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柔性防水材料的抗开裂性及其影响因素的试验研究
王莹1，关锐1，项桦太2
（1.深圳市建筑科学研究院，广东深圳518031；2.浙江工业大学，浙江杭州310014） 在建筑工程中，混凝土随温湿度变化、胀缩变形、不均匀荷载、及化学反应等都会导致开裂。建筑砂浆、砌块墙体也会因温湿度的变化、应力集中而产生裂缝。当建筑物的基层墙体、楼板或地下室底板发生开裂时，使得粘附于基层表面的防水材料受拉应力作用而发生破坏，尤其是刚性防水材料，容易受基层变形的影响而导致防水层的开裂，直接影响其防水功能。那么，对于本身具有一定延伸能力的柔性防水涂料或防水卷材，是否能抵御基层的开裂呢? 当基层开裂时，其随基层开裂的形态又如何呢?
1 防水材料的抗开裂性能
在防水工程中，当防水材料（卷材）空铺时，因材料本身具有一定的延伸性，基层的开裂对其不会产生大的影响，不会使防水层发生破坏，但一旦因材料局部破坏或搭接不好，而发生进水，就很容易在防水材料的底部产生窜水现象，导致防水失败。为避免串水现象的发生，目前，很多防水工程推荐采用满粘满铺的施工方式，由此，当基层混凝土或砂浆发生开裂时，粘附于基层表面的防水材料受拉应力作用而被拉伸，防水材料的拉伸实际上是一种原位拉伸，亦即初始长度为零或接近零时的材料拉伸性能，即零延伸。研究防水材料的抗开裂性能，实际也就是研究防水材料的零延伸性能。
零延伸的概念在业界已被议论多时，水泥基刚性防水材料较为脆硬，很多时候因自身收缩或基层开裂而易引起材料本身开裂，使得防水失效；而柔性防水材料虽然具有良好的延伸性，但因材料粘附于基层表面，基层开裂时，表现出的是零延伸，所以被认为即使材料本身有一定的延伸率，但当基层开裂时，材料亦随之破坏，或仅有微小的延伸率，而不具备真正的抗基层开裂能力。由于缺少相应的试验数据，柔性防水材料良好的抗开裂能力亦少了理论依据。因此，本课题主要通过专门的试验方法，采用目前市场上最常用的几种柔性防水材料，研究其抗开裂性能，即防水层破坏前，基层开裂的最大宽度的试验，并通过防水材料的拉力、延伸率、粘结强度的试验，找出其对应关系，研究柔性防水材料本身性能及粘结性能对材料抗开裂性能的影响。
2 试验
2.1 试验用防水材料
本试验共选用水固化单组分聚氨酯防水涂料、湿固化单组分聚氨酯防水涂料、双组分聚氨酯防水涂料、聚合物水泥防水涂料、反应型聚合物水泥防水涂料、聚合物乳液防水涂料等6 种防水涂料；以及2 mm厚无胎体自粘卷材、3 mm 厚玻纤胎改性沥青防水卷材、3 mm 厚聚酯胎改性沥青防水卷材、1.5mm厚三元乙丙片材等4 种防水卷材。
2.2 防水涂料的性能试验
分别制备1 mm和2 mm厚度的防水涂料膜片，在温度为（23±2）℃，湿度为45%～70%的标准条件下养护14 d 后制样，进行防水涂料的拉伸强度和伸长率试验；采用“8”字型水泥砂浆块制备粘结性试件，在标准条件下养护14 d，进行防水涂料的粘结强度试验。
2.3 防水卷材的性能试验
将防水卷材制样后进行拉力、伸长率试验；制备卷材与砂浆板的粘结试件，自粘卷材采用加底涂后自粘的方式粘贴，三元乙丙片材采用粘结剂粘贴，标准条件下放置14 d 后，进行剪切粘结性能试验。
2.4 抗裂性试验
采用4 mm厚石棉水泥板作为基板，板面积为50 mm×180mm，将防水涂料或防水卷材涂刷或粘贴在基材板上，涂刷或粘贴面积为50 mm×160 mm。每种涂料的涂刷厚度分别为1 mm和2 mm，自粘卷材在粘贴前，在基板上涂刷底涂，三元乙丙片材采用粘结剂粘贴，试件成型后，在标准条件养护14 d。试验前，使水泥板在中心部位沿横向断裂，用拉力试验机的夹具，夹住基材板二端未涂刷或粘贴防水材料的部位，以200 mm/min 的速度，进行拉伸试验。当防水材料发生破坏时，即停止拉伸，测出基材板被拉开的宽度，即防水材料的抗基层开裂的宽度。
3 试验结果与分析
3.1 防水涂料的基本性能与抗开裂性能的关系
表1 为防水涂料的拉伸、粘结性能与基层开裂宽度的对应关系。
 由于防水涂料与基层具有良好的粘结性，当基层开裂时，涂料随基材一起被拉长，而涂料被拉伸的部位集中在基材开裂的位置，即防水涂料在初始长度为1 mm 以内的部位被拉伸。由此可见，涂料本身的伸长率直接影响开裂宽度的大小。由表1 可以看出，Y- 6 涂料具有最大的伸长率，所以其抗开裂的性能最佳，而Y- 4 和Y- 5 涂料的延伸率相对较小，其抗开裂的性能也相对较弱。因此，相同厚度防水涂料的伸长率越大，其抗基材开裂宽度也越大。
另外，防水涂料与基材的粘结强度也对开裂宽度产生一定影响，粘结强度越大，意味着在拉伸区域以外的涂料受基层的约束越大。当发生拉伸时，拉应力完全集中在基板开裂位置的拉伸区域内，使得拉伸过程中防水涂料发生破坏的时间提前，即基板开裂宽度减小；而当防水涂料与基层的粘结强度较小时，拉伸过程中，拉伸区域外侧的涂料会与基层脱开，从而使被拉伸区域范围扩大，即初始长度增加，使得最终的拉伸长度也增加。因此，上述材料中，聚氨酯防水涂料的拉伸性能较聚合物水泥防水涂料要好，且Y- 2 和Y- 3 的粘结强度较聚合物水泥防水涂料要低，故其对应的开裂宽度比聚合物水泥防水涂料要大，而聚合物乳液防水涂料的延伸率最高，且其粘结强度最低，所以聚合物乳液防水涂料所表现出的抗开裂性能最好。
再者，材料本身的厚度对开裂宽度的影响较大。从表1 可以看到，2 mm 厚的防水涂料均较1 mm 厚的同种涂料的抗基层开裂宽度要大，也即表示了单位体积的涂料被拉伸。涂料沿拉伸方向的长度增加，其厚度变小，随着拉力的持续，涂料厚度逐渐变薄，直至破坏。因此涂料越厚，开裂宽度也越大，其抗开裂的性能也将越好，反之当涂料很薄时，当基层开裂时，涂料很容易发生破坏。
3.2 防水卷材的基本性能与抗开裂性能的关系
表2 为防水卷材的拉伸性能、剪切粘结性能与开裂宽度的对应关系。
 由表2 可见，防水卷材具有较大的拉伸强度，较小的粘结力，及优异的抗开裂性能。拉伸时，卷材受力后被拉长的同时，卷材与基层板的粘结也被慢慢剥离，其拉伸强度越大、粘结力越小，卷材与基板越易脱开。由于防水卷材自身的拉力和伸长率均较大，而其与基层的粘结力相对较小，所以当基材被拉伸时，粘附于基层板表面的卷材与基层逐渐分离，卷材的拉伸区域的长度不断增加，使得卷材具有更强的延伸性。因此，当基层开裂宽度达到相当程度时，卷材并未因基层的开裂而产生破坏，而仅仅是卷材与基层面脱开，说明卷材抗基层开裂性能相当好。
4 结论
（1）柔性防水材料具有良好的抗开裂性能，防水卷材较防水涂料更能抵挡基层的开裂。
（2）柔性防水材料的抗开裂性能，主要取决于材料的厚度或涂膜厚度及材料的拉伸性能和粘结性能。材料的厚度越大，其抵抗开裂的能力越强，而材料的伸长率越大，其抗开裂性能也越好，但粘结性能越好，其受基层的约束就越大，材料拉伸时越接近于零伸长，所以材料越易产生破坏。
（3）对柔性防水涂料而言，伸长率较大，并保证一定厚度的防水材料（如聚氨酯防水涂料、聚合物乳液防水涂料），因其具有较好延伸性，而粘结强度相对较小，所以，其抗开裂性能较优越，能抵御基层结构安全以内的混凝土开裂，而不至发生防水层破坏。而聚合物水泥防水涂料，因其延伸率相对较小，而粘结强度较高，其抗基层开裂的性能就相对较弱，按JC/T894—2001 标准，其Ⅰ型聚合物水泥防水涂料的延伸率要求大于200%，Ⅱ型涂料的延伸率要求大于80%，因此，Ⅰ型涂料抗开裂性能基本能满足需要，而Ⅱ型涂料，由于其优良的粘结性能，在建筑防水工程中被广泛地应用，尤其是外墙防水，Ⅱ型聚合物水泥防水涂料的延伸率一般在100%左右，而在实际施工中，其乳液与粉料或水泥的比例往往与试验有一定的差异，使得涂膜延伸率可能更低。因此必须对实际使用中材料的抗开裂性能作出评估，尤其当涂膜厚度小于1 mm 或不符合施工要求时，涂料随基层开裂的可能性较大。 （4）防水卷材具有优良的拉伸性能，及较低的粘结强度，因此，即使采用满粘满铺的施工工艺，也不会因基层的开裂而导致卷材的破坏，其抗基层开裂性能优异。 |
