預(yù)鋪?zhàn)哉撤浪聿恼辰臃浪畽C(jī)理分析

魏芳，廖鑫，陳弦（.四川大學(xué) 高分子科學(xué)與工程學(xué)院，四川 成都　60065；.四川成都康普斯公司，四川 成都　60065）

預(yù)鋪?zhàn)哉撤浪聿恼辰臃浪畽C(jī)理分析

魏芳1，廖鑫2，陳弦1
（1.四川大學(xué) 高分子科學(xué)與工程學(xué)院，四川 成都610065；2.四川成都康普斯公司，四川 成都610065）

預(yù)鋪?zhàn)哉撤浪聿木哂辛己玫姆浪Ч?，其粘接密封層起主要作用，但粘接層的粘接防水機(jī)理一直是行業(yè)發(fā)展探索的問題。粘接層是一種壓敏熱熔密封粘接劑，其與高分子防水片材的粘接是在生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)，是熱熔粘接；與混凝土的粘接是壓敏粘接，粘接強(qiáng)度主要來源于粘接層分子在混凝土澆筑過程中的毛細(xì)管效應(yīng)，毛細(xì)管提供了粘接劑分子遷移的空間，在外部壓力和毛細(xì)效應(yīng)的負(fù)壓作用下粘接劑分子向混凝土內(nèi)部遷移，形成較強(qiáng)的物理粘接力；該粘接層不同于普通粘接劑，同時(shí)也是一種密封劑，密封混凝土表面，使防水卷材具有雙重防水功能，并具有一定的自修復(fù)功能。

預(yù)鋪?zhàn)哉撤浪聿?；毛?xì)管效應(yīng)；防水機(jī)理

1　預(yù)鋪?zhàn)哉撤浪聿?/h2>

預(yù)鋪?zhàn)哉撤浪聿牟捎枚鄬訌?fù)合，主要有3層，第1層是防水片材，主要有塑料類（HDPE、PVC、TPO等）、橡膠類（EPDM等）或?yàn)r青無紡布復(fù)合作為主體防水層。第2層是粘接層，其材料目前主要是改性瀝青類、聚異丁烯類、改性丁基橡膠類，其厚度一般在0.5 mm左右。第3層是保護(hù)層，主要作用是保護(hù)粘接層，主要是PET、PE保護(hù)膜，或是1層耐候涂層，也有鋪上1層無機(jī)顆粒作為保護(hù)層。

預(yù)鋪?zhàn)哉撤浪聿牡姆浪木哂幸欢ǖ牧W(xué)性能和良好的防水能力，是防水主要層之一，但其與混凝土界面相容性極差，在使用過程中片材和混凝土界面必定存在大量的孔隙，如果存在片材缺陷或破損，水在片材與混凝土界面之間存在串水，使防水功能喪失。

預(yù)鋪?zhàn)哉撤浪聿恼辰訉幽軌蚝头浪男纬删o密的粘接，同時(shí)與混凝土也形成緊密粘接，有效克服了防水片材與混凝土界面可能存在的空隙；該粘接層在混凝土界面形成有一定厚度的密封層，密封混凝土表面，其良好的粘接密封防水效果能夠有效克服普通防水卷材單層防水的缺陷，具有雙層防水效果，使防水更為可靠。

粘接作用是2種不同材料界面的相互連接，有關(guān)粘接的理論有靜電吸附理論、界面層理論等。粘接劑對(duì)被粘物的潤(rùn)濕是粘接的基本前提條件，只有粘接劑在粘接條件下能夠潤(rùn)濕被粘物表面，才具備粘接的基本條件。粘接強(qiáng)度大小取決于粘接力的大小，粘接力主要分為3種：機(jī)械粘接力、分子間范德華力、化學(xué)鍵形成的粘接力。這3種力對(duì)粘接力各自貢獻(xiàn)的大小目前還很難確定，普遍認(rèn)為，粘接力是機(jī)械嵌合力、分子間力和化學(xué)鍵力綜合作用的結(jié)果。其中機(jī)械嵌合力和分子間力（尤其是色散力）是普遍存在的，但若能形成化學(xué)鍵，盡管可能形成的化學(xué)鍵數(shù)目不多，但可能會(huì)使粘接力大幅提升?？傊辰幼饔玫男纬?，充分潤(rùn)濕是先決條件。

1　粘接層結(jié)構(gòu)與應(yīng)用環(huán)境分析

1.1粘接層的化學(xué)結(jié)構(gòu)分析

預(yù)鋪?zhàn)哉撤浪聿牡恼辰訉又饕歉男詾r青、聚異丁烯類、丁基橡膠類。這些化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)主要是碳碳、碳?xì)浣Y(jié)構(gòu)，其官能團(tuán)有飽和碳碳、碳?xì)?、芳環(huán)、環(huán)烷烴結(jié)構(gòu)，同時(shí)含有少量的雜環(huán)結(jié)構(gòu)和羰基結(jié)構(gòu)官能團(tuán)。這些官能團(tuán)通常是比較穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)構(gòu)。為了改善粘接效果，可以在粘結(jié)層添加石油樹脂、萜烯樹脂、松香樹脂等添加劑，這些添加劑里可能含有活性較強(qiáng)的官能團(tuán)，如羧基、羰基等。

1.2粘接層物理狀態(tài)分析

預(yù)鋪?zhàn)哉撤浪聿恼辰訉釉谄胀ㄍ獠織l件下，-5～30℃時(shí)呈現(xiàn)為一種粘彈性的物理狀態(tài)。粘性流動(dòng)行為為粘接層遷移流動(dòng)提供了必要條件，彈性行為為粘接粘接層內(nèi)聚破壞提供了良好的保證。

有機(jī)化合物或高分子物質(zhì)的這種粘彈行為和化合物的成分、分子質(zhì)量密切相關(guān)，是決定其粘彈性能的主要因素。同時(shí)這種粘彈行為和外部條件也密切相關(guān)，如溫度、壓力，溫度高，其粘流活化能大，有利于粘流行為；壓力大，也有利于粘性流動(dòng)。高分子化合物的粘流行為往往是切力變稀的非牛頓流體，壓力愈大，表觀黏度愈低。

粘彈性的彈性行為不僅使粘接層具有一定的內(nèi)聚能，同時(shí)其彈性行為也為其提供了抗變形的能力和彈性回復(fù)能力，即在一定的變形范圍內(nèi)，外力破壞后有自愈合能力，這樣當(dāng)防水卷材抵御外部破壞后，粘接層具有一定的自愈合能力。

1.3預(yù)鋪?zhàn)哉尘聿牡耐獠織l件分析

預(yù)鋪?zhàn)哉撤浪聿脑谑┕l件下，將卷材預(yù)鋪，再在卷材的粘接層上面澆筑混凝土，混凝土硬化后，卷材的粘接層與混凝土界面形成較為緊密的粘接密封。從上述情況來看，卷材是在施工外部溫度下使用，粘接層的溫度條件為環(huán)境溫度，另外混凝土水化硬化過程會(huì)產(chǎn)生部分熱量，其溫度在40～80℃。粘接層在混凝土澆筑過程中會(huì)受到混凝土重力這個(gè)靜壓力作用，同時(shí)受到混凝土澆筑過程的震動(dòng)作用。

1.4混凝土澆筑過程的毛細(xì)管現(xiàn)象

當(dāng)混凝土拌合物振搗密實(shí)后經(jīng)過一次抹壓，在混凝土表面形成上部彎曲的毛細(xì)管，混凝土內(nèi)部水分沿毛細(xì)管上升至表面，由于表面張力作用呈液滴狀，當(dāng)環(huán)境溫度較高或有風(fēng)吹過時(shí)，水滴掉下或蒸發(fā)，混凝土內(nèi)部水分沿毛細(xì)管上升，補(bǔ)充到正好有半滴懸而不掉的位置，依次循環(huán)，混凝土中的毛細(xì)管就如同一個(gè)微型水泵一樣，將混凝土內(nèi)部的水分源源不斷地帶走，在混凝土內(nèi)部形成一定的真空負(fù)壓。

水泥漿體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度開始能夠穩(wěn)定所形成的空洞及彎液面，導(dǎo)致毛細(xì)管負(fù)壓形成。在此階段水化反應(yīng)劇烈，水化速度加快，化學(xué)減縮使固相體積增加，固相產(chǎn)物充填原來的液相空間，毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系不斷細(xì)化，因此，水分的消耗也逐漸由較大的毛細(xì)孔迅速轉(zhuǎn)入半徑較小的毛細(xì)孔，彎液面的半徑不斷減小，毛細(xì)管負(fù)壓迅速增大。由于現(xiàn)澆混凝土和防水卷材粘接層直接接觸，毛細(xì)管的負(fù)壓作用也作用于粘接層的粘接劑。

1.5預(yù)鋪?zhàn)哉撤浪聿幕瘜W(xué)環(huán)境分析

預(yù)鋪防水卷材粘接層和混凝土接觸，由于混凝土水化是一個(gè)化學(xué)過程，溶液呈堿性，存在Na+、Ca2+等金屬離子。

2　粘接密封機(jī)理分析

粘接劑和防水片材粘接是在防水卷材生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)，其生產(chǎn)工藝是一種熱熔粘接過程。粘接劑和混凝土粘結(jié)是防水卷材在使用過程中實(shí)現(xiàn)，其粘接是一種壓敏粘接。

（1）粘接劑和混凝土界面有潤(rùn)濕性。

（2）粘接劑主要由瀝青、聚異丁烯、丁基橡膠等有機(jī)物制備，粘接劑和混凝土界面分子間作用力是色散力、誘導(dǎo)力起主要作用。防水卷材應(yīng)用的外部條件下，粘接主體成分中的官能團(tuán)與混凝土成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的內(nèi)外因素不充分。但不排除其它添加劑可能有能夠發(fā)生反應(yīng)的官能團(tuán)。

（3）粘接劑的主要成分是具有一定分子質(zhì)量的大分子有機(jī)化合物或高分子聚合物，在應(yīng)用環(huán)境下表現(xiàn)為低彈性的粘彈體，這種化學(xué)結(jié)構(gòu)和物理狀態(tài)的粘彈體對(duì)被粘物體表面具有很好的潤(rùn)濕性，且在外力作用下有一定的可塑性（流動(dòng)性），這種塑性變形為促進(jìn)分子遷移、增加接觸面積從而提高粘接強(qiáng)度提供了條件。

（4）混凝土的現(xiàn)澆過程為促進(jìn)粘接劑與混凝土的粘接提供了良好的外部條件；混凝土重力、機(jī)械振動(dòng)力和混凝土凝固過程的毛細(xì)管力，推動(dòng)粘接劑分子向混凝土內(nèi)部遷移，增加了粘接劑與混凝土的接觸面積，形成了較強(qiáng)的機(jī)械粘接力?；炷恋倪@種毛細(xì)管現(xiàn)象也為粘接層向混凝土內(nèi)部滲透遷移提供了通道和空間。同時(shí)毛細(xì)管的真空負(fù)壓作用，排除了粘接層與混凝土界面層的空氣，有利于增加粘接層與混凝土的接觸和減小分子間的距離，這些因素都有利于提高粘接層與混凝土的粘接強(qiáng)度。這些物理因素的共同作用，使預(yù)鋪?zhàn)哉撤浪聿暮突炷恋恼辰訌?qiáng)度有很大提高。

（5）通過現(xiàn)有研究實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，粘接層無需添加能和現(xiàn)澆混凝土發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的添加劑，而通過物理因素的改變即可以到達(dá)2 N/mm以上的粘接剝離強(qiáng)度。

（6）由于粘接劑需要粘接的兩面材料性質(zhì)完全不同，需要兼顧兩面的粘接性能。

3　部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析

粘接劑為改性氨基基團(tuán)丙烯酸酯壓敏膠與普通壓敏膠的粘接性能對(duì)比見表1。不同粘接劑自粘防水卷材與混凝土的粘接性能見表2。

表1　部分粘接劑粘接性能數(shù)據(jù)對(duì)比

表2　不同粘接劑自粘卷材與成品混凝土及現(xiàn)澆混凝土的剝離強(qiáng)度

從表1、表2可以看出，壓敏膠與被粘物表面粘接強(qiáng)度取決于粘接劑自身的性能，通過化學(xué)反應(yīng)在粘接劑和被粘物表面形成化學(xué)鍵是提高粘接力的手段之一，但這需要在粘接層中有能夠和被粘物表面形成化學(xué)反應(yīng)的官能團(tuán)，也要有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的外部條件，同時(shí)形成的反應(yīng)產(chǎn)物能夠有效改善粘接劑與被粘物的界面性能，為此需要付出較高的成本和提供適合的粘接外部條件。

對(duì)成品混凝土和現(xiàn)澆混凝土粘接剝離強(qiáng)度對(duì)比發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)澆混凝土特殊的毛細(xì)管作用，粘接層毛細(xì)管形成的機(jī)械粘接力是預(yù)鋪?zhàn)哉撤浪聿呐c現(xiàn)澆混凝土粘接強(qiáng)度較高的主要因素。

4　結(jié)語

預(yù)鋪?zhàn)哉撤浪聿牧己玫姆浪芰π枰辰有阅芰己玫恼辰觿撜辰觿┦且环N特殊的熱熔壓敏密封粘接劑，粘接層與片材的粘接機(jī)理是熱熔粘接，與混凝土的粘接是壓敏粘接，而且它在卷材中還有較好的密封性能。影響其粘接性能的主要因素是混凝土硬化過程中特殊的毛細(xì)管作用。粘接層毛細(xì)管形成的機(jī)械粘接力是預(yù)鋪?zhàn)哉撤浪聿呐c混凝土具有比較高的粘接強(qiáng)度的主要因素。

Analysis of the waterproof mechanism of pre-pave self-adhesive waterproofing material

WEI Fang1，LIAO Xin2，CHEN Xian1
（1.College of Polymer Science and Engineering，Sichuan University，Chengdu 610065，China；2.Sichuan Chengdu Kangpus Inc.，Chengdu 610065，China）

Pre-pave self-adhesive waterproofing material has good waterproofing effect，which is mainly caused by its adhesive sealing layer，but the waterproof mechanism of adhesive layer still need to be discussed.The adhesive layer is a pressure sensitive hot melt sealing adhesive.One of the adhesion is hot-melting adhesive between polymer sheet and it，and the other is pressure sensitive adhesive between concrete and it.The adhesive strength is mainly derived from capillary effect during the process of concrete pouring.Capillary provides space for adhesive molecule migration，which will migrate towards concrete inside under the external pressure and negative pressure action of capillary effect，forming a strong physical bonding force.The adhesive layer is a special adhesive，it's also a kind of sealant.It sealed the surface of concrete and made waterproofing materials with dual waterproof function.What's more，it has self-healing function in some degree.

pre-pave self-adhesive waterproofing material，capillary effect，waterproofing mechanism

TU57+3

A

1001-702X（2016）04-0111-03

2015-12-08

魏芳，女，1992年生，湖南常德人，碩士研究生。通訊作者：陳弦，地址：成都市一環(huán)路南一段24號(hào)四川大學(xué)逸夫科技樓，E-mail：1518514021@qq.com。