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论高分子防水卷材在高速铁路桥梁上的应用
中国建筑防水材料工业协会 牛光全

摘 要:介绍了国外和国内铁路桥梁采用防水材料的情况,并对国内外的差别进行了对比分析,提出了借鉴国外经验、开展在高速铁路防水中以EPDM替代CPE防水卷材的专题研究的建议。
关键词:铁路桥梁用防水材料;EPDM;CPE

我国高速铁路正在蓬勃发展,在桥梁防水中普遍采用先进的防水材料铺设防水层,防水质量不断提高。但在选材和应用中似乎也发生和存在一些问题,有待解决。笔者近期在工作中搜集到一些国外信息,结合了解到的国内基本情况,在此作一国内外在铁路桥梁工程使用防水材料上的对比,进而重点就高分子防水卷材方面的选材提出建议,希望有益于我国高速铁路桥梁防水质量的提高。
1 国外铁路桥梁防水材料概述
根据笔者的了解,国外铁路桥梁防水主要采用以下几种方式[1]:
1)叠层沥青防水。美国采用较多,主要有4种防水系统:① 二布三油,即2层沥青处理棉织物和3道粘结沥青;② 三布四油,即3层沥青处理棉织物和4道粘结沥青;③ 二毡一布四油,即2层沥青处理毡(纸胎),中间1层沥青处理棉织物和4道粘结沥青;④ 四毡一布六油,即4层沥青处理毡,中间1层沥青处理棉织物和6道粘结沥青。
2)聚合物改性沥青防水卷材。欧洲普遍采用,一般使用SBS改性沥青防水卷材。法国铁路局(SNCF)GONSC/EF913批准了5套索普瑞玛高速铁道防水系统[2]。这些系统已成功地应用到包括法国在内的欧洲多条高速铁路上。多年的运行实践已证明该系统可靠、稳定。
3)1层丁基橡胶或EPDM防水卷材。美国和欧洲均有使用。
4)带塑料薄膜或预制板的橡胶沥青膜。
5)多道涂布弹性体涂料:普遍使用高强度聚氨酯防水涂料、聚脲涂料或聚氨酯-聚脲涂料。
考虑到我国已经研制和生产出高功能聚合物改性沥青防水卷材和高强度聚氨酯、聚脲弹性体类型的防水涂料,而高分子防水卷材的选用似有改进的必要,因此,以下论述仅限于铁路桥梁用高分子防水卷材。
2 国外的EPDM和丁基橡胶防水卷材
2.1 美国
美国铁道防水和道路维修协会(AREMA)在2006年版的AREMA《铁道工程手册》中明确规定:三元乙丙橡胶(EPDM)和丁基橡胶(IIR)防水卷材可用于道桥防水,执行“ASTM D6134防水系统中使用的硫化橡胶卷材的标准规格”。防水卷材的厚度应依据工程师的意愿,选择1.5mm、2.3mm或3.1mm物性应符合表1所列的要求。
《铁道工程手册》中对配套的胶粘材料的要求为:固定卷材和保护层用的大面基层胶粘剂,应符合防水卷材厂家的规定。拼接防水卷材用的接缝粘结剂应是符合下列要求的自硫化丁基胶混合料:在25℃布鲁克菲尔德粘度计(10r/m下3号轴)下的粘度为1 700~3 400mPa•s;总固体含量≥30%;涂在两个配合表面上,用量为5.4L/M2;拼接两块卷材用的丁基胶带应是带200μm厚聚乙烯薄膜背衬的黑色可硫化丁基橡胶,胶带包括背衬应是750(+100)μm厚。
2.2 欧洲
据报道,欧洲大量使用SBS改性沥青防水卷材于公路和铁道的防水建设中。此外,由高功能橡胶制成的EPDM和丁基橡胶防水系统,用于桥梁、隧道和道路建设中,也显示出良好的功效,是解决用户需要、满足极端要求的最好手段。德国的杜拉普洛夫(Du-raproof)密封系统有限公司就是一家著名的EPDM防水产品厂家。
杜拉普洛夫公司的EPDM产品,用途广泛,在高层建筑中用于平屋顶和屋顶的绿化、墙体密封、门窗框密封(DIN 7864,DIN 7863);在地下工程中用于建筑物的密封(DIN 18195)、隧道建设、水池及池塘密封;在汽车工业以及机械制造中用于密封条、内胎、减震器等。该公司的EPDM产品也用于高速铁路和公路建设中(参见图1)[3]。
该公司的EPDM防水卷材具有优异的性能:超长使用寿命;抗氧化;抗紫外线、抗臭氧;耐冷、耐热;根据测试,具有植物根茎阻拦功能;不含有害添加剂;接缝不使用焊接或粘接剂;在-40℃到+120℃范围内能够保持柔韧性;可再生。
该EPDM防水卷材的长期可靠性已经过长期的使用考验和国际权威机构的检测认证。在国际权威机构SKZ-TeconA GmbH公司的EPDM长效实验中,得出结论如下:“从屋顶上取下的各个样本均未出现明显的材料损坏迹象,所有的屋顶密封板仍具备作为屋顶密封材料的功能。根据实验结果可以断定,试验中所选择的EPDM屋顶密封板在中欧气候环境下使用寿命显然可以达到50年以上。在这段时间里,密封板能够保持足够的弹性,所以能够满足平屋顶使用时由于光照而对于材料力学方面和热老化方面的要求。”
另据2005年DEKRA的检测报告,该公司的EPDM防水卷材使用30年后抗拉强度变化不大,延伸率仍然接近德国标准对新密封板的要求,说明材料仍可继续长期使用(参见表2)。
该公司拥有快速接缝技术——Thermofast,所有的密封板和成型件均使用Thermofast接缝边料,以热熔接缝机进行施工作业(参见图2),接缝密合均匀,不含有毒的分离剂和溶剂,即使几十年后仍可进行接合,作业不受天气影响,下雪天亦可施工,最低可在-10℃的寒冷环境中进行操作。
配套材料包括:① 诺沃普洛夫底涂料:可直接使用,仅用于吸收性的建筑物表面,也可作为催合剂使用;② 诺沃普洛式胶粘剂TA:粘合效果好,适用于平滑EPDM和丁基橡胶密封卷材;③ 诺沃普洛式胶粘剂FA和FA+:膏状胶粘剂,适用于粗糙不平的底面;④ 诺沃普洛夫接合膏:单组分硅橡胶,用于烟囱的接合处、连接条、玻璃穹顶的裂缝处、天线、焊接角等各种接合处;⑤ 诺沃普洛夫清理剂:环保型的强力清洁剂,用于清除混凝土表面的污垢。
3 我国客运铁路专线桥梁混凝土桥面防水材料简况
我国客运铁路专线桥梁混凝土桥面用防水卷材目前有以下4种组合:① N类无复合氯化聚乙烯防水卷材加聚氨酯防水涂料粘结剂;② L类纤维复合氯化聚乙烯加聚氨酯防水涂料粘结剂;③ L类纤维复合氯化聚乙烯防水卷材加水泥胶粘剂;④ SBS改性沥青防水卷材加基层处理剂。防水涂料采用高强度聚氨酯防水涂料。
SBS改性沥青防水卷材和高强度聚氨酯防水涂料是近期开发出来的优质铁道专用防水材料,其技术性能与国外同类产品相当,有些指标甚至高于国外同类产品。
现在使用较多的是以上列举的前三类氯化聚乙烯基的防水卷材,其中L类纤维复合氯化聚乙烯防水卷材加聚氨酯防水涂料粘结剂组合,据试用两者粘结效果欠佳,趋向于不再使用。另外两种N类无复合氯化聚乙烯防水卷材加聚氨酯防水涂料粘结剂组合和L类纤维复合氯化聚乙烯防水卷材加水泥胶粘剂组合,据试验效果较好,成为目前使用最广的防水卷材。
4 关于逐步改用EPDM防水卷材的建议
由于历史的原因,我国的高速铁道桥梁防水初始阶段选用了氯化聚乙烯防水卷材,并且不断提高产品质量,改善铺设技术,在实际应用中取得了较好的成效,首先应当予以肯定。但是随着防水材料的技术进步,与国外交往的加强和增多,我们对道桥用防水材料有了更为全面和深入的了解,已有条件对这种防水材料及其应用进行更加深刻的审视,选用更加先进的高分子防水卷材。
高速铁路建设是国家交通的百年大计,当然应该研究和选择经济上能够承受的最好的防水材料。铁道部门和防水界已经研制出与国外先进水平相当的SBS改性沥青防水卷材和高强度聚氨酯防水材料,开始在防水工程中使用,现在是该考虑在高分子防水卷材领域采用什么材料更好的时候了。
在国外,氯化聚乙烯(CPE)防水卷材曾有过较多使用的历史,在德国的屋面和防水中早已颁布了国家标准,在美国的平屋面防水中也曾达到4%的占有率。但是,通过使用和研究发现,CPE只具有中等的耐老化性,耐久性难以符合建筑防水的长期功能要求,而且CPE虽是塑料类材料,但可焊区间小,不宜热焊接缝,粘接也成为难题。这样,CPE在建筑防水中的使用江河日下,逐渐丧失甚至退出市场。在欧洲,CPE的用量已经很少,2007年下降到60万m2左右;在近期美国的年度屋面材料调研中CPE已经消失;日本的建筑单层防水中也没有CPE用量的统计,国家标准中也未涉及。就高速铁路防水而论,未见有选用CPE的报道,欧洲和美国均异口同声地主张选用EPDM和丁基橡胶防水卷材,特别是EPDM由于耐久性好和价格比丁基橡胶低,更成为高分子防水卷材中的首选材料。
高速铁路要求防水材料弹性好,能够承受高荷载,能够长期使用无需更换,因此一般地说选用橡胶优于塑料,具体地说,EPDM又是橡胶中的佼佼者,选择EPDM是顺理成章的。如上所述,欧洲有EPDM使用30年后性能仍基本符合德国标准的实用记录,得出可以使用50年以上的结论,因此在铁路防水中使用EPDM是称心如意的。
近年来,我国的EPDM防水卷材取得了可喜的技术进步,生产设备的能力有了大幅度提升,产量不断提高,应用范围扩大,骨干企业的胶粘剂和自粘密封带已能满足铺设需要,EPDM粘接老大难问题已基本上得到解决,可以说在高速铁路中推广EPDM防水卷材的基本条件已经成熟。
根据以上论断,笔者建议开展在高速铁路防水中以EPDM替代CPE防水卷材的专题研究。研究课题可包括以下内容:① 提高产品的技术要求,研制出符合美国有关标准和达到欧洲企业EPDM防水卷材主要技术指标的铁道桥梁专用产品(据了解不难达到,只是价格高些);② 提高胶粘剂和自粘密封带的质量,使得卷材粘结施工更加有保障;③ 研制必要的配套材料和机具;④ 积累铺设经验形成一套行之有效的应用技术。
笔者对铁道防水涉足不深,所论不当之处敬请批评指正。但笔者深信,通过有关部门和企业的共同努力,以高功能EPDM替代CPE防水卷材,定会有助于道桥防水系统使用寿命的大幅度提高。

参考文献
[1]AREMA Railway Engineering Mannal.2005年.Part29: Waterproofing
[2]Soperma公司的资料
[3]Duraproofinf公司的资料

(注:表格、图示内容详见会刊)

[发布日期:2009/12/1] [关闭窗口]