持续荷载作用下PVC防水卷材的应力松弛特性及其影响因素

1、0前言防水层破坏、造成渗漏的因素主要包括防水层自身的失效、外界环境的影响荷载、变形、温度、紫外线等、结构层构造、施工方法和使用管理等1-4而上述因素中的根本原因则是防水材料的失效。防水材料失效的表现方式是多种多样的以防水卷材为例有开裂、“起泡”及与结合层的剥离等等。“起泡”及与结合层剥离这两种情况与施工方法有密切的关系通过改进施工方法可以预防进而避免。但是防水卷材的开裂不受施工等人为因素的影响而受外界环境因素的支配因此很难预防。目前我国还没有评价防水层性能的工程指标持续荷载作用下pvc防水卷材的应力松弛特性及其影响因素杨杨1余春春2许四法1张文华11.浙江工业大学建筑工程学院浙江杭州31003

2、22丽水学院机械电子与建筑工程学院浙江丽水323000摘要研究了pvc防水卷材在持续荷载作用下的应力松弛特性。自行设计了应力松弛试验装置和试验方法研究了不同温度和不同初始拉伸率条件下卷材的应力损失率和持荷时间的关系曲线。结果表明pvc卷材表现出快速的应力松弛特性。随着初始拉伸率的增大卷材的应力松弛速度加快、应力损失率加大随着温度的升高卷材的最终应力损失率也增大。关键词pvc防水卷材应力松弛应力损失率初始拉伸率温度文章编号1007-497x2011-01-0008-05中图分类号tu573tu502.6文献标识码astudyonbehaviorofstressrelaxationofpvwate

3、rproofingmembraneundersustainedloadyangyang1yuchunchun2xusifa1zhangwenhua11collegeofcivilengineeringandarchitecturezhejiangunivesityoftechnologyhangzhouzhejiang310032china2.schoolofmechineryelectronicsarchitectureengineeringlishuiuniversitylishuizhejiang323000chinaabstract:thisarticlestudiesthebehav

4、iorofstressrelaxationofpvcwaterproofingmembraneundersustainedloadandintroducestheexperimentalequipmentandmethoddevelopedforthestudytheplotsofstressreductionrateofthemembraneagainsttimeloadsustainedundervarioustemperaturesandinitialtensilestressweremadetheresultsshowthatpvcexhibitsrapidstressrelaxati

5、onastheinitialtensilestressincreasesthestressrelaxationquickensandstressreductionrateincreaseswithriseofthetemperaturethefinalstressreductionofthemembranegetsmorekeywords:pvcwaterproofingmembranestressrelaxationstressreductionrateinitialtensilestresstemperature收稿日期20101124作者简介杨杨男1962年生教授博士生导师浙江工业大学建

6、筑工程学院院长浙江省政协常委主要研究方向为高强高性能混凝土材料与结构、功能性土木工程材料、环境友好材料与结构。联系地址310032浙江省杭州市潮王路18号浙江工业大学建筑工程学院联系电话057188320124。材料研究08cbw20111通常都是以防水层的材料指标为依据而材料性能都是在无荷载作用即无应力状态下测得的。而实际上当防水层满粘于基层时由于基层变形、环境温度变化或是防水层上的荷载作用防水层会处于持续的应力作用下5-7。因此防水材料的性能评价应考虑到持续荷载的影响尤其是持续荷载作用后材料的拉伸性能8。但是我国目前关于防水层的研究侧重于材料性能的改性研究而有关上述荷载尤其是持续荷载和外界

7、环境对防水层的复合作用研究基本上属于空白9-1。针对上述问题本文以pvc防水卷材为研究对象以温度、初始伸长率和持荷时间为试验参数通过设计适宜的防水卷材应力松弛试验方法对不同温度和初始拉伸率下防水卷材的应力松弛特性进行研究考察和分析了防水卷材在受到持续荷载和温度作用下的应力松弛特性为今后建立符合工程实际的防水卷材性能评价提供基础方法和参考依据。1试验概要.pvc防水卷材的规格与性能本研究中使用的pvc防水卷材长50m、宽2m、厚.2mm属型n类外露使用的pvc防水卷材标记为pvc卷材外露n.2/502gb29522003材料性能符合gb29522003聚氯乙烯防水卷材的要求实测的主要性能如表所示

8、。.2试验参数为了考察温度、初始拉伸率对pvc防水卷材应力松弛特性的影响本文设定的试验参数如下温度0、20?0初始拉伸率为卷材断裂伸长率270的5、20、30、50、60。.3试验装置.3.加载装置为保持加载应变恒定符合不同初始拉伸率的要求本研究所设计的应力松弛装置如图所示整套装置竖直放置在槽钢上设置整排一定间距的8mm的圆孔将哑铃型试件用夹具夹牢通过扣件与拉力传感器连接后用8螺栓将其固定于槽钢上。.3.2测量控制装置s型拉力传感器s型拉力传感器对拉、压荷载均可承受输出对称性好、精度高、结构紧凑。本试验由于pvc防水卷材的最大负荷较小因此采用额定载荷500n的s型拉力传感器其精度为0.n。2t

9、ds303型数据采集仪采用东京测器研究所生产的tds303型数据采集仪对所测得的应变、荷载、温度等数据通过设置时间间隔进行全自动跟踪记录记录结果可自动存入35英寸软盘存储器或将该数据采集仪直接与计算机相连进行数据实时记录和处理。该设备数据记录、存储方便快捷摒弃了人工测读、记录的诸多缺陷大大减少了数据测读、记录的工作量。4试验方法4试件形状和尺寸本研究中所采用的pvc防水卷材试件的形状为哑铃型其尺寸如图2所示。42pvc防水卷材的弹性模量pvc防水卷材在两端固定条件下产生应力松弛为了解析应力松弛模型要测得pvc防水卷材的弹性模量而pvc防水卷材的弹性模量与温度有关。因此本研究在试验探讨pvc防水

10、卷材应力松弛的同时对0、20、70下卷材的弹性模量进行了测定2其方法如下在pvc防水卷材试件的两表表1pvc防水卷材的实测性能项目指标拉伸强度mpa80低温弯折性25无裂纹抗穿刺性不渗水断裂伸长率270热处理尺寸变化率20不透水性不透水材料研究中国建筑防水201109面粘贴应变片用以测定应变值。2将pvc防水卷材试件夹紧通过扣件与拉力传感器相连试验装置如图3所示。将上述装置置于温度模拟箱分别控制温度为0、20、70。加载速度5n/s的控制和调节由装置右端部的扳手拧动进行荷载和应变均由tds-303数据采集仪记录。通过一定温度下应力与应变的关系计算pv防水卷材的弹性模量。1.4pv防水卷材的应力

11、松弛将pv防水卷材试件用夹具夹牢通过扣件与拉力传感器连接后用8的螺栓将其固定于底板上并将拉力传感器连接到数据采集仪器上设定每5min读取数据。试验过程中试验装置呈竖直状态同时应保证试件、传感器在同一竖直面内初始拉伸率大小的控制与调节通过扳手进行图4。pv防水卷材试件上有两条mm的标距线在快速拉伸过程中通过标尺控制标距线的长度依次拉伸到满足初始拉伸率为卷材断裂伸长率的5、0、30、50、60要求的长度。2结果与讨论1各温度下的弹性模量各温度条件下pv防水卷材应力与应变的关系曲线如图5所示具有良好的直线关系。经线性拟合可得出近似公式由此可获得pv防水卷材在0、0、70时的弹性模量分别为156mpa

12、、19mpa和108mpa。随着温度的升高pv防水卷材的弹性模量随之降低。各温度下pv防水卷材的应力松弛特性1310时的应力松弛以某时刻的应力值和初始应力值的差值与初始应力值之比定义为应力损失率。从图6可知在0的应力松弛试验中随着时间的增加在1h内应力的损失大且快特别是加载前期。通过图6中应力损失率与时间的关系可知随着初始拉伸率的增大应力损失率依次增大在应力松弛基本完成后的应力损失率大致从5增加到7。材料研究10cbw201112.2.20时的应力松弛从图7可知在0的应力松弛试验中在前期非常短的时间大致2min内pvc防水卷材应力的损失很大几乎下降了接近一半。之后卷材的应力随时间的损失率下降非

13、常小应力松弛基本收敛成直线。与20时的情形相同随初始拉伸率的增大pvc防水卷材的应力损失率加大但差距有所减小。22.37时的应力松弛从图8可知在7的应力松弛试验中随着时间的增加在8h内特别是加载前期应力的损失大且快。通过图8中应力损失率与时间的关系可知当初始拉伸率为5时pvc防水卷材应力的损失率比较小约7。但是随着初始拉伸率从2增大到6卷材的应力损失率增大到约9。当初始拉伸率超过2以后初始拉伸率对应力松弛几乎无影响其应力松弛曲线基本上重叠。23不同温度下应力松弛的比较由图68可以发现无论何种初始拉伸率时应力松弛损失的速度最大其次依次分别是7、2而7的应力松弛损失率远大于和2。当初始拉伸率较小时

14、和2的最终应力损失率较为接近随着初始拉伸率的增大2的应力损失率逐渐大于的应力损失率。以最终应力值和初始应力值的差值与初始应力值之比定义为最终应力损失率。从图9可以发现随着温度的升高pvc防水卷材的最终应力损失率也增大。其中随着初始拉伸率的增大的最终应力损失率曲线缓慢下降2的最终应力损失率曲线下降较快而7的最终应力损失率曲线除初始拉伸率为5外其余各点基本水平。同时比较3条曲线可?苑?时最终应力损失率最大2次之最小。3结论在本研究的试验范围内针对pvc防水卷材的应力松弛特性可得出如下结论1自行设计了一种方便可靠的卷材应力松弛测定装置。2环境温度对pvc防水卷材的弹性模量影响显著随着温度的增大卷材的

15、弹性模量减小。3无论在何种温度和初始拉伸率的情形下pvc防水卷材均表现出快速的应力松弛特性其应力损失率在数小时内呈现出收敛趋势。4随着初始拉伸率的增大任意温度下卷材均表现出应力松弛速度加快、应力损失率加大的现象但当温度高达7、初始拉伸率超过2后初始拉材料研究中国建筑防水2011111伸率对应力松弛速度、应力损失率的影响并不显著几乎可以忽略。5随着温度的升高卷材的最终应力损失率也增大70时最大2次之0最小。6最终应力损失率与初始拉伸率的关系也受环境温度的影响时的关系曲线缓慢下降2时的曲线下降较快而7时的曲线开始下降更快但很快收敛基本呈水平状态。参考文献1项桦太杨杨张文华.建筑防水工程技术m.北京

16、中国建筑工业出版社99466-67.2日本建筑协会.建筑物渗漏事故案例分析与处理m.北京中国建筑工业出版社237.3叶琳昌.应重视混凝土结构缺陷的防治j.中国建筑防水2654-6.4中国建筑防水材料工业协会.建筑防水手册m.北京中国建筑工业出版社22373-378.5牛晓明杨旭东丁辛.应力对高聚物土工合成材料老化的影响j.国家纺织导报45-7.6朱志鹏皮红郭少云.应力作用下高分子材料的老化行为研究j.聚氯乙烯86-9.7傅政.高分子材料强度与破坏行为m.北京化学工业出版社48-6.8余春春杨杨许四法等.持续荷载对pvc防水卷材拉伸性能的影响j.新型建筑材料957-73.9horrocksark

17、halilvcrightonjs.influenceoffiberproductionhistoryandstressonthedurabilityofpolypropylenej.polymerdegradationandstability99443:8-9.lindhagenjeberglundla.temperaturechangesinpolymercompositesduringtensileloadingj.journalofmaterialsscience997347-476.zanzottolstastnaj.lowtemperaturestressgrowthandrelaxationincracksealingmaterialsj.materialsandstructures/materiauxetconstructions998355-554.许四法杨杨洪波.hdpe土工膜温度应力及其应力松弛评价j.东南大学学报63658-84.3方诚许四法杨杨等.hdpe土工膜的温度应力研究j.中国建筑防水6-.材料研究上接第7页命、减少维修次数和费用有着重要的作用。参考文献张云莲.聚丙烯纤维与海工钢筋混凝土的耐久性j.腐蚀与防护485-487.仲伟秋王海超何世钦.受腐蚀钢筋混凝土结构性能的研究j.辽宁工程技术大学学报35-53.3郭