标距夹头做了增大摩擦力的特殊处理，并将拉伸速率调整为 250 mm/min 进行了试验，产生了图 4 所示的曲线。

图4 优化后拉伸试验曲线

从图 4 拉伸曲线可以看出，在材料塑性变形阶段，不再出现变形曲线折返，曲线 CD 阶段应力又一次快速增大，这是由于试样的标线内材料拉伸到一定程度后不再变长，而试样标线外的材料开始被拉伸，应力再次增大。曲线 CD 阶段变形不大，是由于在此阶段标线内长度变化不大，试样的主要变形为标线外材料的伸长，图形只显示引伸计所夹持的标线内长度的变形。

在整个试验过程中大变形引伸计的标距夹头始终夹持着试样标距跟随夹持器匀速运动，未出现引伸计回缩现象。优化后效果明显，提升了试验结果的准确性。

2.6 试验方法思考

均质片防水板拉伸试验的主要问题出在防水板拉断伸长率的检测。拉断伸长率的检测通常有两种方法：一是在试验结束后，将两片断裂的试样吻合的拼接在一起，通过测量试验前后两条标线之间的距离计算拉断伸长率；二是通过大变形引伸计夹持试样标线，拉伸时实时显示试验长度的变化，最后直接计算出拉断伸长率。

第一种方法，当均质片防水板被拉伸后，试样上面的两条标线也被拉到变形，断裂时标线已分辨不出来，因此该种断后测量法不适用。本试验采用的是第二种引伸计法，所使用的大变形引伸计为机械接触式引伸计，为多数检测机构所采用。在试验过程中当试样伸长时，重量很轻的引伸计夹头跟随移动，当试样被拉变薄时，表面变得十分光滑。在引伸计使用过程中，应注意引伸计夹头移动端自身重力以及其与所夹持材料间摩擦力等方面影响，消除影响结果的不利因素。

此外，目前市场上还有一些非接触式、光学应变测量装置，对于该类设备是否能够满足检测需求，以及检测结果的准确性，还需科研人员进行验证。

3 结语

防水材料性能的好坏关系到整体工程质量，检测结论的准确性对科学评价工程质量至关重要。要想使检测结果更加准确，不仅要考虑环境因素的影响，还要注重设备的正确使用。笔者通过对防水板拉伸试验进行研究，将试验工程中细节优化，提高了检测结论的准确性，提升了防水材料在实际工程中的使用效果。