防水材料的蠕变及其作用-建筑防水分会年会论

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1、防水材料的蠕变及其作用张文华浙江工业大学建筑工程学院摘要：本文从高分子物理学的角度阐述了防水材料的蠕变形变和温度对蠕变形变的影响，据此对蠕变型防水材料的进行了界定，探讨了蠕变型防水材料的在防水工程中的做法和作用机理。关键词：蠕变蠕变形变粘流温度蠕变型防水材料1前言延伸率是防水材料的重要力学指标，从材料的基本性质上来看，一直以来我们将具有较高延伸率的材料理解为具有较好的弹性或塑性。在防水材料的研发及工程应用研究中，提高材料的弹塑性从而加大防水材料的延伸率被认为是避免柔性防水层被拉裂的重要手段。但从建筑防水技术的“零变位原理”来看，基层裂缝从无到有的过程，即基层开裂的瞬间，

2、计算防水层延伸率的起始宽度为零，即开裂对防水层产生无穷大的拉伸应变，因此没有任何一种防水材料能够克服基层开裂而带来的防水层断裂现象。但在工程实践中，即使防水层牢固粘结于基层，基层产生的细微裂缝并不会拉裂防水层，只有当裂缝宽度达到一定量时，防水层才会被拉断，这与“零变位原理”是相矛盾的。因为在“零变位原理”中将防水层看作是理想的弹性材料，而防水材料是由聚合物组成，防水层的形变行为是介于理想弹性体和理想粘性液体之间的，这种性能在高分子物理学中称为“粘弹性”，即聚合物的力学性能是随时间发生变化的，这种变化包括蠕变、应力松弛、滞后和力学损耗等。本文主要讨论防水材料的蠕变及其在防

3、水工程中的作用。2防水材料的蠕变2.1蠕变的定义蠕变是指在恒温、恒负荷条件下，防水材料的形变随时间延长逐渐增加的现象。其原因是在外力作用下比较缓慢的链段运动所导致的分子间相对位置的调整。2.2蠕变形变的力学模型柔性防水材料均是聚合物材料，根据高分子物理学，聚合物材料的蠕变形变包括普弹形变、高弹形变和塑形形变三部分组成。普弹形变（ε1）是指防水材料受力时，瞬间发生的高分子链的键长、键角变化引起的形变。其力学模型服从虎克定律，当外力除去时，普弹形变立刻完全回复，如图1所示。其中t1为受力瞬间，t2为外力除去瞬间（下同）。5图1普弹形变高弹形变是指防水材料受力时，高分子链通过

4、链段运动产生的形变，高弹形变不是瞬间完成，而是与时间相关。当外力除去后，高弹形变逐渐回复，如图2所示。图2高弹形变塑形形变是指防水材料受力时发生分子链的相对位移。外力除去后塑形形变不能回复，是不可逆形变，如图3所示。图3塑性形变当防水材料受力时，上述三种形变是同时发生的，故蠕变形变由上述三部分组成。如图4所示。图4蠕变形变52.3温度对蠕变的影响温度对防水材料的蠕变形变有很大的影响，温度越高，相同应力时的蠕变形变越大，并在脆性温度（tb）和粘流温度（tf）附近产生较大的变化。在玻璃化温度（tg）和脆性温度之间，聚合物处于玻璃态，仅一小部分链段、侧基、支链和较小的链节能做

5、内旋转，聚合物分子只能在原位震动，形变量极为有限，主要为普弹形变；在此温度区段，防水材料受力时会产生脆性断裂现象。在脆性温度和粘流温度之间时，聚合物体现出高弹状态，当受到拉伸作用时，分子链由卷曲状变为伸直，外力除去后，分子链又恢复到卷曲状，形变量较大，这种形变主要为高弹形变；此时防水材料体现出较大的弹性变形。当外界温度升高到粘流温度后，聚合物由高弹态转入粘流态，当受到外力作用时，整个分子链和局部链段都作运动，形变非常容易而强烈，形变量大而且不可逆，以塑性形变为主，防水材料体现出较大的蠕变形变。2.4蠕变型防水材料某种材料的主要组份或者混合物的粘流温度低于常温时，该材料在

6、常温下的性状就处于粘流态，具有较大的蠕变形变，如同时能够满足防水工程的其他性能要求，具有一定的不透水性，达到工程需要的粘结强度，具有与工程应用环境条件相适应的耐高低温性能和耐久性，这类材料可以被认为是蠕变型防水材料。由于粘流态物质的形态是不定型的，因此蠕变型防水材料只能以防水涂料的形式存在。防水材料的蠕变性国内尚无标准化的检测手段。根据相关试验研究，可采用两种方法进行检测：一是从蠕变的定义出发，在恒定温度条件下，将试件拉伸到一定应力后，保持该应力，检测随时间变化的变形情况；二是采用应力松弛方法进行检测，即在恒温条件下，将试件拉伸一定的伸长量后，固定伸长量不变，检测随时间

7、变化的应力情况。应力松弛与蠕变有很强的相关性，蠕变越大应力松弛能力越强。应力松弛现象更直观地反应了与基面接触的防水层对基层开裂应力所做出的反应。采用上述两种方法，将三元乙丙防水卷材、自粘卷材和蠕变型热熔防水涂料三种典型材料进行对比性试验发现，三元乙丙防水卷材形变与所受的拉力基本成正比关系，外力去除后残余形变几乎为零，其形变表现为普弹形变；自粘卷材在受拉力作用时，形变随拉力的增加而增大，在拉力持续阶段，形变继续加大，外力去除后，部分形变迅速回复，放置一段时间后，形变仍有部分回复，但有明显的残余形变，说明自粘卷材在受到外力作用后，既有普弹形变