桥面防水材料低温性能研究（六）

1、评价目的
* 在冬季，防水材料的低温性能直接影响其使用性能。当温度下降时，材料的脆性增强，在收缩变形时会导致断裂，并且材料的过硬也会增加施工的难度，所以要对材料的低温性能加以研究。防水材料的低温性能与其它一些性能有密切，列如沥青类防水材料，其低温性能与针入度、延度等有关。而从防水层的使用性能考虑，主要关心防水层的低温柔性。
* 防水涂料的低温柔性是涂膜在低温条件下受力时的流变性能和受力时抵抗破坏的能力。防水卷材的低温柔性是反映防水卷材在低温条件下开裂和抵抗基层开裂的能力或保持伸长的能力。低温柔性是防水材料的感温性指标之一，也是在卷曲变形条件下抗裂性能的指标。由于沥青卷材感温性很强，在低温下弯曲时易脆裂。在使用过程中，特别是冬季或寒冷地区施工时，卷材的柔度直接影响到施工铺设和贮存运输过程中是否会产生裂纹，是否会破会卷材的防水性能。
* 因此，检验防水层寒冷气候条件下的使用性能是否满足要求，是对防水材料和防水层低温性能评价的主要目的，评价指标为低温柔性（柔度）。
2、防水层在使用阶段的低温环境
* 由前面对裸露防水层和沥青面层下防水层温度随气候的变化规律分析可知，在高温天气下，随气温的升高，防水层与气温的温差增大，而随气温的降低，防水层与气温的温差减小，其中，裸露防水层的zui低温度基本等于zui低气温，沥青面层下防水层zui低温略高于zui低气温，这一规律可以从英国TRL实验室的实测数据得到验证。
* 裸露防水层和沥青面层下防水层温度随气温的变化规律分析可知，在气温高于3℃时，随气温的下降，裸露防水层和5cm面层下防水层温度趋同于气温，10cm和15cm面层下防水层温度下降曲线在8～12℃之间与气温下降曲线交叉，交叉点防水层温度下降速率明显小于气温的下降速率。
* 低温情况暴露防水层和沥青面层下防水层随气温变化的数据可知，在zui低气温接近-10℃时，裸露防水层温度基本上等同于气温，而5cm和10cm沥青面层下防水层温度分别高于气温约2℃和6℃；在低温情况下，随沥青面层厚度的变厚，面层下防水层温度随气温变化的波动明显减小。
3、常见防水材料低温柔度的试验与评价
* 试验方法，参照建筑屋面防水低温柔度的试验方法，以试件绕规定尺寸的圆棒而不开裂或断裂的zui低温度表示防水材料的低温柔度。
主要仪器：￠10mm金属棒或￠15mm的金属柔度弯板；环境箱：-30℃～20℃，精度为0.5℃。柔度试件尺寸：卷材为150mm×25mm，涂膜为80mm×25mm，每组3块。
试验步骤：将试件和金属棒（或金属弯板）同时放在已达到规定试验温度的环境箱内，2h后，将试件绕金属棒在3s内均衡弯曲180°，用肉眼观察试件有无裂纹。
* 试验结果显示，APP改性沥青卷材的柔度在-20℃时出现了显著变化，而橡胶沥青和涂膜类材料的性能则基本不受低温的影响，在-20℃仍可以弯曲自如。由于APP改性沥青卷材与涂膜“一布四涂”的胎体都是无纺聚酯胎，两者低温柔性的差异说明材料的低温性能与加强胎体无关，主要取决于胎体外浸渍的改性沥青的性能。APP改性沥青卷材采用APP改性，其与沥青有很好的相容性，主要用来改善沥青的高温稳定性；防水涂料中掺加的是氯丁橡胶改性乳化化沥青，自粘卷材的组成沥青也是橡胶类改性沥青，两种改性剂的作用都是改善沥青的低温性能，提高沥青的低温抗裂性，因此这两类材料的低温性能要优于APP改性沥青卷材。在防水材料的使用过程中，如果外界环境的温度过低，APP改性沥青卷材就有可能出现僵硬、开裂的现象，特别是位于栏杆或路缘石处的卷材通常90°弯折状态，开裂的可能性大，将对整体防水功效造成威胁，所以对我国寒冷地区建议在需要材料打弯的位置用涂膜类材料代替或采用橡胶改性沥青卷材，如果需要使用APP改性沥青卷材，一定要在打弯处采取加强措施。
4、指标分析
* 沥青类防水材料的低温柔性与材料中聚合物沥青针入度有关，针入度是聚合物沥青的条件粘度。针入度越大，防水材料的低温性能越好；反之，针入度越小，防水材料的低温性能就越差。然而，防水材料通常需加入一定数量的填料，以改善其高低温性能，提高防水层的强度，降低生产成本。因此，很难找出一种聚合物沥青针入度与防水材料低温柔性的定量关系。但是，一般来讲，延度越大的聚合物沥青，采用其生产的防水材料的低温柔性越好。聚合物沥青的延度与其涂盖材料的柔度关系需作进一步的研究。
* 沥青防水材料的特点是有自愈能力，耐老化，成本低，这是任何高分子防水材料所不能相媲美的。如果防水卷材的沥青含量低，防水层太薄，开裂后的自愈能力就差。过分强调低温柔度，就可能造成低沸点的材料用量增大，沥青用量少。低沸点材料的挥发，将会造成防水卷材的防水能力变差。为此，对沥青防水卷材应强调的是沥青含量，防水卷材的厚度和防水层的厚度，提高抗基层开裂能力和自愈能力。
* 防水材料的低温柔度指标主要取决于使用过程中材料温度的极限值，它与当地气温的zui低值和沥青铺装层厚度有关。我国幅员辽阔，各地气候特征迥异，尤其是冬季，南北地区极限温度相差很大，如果按照全国的平均气温来确定低温指标，未免造成某些寒冷地区材料性能不能满足要求，而在热带地区则导致材料性能的浪费，因此有必要对我国冬季气候进行分区，在针对各区域不同的特点提出防水材料的低温性能指标。
* 参照我国沥青材料路用性能的气候分区，以年zui低气温划为标准，将我国划分为严寒区、寒区、冷区、温区，具体划分方法：
1、冬严寒区：<-37.0℃
2、冬寒区：-37.0℃～-21.5℃
3、冬冷区：-21.5℃～-9.0℃
4、冬温区：>-9.0℃
* 根据对裸露防水层和沥青面层下防水层温度随气温的变化规律分析可知，防水层在低温环境下的温度与气温和沥青面层厚度有关，因此，防水材料的低温柔性指标的确定应与气温和沥青面层厚度相对应。对于在不同气候区域和沥青面层厚度下使用的防水材料来说，其低温柔性必须保证在年zui低气温时不同面层厚度下材料不开裂，因此参照低温环境不同面层厚度下防水层的温度，可以规定防水材料低温柔度指标。在极限温度较低的地区，建议采用低温性能略好的弹性体防水卷材或考虑使用防水涂料。