張少杰 蘇振華 羅惠平 李少華 馮 鵬 王世彬 張道博

(1.清華大學(xué)，北京 100084；2.北京城建集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京 100088)

隨著建筑行業(yè)的飛速發(fā)展，鋼筋混凝土及鋼結(jié)構(gòu)建筑的應(yīng)用愈加廣泛，防水材料的使用也相應(yīng)增多。近年來大量大型異形建筑結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，加劇了建筑對(duì)防水材料的性能要求，部分柔性結(jié)構(gòu)等還對(duì)其延伸性、美觀性、魯棒性等提出了新要求。速滑館采用金屬屋面體系，由壓型鋁板、保溫巖棉、隔汽層、防水層等組成，在滿足一定的力學(xué)性能基礎(chǔ)上具有保溫、防水兼建筑造型的功能，因此防水層不僅要滿足GB 50345—2012《屋面工程技術(shù)規(guī)范》對(duì)屋面防水系統(tǒng)的一般要求，還應(yīng)該兼具美觀性和對(duì)索網(wǎng)變形的適應(yīng)性。

基于國(guó)家速滑館的屋面防水需求，統(tǒng)計(jì)了常見的防水卷材并調(diào)研了相關(guān)工程案例，然后通過試驗(yàn)對(duì)比三種高分子防水材料的力學(xué)性能，最終選用EPDM卷材搭配自硫化泛水作為速滑館屋面防水體系。

1 工程概況

國(guó)家速滑館是2022冬奧會(huì)的標(biāo)志性場(chǎng)館，建筑面積約8萬m2，建筑高度為15.4～33.8 m。國(guó)家速滑館的結(jié)構(gòu)體系由屋頂索網(wǎng)、環(huán)桁架、斜拉索和混凝土結(jié)構(gòu)組成。其屋蓋由外環(huán)向鋼桁架與單層雙向正交馬鞍形索網(wǎng)結(jié)構(gòu)組成，屋面采用單元式金屬屋面體系，每個(gè)索網(wǎng)網(wǎng)格對(duì)應(yīng)一個(gè)屋面模塊。金屬屋面與索體結(jié)構(gòu)材料性質(zhì)不同，為了避免因變形不協(xié)調(diào)造成結(jié)構(gòu)損傷，在單元屋面上設(shè)置了變形縫，這對(duì)屋面防水材料的延展性提出了較高要求。

鑒于國(guó)家速滑館金屬屋面對(duì)防水材料高延展性的要求，綜合考慮試驗(yàn)結(jié)果和設(shè)計(jì)需求后最終采用了EPDM卷材搭配自硫化泛水為屋面防水體系，其防水體系由EPDM、壓敏自硫化泛水、搭接帶、搭接底涂、基層粘合劑、外密封膏等組成。施工采用滿粘+機(jī)械固定的成熟工藝，且搭接部位使用搭接帶配合專用底涂，配合自硫化泛水進(jìn)行細(xì)部處理。

2 建筑防水材料

2.1 建筑防水材料市場(chǎng)概況

現(xiàn)代建筑對(duì)防水材料的要求越來越高，傳統(tǒng)的防水材料壽命短、性能差，已不能滿足屋面防水要求。隨著科技的進(jìn)步及高分子產(chǎn)業(yè)的突飛猛進(jìn)，新的防水材料出現(xiàn)，已成為建筑工程重要的一環(huán)。

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)中較為常見的建筑防水材料有改性瀝青防水卷材、高分子防水卷材、防水涂料、密封材料、防水和堵漏止水材料等。我國(guó)新型防水材料仍是以改性瀝青防水卷材為主，高分子防水卷材為輔，其他防水材料次之[1]。其中，高分子防水卷材是典型的新型建筑防水材料，因其性能優(yōu)異而廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代建筑中。

2015年我國(guó)建筑防水材料產(chǎn)量中，改性瀝青防水卷材年產(chǎn)45 908萬m2，占全年建筑防水材料產(chǎn)量的26.7%；高分子防水卷材年產(chǎn)23 779萬m2，占全年建筑防水材料產(chǎn)量的13.9%，年產(chǎn)量相比于2005年增長(zhǎng)217.0%，相比于2010年增長(zhǎng)52.4%。由圖1可以看出，高分子防水卷材年產(chǎn)量自2005年逐年增加，雖離改性瀝青防水卷材還有一定差距，但改性瀝青防水卷材施工多采用熱熔手段，危險(xiǎn)且具有污染。隨著能源改革深化以及高分子產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步，高分子防水卷材有望超過改性瀝青防水卷材的產(chǎn)量成為建筑防水的主力軍。

圖1 國(guó)家速滑館金屬屋面系統(tǒng)

2.2 高分子防水卷材

目前，高分子防水卷材由于其強(qiáng)度高、低溫柔性好、耐久性好、冷施工等特點(diǎn)，正在廣泛運(yùn)用于建筑防水中。其主要包括聚氯乙烯(PVC)防水卷材、三元乙丙橡膠(EPDM)防水卷材、氯化聚乙烯(CPE)防水卷材、CPE與橡膠共混防水卷材、三元丁橡膠防水卷材、再生膠油氈，以及新興的熱塑性聚烯烴(TPO)防水卷材等[2]。

EPDM防水卷材是以EPDM與丁基橡膠為基本原料，添加軟化劑、填充補(bǔ)強(qiáng)劑、促進(jìn)劑以及硫化劑等，經(jīng)混煉、過濾、精煉、擠出(或壓延)成型，并經(jīng)硫化等工序制成的片狀防水材料[3]。EPDM只在側(cè)鏈含有不飽和鍵，而主鏈?zhǔn)怯娠柡蜔N組成，化學(xué)穩(wěn)定，因此其耐久性能優(yōu)異，應(yīng)用十分廣泛。美國(guó)卡萊工廠生產(chǎn)出一種EPDM自硫化泛水材料，該卷材在使用狀態(tài)時(shí)(未硫化)具有較高延性，可以任意變形，服帖于各種異形部位而不產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，經(jīng)過自然條件下一定時(shí)間的硫化后，最終可達(dá)到與EPDM相近的力學(xué)性能，并長(zhǎng)期保持最初粘貼時(shí)的形態(tài)。因此，EPDM防水卷材搭配自硫化泛水材料非常適合于延性要求較高的裝配式金屬屋面。

TPO防水卷材是一種新型防水卷材，由聚烯烴、軟化劑和多種添加劑等原料通過特殊的聚合工藝加工而成。與EPDM相比，TPO防水卷材的防穿刺性更好，泛水可以焊接，接縫的耐久性和強(qiáng)度更好，可提供持久的白色或淺色[1]。

2.3 高分子防水卷材應(yīng)用實(shí)例

21世紀(jì)以來，我國(guó)建筑防水市場(chǎng)中高分子防水卷材的產(chǎn)量逐年上升，就TPO和EPDM兩種卷材而言，由于上世紀(jì)高分子卷材的出現(xiàn)，歐美地區(qū)十分流行，國(guó)內(nèi)偏向引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)施工技術(shù)[4]。本世紀(jì)初EPDM作為高分子防水卷材在我國(guó)較為流行，如2000年深圳華為技術(shù)有限公司生產(chǎn)基地二期工程防水施工[5]、2007年中央電視臺(tái)新臺(tái)址電視文化中心劇場(chǎng)幕墻的防水工程[6]及北京大學(xué)內(nèi)的2008年奧運(yùn)會(huì)乒乓球比賽館屋面防水工程[7]等均采用EPDM防水卷材；近些年由于歐美地區(qū)TPO卷材的新興及施工技術(shù)的進(jìn)步，國(guó)內(nèi)重點(diǎn)工程也開始使用先進(jìn)TPO及施工技術(shù)[4]，如2019年深圳國(guó)際會(huì)展中心[8]和2020年國(guó)家會(huì)議中心二期工程[9]。

目前EPDM自硫化泛水材料在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較少，也缺乏相關(guān)研究以及相關(guān)規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)，鑒于EPDM壓敏自硫化泛水材料的高延性適合速滑館索網(wǎng)區(qū)域單元屋面的細(xì)節(jié)，速滑館項(xiàng)目擬采用EPDM卷材搭配自硫化泛水體系。因此對(duì)內(nèi)增強(qiáng)型TPO、勻質(zhì)型EPDM及相關(guān)配套材料壓敏自硫化泛水進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)研究及微觀表征測(cè)試，基于試驗(yàn)結(jié)果，尋找適合國(guó)家速滑館屋面防水要求的高分子防水卷材。

3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

3.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)對(duì)象共包括三種高分子卷材，分別為勻質(zhì)型EPDM、EPDM壓敏自硫化泛水和內(nèi)增強(qiáng)型 TPO卷材，具體規(guī)格如表1所示。

表1 試驗(yàn)材料規(guī)格

力學(xué)試驗(yàn)包括拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率、熱空氣老化的測(cè)試，均依據(jù)GB/T 18173.1—2012《高分子防水材料 第1部分 片材》、GB/T 528—2009《硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測(cè)試》等執(zhí)行，三種卷材在以上廠家生產(chǎn)規(guī)格基礎(chǔ)上進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)試件的裁切，最終試驗(yàn)試件如圖3～5所示。

圖2 2005—2015年中國(guó)建筑防水材料市場(chǎng)情況

圖3 勻質(zhì)型EPDM試件

圖4 EPDM壓敏自硫化泛水試件(未硫化)

圖5 內(nèi)增強(qiáng)型 TPO試件

3.2 拉伸試驗(yàn)

片材的拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率試按GB/T 528—2009的規(guī)定執(zhí)行。試驗(yàn)采用I型啞鈴狀試樣，試驗(yàn)設(shè)備為UTM5504電子萬能試驗(yàn)機(jī)，加載速率為500 mm/min，通過拉伸試驗(yàn)測(cè)量拉伸強(qiáng)度，在中心位置布置引伸計(jì)來計(jì)算拉斷伸長(zhǎng)率。對(duì)于TPO和EPDM卷材，分別在其橫向和縱向裁剪試件進(jìn)行拉伸，參照GB/T 528—2009分別測(cè)量試件在23,60 ℃條件下的拉伸強(qiáng)度和23,-20 ℃條件下的拉斷伸長(zhǎng)率，每組試驗(yàn)共5個(gè)試件。除此之外，EPDM壓敏自硫化泛水材料分別經(jīng)過未硫化、硫化46 h和硫化166 h三種條件預(yù)處理后，再分別置于上述溫度下測(cè)量相應(yīng)指標(biāo)，每組試驗(yàn)共5個(gè)試件。

3.3 熱空氣老化試驗(yàn)

片材的熱空氣老化試驗(yàn)按GB/T 3512—2014《硫化橡膠或熱塑性橡膠熱空氣加速老化和耐熱試驗(yàn)》的規(guī)定執(zhí)行。試驗(yàn)設(shè)備為電熱鼓風(fēng)干燥箱，在115 ℃的高溫下處理片材168 h，進(jìn)而進(jìn)行常溫(23 ℃)拉伸試驗(yàn)得出拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率。對(duì)于TPO和EPDM卷材，分別在其橫向和縱向裁剪試件進(jìn)行熱空氣老化后拉伸，每組試驗(yàn)共3個(gè)試件，取中值。除此之外，EPDM壓敏自硫化泛水分為未硫化、硫化46 h和硫化166 h三種預(yù)處理?xiàng)l件，每種預(yù)處理?xiàng)l件下分別測(cè)量上述指標(biāo)。在此基礎(chǔ)上計(jì)算相關(guān)性能保持率，保持率計(jì)算式如下：

(1)

式中：f1為試件熱空氣老化前的拉伸強(qiáng)度或拉斷伸長(zhǎng)率；f2為試件熱空氣老化后的拉伸強(qiáng)度或拉斷伸長(zhǎng)率。

3.4 硫化試驗(yàn)

EPDM壓敏自硫化泛水材料的硫化試驗(yàn)同樣使用上述電熱鼓風(fēng)干燥箱，分別按未硫化、加速硫化46 h(70 ℃)和加速硫化166 h(70 ℃)三種預(yù)處理?xiàng)l件對(duì)試件進(jìn)行預(yù)處理，后分別對(duì)其進(jìn)行拉伸試驗(yàn)、熱空氣老化試驗(yàn)和低溫彎折性試驗(yàn)。

3.5 SEM表征分析

為了觀察防水卷材在拉伸前后的微觀結(jié)構(gòu)變化以及斷裂行為，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)拉伸試件拉伸斷裂前后的關(guān)鍵區(qū)域進(jìn)行SEM表征分析，包括“初始”截面(未拉伸的卷材在橫向或縱向裁剪的斷面)及“斷裂”截面(構(gòu)件在拉伸試驗(yàn)后在橫向或縱向的斷面)。試驗(yàn)設(shè)備為Quanta 200 FEG場(chǎng)發(fā)射環(huán)境掃描電鏡。以上試驗(yàn)試件匯總?cè)绫?所示，為了便于統(tǒng)計(jì)分析，后文試驗(yàn)結(jié)果分析均采用平均值，而非GB/T 528—2009中的中位數(shù)。

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 EPDM與TPO力學(xué)性能對(duì)比

對(duì)比勻質(zhì)型EPDM和內(nèi)增強(qiáng)型 TPO材料的常溫(23 ℃)、低溫(-20 ℃)、高溫(60 ℃)及熱空氣老化后常溫的力學(xué)性能，如圖6～9所示。

圖6 EPDM與TPO的拉伸強(qiáng)度對(duì)比

從圖6可以看出，勻質(zhì)型EPDM在23 ℃和60 ℃的橫向或縱向拉伸強(qiáng)度均不及和內(nèi)增強(qiáng)型 TPO，前者僅為后者的53.65%～74.24%。圖7結(jié)果表明，勻質(zhì)型EPDM在-20 ℃的拉斷伸長(zhǎng)率與23 ℃幾乎一致，表明EPDM材料在低溫下仍具有良好的延展性，縱向、橫向損失率僅為-0.22%、6.40%。而TPO在低溫時(shí)遠(yuǎn)不及常溫的拉斷伸長(zhǎng)率，從23 ℃至-20 ℃縱向和橫向拉斷伸長(zhǎng)率損失分別達(dá)到了91.65%和43.86%。即溫度降低時(shí)，TPO延展性顯著下降，而且TPO的拉斷伸長(zhǎng)率性能表現(xiàn)不穩(wěn)定。

圖7 EPDM與TPO的拉斷伸長(zhǎng)率對(duì)比

圖8 EPDM與TPO熱空氣老化后常溫拉伸強(qiáng)度對(duì)比

圖9 EPDM與TPO熱空氣老化后常溫拉斷伸長(zhǎng)率對(duì)比

4.2 自硫化泛水材料硫化前后力學(xué)性能對(duì)比

對(duì)比EPDM壓敏自硫化泛水材料在未硫化、硫化46 h和硫化166 h三種預(yù)處理?xiàng)l件下的常溫、低溫、高溫及熱空氣老化后常溫的力學(xué)性能，其結(jié)果如圖10～13所示。

圖10 自硫化泛水材料硫化前后拉伸強(qiáng)度對(duì)比

圖11 自硫化泛水材料硫化前后拉斷伸長(zhǎng)率對(duì)比

由圖10可以看出，隨著硫化時(shí)間增加，自硫化泛水材料的常溫拉伸強(qiáng)度逐漸增大，硫化166 h后常溫橫向拉伸強(qiáng)度達(dá)2.08 MPa，是未硫化時(shí)材料拉伸強(qiáng)度的3倍左右。而自硫化泛水材料硫化46 h后在高溫下的拉伸強(qiáng)度卻有所降低，60 ℃下三種預(yù)處理自硫化泛水材料的縱向拉伸強(qiáng)度損失率分別為54.55%、68.75%、61.46%，造成未硫化時(shí)的自硫化泛水材料熱空氣老后強(qiáng)度損失率最小的原因可能是因?yàn)楦邷貙?shí)驗(yàn)條件中發(fā)生了硫化，對(duì)未硫化的材料拉伸強(qiáng)度有一定正向促進(jìn)作用。囿于試驗(yàn)設(shè)備的限制，EPDM自硫化泛水材料在未硫化及硫化46 h時(shí)的高溫拉伸強(qiáng)度只能測(cè)出0.4 MPa及0.34 MPa，其實(shí)際拉伸強(qiáng)度應(yīng)更大。

EPDM自硫化泛水材料未硫化時(shí)具有較高的延展性，其常溫橫向拉斷伸長(zhǎng)率可達(dá)1 408%，隨著硫化時(shí)間增加，常溫拉斷伸長(zhǎng)率逐漸減小，這是因?yàn)樵诹蚧^程中線性高分子通過交聯(lián)作用，逐漸變?yōu)槿S網(wǎng)狀高分子[9]，材料由原來的塑性逐漸表現(xiàn)為彈性，延展性下降，拉伸強(qiáng)度增強(qiáng)。囿于試驗(yàn)設(shè)備的限制，EPDM自硫化泛水材料在未硫化及硫化46 h時(shí)的低溫拉斷伸長(zhǎng)率只能測(cè)出820%，其實(shí)際拉斷伸長(zhǎng)率應(yīng)更大。

對(duì)比EPDM壓敏自硫化泛水材料分別在未硫化、硫化46 h和硫化166 h三種預(yù)處理?xiàng)l件下，經(jīng)過熱空氣老化試驗(yàn)，其常溫條件下(23 ℃)的力學(xué)性能保持率如圖12及圖13所示。隨著硫化時(shí)間增加，拉伸強(qiáng)度保持率呈下降趨勢(shì)，而拉斷伸長(zhǎng)率保持率呈上升趨勢(shì)。

圖12 自硫化泛水材料熱空氣老化后拉伸強(qiáng)度對(duì)比

圖13 自硫化泛水材料熱空氣老化后拉斷伸長(zhǎng)率對(duì)比

出現(xiàn)這個(gè)趨勢(shì)的原因可能是：熱空氣老化條件(115 ℃、168 h)可看作是更嚴(yán)格的硫化條件，未硫化的EPDM自硫化泛水材料在熱空氣老化后內(nèi)部發(fā)生深度硫化，線性高分子交聯(lián)成網(wǎng)狀高分子[10]，強(qiáng)度急劇增大，延展性降低，而硫化后的EPDM自硫化泛水材料內(nèi)部分子已發(fā)生交聯(lián)，再經(jīng)歷熱空氣老化后交聯(lián)作用變得并不顯著。因此硫化166 h的材料在熱空氣老化后常溫縱向、橫向拉斷伸長(zhǎng)率保持在熱空氣老化前83.71%、69.65%，而未硫化的材料在熱空氣老化后常溫縱向、橫向拉斷伸長(zhǎng)率僅為熱空氣老化前24.41%、20.36%。

4.3 自硫化泛水材料與EPDM力學(xué)性能對(duì)比

對(duì)比勻質(zhì)型EPDM與加速硫化166 h的自硫化泛水材料力學(xué)性能，如圖14及圖15所示。硫化166 h的EPDM自硫化泛水材料常溫縱向、橫向拉伸強(qiáng)度分別為1.92，2.08 MPa，分別是成品EPDM的拉伸強(qiáng)度的17.48%、21.49%，而兩者的拉斷伸長(zhǎng)率相差不大。雖然自硫化泛水材料在硫化后的拉伸強(qiáng)度仍達(dá)不到成品EPDM的拉伸強(qiáng)度，但是硫化前的塑性隨著硫化時(shí)間增加逐漸變?yōu)閺椥?，此時(shí)EPDM自硫化泛水材料從使用要求和施工工藝上已完全滿足速滑館防水節(jié)點(diǎn)的使用要求。

圖14 自硫化泛水材料與EPDM的拉伸強(qiáng)度對(duì)比

圖15 自硫化泛水材料與EPDM的拉斷伸長(zhǎng)率對(duì)比

4.4 拉伸過程及斷裂分析

4.4.1EPDM與TPO對(duì)比

由圖16可知EPDM的常溫拉伸過程類似于玻璃鋼，可認(rèn)為拉伸過程是彈性變形，在拉伸過程中，初始缺陷如細(xì)小孔隙被不斷放大，最后發(fā)展為大孔隙進(jìn)而斷裂，EPDM被拉伸至極限承載力后發(fā)生脆性斷裂。對(duì)比圖17a和17c可以看出，EPDM基本屬于勻質(zhì)材料，片材拉伸斷口呈片狀。

體驗(yàn)哲學(xué)的創(chuàng)立提供了一條語言認(rèn)知研究的新路徑。該理論提出的一些新觀點(diǎn)，令哲學(xué)和語言學(xué)研究者豁然開朗。但作為一種新的哲學(xué)理論，它對(duì)語言哲學(xué)問題的認(rèn)識(shí)還沒有做到無懈可擊，其論述過程中存在絕對(duì)化、主觀化和片面化的傾向。其不足之處主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面。

圖16 EPDM和TPO常溫拉伸試驗(yàn)力-位移典型曲線

a—EPDM-23 ℃-橫向-初始；b—EPDM-23 ℃-橫向-斷裂；c—EPDM-23 ℃-縱向-初始；d—EPDM-23 ℃-縱向-斷裂。

與EPDM相比，TPO的常溫拉伸過程首先經(jīng)過彈性階段，被拉至峰值承載力后荷載迅速下降，而后荷載幾乎不變,位移增大，經(jīng)過一平臺(tái)段，最后斷裂。從圖18可以看出，內(nèi)增強(qiáng)型 TPO片材內(nèi)部使用聚酯纖維增強(qiáng)，屬于復(fù)合材料，橫縱向纖維分布不同，故具有橫縱向性質(zhì)差異，被拉至極限荷載時(shí)纖維首先發(fā)生斷裂，之后發(fā)生TPO塑性變形直至斷裂。

a—TPO-23 ℃-橫向-初始；b—TPO-23℃-橫向-斷裂；c—TPO-23℃-縱向-初始；d—TPO-23℃-縱向-斷裂。

4.4.2自硫化泛水材料

由圖19可以看出自硫化泛水材料在未硫化時(shí)常溫下屬于勻質(zhì)材料，具有一定粘性。未硫化及硫化46 h時(shí)的自硫化泛水材料因硫化不完全，其常溫拉伸后塑性變形很大，而且其斷面不平整，如圖20所示。

a—自硫化-0 h-23 ℃-橫向-初始；b—自硫化-0 h-23 ℃-橫向-斷裂；c—自硫化-46 h-23 ℃-橫向-初始；d—自硫化-46 h-23 ℃-橫向-斷裂; e—自硫化-166 h-23 ℃-橫向-初始；f—自硫化-166 h-23 ℃-橫向-斷裂。

圖20 自硫化泛水材料三種狀態(tài)常溫拉斷后狀態(tài)

而自硫化泛水材料在硫化166 h后已由原來的塑性轉(zhuǎn)換為彈性，被拉斷后變形量較小，由圖19看出其初始片材形貌與斷面形貌已經(jīng)基本與成品EPDM相似。由圖21可知，硫化166 h后自硫化泛水材料拉伸變形過程也變得與成品EPDM相似，但其極限荷載和彈性模量相對(duì)來說仍較小。

圖21 自硫化泛水硫化166 h后與EPDM常溫拉伸試驗(yàn)典型力-位移曲線

對(duì)比自硫化泛水材料三種預(yù)處理?xiàng)l件下熱空氣老化后常溫拉伸前后SEM照片，如圖22所示。材料在未硫化及硫化46 h經(jīng)歷熱空氣老化后內(nèi)部出現(xiàn)大小不等的孔隙，而硫化166 h經(jīng)歷熱空氣老化后材料較為致密，幾乎不含孔隙。

a—自硫化-0 h—老化-橫向-初始；b—自硫化-0 h-老化-橫向-斷裂；c—自硫化-46 h-老化-橫向-初始；d—自硫化-46 h-老化-橫向-斷裂；e—自硫化-166 h-老化-橫向-初始；f—自硫化-166 h-老化-橫向-斷裂。

原因可能在于熱空氣老化(115 ℃、168 h)是比加速硫化(70 ℃、46 h)更強(qiáng)的硫化條件。自硫化泛水材料經(jīng)歷加速硫化(70 ℃、46 h)后硫化程度較淺，材料在未硫化及硫化46 h經(jīng)歷熱空氣老化時(shí)由于溫度較高，硫化速度過快，硫化反應(yīng)產(chǎn)生的氣體無法及時(shí)排除，導(dǎo)致孔隙率過大；而材料經(jīng)歷加速硫化(70 ℃、166 h)時(shí)，氣體已勻速排除，再經(jīng)歷熱空氣老化后，硫化作用變得并不顯著，但熱空氣老化下硫化所帶來拉伸強(qiáng)度增強(qiáng)效應(yīng)強(qiáng)于高溫后拉伸強(qiáng)度減弱效應(yīng)(圖12)。

5 結(jié)束語

對(duì)內(nèi)增強(qiáng)型TPO、勻質(zhì)型EPDM及相關(guān)配套材料壓敏自硫化泛水進(jìn)行了力學(xué)性能測(cè)試和微觀破壞機(jī)理分析。試驗(yàn)結(jié)果表明，EPDM和TPO在常溫、低溫的拉伸強(qiáng)度，常溫、高溫的拉斷伸長(zhǎng)率，熱空氣老化后的常溫拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率，低溫彎折性均滿足GB/T 18173.1—2012。得到的主要結(jié)論如下：

1)TPO是復(fù)合材料，拉伸強(qiáng)度測(cè)試數(shù)據(jù)較EPDM高，這是由于TPO卷材內(nèi)部采用聚酯纖維進(jìn)行增強(qiáng)，但是這也導(dǎo)致TPO卷材的拉斷伸長(zhǎng)率性能表現(xiàn)不穩(wěn)定。TPO被拉伸至峰值荷載時(shí)內(nèi)部聚酯纖維發(fā)生率先破壞，對(duì)TPO卷材造成不可逆轉(zhuǎn)的損壞，致使TPO卷材在未拉斷時(shí)已發(fā)生破壞，其尺寸穩(wěn)定性較差，不適用于有高延性需求的防水節(jié)點(diǎn)處理。

2)EPDM是勻質(zhì)型材料，在拉伸測(cè)試中表現(xiàn)十分穩(wěn)定。EPDM卷材在達(dá)到拉伸極限時(shí)之前，卷材仍保持較好的穩(wěn)定性，并未出現(xiàn)卷材損壞。EPDM延性強(qiáng)于TPO,拉伸強(qiáng)度不及TPO，但是已經(jīng)滿足GB/T 18173.1—2012要求，而且相較于TPO，其尺寸穩(wěn)定性更優(yōu)。

3)EPDM壓敏自硫化泛水材料在未硫化時(shí)具有較好的延展性，隨著硫化時(shí)間增加，EPDM壓敏自硫化泛水材料內(nèi)部的線性高分子交聯(lián)成網(wǎng)狀高分子，材料逐漸由原來的塑性變?yōu)閺椥浴?/p>

4)自硫化泛水材料常作為EPDM的配套材料局部使用，國(guó)家規(guī)范并未對(duì)其有明確的要求。因本項(xiàng)目大量使用自硫化泛水，且使用在關(guān)鍵部位，因此本研究有比較高的研究意義。通過分析本文試驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，加速硫化條件(70 ℃、46 h和70 ℃、166 h)對(duì)于自硫化泛水材料來說不夠嚴(yán)格，達(dá)不到深度硫化的效果，而熱空氣老化條件(105 ℃，24 h)對(duì)于自硫化泛水材料來說硫化速度過快，進(jìn)而導(dǎo)致材料內(nèi)部孔隙率過大，形成初始缺陷。因此在以后關(guān)于自硫化泛水材料的硫化研究中建議采用更嚴(yán)格的硫化條件，后續(xù)研究應(yīng)該著重于硫化和熱空氣老化對(duì)材料的單獨(dú)影響以及耦合作用。

5)得到的規(guī)律僅針對(duì)測(cè)試的三種高分子防水卷材，各種廠家生產(chǎn)的相同材料規(guī)格卻不同，本文的規(guī)律并不能直接用于相似材料，但是可以給相似材料后續(xù)的研究提供參考或建議。

6)綜合分析試驗(yàn)結(jié)果和速滑館實(shí)際設(shè)計(jì)需求，最終選用EPDM卷材搭配自硫化泛水為速滑館屋面防水體系，其中EPDM卷材用于屋面主體, 自硫化泛水用于節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，以滿足速滑館單元板塊金屬屋面的形縫的使用要求，并能夠給類似大變形結(jié)構(gòu)屋面防水處理提供借鑒參考。