预铺自粘防水卷材粘接防水机理分析

魏芳，廖鑫，陈弦（.四川大学 高分子科学与工程学院，四川 成都　60065；.四川成都康普斯公司，四川 成都　60065）

预铺自粘防水卷材粘接防水机理分析

魏芳1，廖鑫2，陈弦1
（1.四川大学 高分子科学与工程学院，四川 成都610065；2.四川成都康普斯公司，四川 成都610065）

预铺自粘防水卷材具有良好的防水效果，其粘接密封层起主要作用，但粘接层的粘接防水机理一直是行业发展探索的问题。粘接层是一种压敏热熔密封粘接剂，其与高分子防水片材的粘接是在生产过程中实现，是热熔粘接；与混凝土的粘接是压敏粘接，粘接强度主要来源于粘接层分子在混凝土浇筑过程中的毛细管效应，毛细管提供了粘接剂分子迁移的空间，在外部压力和毛细效应的负压作用下粘接剂分子向混凝土内部迁移，形成较强的物理粘接力；该粘接层不同于普通粘接剂，同时也是一种密封剂，密封混凝土表面，使防水卷材具有双重防水功能，并具有一定的自修复功能。

预铺自粘防水卷材；毛细管效应；防水机理

1　预铺自粘防水卷材

预铺自粘防水卷材采用多层复合，主要有3层，第1层是防水片材，主要有塑料类（HDPE、PVC、TPO等）、橡胶类（EPDM等）或沥青无纺布复合作为主体防水层。第2层是粘接层，其材料目前主要是改性沥青类、聚异丁烯类、改性丁基橡胶类，其厚度一般在0.5 mm左右。第3层是保护层，主要作用是保护粘接层，主要是PET、PE保护膜，或是1层耐候涂层，也有铺上1层无机颗粒作为保护层。

预铺自粘防水卷材的防水片材具有一定的力学性能和良好的防水能力，是防水主要层之一，但其与混凝土界面相容性极差，在使用过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损，水在片材与混凝土界面之间存在串水，使防水功能丧失。

预铺自粘防水卷材粘接层能够和防水片材形成紧密的粘接，同时与混凝土也形成紧密粘接，有效克服了防水片材与混凝土界面可能存在的空隙；该粘接层在混凝土界面形成有一定厚度的密封层，密封混凝土表面，其良好的粘接密封防水效果能够有效克服普通防水卷材单层防水的缺陷，具有双层防水效果，使防水更为可靠。

粘接作用是2种不同材料界面的相互连接，有关粘接的理论有静电吸附理论、界面层理论等。粘接剂对被粘物的润湿是粘接的基本前提条件，只有粘接剂在粘接条件下能够润湿被粘物表面，才具备粘接的基本条件。粘接强度大小取决于粘接力的大小，粘接力主要分为3种：机械粘接力、分子间范德华力、化学键形成的粘接力。这3种力对粘接力各自贡献的大小目前还很难确定，普遍认为，粘接力是机械嵌合力、分子间力和化学键力综合作用的结果。其中机械嵌合力和分子间力（尤其是色散力）是普遍存在的，但若能形成化学键，尽管可能形成的化学键数目不多，但可能会使粘接力大幅提升。总之，粘接作用的形成，充分润湿是先决条件。

1　粘接层结构与应用环境分析

1.1粘接层的化学结构分析

预铺自粘防水卷材的粘接层主要是改性沥青、聚异丁烯类、丁基橡胶类。这些化合物的化学结构主要是碳碳、碳氢结构，其官能团有饱和碳碳、碳氢、芳环、环烷烃结构，同时含有少量的杂环结构和羰基结构官能团。这些官能团通常是比较稳定的化学结构。为了改善粘接效果，可以在粘结层添加石油树脂、萜烯树脂、松香树脂等添加剂，这些添加剂里可能含有活性较强的官能团，如羧基、羰基等。

1.2粘接层物理状态分析

预铺自粘防水卷材粘接层在普通外部条件下，-5～30℃时呈现为一种粘弹性的物理状态。粘性流动行为为粘接层迁移流动提供了必要条件，弹性行为为粘接粘接层内聚破坏提供了良好的保证。

有机化合物或高分子物质的这种粘弹行为和化合物的成分、分子质量密切相关，是决定其粘弹性能的主要因素。同时这种粘弹行为和外部条件也密切相关，如温度、压力，温度高，其粘流活化能大，有利于粘流行为；压力大，也有利于粘性流动。高分子化合物的粘流行为往往是切力变稀的非牛顿流体，压力愈大，表观黏度愈低。

粘弹性的弹性行为不仅使粘接层具有一定的内聚能，同时其弹性行为也为其提供了抗变形的能力和弹性回复能力，即在一定的变形范围内，外力破坏后有自愈合能力，这样当防水卷材抵御外部破坏后，粘接层具有一定的自愈合能力。

1.3预铺自粘卷材的外部条件分析

预铺自粘防水卷材在施工条件下，将卷材预铺，再在卷材的粘接层上面浇筑混凝土，混凝土硬化后，卷材的粘接层与混凝土界面形成较为紧密的粘接密封。从上述情况来看，卷材是在施工外部温度下使用，粘接层的温度条件为环境温度，另外混凝土水化硬化过程会产生部分热量，其温度在40～80℃。粘接层在混凝土浇筑过程中会受到混凝土重力这个静压力作用，同时受到混凝土浇筑过程的震动作用。

1.4混凝土浇筑过程的毛细管现象

当混凝土拌合物振捣密实后经过一次抹压，在混凝土表面形成上部弯曲的毛细管，混凝土内部水分沿毛细管上升至表面，由于表面张力作用呈液滴状，当环境温度较高或有风吹过时，水滴掉下或蒸发，混凝土内部水分沿毛细管上升，补充到正好有半滴悬而不掉的位置，依次循环，混凝土中的毛细管就如同一个微型水泵一样，将混凝土内部的水分源源不断地带走，在混凝土内部形成一定的真空负压。

水泥浆体结构强度开始能够稳定所形成的空洞及弯液面，导致毛细管负压形成。在此阶段水化反应剧烈，水化速度加快，化学减缩使固相体积增加，固相产物充填原来的液相空间，毛细管网络结构体系不断细化，因此，水分的消耗也逐渐由较大的毛细孔迅速转入半径较小的毛细孔，弯液面的半径不断减小，毛细管负压迅速增大。由于现浇混凝土和防水卷材粘接层直接接触，毛细管的负压作用也作用于粘接层的粘接剂。

1.5预铺自粘防水卷材化学环境分析

预铺防水卷材粘接层和混凝土接触，由于混凝土水化是一个化学过程，溶液呈碱性，存在Na+、Ca2+等金属离子。

2　粘接密封机理分析

粘接剂和防水片材粘接是在防水卷材生产过程中实现，其生产工艺是一种热熔粘接过程。粘接剂和混凝土粘结是防水卷材在使用过程中实现，其粘接是一种压敏粘接。

（1）粘接剂和混凝土界面有润湿性。

（2）粘接剂主要由沥青、聚异丁烯、丁基橡胶等有机物制备，粘接剂和混凝土界面分子间作用力是色散力、诱导力起主要作用。防水卷材应用的外部条件下，粘接主体成分中的官能团与混凝土成分发生化学反应的内外因素不充分。但不排除其它添加剂可能有能够发生反应的官能团。

（3）粘接剂的主要成分是具有一定分子质量的大分子有机化合物或高分子聚合物，在应用环境下表现为低弹性的粘弹体，这种化学结构和物理状态的粘弹体对被粘物体表面具有很好的润湿性，且在外力作用下有一定的可塑性（流动性），这种塑性变形为促进分子迁移、增加接触面积从而提高粘接强度提供了条件。

（4）混凝土的现浇过程为促进粘接剂与混凝土的粘接提供了良好的外部条件；混凝土重力、机械振动力和混凝土凝固过程的毛细管力，推动粘接剂分子向混凝土内部迁移，增加了粘接剂与混凝土的接触面积，形成了较强的机械粘接力。混凝土的这种毛细管现象也为粘接层向混凝土内部渗透迁移提供了通道和空间。同时毛细管的真空负压作用，排除了粘接层与混凝土界面层的空气，有利于增加粘接层与混凝土的接触和减小分子间的距离，这些因素都有利于提高粘接层与混凝土的粘接强度。这些物理因素的共同作用，使预铺自粘防水卷材和混凝土的粘接强度有很大提高。

（5）通过现有研究实验发现，粘接层无需添加能和现浇混凝土发生化学反应的添加剂，而通过物理因素的改变即可以到达2 N/mm以上的粘接剥离强度。

（6）由于粘接剂需要粘接的两面材料性质完全不同，需要兼顾两面的粘接性能。

3　部分实验数据的分析

粘接剂为改性氨基基团丙烯酸酯压敏胶与普通压敏胶的粘接性能对比见表1。不同粘接剂自粘防水卷材与混凝土的粘接性能见表2。

表1　部分粘接剂粘接性能数据对比

表2　不同粘接剂自粘卷材与成品混凝土及现浇混凝土的剥离强度

从表1、表2可以看出，压敏胶与被粘物表面粘接强度取决于粘接剂自身的性能，通过化学反应在粘接剂和被粘物表面形成化学键是提高粘接力的手段之一，但这需要在粘接层中有能够和被粘物表面形成化学反应的官能团，也要有发生化学反应的外部条件，同时形成的反应产物能够有效改善粘接剂与被粘物的界面性能，为此需要付出较高的成本和提供适合的粘接外部条件。

对成品混凝土和现浇混凝土粘接剥离强度对比发现，现浇混凝土特殊的毛细管作用，粘接层毛细管形成的机械粘接力是预铺自粘防水卷材与现浇混凝土粘接强度较高的主要因素。

4　结语

预铺自粘防水卷材良好的防水能力需要粘接性能良好的粘接剂，该粘接剂是一种特殊的热熔压敏密封粘接剂，粘接层与片材的粘接机理是热熔粘接，与混凝土的粘接是压敏粘接，而且它在卷材中还有较好的密封性能。影响其粘接性能的主要因素是混凝土硬化过程中特殊的毛细管作用。粘接层毛细管形成的机械粘接力是预铺自粘防水卷材与混凝土具有比较高的粘接强度的主要因素。

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，硕士研究生。通讯作者：陈弦，地址：成都市一环路南一段24号四川大学逸夫科技楼，E-mail：1518514021@qq.com。